mRNA-Forschung Ist es schon Zeit für einen Corona-Nobelpreis?

Die Entwickler von mRNA-Vakzinen haben der Menschheit großen Nutzen gebracht. Das macht sie zu heißen Kandidaten für einen Nobelpreis. Was spricht dafür, was dagegen?
Nobelpreismedaille des Astrophysikers Reinhard Genzel: Die Auszeichnung gilt in vielen Bereichen der Wissenschaft als höchste Ehrung

Nobelpreismedaille des Astrophysikers Reinhard Genzel: Die Auszeichnung gilt in vielen Bereichen der Wissenschaft als höchste Ehrung

Foto: Bernhard Ludewig / Nobel Prize Outreach

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Nichts hat die Welt in den vergangenen Jahren oder gar Jahrzehnten so sehr verändert wie das Coronavirus – zugleich hat es verdeutlicht, was die biomedizinische Forschung leisten kann. Mit der ungewöhnlich schnellen Entwicklung von hochwirksamen mRNA-Impfstoffen bekam die Menschheit ungefähr ein Jahr nach den ersten bekannt gewordenen Covid-19-Fällen ein Werkzeug im Kampf gegen das Virus und die Pandemie an die Hand.

Comirnaty, der Covid-19-Impfstoff des Mainzer Biotechnologieherstellers Biontech, war nach klinischen Tests in Zusammenarbeit mit dem US-amerikanischen Pharmariesen Pfizer die erste mRNA-Vakzine, die für die Anwendung am Menschen zugelassen wurde. Die Entwickler werden seither mit Preisen überhäuft. Und ab Montag wird verkündet, wer 2021 einen Nobelpreis erhält.

Spekulationen sind da naheliegend. Noch dazu, weil die Biontech-Gründer, das Ärzte-Ehepaar Özlem Türeci und Uğur Şahin sowie die Biochemikerin Katalin Karikó, die sich dem Unternehmen 2013 anschloss, jüngst  mit dem renommierten Paul-Ehrlich-und-Ludwig-Darmstaedter-Preis ausgezeichnet wurden – einer der bedeutendsten Ehrungen für medizinische Grundlagenforschung. Viele der Preisträgerinnen und Preisträger bekamen später auch einen Nobelpreis.

Im vergangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen gebracht

Vorhersagen zu den Nobelpreisen sind dennoch schwierig, die Auswahl ist streng geheim. Im Testament des Dynamit-Erfinders Alfred Nobel findet sich die Formulierung, dass die Nobelpreise an diejenigen gehen sollten, »die im vergangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen erbracht haben«. Jedoch zeigt sich oft erst nach mehreren Jahren, wie entscheidend grundlegende Forschungsarbeiten waren – das gilt auch für die Geschichte der mRNA-Technologie.

Allen voran erscheint die neben Türeci und Şahin oft in den Hintergrund geratene Biochemikerin Katalin Karikó als perfekte Kandidatin für mindestens einen Teil eines Nobelpreises. Karikós über Jahrzehnte fester Glaube an das Potenzial von mRNA und ihre gemeinsame Arbeit mit dem noch unbekannteren, aber ebenfalls nobelpreisverdächtigen amerikanischen Immunologen Drew Weissman legte entscheidende fachliche Grundlagen.

Katalin Karikó: Sie forschte weiter, obwohl kaum jemand an die Zukunft von mRNA-Technologien glaubte

Katalin Karikó: Sie forschte weiter, obwohl kaum jemand an die Zukunft von mRNA-Technologien glaubte

Foto: Erosebb Igen / ZUMA Wire / imago images

Sowohl die Biotechnologiefirmen Biontech als auch Moderna setzten bei ihrer Covid-19-Impfstoffentwicklung auf eine von Karikó und Weissman entwickelte Methode, die verhindert, dass mRNA im Körper zersetzt wird, bevor sie Wirkung entfaltet. Die Firmen produzieren die bis heute wirksamsten Vakzinen in der Pandemie. Vor schweren Covid-19-Verläufen schützen die Mittel mit nahezu absoluter Sicherheit.

Auswanderung mit Frustfaktor

Grundsätzlich funktionieren mRNA-Impfstoffe so: mRNA schleust den genetischen Bauplan für ein typisches Virusprotein in menschliche Zellen ein. Diese stellen anhand der Bauanleitung in Proteinfabriken das Virusprotein her, das Immunsystem reagiert darauf und bildet unter anderem Antikörper. Kommt der Körper später mit dem echten Erreger in Kontakt, erkennt er diesen und bekämpft ihn verlässlich.

Der Weg zu dieser auf den ersten Blick simplen Technologie war allerdings weit. mRNA, auch bekannt als Boten-RNA, wurde überhaupt erst im Jahr 1960 entdeckt – 16 Jahre später als die DNA als Träger der Erbinformation. Daran beteiligt waren unter anderem die Molekularbiologen Francis Crick und James Watson. Sie hatten zuvor die Struktur der DNA entschlüsselt, wofür sie 1962 den Medizin-Nobelpreis erhielten. Für die Entdeckung der mRNA wurde der Preis nie vergeben, vermutlich auch, weil der Nutzen zunächst nicht klar erkennbar war.

Die Fachleute fanden im Jahr 1960 zunächst heraus, dass mRNA in Bakterien als Bote dient, um im Erbgut gespeicherte Informationen zu den Proteinfabriken in den Zellen zu bringen. Dort werden die Moleküle abgelesen, aus den in der DNA gespeicherten genetischen Bauanleitungen entstehen die für die Funktion der jeweiligen Organismen entscheidenden Proteine. Inzwischen sind die beteiligten Fachleute größtenteils verstorben – abgesehen von Watson, der zuletzt jedoch vor allem durch rassistische Äußerungen auffiel – und kommen somit nicht mehr für den Nobelpreis infrage.

Die Ungarin Karikó begann in den Siebzigerjahren daran zu arbeiten, das Wissen in Therapien nutzbar zu machen. An der Universität Szeged versuchte sie zunächst, RNA, die damals noch nicht künstlich hergestellt werden konnte, zu isolieren und promovierte auf dem Gebiet. Die Idee: Man könnte künstliche mRNA nutzen, um Zellen zur Produktion wichtiger und bei einigen Krankheiten  fehlender Proteine anzuregen. Daran glaubten damals allerdings nur wenige.

Karikó wurde schließlich gar von der Ungarischen Akademie der Wissenschaften entlassen, wo sie nach ihrem Studium arbeitete. 1985 wanderte sie mit ihrem Mann und zwei Kindern in die USA aus. mRNA galt aber auch dort nicht als Zukunftsfeld. Zwar fand Karikó 1989 eine Stelle an der University of Pennsylvania, dort aber kaum finanzielle Unterstützung für ihre Projekte.

Unterschätztes Molekül

Statt auf RNA setzte die Fachgemeinschaft damals darauf, DNA als stabileres Molekül in menschliche Zellen einzuschleusen, um etwa genetische Defekte zu korrigieren. Zwar war klar, dass theoretisch auch mRNA als Informationsträger dienen konnte, allerdings sind die Moleküle sehr instabil und werden vom Immunsystem zerlegt, bevor sie in Proteine übersetzt werden können. Das Konzept praktisch umzusetzen, erschien vielen daher wenig lohnenswert.

Karikó konnte an der University of Pennsylvania nicht genügend Fördermittel einwerben, 1995 wurde sie vom Research Assistant Professor degradiert und auf eine befristete Postdoc-Stelle versetzt. Trotzdem forschte sie – größtenteils unbeachtet von der Fachwelt – weiter. Sie war überzeugt, dass mRNA zentrale Vorteile gegenüber DNA als Proteinvorlage hat.

Anders als DNA muss RNA nicht in den Zellkern eingeschleust werden, um abgelesen zu werden und ihre Wirkung zu entfalten. Die Moleküle an die richtigen Stellen im Körper zu bringen, erschien somit zumindest potenziell einfacher und war mit der Hoffnung auf weniger Nebenwirkungen verbunden. Auch der schnelle Abbau des Moleküls schien in dieser Hinsicht grundsätzlich von Vorteil zu sein.

Die entscheidende Studie

Gemeinsam mit Drew Weissman, der seit 1997 an der University of Pennsylvania arbeitet, veröffentlichte sie 2005 eine entscheidende Arbeit im Fachmagazin »Immunity« . Karikó und Weissman hatten herausgefunden, dass ein bestimmter Baustein der mRNA, das Nukleosid Uridin, zum schnellen Abbau der Moleküle im Körper führt. Das Team ersetzte Uridin durch einen ähnlichen Baustein namens Pseudouridin.

Drew Weissman: Baustein der mRNA ausgetauscht

Drew Weissman: Baustein der mRNA ausgetauscht

Foto: Tom Gralish / Philadelphia Inquire / ZUMA Wire / IMAGO

In Versuchen mit Mäusen zeigte sich schließlich, dass die angepasste mRNA nicht mehr so schnell vom Empfänger abgestoßen wurde, sodass die Zellen auf Basis des eingeschleusten Bauplans, wie gewünscht, große Proteinmengen produzierten. Die Forschung blieb zunächst größtenteils unbeachtet, aber nicht gänzlich.

Unter anderem der Zellbiologe Derrick Rossi, damals tätig an der Harvard University, interessierte sich für die Erkenntnisse und entwickelte die Technologie weiter. Er gehörte 2010 zu den Gründern des Biotechnologieunternehmens Moderna, zog sich aber vor der Pandemie aus allen offiziellen Aufgaben zurück. Auch Şahin und Türeci wurden im Lauf der Zeit auf Karikó aufmerksam und stellten sie 2013 in ihrem 2008 gegründeten Unternehmen Biontech an – sie ist dort bis heute Senior Vice President.

Sowohl Moderna als auch Biontech nutzen in ihren Covid-19-Impfstoffen die von Karikó und Weissman entwickelte Methode, mRNA vor dem schnellen Abbau durch das Immunsystem zu schützen. Wahrscheinlich ist das mitentscheidend für ihren Erfolg in dem Bereich: Konkurrenten wie die Firma Curevac, die andere Verfahren anwenden, um ihre mRNA zu stabilisieren, konnten bislang keine so wirksame und zugleich verträgliche Vakzine vorstellen (mehr dazu lesen Sie hier ).

Eine Verpackung für das entscheidende Molekül

Aber auch Şahin und Türeci trugen dazu bei, mRNA medizinisch nutzbar zu machen. Ihr Ziel war es, individuelle Krebstherapien zu entwickeln. Um stabile Impfstoffe zu kreieren, die das Immunsystem dazu anregen, Krebszellen zu zerstören, optimierten sie einzelne mRNA-Elemente. Zudem erdachten sie hauchdünne Fetthüllen, in denen sich mRNA sicher verpacken und an die richtigen Stellen im Körper transportieren lässt.

Beide Technologien kamen 2020 der Entwicklung des Covid-19-Impfstoffs zugute, genauso wie die Infrastruktur, die Şahin und Türeci aufgebaut hatten, um mRNA-Impfstoffe schnell an neue Ziele, etwa ein Virus, anzupassen.

Karikó, Weissman, Türeci, Şahin oder gar die Entdecker der mRNA – sie alle waren wichtig auf dem Weg zu sicheren und wirksamen mRNA-Impfstoffen. Karikó und Weissman legten dabei eine zentrale Grundlage. Trotzdem kann niemand sicher sagen, ob sie – und womöglich andere beteiligte Fachleute – in diesem Jahr tatsächlich einen Nobelpreis erhalten werden. Nächste Woche wird die Welt schlauer sein.

Mit Material von dpa
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