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Forschung
Den Schutz eingeimpft
Sie ahmen Krankheitserreger nach, ohne die eigentliche Krankheit auszulösen, und bewahren vor großem Leid: Schutzimpfungen zählen zu den wichtigsten Maßnahmen, um Infektionskrankheiten bei Heim- und Nutztieren vorzubeugen. Wird das Ziel eines vollständigen Schutzes vor der Infektion erreicht, sind das Einzeltier, die Population und bei Zoonosen letztendlich auch der Mensch geschützt. ExpertInnen der Vetmeduni geben einen kompakten Überblick über Impfstoffforschung und -entwicklung sowie die wichtigsten Impfungen und die Grundimmunisierung bei Pferden und Hunden.
Wie entstehen neue Impfstoffe für Tiere? Illustration: Matthias Moser/Vetmeduni
Es begann mit einem britischen Landarzt, einer Kuh und einem Virus. 184 Jahre später, im Jahr 1980, erklärte die WHO das Pockenvirus im Menschen für ausgerottet. Der britische Arzt Edward Jenner hatte die Beobachtung genutzt, dass Menschen, die engen Kontakt mit Kühen und den für Menschen relativ ungefährlichen Kuhpocken hatten, nicht am gefürchteten menschlichen Pockenvirus erkrankten. Aus heutiger Sicht medizinethisch unvorstellbar impft Jenner am 14. Mai 1796 dem achtjährigen Sohn seines Gärtners das Pustelsekret aus der Hand einer an Kuhpocken erkrankten Magd ein. Als er den Jungen sechs Wochen später mit echten Pocken in Berührung bringt, zeigt dieser sich als immun. Die Idee der Impfung mit abgeschwächten Erregern war geboren. Der Fachbegriff „Vakzination“ für Impfungen erinnert noch heute an den Ursprung der medizinischen Erfindung: Vacca, lateinisch die Kuh.
Schon jahrhundertelang hatte es im Orient die Praxis gegeben, auf „Pockenpartys“ Gesunde gezielt mit dem menschlichen Pockenvirus anzustecken, einer sogenannten Variolation oder Inokulation. Eine teilweise erfolgreiche, aber auch gefährliche und umstrittene Methode, bei der Pustelsekret der Pocken in eingeritzte Haut übertragen wird. Erzherzogin Maria Theresia brachte die Inokulation 1768 nach Wien, zuvor war sie selbst an den Pocken erkrankt und hatte Familienangehörige sowie drei ihrer Kinder durch die Infektionskrankheit verloren. 1798 publizierte Edward Jenner schließlich seine Erkenntnisse zur weitaus weniger gefährlichen Impfung mit Kuhpocken, am 10. Dezember 1800 fand in Österreich die erste öffentliche Massenimpfung statt.
Lexikon der Impfstoffentwicklung
Eine Impfung, auch Vakzination genannt, bezeichnet die Anregung des Immunsystems durch die Gabe eines Impfstoffs mit dem Ziel, den Körper vor einer Krankheit zu schützen.
Als Antigen wird eine Substanz bezeichnet, die vom Immunsystem als fremd erkannt wird und dadurch die Bildung von Antikörpern und eine zelluläre Immunreaktion auslöst.
Von Immunität wird gesprochen, wenn das körpereigene Immunsystem durch Erkrankung oder Impfung die Fähigkeit erworben hat, einen spezifischen Krankheitserreger abzuwehren.
T-Zellen bilden gemeinsam mit B-Zellen die erworbene Immunantwort des Körpers. Nach einer Impfung oder einer Krankheit bleiben T- und B-Gedächtniszellen als „Immunologisches Gedächtnis“ im Körper erhalten und können in ihrer erhöhten Frequenz bei einer erneuten Infektion mit demselben Erreger sofort aktiviert werden. B-Zellen produzieren bei bekannten Antigenen entsprechende Antikörper.
Unter Adjuvantien (= lateinisch: adjuvans „unterstützend“) werden zusätzliche Substanzen in den Impfstoffen bezeichnet, die die Reaktion des Immunsystems steigern sollen. Diese Hilfsstoffe sollen zum einen zu einer verzögerten Freisetzung der Impfantigene beitragen und zum anderen das angeborene Immunsystem stimulieren und damit zu einer verbesserten Impfreaktion beitragen.
In einem Belastungsmodell kann die Effizienz eines Impfstoffkandidaten gegen einen bestimmten Erreger mit klinischen Parametern getestet werden. Dazu werden Tiere mit dem Impfstoffkandidaten geimpft oder Placebo-immunisiert. Nach einer angemessenen Zeit werden beide Gruppen mit einer entsprechenden Dosis des Erregers infiziert. Während in der Placebo-immunisierten Gruppe klinische Symptome auftreten sollten, sollte die geimpfte Gruppe vor entsprechenden Symptomen und Organschäden geschützt sein.
Correlates of protection oder Korrelate für einen Impfschutz stellen immunologische Parameter dar, die einen Impferfolg auch ohne Belastungsinfektion nachweisen können. Das kann beispielsweise der Titer von neutralisierenden Antikörpern sein. Antikörper, die es verhindern, dass ein Erreger an eine Wirtszelle andocken kann. Das können aber auch Parameter sein, die die Aktivität der zellulären Immunität beschreiben. Hier kann zum Beispiel die Frequenz antigen-spezifischer T-Zellen, die bestimmte Funktionen ausüben können, bestimmt werden.
Übertragungswege zwischen Tier und Mensch
Dass Erkrankungen bei Mensch und Tier miteinander verbunden sind, hatte auch Maria Theresia erkannt und 1765 angewiesen, eine „Lehrschule zur Heilung der Viehkrankheiten“, die heutige Veterinärmedizinische Universität Wien, zu gründen. Gesunde Tiere bedeuten gesunde tierische Lebensmittel und eine Verminderung der Gefahr von zoonotischen – zwischen Mensch und Tier übertragbaren – Erregern. „Gegen mehr als 100 verschiedene Tierkrankheiten gibt es inzwischen Impfstoffe“, sagt Armin Saalmüller, Leiter des Instituts für Immunologie an der Vetmeduni. Die Leitlinie dabei, so Saalmüller: „Mehr Tiere impfen, dafür das einzelne nur so häufig wie nötig.“ Durch die sogenannte Herdenimmunität werden bei einer Impfrate von 70 Prozent das Einzeltier und die Population geschützt, Epidemien letztendlich verhindert. Die Kontrolle von Zoonosen, wie Tollwut oder durch Lebensmittel übertragene Infektionen wie Salmonellen, schützt wiederum auch den Menschen. Durch die Verwendung von Köderimpfungen bei Füchsen konnte in Teilen Europas die Tollwut eingedämmt werden. Jährlich sterben dennoch mehr als 50.000 Menschen an der Krankheit, insbesondere in Asien und Afrika. Nach Angaben der Weltorganisation für Tiergesundheit könnte durch eine Vakzination von 70 Prozent der weltweiten Hundepopulation das Risiko einer Tollwutinfektion für den Menschen eliminiert werden.
"Mehr Tiere impfen, dafür das einzelne Tier nur so häufig wie nötig."
Basis für die Tiergesundheit
Die Art und Weise, wie Impfstoffe Tieren verabreicht werden, ist vielfältig. „Ein effektiver Vakzinationserfolg entsteht, wenn alle Teile des Immunsystems angesprochen und aktiviert werden“, erklärt Immunologe Saalmüller. In der Tiermedizin wird eine Vielzahl von verschiedenen Impftechniken etwa oral, über die Schleimhaut (Nase, Auge, Maul, Rachen) oder mittels Injektion in die Haut oder den Muskel angewendet. „Bei großen Tierbeständen und in hohen Populationsdichten ist der Infektionsdruck sehr groß“, so Saalmüller. Impfungen sind daher eine wichtige prophylaktische Maßnahme zur Verhinderung von Infektionen und tragen bei Nutztieren wesentlich zur sicheren und nachhaltigen Versorgung mit tierischen Lebensmitteln bei.
Erfolgsgeschichten aus dem Tierreich gibt es inzwischen einige. So etwa durch einen – nach Impfdosen gerechnet – weltweit am häufigsten verwendeten Impfstoff, der Hühner vor der Infektiösen Bronchitis schützt. Ausgelöst wird die Erkrankung durch ein Coronavirus. „Anders als bei SARS-CoV-2, das der Gruppe der Betacoronaviren zugeordnet wird, handelt es sich jedoch um ein Gammacoronavirus“, erklärt Michael Hess, Leiter der Universitätsklinik für Geflügel und Fische. Die Impfung selbst erfolgt als Spray, meist schon in der Brüterei. In Österreich werden, so Hess, jährlich etwa 100 Millionen Dosen zur Bekämpfung dieser Infektionskrankheit verimpft.
Ein Ausbruch der Pferdeinfluenza in Australien im Jahr 2007 zeigt, dass auch bei Haustieren Epidemien möglich sind. „Zu diesem Zeitpunkt gab es keinen Impfschutz, 75.000 Pferde wurden infiziert“, erklärt Jessika-M. Cavalleri, Leiterin der Klinischen Abteilung für Interne Medizin Pferde. Erst nach vier Monaten konnte die Epidemie durch Isolation, Sperrzonen, Hygienemaßnahmen und die Impfung von 140.000 Pferden gestoppt werden. „Daran sehen wir: Impfen schützt das Einzeltier, den Bestand und die Population“, so Cavalleri. Krankheitserreger wie das Staupevirus beim Hund, Influenzaviren beim Pferd, oder die klassische Geflügelpest (Aviäre Influenza) zirkulieren nach wie vor in heimischen Wildtierpopulationen oder werden aus dem Ausland eingeschleppt. Durch Immunisierung können schwere Folgeerkrankungen, der Einsatz von Medikamenten und die Übertragung verhindert werden.
Einhalten von Richtlinien
Sicherheit und Effizienz sind die wichtigsten Kriterien einer Impfung, so Immunologe Saalmüller. Ein umsichtiger Gebrauch von Vakzinen und Vorinformationen über die Patienten seien essenziell. Welche Impfungen bei Haustieren empfehlenswert sind, hängt von den jeweiligen Lebensumständen des Tiers ab. Sind Reisen geplant, können zusätzliche Impfungen ratsam oder sogar erforderlich sein. Generell richten sich TiermedizinerInnen sowohl bei Nutz- als auch bei Haustieren nach Empfehlungen zum Beispiel seitens der Ständigen Impfkommission Veterinärmedizin (StIKo Vet) und erstellen individuelle Impfstrategien. „Es muss immer zwischen Risiken und Nutzen abgewogen werden“, so Saalmüller. „In den allermeisten Fällen überwiegt allerdings der Nutzen einer Impfung."
Impfstoffarten
Ein Lebendimpfstoff bzw. lebend-attenuierte-Impfstoffe (= lateinisch: attenuare „schwächen“) besteht aus lebenden Keimen, die zum Beispiel mittels Kultivierung abgeschwächt wurden. Diese können sich zwar im Körper vermehren, nicht aber die Krankheit auslösen.
Totimpfstoffe, auch inaktivierte Impfstoffegenannt, enthalten entweder abgetötete Krankheitserreger oder nur Bestandteile eines Erregers bzw. lediglich das Gift davon. Die Erreger können sich nicht vermehren oder die Krankheit auslösen. Je nach Art der Herstellung und dem Grad der Aufreinigung wird zwischen Ganzvirus-, Spalt- oder Untereinheiten-/(Subunit-)Impfstoffen unterschieden.
Während bei Lebend- und Totimpfstoffen dem Körper abgeschwächte Erreger oder Erre-gerantigene zugeführt werden, müssen die Körperzellen bei genbasierten Impfstoffen das fremde Antigen selbst anhand des zugeführten „Bauplans“ herstellen: Die Körperzellen bauen das Antigen und geben es in den Körper ab, wo eine Immunantwort in Gang gesetzt wird.
Als Vektoren werden veränderte Viren bezeichnet, die dafür verwendet werden, genetisches Material in eine Zelle zu schleusen.
Vektorimpfstoffe nutzen diesen Mechanismus, um durch ein für den Organismus harmloses Virus (zum Beispiel Adenovirusvektor, Vaccinia- virusvektor, Herpesvirusvektor) Informationen zum Aufbau von einem oder mehreren Protein-molekülen (Antigenen) des Krankheitserregers in die Zelle zu schleusen. Diese stellt anschließend das Antigen her, das vom Immunsystem erkannt wird und dadurch eine Immunantwort auslöst.
mRNA, auch messenger-RNA (englisch: ribo-nucleic acid) oder Boten-RNS, ist eine einzelsträngige Ribonukleinsäure, die genetische Information (Bauplan eines Proteins) trägt.
Bei der Anwendung eines mRNA-Impfstoffs wird den Zellen im Muskelgewebe eine mRNA zugeführt, die die genetische Information für ein ausgewähltes Protein (zum Beispiel Ober-flächenprotein eines Erregers) enthält. Ähnlich der Infektion mit einem Virus beginnt die Zelle nach dem Bauplan der mRNA mit der Produk-tion der entsprechenden Proteine, die dann als Antigene vom Immunsystem erkannt werden und eine Immunantwort auslösen. Da es sich nur um einzelne Proteine handelt, die von den Zellen hergestellt werden, ist mit dieser Metho-de keinerlei Infektionsrisiko vorhanden.
- Oral (= Schluckimpfung, Spray, Aerosol)
- Intramuskulär (= in den Muskel injiziert)
- Subkutan (= in das Gewebe unter der Haut injiziert)
- In ovo (= im Ei)
Text: Stephanie Scholz
Infografik: Fachlicher Input: Jessika-M. Cavalleri (Universitätsklinik für Pferde), Michael Hess (Universitätsklinik für Geflügel und Fische), Armin Saalmüller (Institut für Immunologie); Redaktionelle Aufbereitung: Stephanie Scholz; Illustrationen: Matthias Moser
Dieser Artikel erschien in VETMED Magazin 1/2021
