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Herdenimmunität, Impfungen und digitale Lösungen

Was ist Herdenimmunität und wie genau funktionieren Impfungen? Welche Chancen und Risiken bieten sich?
Alles im zweiten Teil unserer Immunitätsreihe.

1. Impfung ‚Äď K√ľnstliche Stimulation einer Antik√∂rperproduktion und Immunantwort 

Die Corona-Pandemie r√ľckt das Thema Impfungen in den Fokus der √Ėffentlichkeit: Was sind die Chancen und Risiken einer Impfung? Wer profitiert wie stark und vor allem wie lange von einem Impfschutz? Wie gro√ü sind die Unterschiede zwischen den einzelnen Impfstoffen? Um zu verstehen, was genau eine Impfung ist, welche Arten es gibt und wie Impfstoffe funktionieren, hilft es, die Grundlagen des menschlichen Immunsystems und der sogenannten erworbenen Immunit√§t zu kennen. Dies wird ausf√ľhrlich im ersten Teil der Data4Life Reihe zu Immunit√§t erl√§utert. Der Kern dieser erworbenen Immunit√§t besteht darin, dass ein vorheriger Kontakt mit einem Krankheitserreger eine Art immunologisches Ged√§chtnis in Form von ma√ügeschneiderten Antik√∂rpern erzeugt. So werden Abwehrmechanismen, die zur Antik√∂rperproduktion f√ľhren, sofort eingeschaltet, wenn der K√∂rper ein zweites Mal Kontakt mit dem gleichen Erreger hat.

Eine kurze Geschichte der Impfung

W√§hrend Berichte √ľber sehr einfache Formen der Impfung bis ins 15. Jahrhundert in China und Indien zur√ľckgehen, wird die Geburt der modernen Impfgeschichte gr√∂√ütenteils der Arbeit von Edward Jenner zugeschrieben [1]. In der breiten √Ėffentlichkeit weitgehend unbekannt, gilt der englische Arzt und Wissenschaftler unter Fachkollegen als ‚ÄěVater der Immunologie‚Äú. Seine Arbeit konzentrierte sich im 18. Jahrhundert auf Kuhpocken (Variolae vaccinae), die den englischen Fachbegriff f√ľr Impfstoff n√§mlich ‚Äěvaccine‚Äú pr√§gte. Jenners Forschung f√ľhrte zur Entwicklung einer f√ľr breite Teile der Bev√∂lkerung zug√§nglichen Impfung gegen Pocken, was unz√§hlige Leben rettete [2]. Seit diesen ersten bahnbrechenden Entdeckungen hat sich die Impfstoffherstellung st√§ndig weiterentwickelt. Die daraus resultierenden, weltweit durchgef√ľhrten Impfprogramme werden als Revolution im Gesundheitswesen angesehen. 

Aktive und passive Impfungen

Die grundlegende Pr√§misse hinter jeder Impfung ist, den K√∂rper auf den Kampf gegen einen Erreger vorzubereiten, mit dem er vorher noch nicht in Kontakt gekommen ist. Dies kann durch eine aktive oder durch eine passive Impfung (Immunisierung) erreicht werden [3]. 

Aktive Immunisierung

Die aktive Immunisierung funktioniert, indem der K√∂rper einem geschw√§chten oder inaktiven Erreger ausgesetzt wird, der das Immunsystem dazu veranlasst, die notwendigen Antik√∂rper zu produzieren. Kommt es dann sp√§ter zum Kontakt mit dem ‚Äěrichtigen‚Äú Erreger, sind diese Antik√∂rper unmittelbar verf√ľgbar. Ganz so, als habe der Geimpfte die Infektion bereits durchgemacht. Die aktive Immunisierung umgeht somit die Infektion und gleichzeitig auch die dadurch verursachte Krankheit.   

Quelle: https://www.bode-science-center.de/

Passive Immunisierung

Bei der passiven Immunisierung werden Antik√∂rper gegen einen spezifischen Erreger aus dem Blut einer Person herausgefiltert, aufbereitet und einer anderen Person verabreicht. √Ąhnlich funktioniert die Immunisierung eines Kindes im Mutterleib, wo die Mutter ihre Antik√∂rper √ľber die Plazenta an das ungeborene Kind weitergibt, oder auch der sogenannte ‚ÄěNestschutz‚Äú, wenn das Neugeborene Antik√∂rper √ľber die Muttermilch erh√§lt. In beiden F√§llen hat das Kind noch keine eigenen Antik√∂rper gebildet, sondern erh√§lt den Schutz vor einer Krankheit passiv √ľber die Mutter. Mit der Zeit gehen die mit der passiven Immunisierung verabreichten Antik√∂rper verloren. Das bedeutet, dass der Schutz f√ľr die Person, die die Antik√∂rper erh√§lt, nur eine begrenzte Zeit anh√§lt. 

Heutzutage ist die aktive Immunisierung die gebr√§uchlichste Form der Impfung, da sie (im Gegensatz zur passiven Immunisierung) den K√∂rper dazu anregt, eigene Antik√∂rper zu bilden und dadurch Schutz √ľber einen l√§ngeren Zeitraum gew√§hrt.

Ein bekannter Anlass, bei dem sowohl eine aktive als auch eine passive Immunisierung durchgef√ľhrt wird, ist Tetanus (‚ÄěWundstarrkrampf‚Äú). 1890 wurde erstmals eine passive Immunisierung mit Antik√∂rpern durchgef√ľhrt. Dieses ‚ÄěAntiserum‚Äú wird bis heute in der Medizin eingesetzt, da es einen schnellen und effektiven Schutz erm√∂glicht, der allerdings nur wenige Wochen anh√§lt. Es wird daher nur im Akutfall, z.B. bei einer stark verschmutzten Wunde bei unbekanntem Impfstatus, eingesetzt. Basis f√ľr die heute weltweit durchgef√ľhrte pr√§ventive Impfung ist die im Jahr 1924 entwickelte aktive Immunisierung. Dabei richtet sich die Immunantwort des K√∂rpers nicht gegen den Erreger selbst, sondern gegen den von ihm produzierten Giftstoff, der f√ľr den t√∂dlich verlaufenden Wundstarrkrampf verantwortlich ist [4]. 

Impfstoffarten

Es gibt viele verschiedene Arten von Impfstoffen, die verschiedene Zust√§nde und Teile eines Erregers verwenden, um die notwendige Immunreaktion zu stimulieren [5]. 

Lebendimpfstoffe 

Bei sogenannten Lebendimpfstoffen wird einer Person ein lebender, aber geschw√§chter (attenuierter) Erreger verabreicht. Dies erm√∂glicht es dem Erreger, sich im K√∂rper zu vermehren und z√ľgig die notwendige Immunantwort (Antik√∂rperbildung) zu stimulieren. Da der Erreger prinzipiell noch aktiv ist, ist man bei immungeschw√§chten Personen mit dieser Art von Impfung etwas zur√ľckhaltender.  

Totimpfstoffe

Im Gegensatz zu Lebendimpfstoffen besteht diese Art von Impfung aus abget√∂teten Mikroorganismen bzw. Teilen von Mikroorganismen, die sich nicht mehr vermehren k√∂nnen. Die Immunantwort ist dadurch langsamer und schw√§cher. Meistens wird daher eine zus√§tzliche Substanz (‚ÄěAdjuvant‚Äú) ben√∂tigt, um die notwendige Immunantwort zu stimulieren, sowie regelm√§√üige Auffrischungsimpfungen. Der Vorteil ist, dass seltener unerw√ľnschte Nebenwirkungen bzw. Krankheitssymptome auftreten. 

Historisch gesehen sind dies die zwei Hauptarten von Impfungen. Es existieren aber zahlreiche weitere Impfstoffarten, bei denen beispielsweise die Au√üenh√ľlle der Krankheitserreger oder deren Giftstoffe bzw. Virus-Genabschnitte als Grundlage f√ľr die Stimulierung der Antik√∂rperproduktion verwendet werden.  

Impfungen und Herdenimmunität

Quelle: https://www.vpslakeshorehospital.com/

Herdenimmunit√§t beschreibt das Ph√§nomen, dass nicht jeder Einzelne eine Immunit√§t aufbauen muss, um die Verbreitung eines Erregers in einer Population zu stoppen. Wenn gen√ľgend Personen immun sind, kann der Erreger, auf die Gesamtpopulation bezogen, nicht mehr weitergegeben werden, da er nicht mehr auf gen√ľgend neue, nicht-immune Personen √ľbergehen kann. Die wenigen nicht-immunen Menschen sind in der Herde somit ‚Äěgesch√ľtzt‚Äú. Die relative Zahl der immunen Menschen, die es zum Erreichen einer Herdenimmunit√§t braucht, h√§ngt ma√ügeblich von der Infektiosit√§t des Erregers ab ‚Äď je einfacher der Erreger weitergegeben werden kann, desto gr√∂√üer der notwendige Anteil immuner Personen an der Gesamtpopulation (mit dem theoretischen Maximalwert von 100%) [6]. Auf diese Weise kann eine Herdenimmunit√§t durch gro√ü angelegte Impfprogramme erreicht werden. So waren Masern, Mumps, Polio und Pocken einst weitverbreitete Volkskrankheiten. Nach fl√§chendeckenden Impfprogrammen und der daraus resultierenden Herdenimmunit√§t sind sie mittlerweile in Teilen der Welt extrem selten geworden oder gelten sogar als ausgerottet ‚Äď ohne dass 100% der Bev√∂lkerung zwingend immun sind. Herdenimmunit√§t kann auch dann erreicht werden, wenn ein gro√üer Teil der Bev√∂lkerung eine Krankheit durchgemacht und √ľberlebt hat und somit immun ist [7]. Bei einigen Erkrankungen wie etwa den Masern liegt die Impfrate in Deutschland jedoch seit einiger Zeit knapp unter der Prozentzahl, die eigentlich f√ľr eine Herdenimmunit√§t notwendig w√§re. Daher kommt es immer wieder zu lokalen Ausbr√ľchen.

2. Coronavirus (SARS-CoV-2) und Immunit√§t 

Aber wie sieht es mit der Immunit√§t im Zusammenhang mit dem Coronavirus (SARS-CoV-2) aus? Bisherige Untersuchungen zeigen, dass eine Infektion typische Antik√∂rper produziert. Das Vorhandensein solcher Antik√∂rper bildet die Grundlage f√ľr den Antik√∂rpernachweis-Test, der bestimmen soll, ob eine Person bereits mit dem Coronavirus infiziert war. N√§here Informationen √ľber Coronavirus-Antik√∂rper und deren Nachweismethoden finden sich im Data4Life Artikel zu Antik√∂rpern. 

Wie lange hält der Antikörper-Schutz?

Unter Wissenschaftlern besteht Einigkeit, dass die Bildung solcher Antik√∂rper (sogenannter IgG, Immunglobulin G) bei den meisten Menschen einen Schutz vor einer erneuten Infektion bietet. Die Frage ist jedoch, wie lange dieser Schutz anh√§lt. Da SARS-CoV-2 und die neu entstehenden Mutanten erst seit relativ kurzer Zeit bekannt sind, l√§sst sich dies bisher nicht mit Sicherheit sagen. Auf der Grundlage von Studien √ľber fr√ľhere Coronaviren, darunter SARS-CoV aus dem Jahr 2002 und MERS-CoV, das Virus, das f√ľr das Middle Eastern Respiratory Syndrome verantwortlich ist, wurde initial davon ausgegangen, dass eine antik√∂rpervermittelte Immunit√§t gegen das gegenw√§rtig verbreitete Coronavirus mindestens zwei bis drei Jahre anh√§lt [8]. Jedoch deuten neuere Untersuchungen, die Mitte Juni 2020 in ‚ÄěNature Medicine‚Äú ver√∂ffentlicht wurden, darauf hin, dass Antik√∂rper gegebenenfalls nur ca. zwei bis drei Monate vorhanden sind [9]. Dies trifft insbesondere auf die F√§lle zu, bei denen w√§hrend der Infektion nur leichte Symptome auftraten. 

Zus√§tzlicher Schutz durch weitere Immunzellen? 

Ein niedriger Antik√∂rperspiegel allein bedeutet jedoch nicht zwingend, dass es zu einer erneuten Infektion kommt. Denn weitere Faktoren scheinen bei der SARS-CoV-2-Immunit√§t eine Rolle zu spielen. Beispielsweise deuten Studien der Columbia University darauf hin, dass nicht nur spezifische Coronavirus-Antik√∂rper, sondern auch eine starke sogenannte T-Zell-Antwort eine entscheidende Rolle bei der langfristigen SARS-CoV-2-Immunit√§t spielen k√∂nnte [10]. Zu √§hnlichen Ergebnissen kamen Forscher der Universit√§t T√ľbingen. Die Studien, die dort durchgef√ľhrt wurden, zeigten, dass neben Antik√∂rper-produzierenden B-Zellen offenbar auch T-Zellen eine bedeutende Rolle bei der Bek√§mpfung von SARS-CoV-2 spielen. Anscheinend ist diese Reaktion das Ergebnis einer fr√ľheren Exposition gegen√ľber gew√∂hnlichen Erk√§ltungs-Coronaviren, mit anderen Worten: eine Kreuzimmunit√§t [11]. 

Kreuzimmunität mit gewöhnlichen Erkältungs-Coronaviren

Dies ist ein weiterer Faktor, der bei der Absch√§tzung der Immunit√§t gegen√ľber SARS-CoV-2 ber√ľcksichtigt werden muss. Bereits im Mai 2020 haben Studien von Wissenschaftlern am University College London darauf hingewiesen, dass eine vorherige Infektion mit gew√∂hnlichen Erk√§ltungs-Coronaviren (‚Äěcommon cold‚Äú) erkl√§ren k√∂nnte, warum viele Personen bei einer Infektion mit SARS-CoV-2 keine oder nur sehr milde Symptome entwickeln [12]. Denn in der Tat gibt es nicht nur einen, sondern mehrere Typen von Coronaviren, von denen die meisten schon seit Jahrzehnten existieren und nur eine harmlose Erk√§ltung verursachen. Mit anderen Worten: Eine fr√ľhere Infektion mit einem der anderen weniger gef√§hrlichen Erk√§ltungs-Coronavirus k√∂nnte Antik√∂rper erzeugen, die gegebenenfalls auch gegen das jetzige Sars-CoV-2-Virus wirksam sind ‚Äď zumindest teilweise. Solche Antik√∂rper k√∂nnen auch bei Antik√∂rpertests irrt√ľmlich zu sogenannten falsch positiven Ergebnissen f√ľhren [13]. Das bedeutet wiederum, dass Personen m√∂glicherweise positiv auf das SARS-CoV-2-Coronavirus getestet werden, wenn sie tats√§chlich nur Antik√∂rper gegen ein anderes, harmloses Coronavirus aufweisen. 

Solch teilweise widerspr√ľchliche Erkenntnisse machen deutlich, dass die Frage nach der Immunit√§t gegen SARS-CoV-2 komplex und vielschichtig ist, und eine Antwort darauf weiterer Forschung bedarf.

3. Immunitätsausweise

Eng verbunden mit der Frage nach der Immunantwort ist die Frage nach den sogenannten Immunitätsausweisen und nach der Rolle, die diese möglicherweise bei der Bekämpfung der Corona-Pandemie spielen könnten.

Bereits fr√ľh in der Pandemie stie√üen Politiker und Wissenschaftler die Diskussion rund um einen Immunit√§tsausweis bzw. eine Immunit√§tsdokumentation an. Diese Dokumentation sollte aufzeigen, ob eine Person eine Infektion bereits durchgemacht hat bzw. in Zukunft durch eine Impfung daf√ľr immun sein wird. Regierungen in L√§ndern wie Chile, Deutschland, Gro√übritannien, Italien und den USA haben √ľber das Konzept der Immunit√§tsausweise ausf√ľhrlich debattiert. 

K√∂nnen Immunit√§tsausweise k√ľnftige Lockdowns verhindern?

Dahinter steht der Gedanke, dass ein zunehmend immuner Anteil der Bev√∂lkerung von Einschr√§nkungen im Alltag befreit werden k√∂nnte. Besonders angesichts einer bevorstehenden weltweiten Rezession k√∂nnte dieser Ansatz eine M√∂glichkeit darstellen, Bereiche des √∂ffentlichen Lebens zu √∂ffnen bzw. die Wirtschaft anzukurbeln, ohne unn√∂tige Gesundheitsrisiken einzugehen. 

Ethische Auswirkungen eines Immunitätsausweises

Die Einf√ľhrung eines Immunit√§tsnachweises hat neben der medizinischen auch zu einer gesamtgesellschaftlichen Debatte gef√ľhrt. Diese dreht sich vorwiegend um die Frage, ob und inwieweit ein solcher Ausweis jetzt oder in Zukunft zu einer Stigmatisierung bestimmter Gruppen f√ľhren kann. Der Deutsche Bundestag hat diese Debatte aufgegriffen und der Deutsche Ethikrat setzt sich jetzt genauer mit den m√∂glichen Auswirkungen auseinander. [14,15].

Schlussfolgernd l√§sst sich sagen, dass obwohl das Immunsystem und die damit zusammenh√§ngenden Fragen hochkomplex sind, viel getan werden kann, um die Immunit√§t sowohl des Einzelnen als auch der Bev√∂lkerung zu verbessern. 

Insbesondere im digitalen Zeitalter und im Kontext einer Pandemie k√∂nnen digitale L√∂sungen dazu beitragen, die Bev√∂lkerung zu informieren, Symptome zu √ľberwachen und das Fortschreiten von Krankheiten zu verlangsamen.

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Falls Sie sich f√ľr weitere Informationen rund um das Thema Immunit√§t interessieren, finden Sie unsere aktuellsten Artikel im Data4Life Journal.

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