Name: Hopemaster, 2020-12 & 2021-05

Um die Impfung zu verstehen, muss man vorher generell verstehen, wie (1.) Proteine in Menschen gebildet werden und (2.) wie das Immunsystem normalerweise auf virale Erkrankungen reagiert. Dementsprechend folgen erstmal die beiden Punkte in der Erklärung. Falls Du das schon kennst, kannst Du gleich bei Punkt 3. beginnen.
Wenn Du die ersten drei Artikel zu SARS-CoV-2 noch nicht gelesen hast, empfehle ich diese zum besseren Verständnis, sie sind ganz unten nochmal verlinkt.

Wie werden Proteine in Menschen hergestellt?

Den Vorgang der Herstellung von Proteinen in Menschen nennt man Proteinbiosynthese oder auch Genexpression. Er ist bei allen Lebewesen bis auf einen Unterschied gleich: Bakterien führen sie in zwei Schritten durch (Transkription und Translation), alle anderen Lebewesen (Eukaryoten) führen sie in drei Schritten durch (Transkription, Splicing und Translation).

1. Transkription: Dabei wird im Zellkern eine Kopie des Gens hergestellt, welches für das benötigte Gen codiert. Diese Kopie ist eine mRNA. Diese Kopie wird aus dem Zellkern hinaus transportiert (zum Beispiel durch das ER), (2.) bis sie zu den Ribosomen gelangt. Bei Eukaryoten wird zwischendurch noch das Splicing durchgeführt.

3. Die mRNA fädelt ins Ribosom ein.

4. Durch den Prozess der Translation wird das benötigte Protein hergestellt. Es kann nun seine Aufgabe erfüllen.

Normale Genexpression (Proteinbiosynthese) bei Eukaryoten

Wer dies genauer lesen möchte, findet den kompletten Ablauf in dem Artikel: Proteinbiosynthese - Transkription und Translation.

Wie funktioniert die Immunabwehr bei Menschen?

Wenn man in Kontakt mit einem Erreger (z.B., Viren, Bakterien, Pilze (=Antigen)) kommt, laufen in der Regel erstmal eine Menge (unspezifischer) Reaktionen ab, die den Erreger abtöten sollen. Dazu gehören Fieber, Abwehrproteine, aber auch die Fresszellen (=Makrophagen), die alles körperfremde abtöten. Diese Abwehr schützt uns täglich vor tausenden von Erregern, sodass wir so gut wie nie krank werden.

Wenn diese allgemeine Abwehr nicht ausreicht (z.B. wenn man sehr viele Erreger des gleichen Typs hat), wird die spezifische Immunabwehr aktiv. Sie arbeitet langsamer, stellt aber auf den Erreger passende Antikörper und in der Folge auch Gedächtniszellen her.

Diese Gedächtniszellen speichern Informationen des Erregers, sodass sie jederzeit wieder, falls es also zu einem Kontakt mit dem gleichen Erreger kommt, sofort wieder Antikörper freisetzen können.

Das Ziel der spezifischen Immunabwehr ist die Bereitstellung von Antikörpern und Gedächtniszellen.

Die folgende Grafik zeigt, wie zuerst Fresszellen erste Sars-CoV-2 fressen, ihre Oberflächeninformationen dabei an die T4-Helferzelle (=Abwehrdirigent) übergeben, worauf diese dann Plasmazellen beauftragt, zu den Oberflächenprotein passende Antikörper zu bilden. Alle genannten Zellen gehören zu den weißen Blutkörperchen (Leukocyten).

Spezifische Immunabwehr von SARS-CoV-2
(Klicken zum Vergrößern)

Die von der Plasmazelle freigegebenen Antikörper passen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip zur Oberfläche der Spikeproteine der SARS-CoV-2. Diese binden daran und werden nun festgehalten, sodass sich nach kurzer Zeit ein größerer Klumpen an Viren bildet. Diese Viren sind nun nicht mehr in der Lage sich zu bewegen oder Zellen zu infizieren. Für Fresszellen sind sie nun leichte Beute. Ab diesem Moment wird der Krankheitsverlauf von Stunde zu Stunde besser! Die Genesung beginnt.

Gleichzeitig zerstören Killerzellen schon vorher von Viren befallene Zellen, um weitere Ausbrüche von Viren zu verhindern. Killerzellen sind echt hart drauf. Sie können auch unpassende Organe bei einer Transplantation innerhalb von Stunden komplett zerstören!

Die Plasmazellen können sich nach getaner Arbeit in Gedächtniszellen umwandeln. Diese speichern noch über Jahrzehnte die Spike-Proteininformation und können in windeseile wieder die Antikörper freisetzen, falls man doch mal wieder mit dem Virus Kontakt hat. Nun ist der Mensch immun.

Prinzipiell laufen diese Vorgänge so bei allen Wirbeltieren ab.

Aber warum erkältet man sich dann immer wieder? Es gibt Virengruppen, welche in sehr kurzer Zeit ihre Oberflächenproteine verändern. Mit neuen Oberflächenproteinen ist das Virus dem Immunsystem fremd und kann nicht erkannt werden. Es ist sozusagen "verkleidet". Man kann also an dem Virus wieder erkranken. Zu diesen Viren gehören HIV, Grippe, Erkältungen uvm.

Eine Frage für die Profis: Was hat das alles mit Eiterpickeln zu tun? Bedenkt, Eiter sind abgestorbene weiße Fresszellen!

Wie funktioniert die mRNA-Schutzimpfung bei SARS-CoV-2?

Erste Schutzimpfungen bestanden aus intakten Viren oder Bakterien, welche sehr verdünnt waren. Die Folge war, dass das Immunsystem die normale Immunabwehr durchläuft, mit dem Ziel Antikörper und Gedächtniszellen herzustellen. Leider erkrankten viele Menschen dabei, sodass man dies heute nicht mehr macht.

Man ging dazu über, zum Beispiel nur die Hüllen der Erreger zu impfen, welche kein infektiöses Erbgut enthielten. Noch eleganter ist es, sogar nur Fragmente der Oberflächen, mit den wichtigsten Oberflächenproteinen zu impfen. Auch darauf reagiert das Immunsystem mit der Bildung von Antikörpern und Gedächtniszellen. Eine Infektion ist damit unmöglich. (Auch wenn Impfgegner das immer noch nicht glauben).

So könnte man sicher auch mit SARS-CoV-2 verfahren, allerdings ist es ein großes Problem, so viele Virushüllen zu bekommen, sodass man Milliarden von Impfdosen bereitstellen könnte.

Deutsche Unternehmen wie Biontech oder Curevac haben vor 10 Jahren eine clevere Lösung des Problems gefunden: Sie lassen uns die fremden Oberflächenproteine herstellen! Doch wie geht das?

Der Mensch produziert seinen eigenen Impfstoff

In biochemischen Laboren ist es kein Problem in großen Mengen Erbgut herzustellen. Das funktioniert seit Jahrzehnten zuverlässig. Wie kann man dies nun ausnutzen?
Man hat aus dem RNA-Viruserbgut von SARS-CoV-2 die Sequenz für das Spikeprotein isoliert. Über dieses Protein findet die Infektion statt.

Dieses Spike-Gen wird nun milliardenfach repliziert und mit Lipiden in einer Flüssigkeit stabilisiert. Bei dem isolierten Gen handelt es sich um eine RNA. Die Replikation erfolgt als mRNA, sodass kein Eintritt in den Zellkern möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass mRNA keine lange Haltbarkeit in menschlichen Zellen hat. Sie wird in der Regel nach wenigen Stunden funktionslos und dann abgebaut.

Diese mRNA wird nun einem gesunden Menschen geimpft:

mRNA-Impfung bei SARS-Cov-2
(auf das Bild klicken zum Vergrößern)

Wie man sieht, fädelt die geimpfte mRNA in Ribosomen ein, welche daraufhin Spikeproteine herstellen und diese über den Golgiapparat abgeben.

Nun befinden sich im Körper des Geimpften körperfremde Oberflächenproteine, wodurch sofort das Immunsystem mit seiner spezifischen Immunabwehr aktiv wird, Antiköper, und viel wichtiger Gedächtniszellen, produziert. Der Körper ist gegen SARS-CoV-2 immun!

Wie man sieht, läuft grundsätzlich bei der Immunisierung mit mRNA-Impfstoffen nichts Entscheidendes anders, als bei herkömmlichen Impfungen. Es wird geimpft mit dem Ziel körperfremde Oberflächenproteine in den menschlichen Körper zu bekommen, sodass das Immunsystem in seiner üblichen Form reagieren kann. Der einzige Unterschied ist, dass der Mensch das Protein vorher selbst bildet - und zwar nur dieses eine, kleine Spikeprotein! Also, keine ANGST!

Vergleich von Impstofftypen

• klassische Impfstoffe (Impfstoffe aus abgetöteten Bakterien, unwirksamen Viren oder Proteinen) sind nicht so leicht in großer Anzahl herstellbar
  
  
• Vektorimpfstoffe benutzen Viren als Träger für den eigentlichen Impfstoff. Oft werden harmlose Adenoviren oder veränderte Masernviren verwendet. Während das generell ein momentan spannendes Forschungsfeld ist und die Wissenschaft dort in den letzten 30 Jahren große Fortschritte erzielt hat, gibt es auch hier Vor- und Nachteile. Ein Vorteil ist, dass man in einer Kultur schnell große Mengen Impfstoff herstellen kann. Das Problem ist aber die so genannte Kreuzimmunität. Wenn man zwei Impfungen benötigt und der erste Impfstoff in Adenoviren verpackt ist, dann bildet das Immunsystem nicht nur eine Immunität gegen den Impfstoff, sondern auch gegen die Adenoviren aus. Eine zweite Impfung mit dem gleichen Impfstoff wäre also unwirksam, da das Immunsystem diese neutralisiert. Die einzige Lösung ist, einen zweiten Vektor, also ein anderes Virus, für die zweite Impfung zu verwenden.
  
  
• mRNA-Impfstoffe können schnell in großer Anzahl synthetisiert werden. Es gibt keine Kreuzimmunität und die Produktion ist auch ähnlich aufwändig, wie die der Vektorimpfstoffe. Der große Vorteil liegt aber daran, dass der Impfstoff sehr leicht und sehr schnell angepasst werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Nebenwirkungen geringer sind, da der Impfstoff oft sehr selektiv und nur auf wenige Proteine begrenzt hergestellt wird.

Was passiert nun im Körper nach der Impfung:

Bei einer Impfung erhält man Lipidnanopartikel in denen sich die 30µg Spike-mRNA befinden.

Der überwiegende Teil des Impfstoffe bleibt im Oberarmmuskel und in den Lymphknoten der Achselhöhle. Durch den Blutkreislauf und die Lymphe gelangen die restlichen Lipidnanopartikel in Leber und Milz.
Die Nanopartikel dienen als so genannter Vektor, das heißt, sie sind das Transportmittel, mit dem die mRNA hinein transportiert wird.
Nach kurzer Zeit beginnen die Ribosomen (vor allem der Leber- und Milzzellen) das Spike-Protein zu produzieren.

Auch in den Muskelzellen des geimpften Muskels und den Lymphknoten der Achselhöhle findet für 4-8 Tage die Produktion (Translation) von Spike-Proteinen statt.

Die Lymphknoten sind deshalb so interessant, da in der Lymphflüssigkeit sehr viele Immunabwehrzellen sind. Hier tummeln sich also die Zellen, die später das SARS-COV-2-Virus abwehren sollen.
Besonders wichtig sind die verschiedenen antigenpräsentierenden Zellen (z.B. die Makrophagen). Sie produzieren nun auch Spike-Protein und präsentieren diese Information (das so genannte Antigen) den anderen Zellen des Immunsystems. Diese Präsentation kann man sich als eine direkte Kommunikation und Weitergabe der Information unter den Immunabwehrzellen vorstellen.
T-Helferzellen und B-Lymphocyten werden so aktiviert, was zu deren Vermehrung führt.
Nach eine Woche später ist der Vorgang so weit fortgeschritten, dass Plasmazellen (eine Untergruppe der B-Lymphocyten) Antikörper gegen das Spike-Protein herstellen.

Da das Spikeprotein umfassend ist, werden die Antikörper so hergestellt (nach der Information der mRNA), dass an mehrere Stellen (= Epitope) des Spike Proteins angebunden wird.
Diese Antikörper sind der allererste Schutz im Falle einer Infektion.
In den folgenden Tagen werden nun mehr und mehr Gedächtniszellen gebildet, welche auch im Fall des Verschwinden der Antikörper (das kann bereits nach mehreren Monaten der Fall sein), über Jahre im Körper bleiben und im Fall einer Infektion in recht kurzer Zeit neue Antikörper produzieren und freisetzen.

Zukünftige Impfstoffe könnten weitere Variationen des Spike-Proteins angreifen. Dazu wäre eine Abwandlung des mRNA-Impfstofes notwendig.

Nebenwirkungen der mRNA-Impfung

• Eine häufig genannte Nebenwirkung ist das Anschwellen der Lymphknoten und des Muskels. Wie kommt es dazu?
  Das Immunsystem bemerkt kurz nach der Impfung das freigesetzte Spike-Protein. Das Immunsystem kann natürlich nicht wissen, dass es keine wirkliche Infektion ist. Es tut also das was es kann, und schlägt mit voller Härte zu. Neben den bereits beschriebenen Abläufen (antigenpräsentierenden Zellen aktivieren T-Helferzellen und B-Lymphocyten, welche Antikörper freisetzten) werden auch so genannte Zytokine (Entzündungsfaktoren) freigesetzt, was zu Entzündungsreaktionen führt. Dieses Verfahren dient zur weiteren Aktivierung des Immunsystem und kann Fieber sowie vermehrten Transport von Lymphflüssigkeit (=> Anschwellen der Lymphknoten und des Muskels) auslösen.
  Diese Nebenwirkungen sind je nach Patient und Immunsystemtyp (ja, da unterscheiden wir uns alle ein wenig) unterschiedlich stark. In den meisten Fällen halten sie nicht länger al einen Tag an. Geschwollene Lymphknoten können aber auch gerade im Hals- und Ohrbereich mehrere Tage bleiben.
  Starke Nebenwirkungen zeigen also, dass alles nach Plan läuft und die Impfung funktioniert und das der Körper nun einen wirksamen SARS-COV-2 Schutz aufbaut.
  
  
• Impfnebenwirkungen sind zum Glück sehr selten, millionenfach seltener als die Todesfälle und schweren Schäden, die die dazugehörigen Krankheiten auslösen. neben Rötungen der Einstichstelle und Muskelschmerzen (durch die Flüssigkeit im Muskel) treten in sehr seltenen Fällen allergische Schocks auf, welche mit den Begleitstoffen der Impfflüssigkeit zusammenhängen. Dies geschah u.a. im Dezember 2020 in England als zwei Leute eine heftige allergische Reaktion auf die mRNA-Impfung hatten. Diese Reaktion wäre bei diesen Menschen aber auch bei einer herkömmlichen Impfung aufgetreten.
  
  
• Impfgegner befürchten, dass das menschliche Erbgut verändert wird. Das kann nicht passieren, da es 1. nur eine winzige Information (nur das Spikeprotein) ist und zweitens, die mRNA nicht in den Zellkern kann.
  
  
• Zum Vergleich: Sehr viele andere Viren, wie z.B. Röteln, Masern, Windpocken, HIV, HPV uvm. bauen hingegen ihr komplettes Erbgut in unsere menschlichen Zellkerne ein. Man sagt, diese Viren sind mutagen, also erbgutverändernd. Da dies Krankheiten sind, bei denen Impfgegner die Schutzimpfungen ablehnen, haben sie dadurch besonders viele Erbgutveränderungen... das ist die Ironie, wenn man Wissenschaft leugnet.

Noch eine Frage für die Profis: Das Spike-Protein von SARS-CoV-2 ist ein (bisher fast) unveränderliches Oberflächenprotein. Was müsste in den nächsten Jahren geschehen, um immer genügend funktionierenden mRNA-Impfstoff zu haben? Tipp: Vergleiche mit der Grippe-Impfung!

Links zu COVID-19:

• https://de.wikipedia.org/wiki/Covid-19
• https://de.wikipedia.org/wiki/COVID-19-Pandemie
• https://de.wikipedia.org/wiki/SARS-CoV-2

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