Die Trennung unterstreicht die anstrengende wissenschaftliche Jagd des letzten Jahres – und die, die vor uns liegt. Und es unterstreicht ein dringenderes, übergeordnetes Rätsel: Ist es eine praktikable Strategie, der neuesten Variante nachzujagen? Anstatt einen neuen Schuss zu testen und möglicherweise einzusetzen, wenn eine neue Variante auftaucht, was wäre, wenn ein einziger Impfstoff alle Iterationen dieses Coronavirus und auch der nächsten vereiteln könnte?
Inzwischen wird das Neustarten von Impfstoffen, um sie an eine neue Variante anzupassen, Teil des wissenschaftlichen Muskelgedächtnisses. Pharmaunternehmen stellten Impfstoffe her, um Beta, Delta und jetzt Omicron zu bekämpfen. Keiner dieser Schüsse wurden bisher benötigt, aber für viele Wissenschaftler ist es eine kurzfristige, kurzsichtige und nicht nachhaltige Strategie.
“Sie wollen nicht diesen Whack-a-Mole-Ansatz spielen”, sagte David R. Martinez, ein viraler Immunologe an der University of North Carolina in Chapel Hill. „Das könnte ewig so weitergehen.“
Die ursprüngliche Aufnahme hat sich bemerkenswert gut gehalten, aber es gibt keine Garantie dafür, wie sie sich gegen die nächste Variante schlagen wird. Wissenschaftler wie Martinez wollen den Aufholzyklus durchbrechen.
Sie erfinden Impfstoffe, die einen breiten Schutz fördern sollen – eine Immunitätsmauer, die nicht nur die uns bekannten Varianten von SARS-CoV-2 abwehrt, sondern auch die noch entstehenden.
Die Welt braucht zumindest einen wirklich variantensicheren Impfstoff. Noch besser wäre ein Schuss, der auch eine zukünftige Pandemie stoppen und vor einem noch unbekannten Coronavirus schützen würde, das in den kommenden Jahren von Tieren auf Menschen überspringen wird.
Einige Experten haben in Frage gestellt, warum es nicht bereits eine Operation Warp Speed für diese universellen Impfstoffe gibt.
Anthony S. Fauci, der oberste medizinische Berater von Präsident Biden, betont die Notwendigkeit von Geduld und Dringlichkeit. Es müssen wissenschaftliche Lücken geschlossen werden, um einen Impfstoff zu entwickeln, der umfassend schützt und lange hält – und die National Institutes of Health Im letzten Herbst wurden 36 Millionen US-Dollar an Gruppen vergeben, die versuchen, grundlegende Fragen zu beantworten.
„Sie sollten die Schnelligkeit und Leichtigkeit, mit der wir einen Coronavirus-Impfstoff gegen SARS-CoV-2 entwickelt haben, nicht mit den außergewöhnlichen Hindernissen verwechseln, auf die Sie möglicherweise stoßen, wenn Sie versuchen, einen Impfstoff zu erhalten, der schützt“, sagte Fauci im weiteren Sinne in einem Interview mit The Washington Post. “Es gibt eine Menge wissenschaftlicher Entdeckungen, die dazu beitragen müssen.”
Privat sagen Wissenschaftler jedoch, dass Fauci sie zur Eile drängt.
„Ich mache mir Sorgen, Varianten zu jagen, weil es immer eine neue Variante geben wird“, sagte Drew Weissman, ein Impfstoffpionier und Immunologe an der Perelman School of Medicine der University of Pennsylvania, der an einem Pan-Coronavirus-Impfstoff arbeitet. „Im Moment tauchen sie alle sechs Monate auf, aber sie werden auftauchen, bis die Welt geimpft ist.“
Angesichts des Erfolgs der ersten Impfstoffe hatten viele Wissenschaftler, die an Impfungen der nächsten Generation arbeiteten, im Jahr 2021 groß gedacht. Vielleicht könnten sie einen Impfstoff herstellen, der nicht nur SARS-CoV-2 und das ursprüngliche SARS, sondern auch zwei Coronaviren abwehren würde die Erkältung, das Atemwegssyndrom im Nahen Osten sowie zukünftige Fledermaus-Coronaviren verursachen, die auf den Menschen überspringen könnten.
Eine Studie des New England Journal of Medicine im vergangenen Jahr zeigte, dass es zumindest konzeptionell möglich war, einen breiten Immunschutz gegen viele Viren zu erzeugen. Forscher in China zeigten, dass Überlebende des ursprünglichen SARS-Ausbruchs vor zwei Jahrzehnten, die gegen SARS-CoV-2 geimpft wurden, Antikörper produzierten, die eine Reihe von Varianten und andere Coronaviren blockieren konnten.
Aber die Herstellung eines einzigen Impfstoffs, der gegen ein so breites Spektrum von Viren wirkt, ist schwierig, und die Beta-, Delta- und dann Omicron-Varianten haben einige dieser weitreichenden Ambitionen neu kalibriert.
„Als SARS-CoV-2 zum ersten Mal auftauchte, war es ein Virus mit sehr wenigen Tricks, und deshalb waren wir sehr erfolgreich“, sagte Dennis Burton, Vorsitzender der Abteilung für Immunologie und Mikrobiologie am Scripps Research Institute. „Aber es werden im Grunde immer mehr Tricks angewendet, und es wird immer schwieriger, damit umzugehen – Sie müssen präziser mit dem Antikörper umgehen, den Sie durch Ihren Impfstoff induzieren.“
Vor der Entwicklung eines Impfstoffs zur Eindämmung der nächsten Pandemie wurde klar, dass ein bescheideneres Ziel – ein variantensicherer Impfstoff gegen SARS-CoV-2 – erforderlich sein könnte, um diese Krise zu beenden.
„Omicron hat uns wirklich darauf hingewiesen, zu sagen: ‚Hey, wir sind noch nicht aus dieser Epidemie heraus, und wir wissen nicht, was die Zukunft dieser Epidemie bereithält.’ Wir müssen uns darauf konzentrieren, was der nächste Ausbruch sein könnte, aber auch sicherstellen, dass wir jede Variante abdecken … die in den nächsten drei bis fünf Jahren auftauchen würde“, sagte Barton Haynes, Immunologe und Impfstoffexperte an der Duke University School of Medizin.
Kurzfristig konzentriert sich Haynes’ Team darauf, Varianten zu stoppen. Sie stellen einen Impfstoff her – ein Nanopartikel, auf dessen Oberfläche ein Fragment des Stachels punktiert ist. In Tierversuchen löste dieser Impfstoff einen breiten Immunschutz gegen Varianten, das ursprüngliche SARS-Virus und Fledermaus-Coronaviren aus. Haynes hofft, dieses Jahr damit beginnen zu können, es an Menschen zu testen.
Die Ergebnisse der ersten Tests am Menschen eines anderen „Pan-SARS“-Impfstoffs, der von Wissenschaftlern des Walter Reed Army Institute of Research entwickelt wurde, werden in Kürze erwartet. In frühen Studien haben sie auch gezeigt, dass sie einen umfassenderen Schutz bieten als die Impfungen der ersten Generation. Es besteht aus einem vielseitigen Nanopartikel, das mit der Spitze gesprenkelt ist, die auf der ursprünglichen Version des Coronavirus gefunden wurde, das in Wuhan, China, aufgetaucht ist.
Impfstoffe lehren das Immunsystem, ein Virus zu erkennen. Sie tun dies oft, indem sie eine Version des Virus präsentieren – was einfach ein verräterisches Merkmal sein könnte, wie die Spitzen an der Außenseite des Coronavirus. Die Stärke dieser neuen Impfstoffe hängt davon ab, welches Merkmal sie zeigen und wie sie es präsentieren. Virusfragmente werden auf vielseitigen Nanopartikeln zusammengesetzt, die der Art und Weise ähneln, wie die Spitze auf der Oberfläche des Virus selbst aussehen könnte – ein Ansatz, der hilft, die Immunantwort zu fokussieren.
„Das Immunsystem hat sich so entwickelt, dass es stark auf Wiederholungen reagiert. Viren haben sich wiederholende Anordnungen von Proteinen auf ihren Oberflächen“, sagte Neil King, ein Biochemiker der University of Washington mit einem weiteren variantensicheren Impfstoffkandidaten in Studien am Menschen. „Deshalb funktionieren Nanopartikel-Impfstoffe besser, weil sie das Antigen als sich wiederholende Anordnung präsentieren, um diese starke Reaktion hervorzurufen.“
“Es ist einen Versuch wert”
Die ersten Versionen von Coronavirus-Impfstoffen waren wirksam, aber einfach. Sie nahmen stachelige Proteine von der Außenseite des Virus, das 2019 auftauchte, optimierten sie, um die Stacheln in der richtigen Form zu halten – und präsentierten diese Stacheln dem Immunsystem.
Die Impfstoffe der nächsten Generation, die entwickelt wurden, um zukünftige Pandemien zu stoppen, werden wahrscheinlich eine größere Ausgereiftheit erfordern.
Martinez arbeitet am UNC an einem Impfstoff, der die „chimären“ Spikes des Immunsystems zeigt. Wie die Chimäre der griechischen Mythologie – mit dem Kopf eines Löwen, dem Mittelteil einer Ziege und dem Hinterteil einer Schlange – verwenden diese Impfstoffe Spikes, die aus Fragmenten verschiedener Coronaviren zusammengesetzt sind. Ein Stück von SARS-CoV-2, ein weiteres Stück des ursprünglichen SARS-Virus und eine dritte Komponente von einem Fledermaus-Coronavirus.
Andere Forscher, wie King, bauen „Mosaik“- und Cocktail-Impfstoffe, die andere Kombinationen enthalten. Ein winziges Partikel könnte beispielsweise mit einem Schlüsselstück von Spike-Proteinen von SARS-CoV-2, SARS und zwei Fledermaus-Coronaviren gespickt sein. Forscher des California Institute of Technology haben Mosaik-Nanopartikel mit Fragmenten von vier bis acht verschiedenen Coronaviren hergestellt.
Der genaue Ansatz, der den besten universellen Impfstoff bilden wird, ist noch Gegenstand wissenschaftlicher Debatten. Aber so viel ist sicher: Die Aktualisierung von Impfstoffen alle sechs Monate wird kein vernünftiger – oder gerechter – Weg sein, Menschen weltweit zu schützen.
„Ich denke nicht, dass die bisherige Erfahrung mit den Varianten, der Versuch, die neuen Varianten zu verfolgen, sobald sie auftauchen, und schnell variantenspezifische Impfstoffe zu erzeugen – ich denke nicht, dass dies eine langfristige Strategie ist, selbst bei Menschen mit hohem Einkommen Ländern und schon gar nicht in weniger gut ausgestatteten Umgebungen“, sagte Richard Hatchett, Geschäftsführer der Coalition for Epidemic Preparedness Innovations, einer gemeinnützigen Organisation, die Bemühungen zur Entwicklung variantensicherer und universeller Impfstoffe finanziert.
Die Entdeckung, dass es Antikörper gibt, die in der Lage sind, ein breites Spektrum an Viren zu erkennen und zu neutralisieren, ist von entscheidender Bedeutung. Aber zu lernen, wie man sie auslöst, um einen Schutzschild zu schaffen, könnte komplizierter sein, als es sich anhört.
Es reicht möglicherweise nicht aus, dass Menschen Antikörper erzeugen können, um eine Vielzahl von Coronaviren zu blockieren. Der Trick besteht darin, ob ein Impfstoff ausreichende Mengen erzeugen kann, um Menschen zu schützen. Bei HIV zum Beispiel wurden bei Menschen mit Langzeitinfektionen Antikörper isoliert, die viele Stämme des sich ständig verändernden Virus blockieren. Aber die Verwendung eines Impfstoffs, um zu replizieren, was die Natur erreichen kann, hat sich als der Heilige Gral für das Feld abgezeichnet.
Bei SARS-CoV-2 sieht das Spike-Protein ein bisschen wie ein Baum aus, und seltene Antikörper, die an die Basis des Baums binden, können in Laborstudien ein breites Spektrum verwandter Coronaviren blockieren, sagte Duane R. Wesemann, Immunologe bei Brigham und Frauenkrankenhaus in Boston.
„Aber es ist eine sehr niedrige Frequenz, und wenn wir einen Impfstoff herstellen, der genau das tut, müssen wir sehen, dass es möglicherweise nicht so einfach ist“, sagte Wesemann. „Es ist nicht klar, ob wir diese speziellen Antikörper in ausreichend hoher Konzentration hervorrufen können.“
Ein universeller Impfstoff wird in einer komplizierteren Welt ankommen als die Impfstoffe der ersten Generation. Menschen haben unterschiedliche Grade an vorbestehender Immunität, von Impfungen und von Infektionen im Zusammenhang mit Varianten.
Wissenschaftler sind sich nicht einig darüber, wie frühere Expositionen – bekannt als Immunprägung oder manchmal als „ursprüngliche antigene Sünde“ bezeichnet – die Reaktion der Menschen auf neue Impfstoffe positiv oder negativ beeinflussen werden. Eine Möglichkeit ist, dass neue Impfstoffe die stärkste Reaktion auf das Virus hervorrufen, dem die Menschen ursprünglich ausgesetzt waren, und nicht das neueste. Aber Impfstoffdesigner wie Martinez sehen das Potenzial, diese Eigenart des Immunsystems als Vorteil auszunutzen, um die Reaktion auf das richtige Ziel zu fokussieren.
Ein weiteres wissenschaftliches Problem, das noch gelöst werden muss, ist die Haltbarkeit. Ein breit angelegter Impfstoff mit schnell verblassendem Schutz könnte unpraktisch sein, um zukünftige Pandemien zu verhindern. Immerhin entstand SARS vor etwa zwei Jahrzehnten und MERS ein Jahrzehnt später.
„Wir suchen nach einer Tetanus-ähnlichen Spritze“, sagte Haynes. „Wir alle müssen alle 10 Jahre eine Tetanusimpfung bekommen. Das wäre wirklich toll.“
Die Suche nach einem wirklich universellen Impfstoff ist dringend, aber viele Experten warnen davor, dass dies eine ganz andere Herausforderung ist als die Entwicklung der Impfstoffe der ersten Generation.
„Wir untersuchen Influenzaviren seit mehr als 70 Jahren und versuchen, universelle Influenza-Impfstoffe herzustellen, aber wir haben es immer noch nicht geschafft“, sagte Yoshihiro Kawaoka, der an einem Pan-Coronavirus-Impfstoff bei arbeitet der Universität von Wisconsin in Madison. „Aber das ist ein anderes Virus, und ich denke, es ist einen Versuch wert. Was ich versuche zu sagen, ist, dass es vielleicht nicht einfach ist.“