Der Schlüssel zum universellen Impfstoff ist das Mosaik-Nanopartikel, auf dessen Oberfläche so viele verschiedene Virusfragmente in unmittelbarer Nähe angehäuft sind. Die B-Zellen des Immunsystems, die spezifische Antikörper erzeugen, finden und binden wahrscheinlich zumindest einige dieser konservierten Teile des Virus, die bei neuen Varianten unverändert bleiben. So werden die B-Zellen Antikörper bilden, die sogar gegen bisher unbekannte Varianten wirksam sind.
Um ihr Mosaik-Nanopartikel herzustellen, wählten Cohen, Bjorkman und ihre Mitarbeiter Proteine aus den Oberflächen von 12 Coronaviren, die von anderen Forschungsgruppen identifiziert und in der wissenschaftlichen Literatur beschrieben wurden. Dazu gehörten die Viren, die den ersten SARS-Ausbruch verursachten, und der, der Covid-19 verursacht, aber auch nichtmenschliche Viren, die in Fledermäusen in China, Bulgarien und Kenia gefunden wurden. Zu guter Letzt warfen sie auch ein Coronavirus ein, das in einem schuppigen Ameisenbären, bekannt als Pangolin, gefunden wurde. Alle Stämme wurden bereits von anderen Gruppen genetisch sequenziert und teilen 68 bis 95 % des gleichen genomischen Materials. Daher konnten Cohen und Bjorkman relativ sicher sein, dass zumindest einige Teile jedes einzelnen Spike-Proteins, das sie auf der Außenseite ihres Nanopartikels platzierten, von einigen der anderen Viren geteilt würden.
Der Schlüssel zum universellen Impfstoff ist das Mosaik-Nanopartikel, auf dessen Oberfläche so viele verschiedene Virusfragmente in unmittelbarer Nähe angehäuft sind.
Dann stellten sie drei Impfstoffe her. Bei einem waren zu Vergleichszwecken alle 60 Slots mit Partikeln besetzt, die von einem einzelnen SARS-CoV-2-Stamm stammen, dem Virus, das Covid-19 verursacht. Die anderen beiden waren Mosaike, die jeweils eine Mischung aus Proteinfragmenten von acht der 12 Fledermaus-, Menschen- und Pangolin-Coronavirus-Stämme zeigten. Die verbleibenden vier Stämme wurden vom Impfstoff weggelassen, damit die Forscher testen konnten, ob er trotzdem vor ihnen schützt.
In Mausstudien banden alle drei Impfstoffe gleich gut an das Covid-19-Virus. Aber als Cohen sich hinsetzte, um sich seine Ergebnisse anzusehen, war er schockiert darüber, wie viel stärker die Mosaik-Nanopartikel wirkten, wenn sie verschiedenen Stämmen des Coronavirus ausgesetzt wurden, die nicht auf den Spikes vertreten waren, denen sie ausgesetzt waren.
Der Impfstoff löste die Produktion von Armeen von Antikörpern aus, um die Teile der Proteine anzugreifen, die sich unter den verschiedenen Stämmen des Coronavirus am wenigsten verändert haben – mit anderen Worten, die Teile, die konserviert sind.
Neue Ära
In den letzten Monaten haben Björkman, Cohen und ihre Mitarbeiter den Impfstoff sowohl an Affen als auch an Nagetieren getestet. Bisher scheint es zu funktionieren. Einige der Experimente verliefen langsam, da sie von ausländischen Mitarbeitern in speziellen Hochsicherheits-Biosicherheitslabors durchgeführt werden mussten, um sicherzustellen, dass hoch ansteckende Viren nicht entkommen. Aber als die Ergebnisse schließlich in Science erschienen, erregte das Papier breite Aufmerksamkeit.
MIT FREUNDLICHER GENEHMIGUNG VON CALTECH
Parallel laufen andere vielversprechende Bemühungen. Am Institute of Protein Design der University of Washington hat der Biochemiker Neil King Hunderte neuer Arten von Nanopartikeln maßgefertigt, „indem er sie Atom für Atom formt“, sagt er, so dass sich die Atome selbst zusammensetzen, angezogen vom Richtigen Positionen durch andere Teile, die so konstruiert sind, dass sie komplementäre geometrische und chemische Ladungen tragen. Im Jahr 2019 war Kings Mitarbeiter Barney Graham am NIH der erste, der erfolgreich demonstrierte, dass Mosaik-Nanopartikel gegen verschiedene Grippestämme wirksam sein könnten. King, Graham und Mitarbeiter gründeten ein Unternehmen, um die Technik zu modifizieren und weiterzuentwickeln, und sie haben einen Nanopartikel-Influenza-Impfstoff in klinischen Phase-1-Studien. Sie setzen die neue Technologie jetzt gegen eine Vielzahl verschiedener Viren ein, darunter SARS-CoV-2.
Trotz der jüngsten vielversprechenden Entwicklungen warnt Björkman, dass ihr Impfstoff uns wahrscheinlich nicht vor allen Coronaviren schützen wird. Es gibt vier Familien von Coronaviren, die sich jeweils ein wenig voneinander unterscheiden, und einige zielen auf völlig unterschiedliche Rezeptoren in menschlichen Zellen ab. Daher gibt es weniger Standorte, die in den Coronavirus-Familien konserviert sind. Der Impfstoff aus ihrem Labor konzentriert sich auf einen universellen Impfstoff gegen das Sarbecovirus, die Unterfamilie, die SARS-Coronaviren und SARS-coV-2 enthält.