Von Jess Craig / Natinal Geographic
Eine neue Technologie soll Wildtiere daran hindern, Ebola, Tollwut und andere Viren zu verbreiten. Sie könnte die nächste Pandemie verhindern, indem sie die Übertragung von Krankheitserregern von Tieren auf Menschen unterbindet.
Stellen Sie sich ein Heilmittel vor, das so ansteckend ist wie die Krankheit, die es bekämpft – ein Impfstoff, der sich im Körper eines Wirts repliziert und auf andere in der Nähe überträgt und somit schnell und einfach eine ganze Bevölkerung vor mikrobiellen Bedrohungen schützen kann. Das ist das Ziel mehrerer Teams auf der ganzen Welt, die kontroverse Forschungsarbeiten zur Entwicklung von sich selbst ausbreitenden Impfstoffen wieder aufgreifen.
Ihre Hoffnung ist es, die Übertragung von Infektionskrankheiten unter Wildtieren zu reduzieren und damit das Risiko zu verringern, dass schädliche Viren und Bakterien von Wildtieren auf den Menschen übergehen, wie es nach Ansicht vieler Experten bei dem für die COVID-19-Pandemie verantwortlichen Virus SARS-CoV-2 der Fall war.
Die US-amerikanischen CDC (Centers for Disease Control and Prevention) schätzen, dass 60 Prozent aller bekannten und 75 Prozent neu auftretenden Infektionskrankheiten zoonotisch sind. Wissenschaftler können nicht vorhersagen, warum, wann oder wie neue zoonotische Krankheiten auftreten werden. Aber wenn sie auftreten, sind diese Krankheiten oft tödlich und kostenintensiv in der Bekämpfung. Darüber hinaus sagen viele Wissenschaftler voraus, dass der Klimawandel, der Verlust der biologischen Vielfalt und das Bevölkerungswachstum ihre Ausbreitung beschleunigen werden.
Impfstoffe sind ein wichtiges Instrument, um die Ausbreitung von Krankheiten zu verhindern, doch Wildtiere lassen sich nur schwer impfen, da jedes einzelne Tier aufgespürt, gefangen, geimpft und wieder freigelassen werden muss. Selbstausbreitende Impfstoffe bieten eine Lösung.
Fortschritte in der Genomtechnologie und Virologie sowie ein besseres Verständnis der Krankheitsübertragung haben die in den 1980er Jahren begonnenen Arbeiten zur Herstellung gentechnisch veränderter Viren beschleunigt, die sich von einem Tier zum anderen ausbreiten und Immunität gegen die Krankheit vermitteln, anstatt sie zu übertragen.
Wissenschaftler entwickeln derzeit selbstausbreitende Impfstoffe gegen Ebola, Rindertuberkulose und Lassa-Fieber, eine durch Ratten übertragene Viruserkrankung, die in Teilen Westafrikas jährlich bis zu 300.000 Infektionen verursacht. Der Ansatz könnte auf andere Zoonosekrankheiten wie Tollwut, das West-Nil-Virus, Borreliose und die Pest ausgeweitet werden.
Befürworter von selbstausbreitenden Impfstoffen behaupten, dass sie die öffentliche Gesundheit revolutionieren könnten, indem sie die Ausbreitung von Infektionskrankheiten unter Tieren unterbrechen, bevor es zu einem zoonotischen Übergreifen kommen kann – und so möglicherweise die nächste Pandemie verhindern.
Andere argumentieren jedoch, dass die in diesen Impfstoffen verwendeten Viren selbst mutieren, die Arten wechseln oder eine Kettenreaktion mit verheerenden Auswirkungen auf ganze Ökosysteme auslösen könnten.
“Wenn man etwas künstlich hergestelltes und selbstübertragbares in die Natur entlässt, weiß man nicht, was damit passiert und was es bewirkt”, sagt Jonas Sandbrink, Biosicherheitsforscher am Future of Humanity Institute der Universität Oxford. “Selbst wenn man es zunächst nur in Tierpopulationen aussetzt, könnte ein Teil der genetischen Elemente den Weg zurück zum Menschen finden.”
Der erste und einzige Feldversuch mit einem selbstausbreitenden Impfstoff
1999 leitete der Tierarzt José Manuel Sánchez-Vizcaíno ein Forscherteam auf die Isla del Aire, eine Insel vor der Ostküste Spaniens, um einen selbstausbreitenden Impfstoff gegen zwei Viruserkrankungen zu testen: die hämorrhagische Kaninchenkrankheit (Chinaseuche) und die Myxomatose (Kaninchenpest). Beide Krankheiten sind zwar nicht für den Menschen ansteckend, dezimieren aber seit mehreren Jahrzehnten die Populationen von Haus- und Wildkaninchen in China und Europa.
Für beide Krankheiten wurden herkömmliche Impfstoffe für Hauskaninchen verwendet, doch das Fangen und Impfen von Wildkaninchen, die sich bekanntermaßen schnell vermehren, stellte eine unüberwindbare Aufgabe dar, erklärt Sánchez-Vizcaíno. Er sah ein großes Potenzial in selbstverbreitenden Impfstoffen.
Im Labor schnitten Sánchez-Vizcaíno, damals Direktor des Zentrums für Tiergesundheitsforschung in Spanien, und sein Team ein Gen aus dem Virus der hämorrhagischen Kaninchenkrankheit heraus und fügten es in das Genom eines milden Stammes des Myxomavirus ein, der Myxomatose verursacht. Das Endprodukt war ein Hybridvirus-Impfstoff, der sowohl gegen die hämorrhagische Kaninchenkrankheit als auch gegen Myxomatose schützt. Sánchez-Vizcaíno stellte die Hypothese auf, dass sich der Impfstoff aufgrund seiner Ähnlichkeit mit dem ursprünglichen Myxomavirus auch unter Wildkaninchen verbreiten würde.
Auf der Insel fing das Forscherteam 147 Kaninchen ein, setzte ihnen Mikrochips in den Nacken, verabreichte etwa der Hälfte von ihnen den Impfstoff und entließ sie alle wieder in die Freiheit. In den folgenden 32 Tagen lebten die geimpften und ungeimpften Kaninchen wie gewohnt. Als die Forscher die Kaninchen mit Mikrochip, die ursprünglich nicht geimpft worden waren, wieder einfingen, stellten sie fest, dass 56 Prozent von ihnen Antikörper gegen beide Viren hatten, was darauf hindeutet, dass sich der Impfstoff erfolgreich von geimpften auf ungeimpfte Tiere übertragen hatte.
Das Experiment war der erste Praxistest für selbstverbreitende Impfstoffe – und es ist bis heute der einzige, der jemals durchgeführt wurde.
Im Jahr 2000 reichte das Forscherteam seine Labor- und Felddaten bei der Europäischen Arzneimittel-Agentur (EMA) zur Bewertung und Zulassung für den praktischen Einsatz ein. Die EMA stellte technische Probleme bei der Sicherheitsbewertung des Impfstoffs fest und forderte das Team auf, das Myxom-Genom zu entschlüsseln, was bis dahin nicht geschehen war.
Obwohl dem Team eine Frist von zwei Jahren eingeräumt wurde, gewährte die Förderorganisation keine Unterstützung für weitere Arbeiten, erinnert sich Juan Bárcena, damals Doktorand unter Sánchez-Vizcaíno. Bárcena setzt sich heute nicht mehr für die Technologie der selbstverbreitenden Impfstoffe ein, doch er sagt, die Daten aus den Labor- und Feldversuchen zeigten, dass der Impfstoff sicher war und seine Verbreitung auf die Kaninchenpopulationen beschränkt blieb.
Dennoch bezweifelt Bárcena, dass die EMA diesen Impfstoff angesichts der zögerlichen und kontroversen Haltung gegenüber genetisch veränderten Organismen jemals zugelassen hätte.
Scott Nuismer, Professor an der Universität von Idaho, der heute mathematische Modellstudien über selbstverbreitende Impfstoffe durchführt, merkte an, dass der Impfstoff von Sánchez-Vizcaíno möglicherweise mehr Risiken barg als aktuelle Technologien, da das Team ein an sich schon tödliches Myxom-Virus als Träger für den Impfstoff verwendete.
Nach den Feldversuchen auf der Isla del Aire wurde die Forschung im Bereich der selbstverbreitenden Impfstoffe weitgehend eingestellt. Die Pharmaunternehmen waren nicht daran interessiert, in die Forschung und Entwicklung einer Technologie zu investieren, die ihre eigenen Gewinnspannen verringern würde, vermutet Sánchez-Vizcaíno.
In Entwicklung befindliche Impfstoffe
Das Interesse und die Finanzierung für diese Technologie nahmen 2016 wieder zu und heute entwickeln mehrere Forschergruppen selbstverbreitende Impfstoffe für Tiere.
Bei jedem dieser neuen Impfstoffe handelt es sich um sogenannte rekombinante Viren. Die Forscher identifizieren zunächst ein Protein aus der Zielmikrobe, das als Antigen dient – eine Substanz, die bei geimpften Menschen oder Tieren eine Immunreaktion auslöst. Dann wählen die Forscher ein Virus aus, das den Impfstoff tragen und verbreiten soll. Zu diesem Zweck fangen die Forscher einige Tiere aus der Zielpopulation – Primaten für Ebola, Ratten für Lassa-Fieber – und isolieren ein Virus, das diese Tiere auf natürliche Weise infiziert. Dann fügen sie genetisches Material des Zieltieres ein, um einen Impfstoff herzustellen.
Für jeden dieser Impfstoffe wird ein Cytomegalovirus (CMV) verwendet, das zur Familie der Herpesviren gehört.
CMVs helfen den Forschern, mehrere technische Herausforderungen zu meistern. Zum einen haben CMVs ein umfangreiches Genom, das aus doppelsträngiger DNA besteht, was bedeutet, dass ihr genetischer Code stabiler ist und zusätzliche Gene der Zielmikrobe aufnehmen kann, sagt Alec Redwood, ein leitender Forschungsmitarbeiter an der University of Western Australia. Er forschte in den frühen 2000er Jahren an selbstverbreitenden Impfstoffen und gehört jetzt zu einem Team, das einen Impfstoff gegen Lassa-Fieber auf CMV-Basis entwickelt.
Auch CMV infizieren einen Wirt lebenslang, lösen starke Immunreaktionen aus, verursachen aber oft keine schweren Krankheiten. Das CMV, das sich bei der Rattenart Mastomys natalensis ausbreitet, von der das Lassa-Fieber übertragen wird, kann zum Beispiel keine anderen Tiere als M. natalensis infizieren.
Mehrere kleine Studien haben gezeigt, dass die CMV-basierten Impfstoffe gegen Ebola und Rindertuberkulose wirksam sind, wenn sie durch herkömmliche Injektionen verabreicht werden. In zwei Studien, an denen etwa 50 Affen teilnahmen, reduzierte der CMV-basierte Tuberkulose-Impfstoff die Krankheitsfälle um 68 Prozent, berichten die Forscher. In einer separaten Studie überlebten drei von vier Affen, die mit dem Ebola-Impfstoff geimpft worden waren, die direkte Exposition gegenüber Ebola.
Ähnliche Experimente mit dem Impfstoff gegen das Lassa-Virus werden laut Redwood voraussichtlich noch in diesem Jahr beginnen. Dieser Impfstoff wird ebenfalls mit einer zum Patent angemeldeten genetischen Sicherung versehen, die es den Forschern ermöglicht, die Anzahl der Vermehrungen des Impfstoffs zu kontrollieren und damit seine Lebensdauer zu begrenzen, erklärt Redwood.
Bislang hat noch niemand Feld- oder Laborstudien durchgeführt, um die Auswirkungen und die Sicherheit dieser Impfstoffe zu bewerten, die über den Selbstverbreitungsmechanismus verabreicht werden. Eine kürzlich durchgeführte mathematische Modellierungsstudie ergab jedoch, dass die Freisetzung des Lassa-Fieber-Impfstoffs die Krankheitsübertragung unter Nagetieren in weniger als einem Jahr um 95 Prozent reduzieren könnte, wenn sie wie erwartet funktioniert.
“Man kann sehr gut erkennen, wie wirkungsvoll diese Idee sein könnte”, sagt Nuismer, der die Modellierungsstudie verfasst hat.
Risiken von selbstverbreitenden Impfstoffen
Trotz der potenziellen Vorteile warnen viele Experten davor, dass zu wenig über die Übertragung von Zoonosekrankheiten und die virale Evolution bekannt ist, um die Folgen einer Freisetzung eines selbstverbreitenden Impfstoffs in der freien Natur genau vorhersagen zu können.
“Unser Wissen über die Dynamik von Infektionskrankheiten bei Wildtieren ist größtenteils noch zu gering, um das Ergebnis eines solchen Eingriffs sinnvoll vorhersagen zu können”, sagt Andrew Peters, außerordentlicher Professor für Wildtiergesundheit und -pathologie an der Charles Sturt University in Australien und Präsident der Wildlife Disease Association.
Bárcenas Ansicht über sich selbst verbreitende Krankheiten änderte sich, nachdem er gesehen hatte, dass frühere Tierkontrollmaßnahmen, bei denen Viren absichtlich freigesetzt wurden, unvorhergesehene Folgen hatten.
So wurde beispielsweise das in Europa so verheerend gewordene Myxom-Virus von einem Mann in Frankreich 1952 absichtlich freigesetzt, um Kaninchen aus seinem Garten fernzuhalten. Im Jahr 2018 stellten spanische Forscher fest, dass ein Myxomavirus Wildhasen tötete, eine den Kaninchen ähnliche Art. Die Wissenschaftler sequenzierten das Genom und kamen zu dem Schluss, dass sich das Myxomavirus mit einem Pockenvirus vermischt hatte, wodurch es in der Lage war, auf andere Arten überzuspringen.
“Ich weiß nicht, ob ein mathematisches Modell vorausgesagt hätte, dass 70 Jahre später so etwas passieren kann”, sagt Bárcena, der heute leitender Wissenschaftler am Zentrum für Tiergesundheitsforschung in Spanien ist.
Filippa Lentzos, Expertin für Wissenschaft und internationale Sicherheit am King’s College London, weist darauf hin, dass Viren genetisch instabil und anfällig für häufige Mutationen sind; daher könnte sich ein selbstverbreitendes Impfvirus so entwickeln, dass es auf andere Arten überspringt oder andere unbekannte Folgen in Wild- und Haustierpopulationen und vielleicht sogar beim Menschen verursacht.
Nuismer und Redwood sagen beide, dass es angesichts der Biologie des Virus höchst unwahrscheinlich ist, dass ein Impfstoff auf CMV-Basis jemals artenübergreifend wirken könnte. Obwohl die evolutionären Faktoren, die der Artenspezifität von CMV zugrunde liegen, nicht vollständig bekannt sind, gab es noch nie einen dokumentierten Fall einer erfolgreichen artenübergreifenden CMV-Infektion in der freien Natur oder im Labor.
Ein weiteres potenzielles Risiko von selbstverbreitenden Impfstoffen besteht darin, dass die Beseitigung von Infektionskrankheiten bei Wildtieren die natürliche Populationskontrolle stören könnte. Die das Lassa-Virus verbreitenden Nagetiere sind Schädlinge, die Ernten und Häuser zerstören, gelagerte Lebensmittel und Trinkwasser kontaminieren und unhygienische Lebensbedingungen schaffen. Wenn das Virus sie nicht mehr befällt, könnte ihre Zahl in die Höhe schnellen.
“Angenommen, wir heilen diese Nagetiere vom Lassa-Virus und das ist gut, das ist großartig für die Menschheit. Aber was ist, wenn das Virus ihre Populationsgröße kontrolliert oder ähnliches? Und dann kommt es zu einer wilden Ausbreitung der Nagetierbestände”, sagt Nuismer. “Ich halte das für eine viel glaubhaftere Möglichkeit, etwas falsch zu machen … denn wir könnten die Ökologie in einer Weise kippen, die wirklich unglücklich wäre”, sagt er.
Darüber hinaus setzt sich die Erkenntnis durch, dass Viren und Bakterien in komplexen mikrobiellen Ökosystemen existieren und sich möglicherweise gegenseitig in Schach halten. Die Auswirkungen eines selbstverbreitenden Impfstoffs, der ein bestimmtes Virus ausrottet, könnten unbekannte Folgen haben.
“Der Versuch, ein endemisches Virus in der Natur auszurotten oder einzudämmen, könnte das Gleichgewicht dramatisch verschieben und das Auftreten anderer Krankheitserreger riskieren, die sich sowohl auf die Wildtierarten selbst als auch auf den Menschen und unsere Haustiere auswirken”, sagt Peters.
Um diese Risiken zu mindern, stellen sich Nuismer und Redwood eine Reihe von Versuchsanordnungen vor, die sich langsam von laborkontrollierten Versuchen zu groß angelegten Freilandversuchen entwickeln, vielleicht auf einer Insel, wie es Sánchez-Vizcaíno und sein Team vor mehr als 20 Jahren taten.
Noch ein langer Weg
Die meisten Forscher sind sich einig, dass selbstverbreitende Impfstoffe niemals in menschlichen Populationen eingesetzt werden könnten, da eine allgemeine informierte Zustimmung niemals erreicht werden könnte.
“Wir können die Menschen nicht einmal dazu bringen, sich bei einer weltweiten Pandemie impfen zu lassen. Die Vorstellung, dass man die Bevölkerung heimlich mit einem Virus impfen kann, ohne dass es zu Unruhen kommt, ist einfach nur ein Hirngespinst. Sie wird niemals beim Menschen angewendet werden”, sagt Redwood.
Aber selbst der Einsatz eines selbstverbreitenden Impfstoffs bei Tieren stößt auf rechtliche und soziale Hürden.
“Was sind die politischen Auswirkungen solcher Eingriffe, die sich nicht durch staatliche oder nationale Grenzen eindämmen lassen?” fragt Peters.
Sandbrink weist auch darauf hin, dass die Forschung an selbstverbreitenden Impfstoffen eine Gefahr für die Biosicherheit darstellt. Ihre Entwicklung und die Verhinderung einiger ihrer potenziellen Folgen erfordern eine Feinabstimmung der Übertragbarkeit und eine Veränderung der genetischen Stabilität, Techniken, die “bestimmte Fähigkeiten, die für die Schaffung von Viren für Pandemien und als biologische Waffen anwendbar sind, in einzigartiger Weise fördern”, sagt er.
Die Wissenschaft, die globale Gesundheitsbranche und die Geldgeber sollten alternative Lösungen in Betracht ziehen, die den gleichen Nutzen bei geringerem Risiko bieten, fordert Sandbrink. So könnte beispielsweise die Aufklärung der Menschen über den sicheren Umgang mit Wildtieren die Gefahr einer Virusübertragung verringern. Die Verbesserung der Krankheitsüberwachung in Hochrisikogebieten und die Intensivierung der Forschung und Entwicklung traditioneller Impfstoffe und Therapeutika für Mensch und Tier sind ebenfalls wichtige Strategien.
Angesichts des extrem hohen Risikos und des internationalen Charakters dieser Arbeit sowie der “potenziell irreversiblen Folgen” müssen die Interessengruppen laut Lentzos in einen Dialog darüber eintreten, wie diese Forschung geregelt wird.
“Man muss kein Rhodes-Stipendiat sein, um zu erkennen, dass die Leute nervös sind, wenn sich ein viraler Vektor ausbreitet. Das ist ein Konzept, das die Leute erschreckt”, sagt Redwood. “Ich denke, dass er vielleicht nie zum Einsatz kommen wird, aber es ist besser, etwas im Schrank zu haben, das verwendet werden kann und ausgereift ist, wenn wir es brauchen. Und zu sagen: ‘Lasst uns diese Forschung einfach nicht machen, weil sie zu gefährlich ist’, macht für mich überhaupt keinen Sinn.”
Autorin: Jess Craig
Am 18.03.22 erschienen auf: https://www.nationalgeographic.com/science/article/the-controversial-quest-to-make-a-contagious-vaccine
Übersetzung: Causalis
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