In Israel ist der weltweit erste mRNA-basierte Impfstoff gegen ein tödliches antibiotika-resistentes Bakterium entwickelt worden. Forscher der Universität Tel Aviv (TAU) und des israelischen Instituts für biologische Forschung in Ness Ziona haben dafür die Plattform benutzt, die während der Pandemie für die Covid-19-Impfstoffe entwickelt wurde.
Die Wissenschaftler testeten die Resistenz des Impfstoffs gegen den Erreger und konnten in Tiermodellen einen 100-prozentigen Schutz vor Infektionen nachweisen. Nun hoffen sie, dass diese Technologie auch zur Bekämpfung anderer tödlicher Bakterien eingesetzt werden kann.
Der in Israel entwickelte Impfstoff ist ein mRNA-basiertes Vakzin, das über Lipid-Nanopartikel verabreicht wird
Die Studie wurde von Professor Dan Peer, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung der TAU, geleitet, einem weltweit anerkannten Pionier der mRNA-Arzneimittelentwicklung und Direktor des Labors für Präzisions-Nanomedizin. Er arbeitete mit den Forschern des Instituts für biologische Forschung, Uri Elia, Yinon Levy, Emmy Mamroud und Ofer Cohen, sowie mit den Mitgliedern seines eigenen Laborteams, Edo Kon, Inbal Hazan-Halevy und Shani Benarroch, zusammen. Die Studie erschien in der renommierten Fachzeitschrift »Advanced Science«.
Der in Israel entwickelte Impfstoff ist ein mRNA-basiertes Vakzin, das über Lipid-Nanopartikel verabreicht wird, ähnlich dem Covid-19-Impfstoff. mRNA-Impfstoffe sind jedoch typischerweise gegen Viren wie Covid-19 wirksam und nicht gegen Bakterien wie die Pest.
Uri Elia erklärt: »Viren sind auf eine Wirtszelle angewiesen, um zu überleben und sich zu vermehren. Sie infizieren die Zelle mit einem sogenannten RNA-Molekül (mRNA), das Anweisungen zur Herstellung viraler Proteine enthält. Das Virus nutzt die Zelle wie eine Fabrik zur Vervielfältigung.
In einem mRNA-Impfstoff wird dieses Molekül synthetisiert und in ein Lipid-Nanopartikel eingeschlossen, das menschlichen Zellmembranen ähnelt. Lipid-Nanopartikel sind kugelförmige Nanopartikel, bestehend aus festen und flüssigen Lipiden sowie Emulgatoren. Sie umhüllen Wirkstoffmoleküle und schützen sie. Das Nanopartikel verschmilzt mit der Zelle, und die Zelle produziert die viralen Proteine. Auf diese Weise lernt das Immunsystem, das Virus nach Kontakt zu erkennen und abzuwehren.«
Lungenpest wird durch das Bakterium Yersinia pestis verursacht
Bei Bakterien allerdings verhalte es sich anders, so Elia. »Bakterien produzieren ihre eigenen Proteine und sind nicht auf menschliche Zellen angewiesen. Aufgrund der unterschiedlichen Evolutionswege von Menschen und Bakterien unterscheiden sich ihre Proteine außerdem stark von unseren.«
Im Jahr 2023 hatten die Forscher eine einzigartige Methode entwickelt, um das bakterielle Protein in einer menschlichen Zelle so zu produzieren, dass das Immunsystem es als echtes bakterielles Protein erkennt und lernt, sich dagegen zu wehren. Die Wissenschaftler der TAU und des Instituts für biologische Forschung hatten damit bereits vor zwei Jahren bewiesen, dass die Entwicklung eines wirksamen mRNA-Impfstoffs gegen Bakterien möglich ist.
Damals wählten sie Yersinia pestis, das Bakterium, das die Beulenpest verursacht, eine Krankheit, die in der Menschheitsgeschichte für tödliche Pandemien verantwortlich ist. In Tiermodellen zeigten die Forscher, dass eine wirksame Impfung gegen die Krankheit mit einer einzigen Dosis erreichbar ist. »In der vorherigen Studie haben wir einen Impfstoff gegen eine Form der Pest entwickelt, die über die Haut übertragen wird, zum Beispiel durch Flohbisse«, so Peer.
In der aktuellen Studie jedoch nahmen sich die Forscher ein deutlich anspruchsvolleres Thema vor: »die Lungenpest, die von Mensch zu Mensch übertragen wird und Atemwegserkrankungen verursacht, was die Entwicklung eines Impfstoffs besonders schwierig macht«.
»Die mit der Pest infizierten Tiere erkrankten überhaupt nicht«
Diese Krankheit wird durch das Bakterium Yersinia pestis verursacht, gegen das es in westlichen Ländern bis heute keinen zugelassenen Impfstoff gibt. Dieses Bakterium sei hochansteckend und extrem tödlich, was es zu einer ernsthaften Bedrohung mache. »Die Pest, auch bekannt als ›schwarzer Tod‹, tötete im Mittelalter etwa zwei Drittel der europäischen Bevölkerung. Und auch heute tritt sie gelegentlich wieder auf, zum Beispiel in Madagaskar«, weiß Elia und warnt, dass das Potenzial für eine Pandemie weiterhin bestehe.
Zur Herstellung des Impfstoffes wurden zwei Proteine, also zwei Antigene, verwendet. »Wir haben den Impfstoff an mehreren Tiermodellstämmen getestet und festgestellt, dass wir nach zwei Dosen einen 100-prozentigen Schutz gegen die Lungenpest erreichten«, erklärt der Leiter der Studie. »Die mit der Pest infizierten Tiere erkrankten überhaupt nicht. Und dieser Erfolg ebnet den Weg für eine ganze Reihe von mRNA-basierten Impfstoffen gegen andere tödliche Bakterien.«
Das »Pest-Bakterium« sei darüber hinaus ein potenzieller Erreger, der für Bioterrorismus benutzt werden könnte, warnen die israelischen Wissenschaftler. »Sollte einer unserer Feinde versuchen, es gegen uns einzusetzen, wollen wir auf jeden Fall mit einem Impfstoff vorbereitet sein.«
