Alles über Corona-Impfstoffe: Meine Biologie-Facharbeit

Was ist ein Virus und das Coronavirus?

Viren sind infektiöse organische Strukturen, die alle Arten von Zellen befallen können. Sie bestehen aus einem Genom (DNA oder RNA), einem Kapsid (Proteinhülle) und teilweise einer äußeren Lipiddoppelschicht mit Spike-Proteinen. Mit einer Größe von nur 22-330 Nanometern sind sie extrem klein.

Das Coronavirus "SARS-CoV-2" ist ein neuartiges Beta-Coronavirus mit einem einzelsträngigen RNA-Genom. Es löst die Lungenkrankheit COVID-19 aus und bindet sich mit seinen charakteristischen Spike-Proteinen an den ACE2-Rezeptor menschlicher Zellen. Das Virus hat eine kugelförmige Gestalt mit einem Durchmesser von etwa 125 Nanometern.

Gut zu wissen: SARS-CoV-2 unterscheidet sich von anderen RNA-Viren durch eine besondere Polymerase-Struktur mit langen Fortsätzen, die das besonders umfangreiche Genom effektiv kopieren kann.

Vermehrung des Coronavirus

Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel und sind für ihre Vermehrung auf Wirtszellen angewiesen. Die Virusvermehrung läuft in vier Phasen ab:

1. Anheftung: Das Coronavirus bindet sich mit seinen Spike-Proteinen nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip an den ACE2-Rezeptor menschlicher Zellen.

2. Eindringen: Das Virus verschmilzt mit der Zellmembran (Fusionierung) und gibt sein RNA-Erbgut ins Zellinnere ab.

3. Vermehrung: Da das Coronavirus ein RNA-Virus ist, kann es direkt die Translation durchführen. Seine besondere RNA-Polymerase hilft dabei, das lange Genom effizient zu kopieren.

4. Freisetzung: Neue Viruspartikel werden zusammengebaut und aus der Zelle freigesetzt, wobei die Wirtszelle oft zerstört wird.

Was macht Corona mit dem Nervensystem? Das Virus kann bei manchen Patienten auch neurologische Symptome verursachen, was zu den vielfältigen Krankheitsbildern von COVID-19 beiträgt.

Krankheitsverlauf und Auswirkungen auf den Körper

Der Krankheitsverlauf bei COVID-19 ist sehr individuell und unterscheidet sich von Mensch zu Mensch. Man kann ihn grob in vier Stufen einteilen:

1. Infektion: Meist erfolgt die Übertragung als Tröpfcheninfektion über die Schleimhäute von Mund oder Nase.

2. Symptombildung: Die häufigsten Symptome sind Husten (52%), Fieber (42%), Schnupfen (22%) und in schwereren Fällen Lungenentzündung (2%). Einige Infizierte bleiben völlig symptomfrei.

3. Krankheitsverlauf: Das Immunsystem kämpft gegen den Erreger. Bei leichten Verläufen setzt sich das Immunsystem durch, bei schweren Verläufen kann es zu Komplikationen wie schweren Lungenentzündungen kommen.

4. Ausgang: Entweder Genesung mit Bildung von Antikörpern oder in schweren Fällen möglicherweise Tod.

Welche Auswirkungen hat COVID auf den Körper? Das Virus dringt in die Zellen der Lunge ein und befällt besonders die Zellen mit Flimmerhärchen, die normalerweise Fremdkörper aus der Lunge transportieren. Wenn diese Zellen absterben, entstehen Atembeschwerden und Kurzatmigkeit. Bei Long COVID können Symptome monatelang anhalten.

Testverfahren und Medikamente gegen COVID-19

Zur Bekämpfung des Coronavirus wurden verschiedene Testverfahren und Medikamente entwickelt:

Testverfahren:

• PCR-Test: Weist das Virus-Erbgut nach und gilt als sehr genau
• Real-Time-PCR: Eine vereinfachte, schnellere Variante des PCR-Tests
• Antigentest: Weist Virusproteine nach, einfacher durchzuführen und schneller als PCR
• Selbsttest: Eine für Privatpersonen entwickelte Variante des Antigentests
• Antikörpertest: Zeigt, ob eine Person bereits infiziert war und Antikörper gebildet hat

Medikamente:

• Antivirale Medikamente: Verhindern das Eindringen und die Vermehrung des Virus
• Herz-Kreislauf-Medikamente: Beugen Komplikationen während einer Infektion vor
• Medikamente gegen Lungenkrankheiten: Sichern die Sauerstoffversorgung
• Immunmodulatoren: Dämpfen überschießende Immunreaktionen bei schwerem Verlauf

Was passiert bei Long COVID im Körper? Bei manchen Patienten können Symptome wie Erschöpfung, Atemnot und neurologische Beschwerden monatelang anhalten, auch nach Überwindung der akuten Infektion.

Impfstoffe gegen das Coronavirus

Impfungen bilden einen wichtigen Schutz gegen schwere COVID-19-Erkrankungen. Sie trainieren das Immunsystem, indem sie es zur Bildung von passenden Antikörpern anregen. Es gibt verschiedene Impfstofftypen, die gegen SARS-CoV-2 entwickelt wurden:

Jeder Impfstoff muss für die Zulassung mehrere Phasen durchlaufen:

1. Screening-Phase: Analyse des Erregers und Auswahl möglicher Impfstoffkandidaten
2. Präklinische Entwicklung: Tests an Tieren, um mögliche Schäden auszuschließen
3. Klinische Testung: Tests am Menschen in verschiedenen Phasen mit zunehmender Teilnehmerzahl

Was bewirkt der Corona-Impfstoff? Alle Corona-Impfstoffe zielen darauf ab, das Immunsystem zur Bildung von Antikörpern gegen die charakteristischen Spike-Proteine des Virus anzuregen. Diese Antikörper verhindern, dass das Virus an den ACE2-Rezeptor andocken und in menschliche Zellen eindringen kann.

Normalerweise dauert die Zulassung eines Impfstoffs etwa 16 Monate. Bei den Corona-Impfstoffen wurde dieser Prozess beschleunigt, ohne die Sicherheitsstandards zu verringern.

Verschiedene Impfstofftypen gegen SARS-CoV-2

Ganzzell-Impfstoffe (Inaktivierte Virusimpfstoffe): Diese Impfstoffe enthalten chemisch inaktivierte Viren, die keine Zellen mehr befallen können, aber noch alle viralen Antigene aufweisen. Vorteil ist die Vielzahl an Antigenen, Nachteil können potentiell schädliche Komponenten sein. Das Beijing Institute of Biological Products hat einen solchen Impfstoff entwickelt.

Untereinheiten-Impfstoffe: Diese konzentrieren sich auf wenige ausgewählte Antigene des Virus, meist das Spike-Protein. Vorteil ist, dass potentiell schädliche Komponenten ausgeschlossen werden können. Nachteil ist, dass möglicherweise wichtige Antigene fehlen könnten.

Wie heißen die drei Impfstoffe gegen Corona? Die bekanntesten in Deutschland zugelassenen Impfstoffe sind BNT162b2 (BioNTech/Pfizer), ChAdOx1 nCoV-19 (AstraZeneca) und der Impfstoff von Johnson & Johnson. Sie unterscheiden sich in ihrer Wirkweise und Technologie.

Wer hat die Impfstoffe erfunden? Die Corona-Impfstoffe wurden von verschiedenen Pharmaunternehmen und Forschungsinstituten entwickelt, darunter BioNTech/Pfizer, AstraZeneca, Johnson & Johnson und Moderna, in zum Teil jahrelanger Grundlagenforschung.

mRNA-Impfstoffe und Vektorimpfstoffe

mRNA-Impfstoffe: Die mRNA (messenger RNA) ist eine Kopie der DNA, die Informationen zur Proteinherstellung trägt. Bei mRNA-Impfstoffen wird die Bauanleitung für das Spike-Protein in den Körper eingebracht. Die Körperzellen stellen dann Teile des Spike-Proteins her, und das Immunsystem bildet Antikörper dagegen.

Wichtig: Der mRNA-Impfstoff verändert nicht die DNA, da die mRNA nicht in den Zellkern eindringt und ein gesunder Mensch mRNA nicht in DNA umschreiben kann. Der BioNTech/Pfizer-Impfstoff bietet nach der zweiten Impfung einen Schutz von etwa 94%.

Was ist der Unterschied zwischen mRNA-Impfstoff und viralem Vektor? Bei Vektorimpfstoffen wird die Bauanleitung für das Spike-Protein in harmlose Trägerviren (Vektoren) eingebaut. Diese dringen in die Körperzellen ein, wo dann das Spike-Protein produziert wird. Häufig werden Adenoviren als Vektoren verwendet, die für Menschen ungefährlich gemacht wurden.

Der Impfstoff von AstraZeneca nutzt ein abgeschwächtes Schimpansen-Erkältungsvirus als Vektor. Der Johnson & Johnson-Impfstoff verwendet das Adenovirus Ad26 und benötigt nur eine Impfung für die Immunisierung.

Was sind Vektorimpfstoffe? Sie sind genbasierte Impfstoffe, die harmlose Viren als Transportmittel für genetisches Material nutzen, das den Bauplan für das Spike-Protein enthält.

Mutationen und Fazit

Mutationen des Coronavirus: Im Verlauf der Pandemie haben sich verschiedene Mutationen des SARS-CoV-2 entwickelt. Von einer Mutation spricht man, wenn ein zufälliger Fehler in der Proteinbiosynthese entsteht. Bis März 2021 wurden drei Hauptvarianten identifiziert:

1. Die britische Mutation B.1.1.7 mit mehr genetischen Veränderungen als üblich
2. Die südafrikanische Variante B.1.351
3. Die vermutlich aus Brasilien stammende Variante B.1.1.248

Was machen Impfstoffe? Impfstoffe bereiten das Immunsystem auf eine Begegnung mit dem echten Virus vor. Sie stimulieren die Bildung von Antikörpern und Gedächtniszellen, die bei einer tatsächlichen Infektion schnell reagieren können. Idealerweise schützen sie auch gegen verschiedene Mutationen des Virus.

Was sind die Spätfolgen von Corona? Bei manchen Patienten können Symptome wie Erschöpfung, Konzentrationsstörungen, Atemnot und neurologische Probleme noch Monate nach der Infektion bestehen (Long COVID). Die Forschung zu Langzeitfolgen dauert an.

Fazit: Das Coronavirus ist strukturell ähnlich aufgebaut wie andere RNA-Viren, zeichnet sich aber durch eine längere Polymerase aus. Die verschiedenen Impfstofftypen bieten einen wirksamen Schutz gegen schwere Krankheitsverläufe, indem sie verhindern, dass das Virus über seine Spike-Proteine an den ACE2-Rezeptor menschlicher Zellen andocken kann.