3. Vakzinen

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3. Vakzinen
Vakzinen
Vakzinen enthalten einen kleinen Stück des Erregers oder den ganzen Erreger (in einer inaktivierten,
oder attenuierten - also abgeschwächten) Form, und werden zur Impfung benutzt. Andere antivirale
und antibakterielle Substanzen basieren auf andere Prinzipien.
FOLIE 1 Edward Jenner war ein englischer Landarzt, der die moderne Schutzimpfung gegen Pocken
entwickelte. Jenner nutzte die landläufige Meinung, dass Melkerinnen, die sich mit Kuhpocken
infiziert hatten, gewöhnlich nicht an den eigentlichen Pocken erkrankten. Im Mai 1796 unternahm er
einen Versuch, indem er den Jungen James Phipps mit Kuhpocken- oder Vacciniaviren impfte, die er
einer Kuhpockenpustel entnommen hatte. Der Junge erwies sich später als immun gegen gewöhnliche
Pocken. Jenner bezeichnete sein Verfahren als „vaccination“ (dt. Vakzination, von lateinisch vacca =
„die Kuh“). Dieser Begriff steht im Englischen heute immer noch für die Schutzimpfung einer
gesunden Person mit abgeschwächten Krankheitserregern. Im Rahmen eines weltweiten
Vakzinationsprogrammes ist die Eradikation von Pocken von der ganzen Welt gelungen. Gefrorene
Pockenstämme werden heute offiziell noch in zwei Orten (World Health of Organization, Atlanta,
USA; Novosibisrk, Russland) aufbewahrt. Die Methode von Jenner basiert also auf die Verwendung
einer lebendigen Vakzine. In diesem Fall ist es kein attenuiertes Virus, sondern ein verwandter
Virenstamm.
FOLIE 2 Als Immunisierung wird das Einbringen eines Immunogens in den Körper eines höheren
Tieres oder des Menschen bezeichnet, das eine Immunreaktion auslösen soll. Wenn dies zu dem Zweck
geschieht, das Immunsystem mit Krankheitserregern in Kontakt zu bringen, damit es anschließend vor
einer Infektionskrankheit geschützt ist, wird die Immunisierung als Impfung bezeichnet. Man
unterscheidet eine aktive von einer passiven Immunisierung. (1) Im Fall der passiven
Immunisierung werden dem Körper spezifische Antikörper zugeführt (Heilimpfung). Der Körper
muss diese nicht selbst bilden. Zuerst werden Bakterien in einer Nährlösung gezüchtet, dadurch
sammeln sich Bakterientoxine an. Diese werden aus der Lösung herausgefiltert und anschließend
Pferden eingespritzt. Die Pferde bilden in ihrem Blut Antikörper. Aus dem Blut der Tiere wird das
Serum mit Antikörpern gewonnen, danach wird das Heilserum dem Patienten injiziert. Der Vorteil
besteht in einer schnelleren Wirkung. Dagegen ist der Nachteil, dass der Schutz nur so lange andauert,
wie die Antikörper noch nicht abgebaut sind. Passive Immunisierung wird meist eingesetzt, wenn die
Zeit für eine aktive Immunisierung nicht ausreicht. (2) Bei einer aktiven Immunisierung
(Schutzimpfung) wird der Erreger, gegen den der Patient geimpft wird, in abgeschwächter Form
eingeimpft, sodass der Körper/das Immunsystem selbst Antikörper produziert, um den Erreger zu
bekämpfen. Der Körper bildet Gedächtniszellen, die bewirken, dass bei einem möglichen Eintritt des
Erregers nach dieser Impfung der Körper immun ist, da er sich an den Fremdstoff erinnern kann. Die
in den Körper eingeführten Antigene werden von den T- und B-Lymphozyten erkannt. Die aus den TZellen freigesetzte Cytokine aktivieren die B-Lymphozyten und die Makrophagen. Auf die Wirkung der
Cytokine beginnt die B-Zelle sich zu teilen und zu lang lebenden B-Gedächtniszellen und Plasmazellen
zu differenzieren. Die Plasmazellen exkretieren die Immunoglobuline, die die B-Mutterzellen auf ihren
Oberflächen trugen. Nach der Erkennung des Antigens, Aktivierung und Differenzierung (zentrale
Phase) ist der dritte Schritt der Immunantwort die Entfernung der antigentragenden Moleküle/Zellen
(Effektorphase). Neben den humoralen (Antikörper) und zellulären (zytotoxische T-Lymphozyten)
Komponenten der spezifischen Immunantwort nehmen an der Verteidigung auch nicht-spezifische
Verteidigungsmechanismen (Komplementsystem, Phagozyten) teil. Bei der Vorbeugung von viralen
Infektionen nehmen vor allem die spezifischen Antikörper, und bei der Heilung die spezifischen
zytotoxischen T-Lymphozyten (CD8+ T-Zellen) teil.
FOLIE 3 Inaktivierte Vakzinen (abgetötete Vakzinen) Bei dieser Art der Vakzinierung benutzt
man den mit Hitze oder Formalin inaktivierten Erreger für Immunisierung. Dies ist möglich, weil die
Proteine des Erregers die Fähigkeit haben, eine Immunantwort auszulösen. Inaktivierte Vakzinen
benutzt man z.B. gegen Poliovirus (Kinderlähmung) und Influenzaviren.
FOLIE 4 Lebendige Vakzinen; attenuierte (abgeschwächte) Viren Die abgeschwächten
Erreger werden in Laboratorien hergestellt, so, dass z.B. die Viren vielmal auf einer Zellkultur
vermehrt werden. Als Ergebnis der vielen Vermehrungszyklen adaptiert sich der Erreger zu den
Umständen im Laboratorium, ihre Virulenz wird bedeutend niedriger. Die lebendigen Vakzinen sind
fähig, sich im Organismus zu vermehren, sie verursachen aber keine Krankheit. Ihr Vorteil gegenüber
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abgetöteten Vakzinen ist, das sie eine mehr effiziente Schutz leisten, ihr Nachteil ist aber die höhere
Risiko, besonders im Fall von Personen mit einem abgeschwächten Immunsystem. Solche Vakzinen
werden z.B. gegen Windpocken (Varicella-Zoster Virus) und Mumps benutzt.
Die REKOMBINANTEN VAKZINEN werden mit Hilfe der rekombinanten Gentechnologie
hergestellt. Die DNA-Vakzinen sind meisstens Gene von Pathogenen, die wir direkt in die Zielgeweben
einschleusen, wo sie in den Zellen exprimiert werden und eine Immunantwort auslösen. Auch die
Untereinheit-Vakzinen werden mit molekularbiologischen Techniken hergestellt, diese sind meisstens
Peptide. Eine bedeutende Gruppe der rekombinanten Vakzinen sind die auf Virus basierenden
Vakzinen. In diesem Fall dienen die Viren als Vektoren für Transfer der Gene vom Erreger ins
Organismus. Eine andere, auf Virus basierende Strategie ist, wenn wir das Virus mit genetischen
Methoden avirulent machen (in unserem Beispiel das Influenzavirus).
FOLIE 5, 6 Auf rekombinanten Viren basierende Vakzinen Das Adenovirus ist ein idealer
Vektor für den Einbau von Genen und Verwendung als Vakzine. Bei der Eradikation des Tollwutvirus
hat die Verwendung von einem attenuierten Stamm des Vakziniavirus (Kuhpocken) als Vektor eine
wichtige Rolle gespielt. Das G-Protein-kodierende Gen des Tollwutvirus wurde ins Genom des
Vakziniavirus eingebaut. Man hat dann damit nicht direkt die Menschen vakziniert, sondern Fleisch
damit infiziert und in den Wäldern ausgelegt, wo die Füchse, die bekannt als Reservoir des
Tollwutvirus sind, daraus gegessen haben und dadurch immunisiert worden sind.
FOLIE 7 EXTRA ANFORDERUNG Rekombinante Vakzinen – gegen Vogelinfluenzavirus
Die Gefahr des Vogelinfluenzavirus ist, dass es sich zu einem Menschenpathogen umwandeln kann.
Dies kann durch Mutationen erfolgen, aber viel häufiger werden im Fall einer Doppelinfektion von
humanem Influenza und Vogelinfluenza die genetischen Materiale der Viren ausgetauscht. Das
Vererbungsmaterial der Influenzaviren ist RNA, welche 8 Fragmente bildet. Die RNA-Moleküle
kodieren für 1-2 Gene. Die zwei wichtigsten viralen Antigene sind das Hämagglutinin (HA) und die
Neuraminidase (NA), welche bei der Adsorption (HA) und Freisetzung (NA) der Viren Rollen spielen.
Im Fall der rekombinanten Influenzavakzine man hat das HA-kodierende Gen des virulenten Virus so
verändert, damit es nicht effizient an der Oberfläche der Wirtszellen binden kann. Das mutante HAkodierende Gen und das normale NA-kodierende Gen des virulenten Virus wurden in Plasmide
eingebaut, ebenso, wie 6 andere Segmente von einem nicht virulenten Influenzastamm (aus der
viralen RNA wurde erstmal natürlich cDNA gemacht). Die Einführung der 8 DNA-Fragmente in Zellen
ergab ein neues, rekombinantes Virus.
FOLIE 8, 9 EXTRA ANFORDERUNG DNA-Vakzinen Direkte Injektion von einem
proteinkodierenden DNA-Stück des Erregers in den Körper. Die DNA gelangt ins Cytoplasma der Zelle,
dann in den Zellkern, wo es in mRNA umgeschrieben wird. Nach ihrer Translation wird das Antigen
auf der Zelloberfläche präsentiert oder sekretiert, dann werden die Antigen-präsentierenden Zellen
(APC) es auf ihrer Oberfläche präsentieren. Die weiteren Schritte der Immunantwort sind auf der Folie
9 gezeigt.
FOLIE 10 EXTRA ANFORDERUNG Die Untereinheit-Vakzinen enthalten nicht den ganzen
Erreger, sonder nur einen Teil des Erregers, meisstens das Komponent, welches die stärkste
Immunantwort auslöst. Peptidvakzinen, welche ein einziges Epitop mit starkem Immunogenität
enthalten, sind immer mehr populär. Der Vorteil der Untereinheit-Vakzinen gegenüber den
kompletten Vakzinen ist die Zuverlässigkeit, der Nachteil ist aber ihre Fähigkeit, nur eine niedrigere
Immunantwort auslösen zu können.
FOLIE 11 EXTRA ANFORDERUNG Toxoid Vakzinen Das von dem Erreger sekretierte Toxin
wird inaktiviert (mit Hitze oder Formalin), und dann für Immunisierung benutz. Die Verteidigung
gegen Tetanus und Diphterie basiert auf solche Vakzinen. (Wenn das Toxin des im Boden lebenden
Bakteriums Clostridium tetani ins Blut gelangt, verursacht es Muskelkrämpfe.)
FOLIE 12 EXTRA ANFORDERUNG Essbare Vakzinen werden in GMOs der dritten Generation
hergestellt. Diese Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Das Hauptproblem ist, dass die von
Pflanzen produzierten Vakzinen auch durch das Verdauungssystem eine Immunantwort auslösen
sollen. Essbare Vakzinen produziert von Kartoffeln, Bananen und Tomaten sind in der
experimentellen Phase.
FOLIE 13 EXTRA ANFORDERUNG Vakzinieren mit Mücken Mücken können als
bewegungsfähige Injektionsnadel betrachtet werden. Wir können rekombinante Insekten herstellen,
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welche im Speichel irgendein Protein oder Peptid antigenischer Natur sekretieren. Mücken, die
Vakzine gegen die Krankheit Leishmaniasis (verursacht von einem Einzeller) produzieren, wurden
schon hergestellt, es gibt aber noch kein Erlaubnis für ihre Freisetzung in die Natur. Die Expression
von Vakzinen gegen Malaria in Malaria-resistenten Mücken wäre eine interessante Möglichkeit. Die
Zeit ist aber noch nicht gekommen, wo diese Techniken gesellschaftlich und rechtlich akzeptiert sind.
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