Vor allem bei Kindern sind sie häufige Untermieter: Pneumokokken siedeln im Nasen- und Rachenraum. Meist verhalten sich die Bakterien ruhig. Sie können sich aber spontan ausbreiten und Lungen-, Mittelohr- oder Hirnhautentzündungen verursachen. Eine solche Infektion lässt sich eigentlich gut mit Antibiotika bekämpfen. Es kommt jedoch immer wieder zu schweren Verläufen, die trotz optimaler Therapie tödlich enden. Und in wenig entwickelten Weltregionen haben die Menschen Antibiotika selten zur Verfügung.

Es gibt zwar Impfstoffe, die recht zuverlässig vor Hirnhautentzündung und anderen schweren Infektionen schützen, begrenzt auch vor Lungenentzündungen. Aber diese wirken nur gegen einige der rund 90 Pneumokokken-Typen und der Schutz hält lediglich ein paar Jahre.

Zudem stehen moderne Impfstoffe gerade in jenen Regionen der Erde kaum zur Verfügung, in denen Pneumokokken-Infektionen bei Kindern besonders häufig vorkommen – dazu zählen Afrika südlich der Sahara und Südasien. Weltweit sterben jährlich mehr als 1,6 Millionen Menschen an Pneumokokken-Erkrankungen, darunter viele noch vor ihrem fünften Geburtstag. Ein guter Teil dieser Todesfälle wäre vermeidbar, gäbe es Impfstoffe mit möglichst lebenslanger Schutzwirkung und breitem Wirkungsspektrum. Forscher in Berlin und Potsdam arbeiten daran, diesem Ziel näher zu kommen.

Der Impfstoff muss RNA enthalten

Dafür müssen sie grundlegende Fragen klären. Zum Beispiel, warum Lebendimpfstoffe viel effektiver vor bakteriellen Infektionen schützen als Totimpfstoffe. Ein internationales Team um den Lungenspezialisten Leif Erik Sander von der Charité Berlin hat jetzt einen Teil des Rätsels gelöst: Die körpereigene Abwehr merkt den Unterschied und reagiert viel stärker, wenn ihr ein lebender, abgeschwächter Erreger präsentiert wird, als wenn der Impfstoff nur ein Bakterienbruchstück enthält.

Das liegt daran, dass lebende Mikroben aktiv Stoffwechsel betreiben. Sie enthalten also vielerlei Moleküle, darunter auch Ribonukleinsäure (RNA), welche die genetische Information des Erbmoleküls DNA in Proteine übersetzt. Wenn die Fresszellen des Immunsystems für die Antigen-Erkennung den Eindringling verdauen, werden diese Moleküle freigesetzt. Eine Art Sensor innerhalb der Immunzellen, der Toll-like-Rezeptor-8, kurz TLR8, spürt bakterielle RNA auf und zieht sie an sich.

Sobald die RNA an TLR8 andockt, sendet dieser Signalmoleküle aus und ruft so besondere Immunzellen herbei, die follikulären Helferzellen, auch Helfer-T-Zellen genannt. Diese helfen den B-Zellen des Immunsystems, spezifische Antikörper zu bilden, mit denen sich die Bakterien einfangen und neutralisieren lassen. Noch dazu ermöglichen sie es über sogenannte Gedächtniszellen, die Produktion genau dieser Antikörper verstärkt hochzufahren, wenn später die gleiche Bakterienart wieder in den Körper gelangt.

Masernimpfstoff so effektiv wie kein anderer

Wenn der Impfstoff jedoch nur Einzelteile des Bakteriums enthält und keine RNA, bleibt TLR8 stumm und aktiviert die Helfer nicht. So fällt die Reaktion der Abwehr vergleichsweise schwächer aus, das Immunsystem vergisst irgendwann wieder, dass es diesen Erreger schon einmal kennengelernt hat.

Für die Wissenschaftler ist das eine spannende Erkenntnis. „Auf dieser Grundlage wollen wir Impfungen entwickeln, die so sicher sind wie die modernen Totimpfstoffe, aber so effektiv wie Lebendimpfstoffe“, sagt Leif Erik Sander. Denn der Schalter für TLR8 lässt sich auch mit Hilfsstoffen im Impfstoff gezielt aktivieren.

Sanders Team geht nun am Beispiel des Masernimpfstoffs der Funktionsweise von Lebendvakzinen weiter auf den Grund. Denn dieser scheint der effektivste Impfstoff zu sein, der je entwickelt wurde. Gleichzeitig arbeiten die Forscher bereits an neuen Impfstoffen gegen Lungenentzündungen. Dafür haben sie sich mit dem Team des Zucker-Spezialisten Peter Seeberger vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG) in Potsdam-Golm zusammengetan.

Die Forscher dort kennen sich mit der Tarnkappe der Bakterien besonders gut aus. Denn Pneumokokken und andere gefährliche Bakterien umhüllen sich mit einer Kapsel aus langen Zuckermolekülen. Weil die Immunzellen vor allem auf Proteine reagieren, entgehen die Keime so der körpereigenen Abwehr. Auch die älteren Pneumokokken-Impfstoffe, die dem Immunsystem lediglich Teile der Zuckerkapsel präsentieren, funktionieren deshalb nur eingeschränkt. Neuere Impfstoffe schützen besser, weil darin Zuckerbestandteile mit Träger-Proteinen verknüpft sind. Sie sind jedoch schwierig herzustellen.

Im nächsten Schritt geht es gegen Krankenhauskeime

Die Wissenschaftler am MPIKG können mithilfe eines Synthesizers Zuckermoleküle im Labor nachbauen – auch jene Zucker, die Alleinstellungsmerkmale der verschiedenen Pneumokokken-Typen sind. Die künstlich hergestellten Zuckermoleküle haben außerdem den Vorteil, dass sie sich in großen Mengen billig produzieren lassen.

Dem MPIKG-Team gelang kürzlich die Herstellung eines Impfstoffs, der Versuchskaninchen erfolgreich vor einer Infektion mit dem besonders gefährlichen Pneumokokken-Stamm ST1 bewahrt. Dieser führt besonders in Afrika südlich der Sahara immer wieder zu Ausbrüchen von Hirnhautentzündungen.

Jetzt testen die Teams in Berlin und Potsdam, welche Kombinationen von Proteinen, Zuckern und Hilfsstoffen am ehesten Erfolg versprechen. Zunächst erproben sie dies an Impfstoffen gegen Pneumokokken. Im nächsten Schritt wollen sie das Prinzip auch auf Impfungen gegen die gefährlichen Krankenhauskeime anwenden.

Bakterien gewinnen im evolutionären Wettrennen

Das sind Bakterien, die gegen mehrere Antibiotika resistent, also unempfindlich sind und geballt dort auftreten, wo häufig Antibiotika zum Einsatz kommen – zum Beispiel in Krankenhäusern. Sie siedeln bei vielen Menschen auf der Haut, ohne Schaden anzurichten. Für Frischoperierte mit Kathetern oder Beatmungsschläuchen, für Dialysepatienten, Immungeschwächte und Frühgeborene können sie jedoch lebensbedrohlich werden.

Resistenzen gegen eines oder sogar mehrere Antibiotika sind weltweit auf dem Vormarsch. Zu den mittlerweile bekannten Problemkeimen gesellen sich immer neue. Und die bilden Resistenzen schneller, als neue Antibiotika auf den Markt kommen. Da Antibiotika nach wie vor im Übermaß zum Einsatz kommen, behalten in diesem evolutionären Wettrennen zwischen Menschen und Bakterien letztere die Nase vorn.

Das würde sich jedoch ändern, wenn es auch Impfungen gegen Krankenhauskeime gäbe. Damit ließen sich zukünftig Risikopatienten gegen diese Infektionen schützen. Der Verbrauch von Breitbandantibiotika könnte zurückgehen und die Entwicklung von Resistenzen eingedämmt werden.

„Der häufige Einsatz von Antibiotika in der Humanmedizin und in der Tierhaltung steigert die Gefahr, dass die Bakterien Resistenzen dagegen entwickeln“, sagt Sander. „Wenn Menschen wie auch Nutztiere gegen die Keime geimpft wären, die am meisten Probleme mit Resistenzen machen, bräuchten wir viel weniger Antibiotika.“