The Jerusalem Post: Im vergangenen Monat gab Indien bekannt, dass es den weltweit ersten DNA-Impfstoff, ZyCoV-D, entwickelt hat. Während Standardimpfstoffe das eigentliche „Hardware“-Protein verwenden, nutzen DNA-Impfstoffe den „Software“-Bauplan des Virus.
Im vergangenen Monat rühmte sich Indien damit, den weltweit ersten DNA-Impfstoff ZyCoV-D entwickelt und von der zuständigen Behörde zugelassen zu haben.
Der von dem Unternehmen Zydus Cadila entwickelte Impfstoff soll bereits im nächsten Monat zur Verfügung stehen und einem Land, in dem das Virus bereits mehr als 447 000 Todesopfer gefordert hat, Hoffnung geben.
Was ist ein DNA-Impfstoff und könnte diese neue Art von Impfung das nächste Instrument im weltweiten Kampf gegen COVID-19 werden?
Ein DNA-Impfstoff ist eine Art Software-Impfstoff, erklärt Prof. Jonathan Gershoni von der Universität Tel Aviv.
Bei einem Software-Impfstoff, impfen Wissenschaftler mit dem Bauplan des Virus – nur der DNA oder der RNA, die den Genen entsprechen, die für das Spike-Protein kodieren – und injizieren ihn auf schmackhafte und wirksame Weise in den Körper. Die Zellen synthetisieren dann das Virusprotein, was zur Bildung von Antikörpern gegen den Virusspike führt.
Dies steht im Gegensatz zu einem Hardware-Impfstoff, der tatsächlich Hardware, d. h. physische Teile des Virusproteins, enthält.
„Ein Hardware-Impfstoff kann beispielsweise aus einem abgetöteten Virus oder einem abgeschwächten Virus bestehen“, erklärt Gershoni. „Oder man kann auch einen Untereinheiten-Impfstoff haben, wie den Impfstoff gegen Hepatitis B, der nur aus gereinigtem Spike-Protein besteht.
„Das Immunsystem erkennt das Vorhandensein des viralen Proteins… und das stimuliert das Immunsystem, zu reagieren und hochspezifische, gezielte Antikörper zu bilden, die das Virus inaktivieren.“
Alle herkömmlichen Kinderimpfstoffe, die es heute gibt, sind Hardware-Impfstoffe.
Seit den späten 1980er Jahren spielen Wissenschaftler jedoch mit dem Gedanken, dass es Anwendungen für die direkte Injektion von DNA oder RNA geben könnte – zunächst bei dem Versuch, eine Gentherapie zu entwickeln, und in jüngerer Zeit bei der Entwicklung von Impfstoffen, die Gershoni als Software-Impfstoffe bezeichnet.
„Wir wissen, dass der Informationsfluss in der Biologie folgendermaßen verläuft: Das genetische Material ist in einem sehr stabilen Molekül, der doppelsträngigen DNA, gespeichert“, so Gershoni. „Die vom Gen stammende Information muss jedoch umgeschrieben werden, um ein verfügbares genetisches Zwischenmaterial in Form von RNA zu erzeugen. RNA im herkömmlichen Sinne ist also einfach eine Einwegkopie des DNA-Gens“.
Es ist jedoch die RNA und nicht die DNA, die in der Lage ist, mit der Proteinproduktionsmaschinerie, den Ribosomen, zu interagieren. Die Ribosomen sind es, die die RNA erkennen und das genetische Material, das in der Sprache der RNA geschrieben ist, systematisch in die Hardware – also das Protein – übersetzen.
„Die Hardware ist das Protein, und die Gebrauchsanweisungen, die Rezepte, die uns sagen, wie wir diese Proteine herstellen sollen, können entweder in der DNA oder in der RNA enthalten sein“, sagte er. „DNA oder RNA fallen also unter die Kategorie der Software-Impfstoffe.“
Anfangs bevorzugten die Wissenschaftler die DNA, weil sie weit weniger empfindlich ist als die RNA, die sich leicht zersetzt. Andererseits ist die RNA ein direkterer Weg, die Gebrauchsanweisung zu übermitteln, da die Ribosomen nicht mit der DNA interagieren können. In Systemen, in denen die DNA als das zu übertragende genetische Material verwendet wird, besteht der nächste erforderliche Schritt, nachdem die DNA an die Zellen geliefert wurde, darin, dass diese Zellen RNA-Kopien der Gene herstellen müssen. Erst dann kann die RNA-Kopie der fremden DNA von den Ribosomen übersetzt werden, um das Zielprotein zu produzieren, das dann die richtige Immunreaktion auslösen kann.
„Die Injektion von RNA ist in mancher Hinsicht effizienter“, sagte Gershoni.
Sowohl der Pfizer- als auch der Moderna-Impfstoff sind beispielsweise RNA-Impfstoffe.
Trotz der Behauptungen aus Indien gibt es bereits andere DNA-Impfstoffe auf dem Markt. Sie sind nur anders verpackt.
Die Impfstoffe von AstraZeneca, Sputnik V und Johnson & Johnson enthalten alle DNA des Spike-Proteins als aktiven Bestandteil. Bei diesen Impfstoffen, so Gershoni, wird die DNA des Spike-Proteins des Coronavirus in die DNA eines sicheren Virus namens Adenovirus verpackt.
Diese Impfstoffe liefern das Gen für das Spike-Protein über das Adenovirus, das menschliche Zellen infiziert, aber keine spürbaren oder schädlichen Krankheiten verursacht.
„Wenn wir ein solches Virus nehmen und seine Gene manipulieren und einige der Gene des viralen Vektors mit dem Gen für das Coronavirus-Spike austauschen, werden diese viralen Vektoren, wenn sie unsere Zellen infizieren, manipuliert und produzieren das Coronavirus-Spike-Protein, das dann die Produktion von Antikörpern gegen das Coronavirus anregt“, erklärte Gershoni weiter.
Worin besteht also der Unterschied, wenn man bedenkt, dass der indische Impfstoff ebenfalls DNA enthält und ein DNA-Virus ist?
Der Unterschied zum indischen Impfstoff besteht darin, dass er viel weniger DNA enthält und nicht in einem viralen Vektor verpackt ist. Die indische DNA steht für sich allein.
„Sie haben ein kleines, kreisförmiges Stück DNA, ein sogenanntes Plasmid, genommen und in dieses Plasmid ein Stück DNA eingebaut, das den 1 200 Aminosäuren des Coronavirus-Spike-Proteins entspricht“, so Gershoni.
Das Plasmid, das sie in ZyCoV-D verwenden, ist ein Plasmid aus den 1990er Jahren namens pVAX1, ein kommerziell erhältliches Plasmid-DNA, dessen Gesamtgröße nur etwa 3.000 Buchstaben (Nukleotid-Basenpaare) beträgt.
In diesem Fall ist die DNA nicht eingewickelt oder verpackt, sondern wird direkt in den Arm injiziert, was als „nackte DNA“ bezeichnet wird.
Dies ist der erste Plasmid-DNA-Impfstoff, der für den menschlichen Gebrauch zugelassen wurde. Laut Gershoni wurde Plasmid-DNA in der Vergangenheit bereits in der Tiermedizin eingesetzt.
Der Impfstoff unterscheidet sich von den anderen Impfstoffen auch dadurch, dass er intradermal verabreicht wird, d. h. er wird ohne Nadel über einen Hochdruckstrahl einer Flüssigkeit injiziert, die die DNA enthält.
Das ZyCoV-D-Schema besteht aus drei Impfungen im Abstand von jeweils 28 Tagen. In der Phase-III-Studie wurde eine Wirksamkeit des Impfstoffs von weniger als 70 % festgestellt.
Gershoni erklärte, dass einige Menschen zwar Bedenken gegenüber DNA-Impfstoffen geäußert haben, da diese in den Zellkern eindringen müssen, um transkribiert zu werden und die RNA zu erzeugen, und daher theoretisch die Chromosomen einer Person beeinträchtigen könnten, dass es aber keinen offensichtlichen mechanistischen Grund gibt, warum dies geschehen sollte.
Er sagte, man habe sich bemüht, die DNA zu straffen, sie so kompakt, sauber und schlicht und mit so wenig zusätzlicher DNA wie möglich zu machen.
„Während Menschen auf der ganzen Welt sich Sorgen machen und darüber diskutieren, ob dieser DNA-Impfstoff eine gute Idee ist“, so Gershoni weiter, „sind wir in Israel mit RNA-Impfstoffen gesegnet. Theoretische Argumente über die Sicherheit von DNA-Impfstoffen sollten daher in Israel unter keinen Umständen verwendet werden. Sie sind einfach nicht relevant.“
