Forschungsprojekte: Neue Impfstoffe fürs Tier

Mehr als 100 verschiedene Tierkrankheiten lassen sich durch Impfungen verhindern. Inzwischen sind laut Bundesverband für Tiergesundheit e.V. über 400 tierartenspezifische Impfstoffe für Erkrankungen bei 19 Tierarten zugelassen. Erteilt werden diese Zulassungen entweder über nationale Einrichtungen oder seit einigen Jahren durch die Europäische Arzneimittel-Agentur (EMA) zentral für die gesamte EU. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, bestands- bzw. stallspezifische Impfstoffe zu entwickeln und einzusetzen, um ein besonderes Problem in einem Tierbestand zu lösen. Wie NEUE IMPFSTOFFE ERFORSCHT werden und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen, hat sich das VETMED von Forschenden anhand von drei Projekten erklären lassen.

Wie entstehen neue Impfstoffe für Tiere? Illustration: Matthias Moser/Vetmeduni

Christian Doppler Labor für Optimierte Vorhersage des Impferfolgs in Schweinen (PIGVAC)

Impfstoffe können nur dann effektiv wirken, wenn das Immunsystem ein krankheitsspezifisches Gedächtnis durch spezielle Immunzellen ausbildet. Je länger dieses Erinnerungsvermögen besteht, desto besser ist der Impferfolg. Zur effektiven Impfstoffentwicklung gilt es, die Mechanismen dieser Gedächtniszellbildung zu verstehen und nachvollziehen zu können. „Dazu müssen bestimmte Parameter in Korrelation zur Immunität der Tiere nach Vakzination gebracht werden, sogenannte correlates of protection“, erklärt Kerstin Mair vom Institut für Immunologie, Leiterin des Christian Doppler Labors für Optimierte Vorhersage des Impferfolgs in Schweinen (PIGVAC) an der Vetmeduni Vienna.

Zelluläre Immunantwort als Fokus

Meist wird die Produktion von Antikörpern als Korrelat der Immunität herangezogen. „Nicht zu unterschätzen ist aber die Relevanz der zellulären Immunantwort“, fügt Mair hinzu. Da es jedoch beim Schwein an Reagenzien zur Charakterisierung der zellulären Immunantwort mangelt, forscht das CD-Labor PIGVAC an Strategien zur Identifizierung dieser Gedächtniszellen und der Definition weiterer correlates of protection. In diesem Zusammenhang steht die Erkennung von spezifischen Molekülen auf den Gedächtniszellen im Fokus um potentere von weniger potenteren Gedächtniszellen unterscheiden zu können. In der Impfstoffentwicklung könnte daher gezielt nachvollzogen werden, welcher Impfstoffkandidat besonders vielversprechend ist, wenn er die Bildung bestimmter Populationen von Gedächtniszellen fördert. „Die so verbesserten zielgerichteten Monitoringmöglichkeiten fördern nicht nur nachhaltig die Impfstoffentwicklung fürs Schwein, sondern tragen auch dazu bei, dass weniger Tiere bei der Entwicklung und Testung neuer oder verbesserter Impfstoffe benötigt werden“, erklärt Mair das Ziel des Forschungslabors.

Definition prognostischer Marker für eine erfolgreiche Vakzination. Illustration: Matthias Moser/Vetmeduni

Form, Verpackung und Immunität: Wie Antigen-Struktur und Präsentation die Immunantwort beeinflussen können

Eine wichtige funktionelle Komponente in der erfolgreichen Immunantwort gegen virale Infektionen sind Antikörper, die die Infektion einer Zelle durch ein Virus verhindern können. „Diese Antikörper werden neutralisierende Antikörper genannt“, sagt Christiane Riedel vom Institut für Virologie. Neutralisierende Antikörper binden an spezifische Oberflächenstrukturen der Viren. Wenn ein Impfstoff eine möglichst gute Bildung an neutralisierenden Antikörpern hervorrufen soll, muss – neben einer Reihe weiterer Faktoren – sichergestellt werden, dass die im Impfstoff enthaltenen, immunogenen Komponenten denen des realen Virus so ähnlich wie möglich sind.

Aufbau von Proteinen

Proteine bestehen aus 21 Aminosäuren, die in unterschiedlicher Reihenfolge aneinandergereiht werden. „Aminosäureketten entsprechen jedoch nicht einem geraden oder leichtgewellten Strang, sondern können als Helix oder Faltblatt vorliegen, der sogenannten Sekundärstruktur“, so Virologin Riedel. Diese Formen wiederum bilden miteinander einen größeren Komplex, der schließlich die finale Struktur des Proteins darstellt. Die Faltung von Proteinen kann durch verschiedenste Faktoren, wie umgebendes Medium, Verankerung in einer biologischen Membran oder Interaktion mit anderen Proteinen, beeinflusst werden.

Zugänglichkeit für neutralisierende Antikörper

„Ziel unserer Arbeit ist es, zu untersuchen, wie Proteine an der Oberfläche von Viren angeordnet sind und welche Form sie dort annehmen“, erklärt Riedel. Mithilfe neuester elektronenmikroskopischer Techniken werden die Viren bei extrem niedrigen Temperaturen analysiert. Um die Oberfläche der Viren in größerem Detail darstellen zu können, nehmen die Forschenden sie nicht nur von einer Seite auf, sondern fertigen viele Bilder aus unterschiedlichen Winkeln an. „Sozusagen ein CT für Viren“, so Riedel. Mithilfe dieser Informationen können die Forschenden Aussagen zur Morphologie der Proteine direkt auf der Virusoberfläche treffen, und somit auch zur Zugänglichkeit, Lokalisation und Form wichtiger, für die Bildung von neutralisierenden Antikörpern relevanter Bereiche.

Aufbau von Proteinen und Zugänglichkeit der Proteine für Antikörper. Illustration: Matthias Moser/Vetmeduni

Christian Doppler Labor für Innovative Geflügelimpfstoffe (IPOV): Adenovirus-Impfstoff für Hühner

Adenoviren haben als Vektor für COVID-19-Impfstoffe aktuell Bekanntheit erlangt. Beim Huhn vorkommende Adenoviren (Fowl adenovirus [FAdV]) gelten jedoch primär als Krankheitserreger, insbesondere für Leberentzündungen, die zum Tod der Tiere führen können. „Das Virus wird von Tier zu Tier und über das Ei auf die Nachkommen übertragen“, erklärt Anna Schachner von der Klinischen Abteilung für Geflügelmedizin. „Diese vertikale Infektion ist aufgrund schwererer Verläufe bei Jungtieren besonders problematisch.“ Umgekehrt sind auch Antikörper infolge einer früheren FAdV-Exposition der Elterntiere auf die Nachkommen übertragbar, die in der kritischen frühen Lebensphase schützen können.

Vererbbarer Schutz

An der Klinischen Abteilung für Geflügelmedizin entwickelten Forschende der Vetmeduni Vienna ein FAdV-Vakzin, das zur neuen Generation der Impfstoffe gehört. „Während für den bisher bedarfsmäßig erhältlichen Impfstoff das gesamte Virus vermehrt werden muss, nutzt das neuartige Vakzin ein immunreaktives Einzelteil des Virus, Subunit genannt“, so Geflügelmedizinerin Schachner. Dieser wird synthetisch von Fremdzellen hergestellt, in diesem Fall Insektenzellen, die mit der Erbgut-Sequenz des viralen Teils bestückt wurden. Dies bietet die Sicherheit eines erregerfreien, nicht-infektiösen Systems. Um den neuen Impfstoff in der Praxis einsetzen zu können, muss eine wissenschaftliche Prüfung des Impfschutzes erfolgen. Dafür wurde ein Belastungstest (Challenge) eingesetzt, ein unersetzbarer Tierversuch, da nur so Immunitätsbildung, Infektionsverlauf und Gesamtwirksamkeit überprüft werden können: Zuvor geimpfte Hühner wurden mit FAdV infiziert, anschließend Antikörperbildung, die Schwere der Symptome sowie Organschäden und Viruslast erhoben. Dabei konnten die Forschenden deutliche Unterschiede zwischen geimpften und ungeimpften Tieren feststellen.

Weitergabe von Antikörpern

„Aufgrund der Epidemiologie der Hühneradenoviren wird der Einsatz der Impfung auf Ebene der Elterntiere angestrebt“, erklärt Anna Schachner. Dies sichert zum einen den Schutz vor vertikalem Eintrag des Virus und sichert zum anderen die Weitergabe von Impfantikörpern. In einer wesentlichen Weiterentwicklung wurde das FAdV-Subunit zudem speziell modifiziert, um gegen mehrere verbreitete Untertypen des Virus zu wirken. „Da der Kreuzschutz mit dem Wildtypus nur begrenzt ist, stellt dies eine weitere Innovation gegenüber Vollvirus-basierten Impfungen dar“, so Schachner.

Produktionsebenen der Geflügelwirtschaft. Illustration: Matthias Moser/Vetmeduni

Text: Stephanie Scholz
Fachlicher Input: Kerstin Mair (Institut für Immunologie), Christiane Riedel (Institut für Virologie) und Anna Schachner (Klinische Abteilung für Geflügelmedizin)
Illustrationen: Matthias Moser

Dieser Artikel erschien in VETMED Magazin 1/2021

Ähnliche Themen

Zum Seitenanfang