“Lässt du dich gegen SARS-CoV-2 impfen?” Diese Frage wurde mir in den letzten Wochen mehrfach gestellt und meine Antwort lautet: ja. Sobald alle gefährdeten Gruppen geimpft sind, werde ich mich impfen lassen. Ich möchte hier kein Plädoyer für das Impfen schreiben oder mich mit den Fürs und Widers auseinandersetzen. Das wurde sicher oft genug an anderer Stelle getan. Ich bin auch keine Vakzinologin, Immunologin oder Mikrobiologin und kann großartig mit Impfwissen auftrumpfen.

Stattdessen möchte ich euch lieber auf eine bioinformatische Reise mitnehmen, und den genetischen Inhalt des Impfstoffes genau unter die Lupe nehmen. Ich bin über diese wirklich großartige Zusammenfassung von Bert Hubert (übersetzt von Friedrich Zahn) gestolpert, der die fantastischen Tricks und Kniffe beschreibt, die für die Wirksamkeit des Impfstoffes sorgen. Und beim Lesen des Beitrags wurde mir einmal mehr bewusst: “Wissenschaft ist sooooo cool!”

Vermutlich habt ihr bereits mitbekommen, dass es sich bei dem BioNTech/Pfizer SARS-CoV-2 Impfstoff um einen mRNA Impfstoff handelt. mRNA steht kurz für messenger RNA (im Deutschen auch Boten-RNA genannt). Eine mRNA ist sozusagen eine Kopie, die von einem Gen auf unserer DNA gemacht wird, um die Information aus dem Zellkern (wo sich die DNA befindet) in die Zelle transportieren zu können, wo sie als Bauanleitung für ein bestimmtes Protein fungiert.

Bert Hubert nutzt in seinem Beitrag einen schönen Vergleich: Er beschreibt die DNA als Festplattenspeicher unseres Körpers: widerstandsfähig, redundant, ausfallsicher, zuverlässig. Die RNA hingegen ist die flüchtige “Arbeitsspeicher”-Variante der DNA: schneller und vielseitiger, aber eben auch fragiler und anfälliger. Daher muss der Pfizer/BioNTech mRNA Impfstoff bei Tiefsttemperaturen gelagert werden. Andererseits haben mRNA Impfstoffe den Vorteil, dass eine große Anzahl Impfdosen innerhalb weniger Wochen hergestellt werden kann.

Das nötige Hintergrundwissen

Bioinformatiker sehen DNA und RNA ja nicht als komplexe Moleküle, sondern als simple Zeichenketten. Und deswegen werden wir die Zeichenkette des mRNA Impfstoffs (und was sie so besonders macht) genauer unter die Lupe nehmen. Für ein wenig Hintergrundwissen über DNA, RNA, Nukelobasen, Proteine und Aminosäuren empfehle ich euch erst noch diesen Beitrag zu lesen. Kurz zusammengefasst solltet ihr folgendes wissen:

  • DNA/RNA sind Kettenmoleküle aus Nukleotiden.
  • Diese Nukleotide stellen wir als die Zeichen A,C,G und T (in der DNA) bzw U (in der RNA) dar.
  • Proteine sind Kettenmoleküle aus Aminosäuren.
  • Es gibt 20 verschiedene Aminosäuren.
  • Jeweils 3 Nukleotide (zusammen als Codon bezeichnet) werden in eine Aminosäure übersetzt.
  • Das sind 43 = 64 mögliche Codons (und damit mehr als 20 verschiedene Aminosäuren).
  • Das heißt, es gibt für fast alle der Aminosäuren mehrere verschiedene Codierungen.

Vom Gen zum Protein

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Kommentare (26)

  1. #1 Christian Meesters
    4. Januar 2021

    Danke – die Zusammenfassung von Hubert habe ich gelesen, übersehen, dass es eine deutsche Fassung gibt und wg. Zeitmangel eine Blogfassung unterlassen. So gut und schön hätte ich das auch nicht hinbekommen.

    • #2 Franziska Hufsky
      4. Januar 2021

      Ich hatte tatsächlich auch erst die deutsche Zusammenfassung übersehen… Dann aber doch noch entdeckt. Wollte das ganze dann aber doch noch einmal selbst recherchieren und erweitern, weil ich es so spannend fand. Freut mich, wenn das Resultat gefällt.

  2. #3 Johannes Aufgebauer
    4. Januar 2021

    Alles schön und gut, aber bitte dieses Bild vom Impfen nicht mehr verwenden. Die Spritze ist zu groß, enthält viel zu viel Luft und wird falsch herum gehalten.

    • #4 Franziska Hufsky
      4. Januar 2021

      Hab ich erwähnt, dass ich weder Arzt noch Vakzinologin bin? 😀 Ich hab das mal eben ersetzt. Leider sind alle freien Bilder eher schrecklich…

  3. #5 Kai
    4. Januar 2021

    >> “Das Signalpeptid […] ermöglicht, dass das Protein (über das
    >> Endoplasmatische Retikulum) aus der Zelle hinaus
    >> transportiert werden kann, um dort von unserem
    >> Immunsystem erkannt zu werden und den
    >> Lernprozess unseres Immunsystems zu starten.”

    Streng genommen wird das Protein aber nicht aus der Zelle hinaustransportiert. Es wird von den zelleigenen Proteasen abgebaut und dann über den MHC Komplex auf der Zellmembran dem Immunsystem präsentiert.

    Andernfalls könnte man ja auch einfach gleich das fertige Spikeprotein in den Körper spritzen. Aber es reicht nicht, nur körperfremde Proteine im Blut zu haben, diese müssen dem Immunsystem auch entsprechend präsentiert werden.

    >> “Der Impfstoff enthält eine minimal veränderte Form
    >> des Us, nämlich 1-Methyl-3’-Pseudouridylyl,
    >> dargestellt als Ψ.”

    Dazu sei noch gesagt, dass Ψ auch natürlich im Menschen (und quasi allen anderen Lebewesen) vorkommt (wenn auch sehr selten). Genau wie der Poly-A Schwanz oder die Kappe gehört es zu den Modifikationen, die unsere Zellmechanerie an der mRNA vornimmt, um ihre Lebensdauer oder regulatorische Eigenschaften zu verändern. Also der Impfstoff ist nicht so “unnatürlich” und “künstlich” wie es erst den Anschein macht 😉

  4. #6 Kai
    4. Januar 2021

    Kurze Korrektur: Der BioNTech Impfstoff verwendet nicht Ψ sondern eine methylierte Form von Ψ. Die kommt wohl in Lebewesen nicht natürlich vor. Hier wäre interessant, ob die Methylierung notwendig ist, um das Immunsystem der Zelle auszutricksen, oder ob es für die Methylierung andere Gründe gibt.

  5. #7 rolak
    4. Januar 2021

    Schöner WiederkehrText – welcome back!

    ‘Formfehler’ im Vorgängerbild hin oder her, das jetzige mit der Welt im Virus ist we­sent­lich symbol­trächtiger… Und eine kleine Verbeugung vor der phantastischen Reise. Schick!

  6. #8 Chris
    4. Januar 2021

    Interessanter Artikel. Ich habe in einem Artikel von der einschleusung von mRNA in DNA durch Reverse Transkriptase gelesen (durch Retroviren wie HIV z.b.), die Wahrscheinlichkeit dazu sei aber “praktisch Null”. Leider wurde das nicht weiter ausgeführt. Kann dazu jemand etwas genaueres sagen, wieso dies nicht “eher unwahrscheinlich” ist?

    • #9 Franziska Hufsky
      5. Januar 2021

      Die Details am Besten in dieser ausführlichen Erklärung nachlesen. Wirklich sehr kurz zusammengefasst: RNA muss bestimmte Strukturen aufweisen, damit reverse Transkriptasen funktionieren. Diese Strukturen hat die mRNA des Impfstoffes nicht. Für die Reverse Transkriptase der Telomerase (TERT; erhält die Telomerenenden aufrecht) zum Beispiel, ist die mRNA des Impfstoffes schlichtweg zu lang und enthält keine der benötigten Strukturen. Auch auf Retroviren und Hepadnaviren geht der Autor ein. Zusammenfassend: Reverse Transkriptasen sind nicht in der Lage, eine beliebige RNA aufzunehmen und daraus eine DNA zu erzeugen.

  7. #10 Marek Gellner
    5. Januar 2021

    »Sobald alle gefährdeten Gruppen geimpft sind« – ich glaub’, das dauert noch. Laut RKI-Daten werden seit Beginn der Impfungen im Schnitt täglich bundesweit 33.000 Menschen geimpft. Grob die Hälfte in einem der 411 Impfzentren, die andere Hälfte von den zahlenmäßig vergleichbaren mobilen Impfteams. Jedes Impfzentrum und jedes mobile Team schafft also gut 40 Impfungen am Tag. Wenn man mal ganz stumpf von einem 8-Stunden-Tag ausgeht, sind das 5 Impfungen pro Stunde, und zwar nicht von Einzelkräften der Reihe nach, sondern von »Teams« und großen Zentren. Warum dauert das so lange? Der Impfstoff ist knapp, schon klar, aber noch ist welcher da und die Leute arbeiten doch mit »voller Geschwindigkeit« solange eben Impfstoff da ist.
    Wie dem auch sei, bei 33.000 Risiko-Impfungen pro Tag und bummelig 20 Millionen vorzugsweise zu Impfenden (Rentner und Pflegepersonal), dauert das dann ca. 600 Tage, bis die Allgemeinbevölkerung dran ist; und nochmal so lange, bis 50 % der Menschen geimpft sind. Ich hoffe, ich habe da irgendwo einen Denkfehler.

    • #11 Franziska Hufsky
      5. Januar 2021

      Ich hab es nicht so genau durchgerechnet. Aber ja, es wird noch dauern…

  8. #12 b12l
    5. Januar 2021

    Wie Kai in #5 schreibt wird das Spike-Protein schon in der Zelle zerschnitten. Aber warum muss es dann bei einer Impfung schon in der Zelle seine Stachelform annehmen, wenn diese doch bei natürlicher Infektion auch erst im Virus entsteht. Die Immunantwort sollte doch die gleiche sein?

  9. #13 Michael Augsburger
    Augsburg
    5. Januar 2021

    Bin völliger Laie und deswegen war dieser Artikel für mich “spanisch” ohne Übersetzung. Ich möchte mich auch impfen lassen, aber es gibt ja keine Langzeiterfahrungen bezüglich Impfschäden. Ist das für sie irgendwie ein Thema bei Ihrer Entscheidungsfindung?

  10. #14 Karl Mistelberger
    mistelberger.net
    5. Januar 2021

    > #9 Marek Gellner, 5. Januar 2021
    > »Sobald alle gefährdeten Gruppen geimpft sind« – ich glaub’, das dauert noch.

    Es kommt darauf an. In Israel werden derzeit täglich an die 150.000 Leute geimpft. Gegen Ende dieser Woche sind die Gruppen der Gefährdetsten durchgeimpft und die Behörden rechnen mit signifikanten Änderungen:

    “Die über 60-Jährigen machen derzeit rund 70 Prozent der schwer Erkrankten in den Spitälern aus. Eran Segal vom Weizmann-Institut, der mehrere Modellrechnungen erstellt hat, glaubt, dass ihr Anteil bis Mitte Januar auf um die 20 Prozent sinken könnte. Das wäre ein enormer Erfolg.”

    https://www.nzz.ch/international/coronavirus-in-israel-weltweite-spitze-bei-impfungen-ld.1594339

    30 $ für die Einzeldosis werden kolportiert. Etwa 500 Millionen $ kostet es, die gesamte Bevölkerung zweimal zu impfen.

  11. #15 Michael Hengst
    Rüdesheim am Rhein
    5. Januar 2021

    Was für eine große Verarschung der Hepatitis-C und HIV Patienten,
    auf einmal sind Impfungen gegen Retro-Viren möglich, jahrelang leidet man unter unzulänglichen Medikamenten.
    Drecksbande…

  12. #16 Herr Senf
    6. Januar 2021

    @#14 wir reden hier aber über Corona-Viren
    https://de.wikipedia.org/wiki/Kategorie:Virusfamilie

  13. #17 user unknown
    https://demystifikation.wordpress.com/
    6. Januar 2021

    @MarekGellner:

    Wie dem auch sei, bei 33.000 Risiko-Impfungen pro Tag und bummelig 20 Millionen vorzugsweise zu Impfenden (Rentner und Pflegepersonal), dauert das dann ca. 600 Tage, bis die Allgemeinbevölkerung dran ist; und nochmal so lange, bis 50 % der Menschen geimpft sind. Ich hoffe, ich habe da irgendwo einen Denkfehler.

    Ich denke schon.
    Das sind Anlaufschwierigkeiten, das wird sicher noch besser. In Berlin soll erst eins von 6 Impfzentren den Betrieb aufgenommen haben. Am 22. Dez. meldeten sie, sie seien startklar, aber den neuen Flughafen haben ja auch unsere Vorfahren schon mal eröffnet.

    Impfzentrum machen die Leute zum ersten Mal, das muss sich erst einschleifen und warmlaufen. Hört man nicht gerne, aber hoffen wir mal, dass die Probleme der Praxis gelöst werden.

    Wie viele Leute man impfen kann, das mit anderen Ländern zu vergleichen ist aber gut. Wenn Israel da außergewöhnliches schafft, vielleicht kann man ja da was abgucken?

    Gut, hat man bei Südkorea und Japan schon nicht wollen. Stattdessen hat man erklärt, Deutschland hätte niedrige Fallzahlen. Ja, verglichen mit Belgien, den USA und Spanien, damals.

    Man kann m.E. anderen gönnen, dass sie besser sind, und dennoch versuchen sich das Geeignete abzuschauen. Wenn 90% derer, die gern geimpft werden wollen, es bis Sommer geschafft haben, bin ich schon froh.

  14. #18 pollo
    6. Januar 2021

    @Michael Hengst
    > auf einmal sind Impfungen gegen Retro-Viren möglich
    woher haben Sie das?

  15. #19 rolak
    6. Januar 2021

    völliger Laie .. ¿Langzeiterfahrungen?

    Machte Meister Moder jüngst einen clip zu. Fröhliche Wissensbildung!

  16. #20 Klaus Trophobie
    6. Januar 2021

    @user unknown
    “Wenn Israel da außergewöhnliches schafft, vielleicht kann man ja da was abgucken?”

    Wie sie das geschafft haben kam mir als Frage auch schon in den Sinn. Die Bevölkerung mag kleiner sein, aber dann sollte es das Gesundheitswesen ja auch sein.
    Im Internationalen Vergleich liegt Israel mit 3,22 Ärzten pro 1000 Einwohner hinter Deutschland mit 4,33/1000.

    Ein Argument was da in Raum geworfen wurde war das es an einer stärker militärischen Ausrichtung der Gesellschaft liegen könnte.

  17. #21 Struppi
    6. Januar 2021

    Was ich mich bei dem Thema immer Frage ist, welche Zellen sind betroffen?

    Das Virus benutzt ja einen spezifischen Mechanismus (ACE/TMPRSS2) um in Zellen einzudringen. Befällt also auch eher spezifische Zellen?
    Ist das bei dem Impfstoff auch so? Oder welche Zellen werden befallen?

    Dann erscheint mir der Gedanke, dass das Immunsystem exakt auf ein einziges Protein reagiert etwas überspezifisch. Ist das Immunsystem tatsächlich so selektiv?
    (Es wurde ja im Kontext der Coronainfektionen auch schon von Kreuzimmunität gesprochen)
    Ich stelle mir (als Laie) das eher so vor, dass es bei der Immunantwort um eine wage Annahme der Helferzellen geht, das hier evtl. ein Protein nicht hinpaßt, aber gleichzeitig auch “kontrolliert” wird ob andere Proteine in der Nähe sind um nicht überzureagieren. Also das irgendein Mechanismus exisitert der verhindert das die Immunantwort bei jedem Protein das unbekannt ist zu fatalen Reaktionen führt.

    Da wäre die Frage ob diese, evtl. andersartigen Co-Proteine auf den Zellen als bei einer echten Infektion, nicht zu einer unerwünschten Immunantwort führen könnte? Oder ob man etwas tut um eine solche zu vermeiden?

    Oder stelle ich mir das Immunsystem zu komplex vor und das reagiert tatsächlich einfach nur auf fremde Stoffe?

  18. #22 Kai
    7. Januar 2021

    > Das Virus benutzt ja einen spezifischen
    > Mechanismus (ACE/TMPRSS2) um in Zellen
    > einzudringen. Befällt also auch eher spezifische
    > Zellen?

    Ich glaube solche Transmembranproteine gibt es auf vielen Zellen, aber sie kommen in der Lunge und Nasenschleimhaut einfach in größerer Zahl vor.

    > Dann erscheint mir der Gedanke, dass das
    > Immunsystem exakt auf ein einziges Protein reagiert
    > etwas überspezifisch. Ist das Immunsystem
    > tatsächlich so selektiv?

    Jein. Es reagiert ja nicht auf ein Protein, sondern auf Epitope, also bestimmte Substrukturen des Proteins. Es ist daher insofern nicht “überspezifisch”, weil es gleich mehrere Epitope lernt. Wenn so ein Spike-Protein also an einer Stelle mutiert, sind einige Epitope vielleicht anders, andere bleiben gleich. Dazu kommt, dass ein Epitop nur eine “grobe Form” ist, und auf sehr viele Proteine matchen kann. Die Immunzellen sind am Anfang noch relativ grob und unspezifisch und werden dann im Laufe der Impfung/Infektion immer stärker optimiert, bis sie möglichst nur noch auf das gewünschte Epitop reagieren. Daher können auch solche Kreuzimmunitäten auftreten: Sowas ist umso wahrscheinlicher, je kürzer eine Infektion zurückliegt, weil dann die Immunzellen noch nicht so optimiert sind.

    > Oder stelle ich mir das Immunsystem zu komplex vor
    > und das reagiert tatsächlich einfach nur auf fremde
    > Stoffe?

    Zu komplex kann man sich das Immunsystem gar nicht vorstellen, es ist unglaublich kompliziert und nur wenig verstanden. Aber im Grunde genommen gilt trotzdem ihre zweite Aussage: Das Immunsystem zielt immer auf einzelne Epitope, nicht auf irgendwelche komplexeren Signale.
    Außerdem gilt: nicht jedes fremde Protein ist gleich schädlich oder gefährlich. Die Immunreaktion im Körper ist stark reguliert, und normalerweise kommt es nur dann zu einer Immunreaktion, wenn der Körper ein fremdes Protein als potenziell gefährlich einstuft. Darum brauchen viele Impfstoffe ja auch Wirkverstärker, damit das Immunsystem auch angeregt wird.

    Beim mRNA Impfstoff funktioniert das so: die Lipidvehikel werden von Immunzellen wie Makrophagne aufgenommen. Diese Immunzellen sind darauf spezialisiert, nach Krankheitserregern zu suchen und diese auf ihrer Oberfläche den Lymphozyten zu präsentieren. Sie stimmulieren auch direkt andere Immunzellen – es ist also von Vorteil, wenn man Antigene über Makrophagen präsentiert. Aber auch andere Zellen können die Lipide aufnehmen und die mRNA auf ihrer Zelloberfläche präsentieren. Das läuft dann über einen leicht anderen Mechanismus ab, führt aber letztlich auch zu einer Immunreaktion.

    Was aber definitiv nicht der Fall ist: eine Immunreaktion bezieht sich immer nur auf ein einzelnes Target. Das Immunsystem lernt keine Kombination von Proteinen oder ähnliches.

    > Aber warum muss es dann bei einer Impfung schon
    > in der Zelle seine Stachelform annehmen, wenn
    > diese doch bei natürlicher Infektion auch erst im
    > Virus entsteht.

    Das ist eine mega interessante Frage! Ich weiß da leider auch nichts drüber 🙁

  19. #23 WolfgangM
    8. Januar 2021

    Es ist richtig, dass in vielen Bildern zu Impfungen, eine fake Spritze zu sehen ist, es werden aber auch jede Menge falsche Injektionsorte gezeigt. Unter dem Akromion (= Schulterdach), über der Achsel, in der Mitte senkrecht injizieren, nicht aspirieren (weil dann schmerzhafter), zügig injizieren, Spritze entsorgen, Pflaster drauf und fertig.
    Der Oberarm sollte zur Gänze frei sein, jetzt sieht man oft, dass der Ärmel nur schlecht aufgekrempelt ist, dann kann der gestaut sein und es kommt zur Nachblutung in Form eines blauen Flecks. Muss ja nicht sein. Dann heisst es wieder die können nicht impfen.

  20. #24 Friedrich Zahn
    9. Januar 2021

    Sehr geehrte Frau Hufsky,
    als Autor der “offiziellen” deutschen Übersetzung des Artikels von Herrn Hubert hätte ich mich doch durchaus gefreut, wenn Sie die wortwörtlich übernommenen Auszüge meines Textes auch als solche kenntlich gemacht oder ihn zuallermindest verlinkt hätten. Aber ich nehme es erstmal als Lob und Bestätigung der Qualität meiner laienhaften Arbeit, dass Sie als promovierte Bioinformatikerin meinen Text derart präsentabel fanden 🙂
    Mit freundlichen Grüßen
    Friedrich Zahn

    • #25 Franziska Hufsky
      9. Januar 2021

      Lieber Herr Zahn,
      die deutsche Übersetzung ist bereits direkt verlinkt. Aber es ist natürlich schöner, den Namen des Übersetzers auch zu erwähnen. Somit geschehen.
      Viele Grüße

  21. #26 Felix
    14. Januar 2021

    Faszinierend!
    Liest sich wie die Spezifikation eines Kommunikationsprotokols..