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Facharbeit Corona

28.12.2021

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Ursachen, Auswirkungen und
Möglichkeiten der Bekämpfung von
SARS-CoV-2
Wieso musste so schnell ein Impfstoff gefunden werden?
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1 Facharbeit Ursachen, Auswirkungen und Möglichkeiten der Bekämpfung von SARS-CoV-2 Wieso musste so schnell ein Impfstoff gefunden werden? Kurs: Grundkurs Biologie Abgabetermin: 26.03.2021 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung..... 2 Was ist ein Virus?...... 2.1 Aufbau eines Virus......... 2.2 Was ist das Coronavirus?.. 3 Vermehrung eines Virus...... 3.1 Wie vermehrt sich das Coronavirus?. 4 Krankheitsverlauf.... 4.1 Auswirkungen auf den Körper aus biologischer Sicht.. 5 Wie wird das Coronavirus bekämpft?.. 5.1 Testverfahren & Medikamente... 5.2 Impfstoffe & Impfungen...... 5.2.1 Ganzzell-Impfstoffe & Untereinheiten-Impfstoffe.. 5.2.2 mRNA-Impfstoffe.. 5.2.3 Vektorimpfstoffe.. 6 Mutationen des Virus...... 7 Fazit....... 8 Quellenverzeichnis.. 9 Anhang....... 10 Anhangsverzeichnis.. 2 4 .5 5 .9 .9 1221 10 13 14 15 .16 .17 .20 21 1 Einleitung Das Coronavirus, ist ein Virus, welches seit 2019 die ganze Welt beschäftigt und auch noch weiterhin beschäftigen wird. Das Virus ist mittlerweile ein Hauptbestandteil von unserem Alltag geworden, wodurch das Thema derzeit sehr aktuell ist. Aus diesem Grund musste schnellstmöglich ein Impfstoff gefunden werden, der die Pandemie zurückdrängt. Das Virus wirft bei den Menschen viele Fragen auf, da das Coronavirus zuvor nicht so aufgetreten ist, wie seit 2019. Eine viel diskutierte Frage dabei ist, „Verändert eine Corona-Impfung die DNA?" Oftmals werden diese Fragen mit falschen Angaben beantwortet oder es werden auch ohne Fragen falsche Angaben zu dem Virus geäußert, wodurch viele Menschen verunsichert werden. Aus diesem Grund möchte ich mit meiner Facharbeit darauf aufmerksam machen und biologisch darüber aufklären, was das Coronavirus ist und wie man dieses aus biologischer Sicht auf der Welt, speziell in Deutschland bekämpfen kann und falsche Aussagen aus biologischer Sicht...

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widerlegen. Um zu verstehen mit welchen Aspekten sich die Forschung eines Impfstoffs beschäftigt und wie die Impfstoffe wirken, werde ich zunächst erklären was ein Virus ist und wie sich dieser vermehrt. Im Anschluss gehe ich auf den Krankheitsverlauf aus biologischer Sicht ein. Der folgende Punkt behandelt dann die Bekämpfung des Coronavirus. Als letzten Punkt werde ich noch auf die Mutationen des Virus eingehen. Am Ende meiner Ausarbeitung werde ich ein Fazit zu der biologischen Aufklärung des Coronavirus nennen. 3 2 Was ist ein Virus? Viren sind Krankheitserreger, welche eine infektiöse organische Struktur aufweisen können. Viren befallen alle Arten von Zellen und sind somit wichtig für Menschen, Tiere und auch Pflanzen¹. Außerhalb einer Wirtszelle können Viren meist nur kurze oder keine Zeit überleben, wodurch sie auf eine Wirtszelle2 angewiesen sind, da sie keinen eigenen Stoffwechsel besitzen. Sie sind sehr kleine Krankheitserreger, denn sie haben nur eine Größe von 22-330 Nanometer³ 2.1 Aufbau eines Virus Ein Virus besteht aus wenigen Bestandteilen. Grob gefasst sind die Bestandteile zum einen das Genom, das Kapsid und die Hülle. Das Genom besteht aus Nukleinsäure5 und es handelt sich entweder um eine DNA oder um eine RNA. Das Erbgut, welches weitergegeben wird, kann in verschiedenen Formen im Virus vorliegen. Das Material kann sowohl aus einem Einzelstrang oder auch aus einem Doppelstrang bestehen in Verbindung mit einem bestimmten Zucker. Zudem kann das Genom gradlinig oder kreisförmig geformt sein ¹0. Um das Genom befindet sich eine Hülle aus Proteinen¹¹, die das Erbgut vor Umwelteinflüssen schützen soll. Die Hülle, welche aus Proteinen besteht und sich um das Genom befindet wird auch als Kapsid bezeichnet, da das Kapsid eine Art Kapsel um die Nukleinsäure DNA oder RNA bildet. Kapsid und Genom werden zusammen als Nukleokapsid bezeichnet¹2. Es gibt Virusarten, die um das Kapsid noch eine Hülle besitzen. Diese Hülle besteht aus Fett und wird auch als Lipiddoppelschicht bezeichnet. Die Lipiddoppelschicht besteht aus der Hülle der Wirtszelle. Zudem befinden sich an der Hülle noch spezielle Rezeptorproteine, welche man auch Spikes nennt¹³. Sie haben die Aufgabe sich an eine Wirtszelle zu binden. 1 Brüggemeier, Mathias. Abitur Biologie. Clever vorbereitet. 2 Eine Wirtszelle, ist eine Zelle, die zur Vermehrung eines Virus dient. 3 Dr. rer. nat. Nagel, Geraldine. Vieren: Eine Einführung. https://www.onmeda.de/krankheitserreger/viren.html , Stand: 17.02.2020 Genom = Erbgut 4 5 Nukleinsäure ist ein kettenartiges Molekül, das entweder als RNA oder DNA vorliegt. Bestimmt wird dieses durch den Zucker-Baustein. 6 DNA= deoxyribonucleic acid, zu deutsch: Desoxyribonukleinsäure (DNS) 7 RNA= ribonucleic acid, zu deutsch: Ribonukleinsäure (RNS) 8 Dr. Gumpert, Nicolas. Der Aufbau von Viren. https://www.dr-gumpert.de/html/viren aufbau.html#c254434, Stand: 15.09.2020 9 Feichter, Martina. Viren. https://www.netdoktor.de/krankheiten/infektionen/viren/, Stand: 10.12.2020 10 Dr. Gumpert, Nicolas. Der Aufbau von Viren. https://www.dr-gumpert.de/html/viren_aufbau.html#c254434, Stand: 15.09.2020 11 Eiweiß 12 Feichter, Martina. Viren. https://www.netdoktor.de/krankheiten/infektionen/viren/, Stand: 10.12.2020 13 Feichter, Martina. Viren. https://www.netdoktor.de/krankheiten/infektionen/viren/, Stand: 10.12.2020 2.2 Was ist das Coronavirus? Das Coronavirus "Sars-CoV-2" ist ein neues Beta-Coronavirus, welches die Lungenkrankheit COVID-19 auslösen kann. Bei "Sars-CoV-2" handelt es sich um ein neues Betacoronavirus, denn zu Betacoronaviren gehören sowohl SARS-CoV als auch MERS-CoV. Spricht man von SARS-CoV, spricht man von einem Verursacher des schweren akuten Atemwegssyndrom (SARS). Zudem ist das SARS-CoV, speziell das SARS-CoV-2 der Auslöser der Lungenkrankheit COVID-19. SARS-CoV soll zuerst bei Fledermäusen aufgetreten sein. Bei dem Genom handelt es sich um ein RNA-Genom, welches einzelsträngig ist mit 29.751 Nukleotide¹4. Das Viron von SARS-CoV hat eine kugelförmige Form, die einen Durchmesser von 125nm aufweist. Zudem besitzt das SARS-CoV vier Strukturproteine. Zu den Strukturproteinen zählen die Spikeproteine, Membrane, envelope ¹5 und nucleocapsid. [Das Coronavirus] SARS-CoV-2 hat das Enzym ACE-2¹6 als Rezeptor, um in die Wirtszelle zu gelangen."17. Steckt man sich mit SARS-CoV-2 an, welches das Virus ist, bricht die Infektionskrankheit COVID ¹8-1919 aus. 2021 3 Vermehrung eines Virus Viren sind bei ihrer Vermehrung auf eine Wirtszelle angewiesen, da sie keinen eigenen Stoffwechsel zur Vermehrung des Erbguts haben. Die Vermehrung der Viren wird dabei in vier Phasen unterteilt. Die erste Phase ist das Anheften an die Zelloberfläche der Wirtszelle. Die Viren benötigen eine bestimmte Struktur, damit sie sich an die Oberfläche einer Wirtszelle heften können. Dabei spricht man von dem Schlüssel-Schloss-Prinzip. Die zweite Phase ist das Eindringen in die Wirtszelle und die Freisetzung des Erbguts in der Zelle. Das Einschleusen des Viruserbguts kann auf zwei verschiedenen Wegen passieren. Zum einen gibt es die Fusionierung. Dabei „verschmilzt die Virushülle mit dem Zellmembran der Wirtszelle (Fusionierung) und gibt dabei das Erbgut ins Zellinnere ab. [Die andere Methode ist die Endozytose.] Dabei senken sich die Viren in die Zellmembran ein. Das geschieht solange bis sich ein Vesikel ins Innere der Zelle abschnürt. Dadurch werden die Viren in das Zellinnere transportiert. Wenn sich die Viren im Inneren der Zelle befinden, 14 Grundbaustein von Nukleinsäuren 15 Virushülle 16 Angiotensin-konvertierendes Enzym 2 17 https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges Coronavirus/ Steckbrief.html;jsessionid=B75AB533EDBD93FCF983F2F0D1951576.internet 122?nn=13490888#Start (Stand: 09.02.2021) 18 ,,Corona Virus Disease" ,,Corona-Virus-Erkrankung" 19 Die Zahl 19 steht für die Jahreszahl, in der das Virus das erste mal aufgetreten ist. 20 Schuhmann, Florian; Friebe, Richard. Vom harmlosem Schnupfen bis zu tödlicher Lungenentzündung. https://www.tagesspiegel.de/wissen/coronavirus-was-ist-das-eigentlich-von-harmlosem-schnupfen-bis-zu- toedlicher-lungenentzuendung/25471454.html 21 Dr. rer. nat. Siegel, Isabel. Coronavirus SARS-CoV-2: Was ist das für ein Virus? https://www.gesundheit.de/krankheiten/infektionskrankheiten/atemwegsinfektionen/coronavirus/sars-cov-2 5 werden sie durch zelleigene Mechanismen aus den Vesikeln befreit und das Erbgut wird freigelegt."22. Die dritte Phase ist die Vervielfältigung des Erbguts. Dabei wird unterschieden in Viren mit DNA und RNA. Bei DNA-Viren findet sowohl die Transkription 23 als auch die Translation 24 statt. Bei der RNA findet eine direkte Translation der viralen RNA in Polypeptide 25 oder eine Umschreibung in eine mRNA durch eine eigene RNA-Polymerase statt(vgl.26). Die letzte und vierte Phase ist die Freisetzung der Vieren aus der Zelle. Bei der Freisetzung der Viren gibt es 3 verschiedene Mechanismen. Zum einen gibt es einen Zelltod, wobei die Viren der Wirtszelle schädigen, sodass diese abstirbt und so gelangen die Viren ins Freie. Ein weiterer Mechanismus ist die Knospung. Dabei werden die Viren mit Abschnitten der Zellmembran nach außen abgeschnürt. Der letzte Mechanismus ist die Sekretion, wobei sich die Viren am endoplasmatischen Retikulum27 oder am Golgi-Apparat28 zusammenbauen, wodurch sich das Virus in das Innere dieser Organellen abschnüren kann. Wenn dies passiert ist, werden sie durch die Vesikel zu der Zelloberfläche gebracht und werden da nach außen gegeben (vgl.29).30 3.1 Wie vermehrt sich das Coronavirus? Das Coronavirus bindet sich mit dem Spikeprotein, durch das Schlüssel-Schloss-Prinzip an den ACE2-Rezeptor menschlicher Zellen, welches die Zelloberfläche ist. Nachdem sich das Virus an die Wirtszelle gebunden hat, verschmilzt das Virus mit der Zellmembran. Dabei spricht man von der Fusionierung. Durch die Fusionierung gelangt das Erbgut von dem Virus in das Zellinnere der Wirtszelle. „Nachdem das Virus in die Zelle eingedrungen ist, öffnet sich die Hülle und die virale RNA wird freigesetzt. Dies ermöglicht die Synthese neuer Virionen, 22 Dr. rer. nat. Nagel, Geraldine. Virusinfektion, Virusvermehrung (Virusreproduktion): Virusvermehrung (Virusreproduktion). https://www.onmeda.de/krankheitserreger/virusinfektion-virusvermehrung- (virusreproduktion)-1239-2.html#:~:text=Die%20Virusvermehrung%201%C3%A4sst%20sich%20dabei %20in%20folgende%20Phasen, Viruseinzelteilen%204%20Freisetzung%20der%20Viren%20aus%20der %20Zelle (Stand: 28.09.2020) 23 Teilschritt der Proteinbiosynthese 24 Teilschritt der Proteinbiosynthese 25 Kurze Proteine mit ca. 20-100 Aminosäuren 26 Nuss, David. Genetik: Vermehrung von DNA und RNA-Viren. https://abitur-wissen.org/index.php/biologie/genetik/686-genetik-vermehrung-von-dna-und-rna-viren (Stand: 06.05.2020) 27 Zellorganell in jeder eukaryontischen Zelle 28 Ist ein Zellorganell, in dem Proteine, die vom endoplasmatischen Retikulum hergestellt wurden, modifiziert und sortiert werden. 29 Nuss, David. Genetik: Vermehrung von DNA und RNA-Viren. https://abitur-wissen.org/index.php/biologie/genetik/686-genetik-vermehrung-von-dna-und-rna-viren (Stand: 06.05.2020) 30 Dr. rer. nat. Nagel, Geraldine. Virusinfektion, Virusvermehrung (Virusreproduktion): Virusvermehrung (Virusreproduktion). https://www.onmeda.de/krankheitserreger/virusinfektion-virusvermehrung- 6 (virusreproduktion)-1239-2.html#:~:text=Die%20Virusvermehrung%201%C3%A4sst%20sich%20dabei %20in%20folgende%20Phasen, Viruseinzelteilen%204%20Freisetzung%20der%20Viren%20aus%20der %20Zelle (Stand: 28.09.2020) (gesamter Text) die dann als vollständige Viren freigesetzt werden."31 Da das Coronavirus ein Virus auf RNA- Ebene ist, überspringt das Virus die Transkription und führt eine direkte Translation durch. Allerdings fand die Max-Planck-Gesellschaft heraus, dass die Polymerase-Strukturen der Coronaviren sich zu anderen RNA-Polymerase-Strukturen unterscheiden ³2. „Die SARS-CoV2 RNA-Polymerase unterscheidet sich von den RNA-Polymerasen anderer Viren darin, dass eines ihrer Proteine (nsp8) lange Fortsätze besitzt, die in einiger Entfernung an die RNA binden. Dadurch unterstützen sie offenbar die Polymerase bei ihrer Arbeit, um das besonders lange Genom von SARS-CoV-2 zu kopieren ³3". (siehe Anhang) 4 Krankheitsverlauf Der Krankheitsverlauf unterscheidet sich von Mensch zu Mensch und ist deshalb sehr individuell, wobei auch oftmals das Alter eine entscheidende Rolle spielt (siehe Anhang). Dennoch kann man den Krankheitsverlauf grob in vier verschiedene Stufen eingliedern. In der ersten Stufe der Krankheit infiziert man sich mit dem Coronavirus, meistens als eine Tröpfcheninfektion, wobei diese Viren über Schleimhäute, wie beispielsweise durch den Mund oder durch die Nase aufgenommen werden ³4. In der zweiten Stufe bilden sich die typischen Symptome des Coronavirus aus, wobei nicht jeder Mensch Symptome einer Infektion mit Corona aufweisen muss, denn es gibt auch Infektionen, wo die Menschen nicht merken, dass sie sich mit dem Virus infiziert haben. Die häufigsten Symptome bei einer Coronavirusinfektion sind Husten (52%), Fieber (42%), Schnupfen (22%) und eine Lungenentzündung (2%) 35. Während der dritten Stufe, wird über den Krankheitsverlauf entschieden, denn es gibt sowohl leichte Verläufe, in denen das Immunsystem ³6 gegen den Virus kämpft und sich dieses durchsetzen kann. Allerdings gibt es auch schwere Verläufe, wenn das Immunsystem gegen den Erreger versagt. Passiert dies, können die Patienten schwere Lungenentzündungen bekommen ³7. Die letzte Stufe von dem Krankheitsverlauf ist das Gegenüberstellen von Genesung oder Tod, wobei sich die vierte Stufe auf die dritte bezieht, denn kann sich das Immunsystem gegen den Erreger durchsetzen, ist man am 31 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 32 https://www.mpg.de/14750361/0427-bich-056839-wie-das-coronavirus-sein-erbgut-vermehrt(Stand: 24.04.2020) 33 Köpper, Fredrik. Beantwortung der Frage ,,Wie unterscheidet sich die RNA-Polymerase von SARS-CoV2, mit einer normalen RNA-Polymerase?". 34 Sander, David. Coronavirus: So sieht der Krankheitsverlauf von Covid-19 aus. https://www.rnd.de/gesundheit/krankheitsverlauf-corona-so-laufen-die-stadien-der-erkrankung-covid-19-ab- NYNUHYYGVBCE7135RA2H6XEOZM.html (Stand: 07.04.2020) 35 Sander, David. Coronavirus: So sieht der Krankheitsverlauf von Covid-19 aus. https://www.rnd.de/gesundheit/krankheitsverlauf-corona-so-laufen-die-stadien-der-erkrankung-covid-19-ab- NYNUHYYGVBCE7135RA2H6XEOZM.html (Stand: 07.04.2020) 36 biologisches Abwehrsystem 37 Sander, David. Coronavirus: So sieht der Krankheitsverlauf von Covid-19 aus. 7 https://www.rnd.de/gesundheit/krankheitsverlauf-corona-so-laufen-die-stadien-der-erkrankung-covid-19-ab- NYNUHYYGVBCE7135RA2H6XEOZM.html (Stand: 07.04.2020) Ende genesen und hat den Virus überstanden und es haben sich Antikörper gebildet. Auf der anderen Seite steht der Tod, welcher oftmals am Ende eines schweren Verlaufs eintritt, beispielsweise durch eine Lungenentzündung. 4.1 Auswirkungen auf den Körper aus biologischer Sicht (Bezug auf die Lunge) Schon in den ersten Tagen, nach einer Infektion, dringt das Coronavirus in die Zellen der Lunge ein. Die Zellen in der Lunge unterscheiden sich, denn zum einen gibt es die Schleim produzierenden Becherzellen ³8 und zum anderen gibt es Zellen mit kleinen Flimmerhärchen 39 40. Es wird vermutet, dass bei einer Coronavirus- Infektion, das Virus in die Zellen mit den Flimmerhärchen eindringt, diese infiziert, wodurch sie absterben. Die abgestorbenen Zellen sind leblos und füllen sich mit Fremdkörpern und Flüssigkeiten4¹. Da vermutlich die Zellen mit den Flimmerhärchen befallen werden, entsteht häufig eine Kurzatmigkeit bei den betroffenen Personen. 38 Der Schleim ist zum Schutz der Lunge da, denn dadurch trocknet die Lunge nicht aus. 39 Durch die wellenartigen Bewegungen in Richtung des Rachen, werden Pollen oder andere Fremdkörper aus der Lunge transportiert. 40 Mckeever, Amy. Coronavirus-Infektion: Was geschieht im Körper? https://www.nationalgeographic.de/wissenschaft/2020/02/coronavirus-infektion-was-geschieht-im-koerper (veröffentlicht 18.02.2020, überarbeitet: 05.11.2020) 41 Mckeever, Amy. Coronavirus-Infektion: Was geschieht im Körper? https://www.nationalgeographic.de/wissenschaft/2020/02/coronavirus-infektion-was-geschieht-im-koerper 8 (veröffentlicht 18.02.2020, überarbeitet: 05.11.2020) 5 Wie wird das Coronavirus bekämpft? Zunächst einmal versucht das Immunsystem Antikörper für das Virus zu bilden. Allerdings soll das Coronavirus auch durch verschiedene Testverfahren, Medikamente und auch Impfstoffe bekämpft werden. Besonderer Fokus wird auf die Impfstoffe gelegt, denn dadurch kann eine Herden-Immunität erreicht werden. Außerdem gibt es auch Medikamente, welche bei einer (schweren) Erkrankung dem Patienten verabreicht werden, damit die Symptome gelindert werden. 5.1 Testverfahren & Medikamente Es gibt bereits vier gängige Testverfahren, die in der Corona-Pandemie verwendet werden. Zum einen ist es der PCR-Test42, wovon es auch einen Schnelltest gibt. Bei einem normalen PCR-Test, lassen sich die Erreger des Virus nachweisen. Als Ergänzung zu dem normalen PCR-Test gibt es noch den Real-Time-PCR Test. Dieser Test verläuft wie der normale PCR- Test, ist allerdings vereinfacht und daher auch etwas ungenauer. Eine weitere Möglichkeit sich zu testen, ist der Antigentest, welche sich die Proteine anschaut und nicht das Erbgut. Im Verlauf der Pandemie kam auch noch ein Corona-Selbsttest auf den Markt, welcher von Privatpersonen durchgeführt werden kann und indentisch zum Antigentest ist. Das letzte Testverfahren ist der Antikörpertest, welcher nach eine Infektion mit dem Coronavirus durchgeführt werden kann, denn dabei werden die Antikörper in den Blutzellen betrachtet. Dieser Test sagt allerdings nicht aus, ob die Person noch mit dem Virus infiziert ist 4³. Es gibt grob gefasst 4 verschiedene Medikamente, die gegen das Coronavirus bzw. im Zusammenhang mit dem Coronavirus helfen sollen. Zum einen gibt es antivirale Medikamente ¹4, welche verhindern sollen, dass das Virus in die Zelle eindringen kann und sich dort vermehrt. Außerdem werden Herz-Kreislauf Medikamente eingesetzt, damit Komplikationen verhindert werden können während einer Infektion mit dem Virus. Medikamente gegen Lungenkrankheiten werden auch eingesetzt, damit diese bei einer Erkrankung auch weiterhin mit Sauerstoff versorgt werden. Das letzte Medikament sind dämpfende Immunmodulatoren 45, welche bei einem schweren Lungenbefall die Abwehrreaktion des Körpers begrenzen, damit dadurch keine weiteren Schäden bei dem Patienten entstehen46. 42 polymerase chain reaction (=Polymerase-Kettenreaktion) 43 Dr. Heinrich, Christian. Corona-Nachweis: Die Testverfahren im Überblick. https://www.apotheken- umschau.de/Coronavirus/Corona-Nachweis-Die-Testverfahren-im-Ueberblick-558071.html (Stand: 25.02.2021) (gesamter Text) 44 Medikamente die virushemmend wirken. 45 Immunmodulatorisch = ,,das Immunsystem verändernd" 46 https://www.vfa.de/de/arzneimittel-forschung/woran-wir-forschen/therapeutische-medikamente-gegen-die- 9 coronavirusinfektion-covid-19 (Stand: 08.03.2021) 5.2 Impfstoffe & Impfungen Sowohl Impfungen als auch Impfstoffe gehören mittlerweile zum Alltag der meisten Menschen. Impfungen sollen durch ihre Impfstoffe Schutz gegen eine (schwere) Erkrankung dienen, denn dabei bilden sich die passenden Antikörper des Erregers. Zudem kann sich das Immunsystem bei einer späteren Erkrankung an den Erreger erinnern und bildet somit immer wieder neue Antikörper47. Bei einer Impfung wird sowohl das Individuum als auch die gesamte Bevölkerung geschützt, denn durch eine Impfung kann verhindert werden, dass sich die Erreger weiter vermehren. Epidemien 48 oder auch Pandemien 49 können mit Hilfe eines Impfstoffes (oder mehreren Impfstoffen) bekämpft werden. Durch eine Impfung soll somit bei einem Menschen eine Immunität, im Immunsystem, gegen eine bestimmte Krankheit gebildet werden. „Impfstoffe trainieren [das] [...] Immunsystem"50. Impfstoffe unterscheiden sich jedoch, teilweise auch stark, von einander. Aus diesem Grund, müssen manche Impfungen nach einer längeren oder kürzeren Frist aufgefrischt werden, damit die Wirkung nicht verloren geht. Zudem wird jeder Impfstoff unterschiedlich zusammengesetzt, wodurch diese Unterschiede zustande kommen. Wichtig bei einem Impfstoff ist es, laut der WHO, dass dieser einen „mindestens 50-prozentigen Schutz über sechs Monate bewirkt"51. Impfstoffe unterliegen meist einer Zulassung, die im Durchschnitt 16 Monate andauert. Diese Zeit wurde allerdings durch die EMA52 und FDA53 in der Corona-Pandemie verkürzt, damit die Impfstoffe zu Eindämmung der Pandemie schneller zugelassen werden. Dennoch unterliegen die Impfstoffe den Anforderungen einer Zulassung 54. Damit ein Impfstoff allerdings die Zulassung bekommt, muss er bestimmte Schritte durchlaufen. Der erste Schritt dabei ist die Screening Phase". Zu Beginn dieser Phase, wird der Erreger erst einmal analysiert und "mögliche Impfstoffkanidaten werden durch [diverse] Tests auf ihre Wirksamkeit und Eigenschaften getestet"55 um zu schauen, ob dieser passend für die Krankheit ist. Der nächste Schritt ist die „Präklinische Entwicklung", in der die Substanzen, welche in der ersten Phase auserwählt wurden, werden nun an Tieren getestet um zu schauen ob es mögliche Schäden geben kann, wie zum Beispiel das Krebs ausgelöst wird 47 WHO. Impfstoffe und Impfung: Was ist Impfung? https://www.who.int/news-room/q-a-detail/vaccines-and- immunization-what-is-vaccination 48 ansteckende Massenerkrankung 49 weltweite Epidemie 50 WHO. Impfstoffe und Impfung: Was ist Impfung? https://www.who.int/news-room/q-a-detail/vaccines-and- immunization-what-is-vaccination 51 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 52 European Medicines Agency 53 U.S. Food and Drug Administration 54 Lindenmaier, Jonathan. Hürdenlauf zum Corona-Impfstoff: Wie lange dauert die Zulassung? https://www.augsburger-allgemeine.de/politik/Huerdenlauf-zum-Corona-Impfstoff-Wie-lange-dauert-die- Zulassung-id58514191.html (Stand: 10.11.2020) 55 Brenner, Silke. Wie entsteht ein Impfstoff? https://www.netdoktor.at/news/zulassung-impfstoff-einzelne- schritte-10312103 (Stand: 09.11.2020) (Erläuterung der Zulassungs-Schritte) 10 oder Gene verändert werden können. Wenn diese Aspekte ausgeschlossen werden können, dann darf die Substanz auch an einem Menschen erprobt werden. Darauf folgt dann die „Klinische Testung", welche in drei Phasen unterteilt wird. Dabei werden freiwillige Personen benötigt, welche gesund und volljährig sind. In der ersten Phase wird der „Impfstoff an einer kleinen Gruppe (<100) getestet"56. In der ersten Phase wird dann geschaut, wie die Testpersonen den Impfstoff vertragen und ob es eine Immunabwehr hervorruft. Zudem soll in der ersten Phase bereits eine angemessene Dosis des Impfstoffes gefunden werden. Wenn der Impfstoff gut vertragen wird, dann beginnt die zweite Phase der klinischen Testung. Dabei wird bereits eine größere Gruppe (<1.000) getestet. In dieser Phase wird erneut die Dosis festgestellt, allerdings wird auch festgestellt ob und wie viele Nachimpfungen benötigt werden, damit der Schutz ausreichend vorhanden ist. Nebenwirkungen, welche selten sind, sollen in dieser Phase zudem ausgeschlossen werden. Wenn dies alles der Fall ist, begibt der Impfstoff sich in die dritte und letzte Phase. In dieser Phase werden die Testpersonen noch einmal erweitert und nun auch unabhängig von dem Alter, Geschlecht und Vorerkrankungen über einen längeren Zeitraum getestet. Dabei geht man noch einmal darauf ein ob es bereits zugelassene Impfstoffe gibt, die die selbe Wirksamkeit haben. Zudem wird dabei auch in Betracht gezogen ob es Wechselwirkungen mit anderen Impfstoffen geben kann. Wenn diese drei Phasen erfolgreich abgeschlossen wurden, können die Daten, die bei der klinischen Testung herausgekommen sind, bei den Gesundheitsbehörden eingereicht werden. Die zuständige Gesundheitsbehörde in der EU ist die EMA"57. Diese überprüft noch einmal die Wirksamkeit und Sicherheit von dem Impfstoff anhand der Daten. Entsprechen die Daten den Anforderungen der Zulassung, wird der Impfstoff zugelassen. Der letzte Schritt, der nach der Zulassung erfolgt, ist die ständige Überwachung über den Impfstoff und seine Nebenwirkungen 58. 56 Brenner, Silke. Wie entsteht ein Impfstoff? https://www.netdoktor.at/news/zulassung-impfstoff-einzelne- schritte-10312103 (Stand: 09.11.2020) (Erläuterung der Zulassungs-Schritte) 57 Brenner, Silke. Wie entsteht ein Impfstoff? https://www.netdoktor.at/news/zulassung-impfstoff-einzelne- schritte-10312103 (Stand: 09.11.2020) (Erläuterung der Zulassungs-Schritte) 58 Brenner, Silke. Wie entsteht ein Impfstoff? https://www.netdoktor.at/news/zulassung-impfstoff-einzelne- schritte-10312103 (Stand: 09.11.2020) (Erläuterung der Zulassungs-Schritte) 11 5.2.1 Ganzzell-Impfstoffe & Untereinheiten-Impfstoffe Bei den Ganzzell-Impfstoffen, genannt auch inaktivierte Virusimpfstoffe, handelt es sich um Impfstoffe, welche sich auf Viren fokussieren die inaktiv oder abgeschwächt sind. Diese Impfstoffe haben die Vorteil, dass in dem Impfstoff die Antigene, also die Bestandteile der Viren vorhanden sind. Dadurch entsteht jedoch auch der Nachteil, dass in diesem Impfstoff auch Komponenten sein können, welche schädlich für den Menschen sein können. Diese Art von Impfstoffen wird bereits auch gegen das Coronavirus eingesetzt 59. Die Viren, welche inaktiv sind, werden chemisch behandelt, damit sie keine menschlichen Zellen mehr befallen können. Die chemische Behandlung muss jedoch so erfolgen, dass die Proteinhülle von dem Virus nicht beschädigt wird, damit sich auch im Körper Antikörper bilden können. Diesen Impfstoff hat das Beijing Institute of Biological Products etwickelt. Im Vergleich dazu stehen die Untereinheiten-Impfstoffe, welche sich nur auf wenige SARS- CoV-2 Antigene beschränken. Diese wenigen Antigene, welche im Fokus von diesem Impfstoff stehen, sind für den Schutz gegen das Coronavirus entscheidend. Schädliche Komponente, wie bei Ganzzell-Impfstoffen, können ausgeschlossen werden, es sei denn, die Träger der protektiven (schützenden) Antigene zeigen auch eine schädliche Wirkung, was durchaus vorkommen kann."61. Allerdings haben auch diese Impfstoffe einen Nachteil, welcher ist, dass wichtige Antigene, welche nicht bei den wenigen Antigenen dabei sind, welche verwendet werden, für den Schutz verwendet werden können 62. Da die Untereinheiten-Impfstoffe Antigene benötigen, wird im Fall von SARS-CoV-2 das Spike- Protein als Antigen verwendet, denn das Protein, verhindert die Bindung an den ACE-2- Rezeptor, welcher sich im Menschen befindet. Der ACE-2-Rezeptor, ist die Stelle, an der das Schlüssel-Schloss-Prinzip greift. Wird dies jedoch blockiert, kann der Erreger nicht mehr an dem Rezeptor binden und das Virus kann nicht mehr in die Zelle eindringen und es wird ,,neutralisiert"63. Damit diese Impfstoffe nun mit einer hohen Wahrscheinlichkeit wirken können, ist es wichtig, dass dieser Impfstoff eine hohe Antikörperbildung hervorrufen kann 64. Damit das Virus den Körper nicht angreifen kann, werden zudem noch T-Helferzellen 65 als 59 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 60 SARS-CoV-2: Impfstoff aus inaktivierten Viren in Phase-1 Studie auch bei älteren Menschen immunogen. https://www.aerzteblatt.de/nachrichten/117524/SARS-CoV-2-Impfstoff-aus-inaktivierten-Viren-in-Phase-1- Studie-auch-bei-aelteren-Menschen-immunogen (Stand: 19.10.2020) 61 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 62 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 63 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 64 Vgl. Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 65 Sie sind zur Erkennung des Antigens zuständig. 12 auch T-Killerzellen66 benötigt, welche die Antikörperbildung anregen oder bereits Zellen, die infiziert sind angreifen können67. 5.2.2 mRNA-Impfstoffe Die mRNA68 ist eine spezielle Form der RNA, welche bei der Proteinbiosynthese69 hergestellt wird. Dies passiert im Teilschritt der Transkription und soll eine Kopie der DNA darstellen. Die Erbinformationen, welche normalerweise auf der DNA liegen, werden nun nicht mehr benötigt, denn diese Informationen liegen nun auf der mRNA. Da die DNA nun nicht mehr transportiert werden muss, wird das Erbgut bzw. die DNA nicht beschädigt.7⁰ Bei einem mRNA-Impfstoff handelt es sich somit um einen Impfstoff, wodurch die DNA nicht betroffen wird und somit das Erbgut auch nicht verändert oder kaputt gehen kann, denn die mRNA trägt die Informationen der DNA. Der Impfstoff beinhaltet Informationen über das Coronavirus, welches ein Stück von dem Spike-Protein ist, welches sich an den ACE-2- Rezeptor des Menschen bindet. Wenn nun dieser Impfstoff in den menschlichen Körper gelangt, können die Zellen die Informationen der mRNA ablesen, welche dann nachgebaut werden im Körper. Dabei entstehen dann „Proteinfragmente von SARS-CoV-2, [...], die aus der Sicht des Körper des Virus (beziehungsweise des Spike-Protein) ähneln"71. Das Immunsystem des Körpers beginnt sich nun gegen die Teile der Spike-Proteine zu währen und es beginnen sich Antikörper gegen das Virus zu bilden. Bei der Bildung von Antikörpern bildet sich im Blut ein Stoff, welcher eine Infektion im weiteren Leben verhindern soll. Auch wenn man durch die Impfung Teile eines Coronavirus, die Spike-Proteine, geimpft bekommt, bricht Covid-19 nicht aus und es zeigen sich auch keine Symptome der Krankheit, denn es findet keine Vermehrung der Viren in den Zellen statt. Da sich das Spike-Protein, bei der normalen Virusvariante (ausgenommen der Mutationen) nicht verändert, gilt diese Immunantwort auch nachdem sich der Impfstoff nach wenigen Tagen im Körper abgebaut hat. Denn wenn man sich nach eine Impfung mit dem Virus infiziert, wird eine Immunantwort sofort gegeben. Durch diese Immunantwort, kann sich das Coronavirus im Körper nicht weiter vermehren oder Symptome ausbilden (siehe Anhang). Zudem wird auch deutlich, dass ein mRNA-Impfstoff die DNA nicht verändern kann, da sich die mRNA außerhalb von dem Zellkern, in dem sich die DNA befindet, befindet. Zudem kann ein gesunder Mensch die 66 Infizierte Körperzellen anhand von Erreger-typischen Antigenen zu erkennen und zu eliminieren. 67 Vgl. Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 68 mRNA messenger RNA 69 Prozess aus dem ein Gen zu einem funktionstüchtigen Protein wird. 70 mRNA. https://studyflix.de/biologie/mrna-2333 (Stand: 15.03.2021) 71 Rauch, Jasmin. Corona-Impfung: Wie funktionieren die neuen mRNA-Impfstoffe? https://www.gesundheit.de/krankheiten/infektionskrankheiten/atemwegsinfektionen/coronavirus/mrna- 13 impfstoff (Stand: 12.03.2021) mRNA nicht in eine DNA umschreiben72. Besonders hervorzuheben ist der Impfstoff BNT162b2 von BioNTech / Pfizer, welcher seine Zulassung in der EU am 21.12.2020 bekam73. Bei diesem Impfstoff hat man nach der zweiten Impfung ein Schutz von 94%74. Somit bietet dieser Impfstoff einen hohen Schutz gegen das Coronavirus. 5.2.3 Vektorimpfstoffe Bei Vektorimpfstoffe, handelt es sich um genbasierte Impfstoffe. Genbasierte Impfstoffe, bringen kein fertiges Antigen in die Körperzellen, sondern bringen nur den Bauplan dafür in die Zellen. Bei dem Vektorimpfstoff, wird das in den Körper einzuschleusende Genmaterial [...] zuerst in das Erbgut der harmlosen Trägerviren (Vektorviren) eingebracht."75. Dies kann dann in die Zellen der Menschen eindringen und sich in diesen Zellen auch vermehren. Damit sie sich vermehren, binden sie sich an der Oberfläche von dem ACE-2-Rezeptor und geben ihre Viren in die Zelle ab, inklusive dem Bauplan für die Antigene. Wenn sich dieser Fremdstoff nun im Zellinneren befindet, beginnt das Immunsystem Antikörper und T-Zellen gegen das Virus zu produzieren. Dadurch kann der betroffene Mensch eine Immunantwort auf das Virus bauen76. Um die Viren in die Zelle zu transportieren, werden virale Transporter benötigt. Oftmals werden dabei Adenoviern" verwendet, auch im Fall von dem Coronavirus. Ein Beispiel dafür ist der Impfstoff ChAdOx1 nCoV-19 (AZD1222) von AstraZeneca. Dabei verwendet sie eine abgeschwächte Version von einem Erkältungsvirus bei den Schimpansen. Die Schimpansen können sich dadurch mit dem Virus anstecken, allerdings wurden die Viren so verändert, dass sich Menschen dadurch nicht infizieren können und sich diese Viren auch im Körper nicht mehr vermehren können. Der Vektorimpfstoff unterscheidet sich zum mRNA-Impfstoff, denn bei dem Vektorimpfstoff muss der Körper das Spike-Protein selber herstellen, welches man bei dem mRNA-Impfstoff in den Körper geimpft bekommt. Dadurch, dass der Körper nun weiß, wie man die Spike-Proteine gegen das Coronavirus herstellen kann, kann der Körper bei einer Infektion mit dem Coronavirus nach der Impfung die benötigten Antikörper gegen das Virus bilden78. Oftmals müssen Vektorimpfstoffe mindestens zwei mal geimpft werden. Der neue Impfstoff von Johnson&Johnson allerdings 72 Rauch, Jasmin. Corona-Impfung: Wie funktionieren die neuen mRNA-Impfstoffe? https://www.gesundheit.de/krankheiten/infektionskrankheiten/atemwegsinfektionen/coronavirus/mrna- impfstoff (Stand: 112.03.2021) (gesamter Text) 73 VFA. Impfstoffe zum Schutz vor der Coronavirus-Infektion Covid-19. https://www.n-tv.de/panorama/So- wirkt-die-erste-Biontech-Dosis-article22289165.html 74 NTV. So wirkt die erste Biontech-Dosis. https://www.n-tv.de/panorama/So-wirkt-die-erste-Biontech-Dosis- article22289165.html 75 Feichter, Martina. Vektorimpfstoffe. https://www.netdoktor.de/impfungen/vektorimpfstoffe/ (Stand: 30.101.2020) 76 Feichter, Martina. Vektorimpfstoffe. https://www.netdoktor.de/impfungen/vektorimpfstoffe/ (Stand: 30.101.2020) (gesamter Text) 77 hüllenlose DNA-Viren 78 Einfach erklärt: So funktioniert ein Vektorimpfstoff gegen Covid-19. https://www.focus.de/gesundheit/coronavirus/so-wirkt-er-im-koerper-einfach-erklaert-wie-funktioniert-ein- corona-vektorimpfstoff id 13001737.html (Stand: 03.03.2021) 14 braucht für eine Immunität nur eine Impfung. Dieser Impfstoff kann auch einige Mutationen von dem Coronavirus bekämpfen. Der Impfstoff von Johnson&Johnson nutzt, da es sich um einen Vektorimpfstoff handelt, auch ein Adenovirus (Ad26)7⁹. 6 Mutationen des Virus Im Verlauf der anhaltenden Pandemie des SARS-CoV-2 haben sich Mutationen des Virus gebildet. Von einer Mutation spricht man dann, wenn ein zufälliger Fehler in der Proteinbiosynthese entsteht. Laut Angaben von dem RKI (Stand: 03.03.2021), gibt es bereits drei Mutationen von dem Coronavirus SARS-Cov-2. Zum einen ist das die britische Mutation B1.1.7, bei welcher mehr genetische Veränderungen vorhanden sind als bislang üblich waren 80. Zum anderen gibt es auch noch die Mutation B1.351 aus Südafrika und eine Variante, welche vermutlich aus Brasilien stammt. Sie trägt den Namen B.1.1.24881. (weitere Erläuterungen - Emilys Facharbeit) 79 Becker, Jonas; Böhm, Ella. Der Impfstoff von Johnson&Johnson. 80 https://zdfheute-stories-scroll.zdf.de/johnson johnson vektorimpfstoff/index.html (11.03.2021) B1.1.7 auf der Spur: Forscher entschlüsseln, wie die neue Corona-Mutation entstand. https://www.focus.de/wissen/natur/steckbrief-b-1-1-7-corona-mutation-entstand-bei-patienten-mit- chronischer-infektion id 12797513.html#:~:text=Das%20Besondere%20an%20diesem%20Stamm%3A %20%22Die%20B.1.1.7.-Linie%20besitzt, Aminos%C3%A4uren%20und%20drei%20komplett %20weggefallene%20Proteinbausteine%20vom%20SARS-CoV-2-Urtyp. (Stand: 22.12.2020) 81 Mutationen - wie gefährlich sind die Corona - Varianten? https://www1.wdr.de/nachrichten/coronavirus-mutation-ueberblick-100.html (Stand: 10.03.2021) 15 7 Fazit Zusammenfassend kann man nun aus meiner Ausarbeitung herausfinden, dass das Coronavirus im Kern genau so aufgebaut ist wie jeder anderer RNA-Virus, allerdings mit einer längeren Polymerase. Außerdem ist ein Krankheitsverlauf mit dem Coronvirus sehr individuell und kann sich sehr doll von Mensch zu Mensch unterscheiden. Zudem wird gerade durch die Ausarbeitung bezüglich der Impfstoffe deutlich, welcher auf eine Infektion mit dem Coronavirus vorbereiten soll, dass diese sehr wichtig sind, damit die Welt irgendwann wieder in einen Zustand kommt, in der die Pandemie nicht unseren Alltag bestimmt. Auch auf die Frage, ob der Impfstoff, besonders der mRNA-Impfstoff die DNA der Menschen verändern kann, konnte ich in meiner Erklärung widerlegen, denn es ist nicht möglich, dass die mRNA, welche sich außerhalb von dem Zellkern befindet, sich in eine DNA umschreiben kann. Auch deutlich wurde, dass die Impfstoffe wichtig sind, dass das Spike- Protein von dem Coronavirus nicht mehr an dem ACE-2-Rezeptor mit dem Schlüssel- Schloss-Prinzip binden kann. Die Impfstoffe spielen auch bei den Mutationen eine wichtige und besondere Rolle, wenn diese auch gegen das veränderte Virus eine Immunantwort hervorrufen können. Allerdings sind auch die verschiedenen Testverfahren in der Pandemie sehr wichtig, damit dadurch auch die Pandemie und auch die Mutationen zurückgedrängt werden können. 16 8 Quellenverzeichnis Aerzteblatt (19.10.2020): SARS-CoV-2: Impfstoff aus inaktivierten Viren in Phase-1-Studie auch bei älteren Menschen immunogen https://www.aerzteblatt.de/nachrichten/117524/SARS-CoV-2-Impfstoff-aus- inaktivierten-Viren%20in-Phase-1-Studie-auch-bei-aelteren-Menschen-immunogen Becker, Jonas; Böhm, Ella (11.03.2021): Der Impfstoff von Johnson&Johnson. https://zdfheute-stories-scroll.zdf.de/johnson_johnson_vektorimpfstoff/index.html Brenner, Silke (09.11.2020): Wie entsteht ein Impfstoff? https://www.netdoktor.at/news/zulassung-impfstoff-einzelne-schritte-10312103 Brüggemeier, Mathias. Abitur Biologie. Clever vorbereitet. 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(Abbildung 2)83 Trauerfall SARS-CoV-2 Th1 Selten schwerer Verlauf Dendritische Zelle Ältere und Menschen mit Vorerkankung Quelle: Kaufmann, eigene Darstellung Th2 Häufig schwerer Verlauf Zytokine Virusneutralisation 82 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 83 Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan. (Auszug aus dem Buch) COVID-19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. Prof. Dr. Dr. h. c., H. E. Kaufmann, Stefan (Band 8-2021). (Auszug aus dem Buch) COVID- 19 und die Bedrohungen durch Pandemien - Wie sie entstehen und was wir dagegen tun müssen. 21 https://hlz.hessen.de/wp-content/uploads/2021/01/HLZ- Broschuere Nachhaltigkeit_Band_8_2021.pdf 22 Ich erkläre hiermit, dass ich die vorliegende Arbeit selbstständig verfasst und alle Formulierungen, die wörtlich oder dem Sinn nach aus anderen Quellen entnommen wurden, kenntlich gemacht habe und diese im Literaturverzeichnis aufgeführt sind.