Mücken werden normalerweise mit schweren Krankheiten wie Malaria, Dengue-Fieber und Gelbfieber in Verbindung gebracht. Forscher des Leiden University Medical Center (LUMC) und der Radboud-Universität in den Niederlanden könnten jedoch eine wertvolle neue Rolle für die Insekten entdeckt haben: als Impfstoffverteiler.
Ihren Wissenschaftlern zufolge ist es ihnen gelungen, Mücken so zu manipulieren, dass sie Impfstoffe liefern, die möglicherweise eine deutlich verbesserte Immunität gegen Malaria bieten könnten.
Der jüngste Welt-Malaria-Bericht der Weltgesundheitsorganisation ergab, dass im Jahr 2023 weltweit schätzungsweise 597.000 Menschen an Malaria starben, wobei afrikanische Länder die Hauptlast der Todesrate tragen – auf sie entfallen 95 Prozent der Malaria-Todesfälle.
Wissenschaftler schätzen, dass weltweit jährlich mehr als 240 Millionen Malariafälle auftreten. Kinder und werdende Mütter sind am anfälligsten für die Krankheit.
Wie funktioniert ein durch Mücken übertragener Impfstoff?
Der Impfstoff verwendet einen abgeschwächten Stamm von Plasmodium falciparum (P falciparum), dem Parasiten, der beim Menschen die tödlichste Form von Malaria verursacht.
„Wir haben dem Malariaparasiten ein wichtiges Gen entfernt, das es dem Parasiten weiterhin ermöglicht, Menschen zu infizieren, ihn aber nicht krank zu machen“, erklärt die Impfärztin Meta Roestenberg, Professor für Vakzinologie und klinischer Direktor des Controlled Human Infection Center am LUMC.
Typischerweise wird der Malariaparasit durch einen Biss auf den Menschen übertragen. Die Mücke sticht mit ihrem langen, nadelartigen Mund (Rüssel genannt) in die Haut ein und injiziert ihren Speichel in den Blutkreislauf, bevor sie Blut saugt. Parasiten im Speichel wandern direkt zur Leber, wo sie sich schnell vermehren, bevor sie die Leber verlassen, um rote Blutkörperchen mit Malaria zu infizieren. Dies führt zu Symptomen wie Fieber, Schüttelfrost und Schwitzen.
In der klinischen Studie nutzte das Forschungsteam Mücken, die den veränderten Parasiten trugen, um den Impfstoff per Stich zu verabreichen, was der natürlichen Übertragung von Malaria entspricht. Das Ziel: eine starke Immunantwort in der Leber erzeugen und vor einer Malaria-Infektion schützen.
„Da das Gen ausgeschaltet ist, kann dieser Parasit seine Entwicklung in der Leber nicht abschließen, nicht in den Blutkreislauf gelangen und daher keine Krankheitssymptome verursachen“, sagte Roestenberg. „Zumindest war das die Theorie.“
Wie wurden die Experimente durchgeführt?
In der ersten Studie wurde ein injizierbarer Malariaimpfstoff getestet, der aus einem gentechnisch veränderten Parasiten namens PfSPZ GA1 gewonnen wurde. An der gemeinsamen Studie mit Sanara, einem US-amerikanischen Biotechnologieunternehmen, das Impfstoffe entwickelt, nahmen 67 Teilnehmer aus zwei Städten in den Niederlanden (Leiden und Nijmegen) teil.
Ergebnisse der Umfrage, veröffentlicht im Mai 2020 in Science Translational Medicine gezeigt, dass der GA1-Impfstoff sicher in der Anwendung ist und den Ausbruch von Malaria verzögert, die Teilnehmer jedoch nicht davon abhält, an der Krankheit zu erkranken.
Im zweiten Versuch erhielten die Teilnehmer, von denen keiner zuvor an Malaria gelitten hatte, durch Mücken übertragene Versionen von zwei Impfstoffen – GA1 und eine modifizierte Version davon, GA2. Mit dem GA1-Impfstoff vermehrte sich der Parasit innerhalb von 24 Stunden in der Leber. Mit dem GA2-Impfstoff vermehrte sich der Parasit über einen längeren Zeitraum – bis zu einer Woche – und gab dem Immunsystem mehr Zeit, ihn zu erkennen und mit der Bekämpfung zu beginnen.
Die Forscher testeten zunächst Dosen des GA2-Impfstoffs an Teilnehmern, um dessen Sicherheit und Verträglichkeit zu bestimmen. Anschließend wurden die Teilnehmer in drei Gruppen eingeteilt: Zwei Gruppen testeten jeweils die GA1- und GA2-Impfstoffe und eine Gruppe erhielt ein Placebo.
In jeder der drei Sitzungen erhielten die Teilnehmer 50 Mückenstiche: acht von Mücken, die mit GA1 infiziert waren, neun von Mücken, die mit GA2 infiziert waren, und drei von nicht infizierten Mücken. Teilnehmer, die die Impfphase abgeschlossen hatten, erhielten anschließend fünf Stiche von Mücken, die den Malariaparasiten in sich trugen.
Was waren die Ergebnisse?
Die Ergebnisse von Studie wurde im November im New England Journal of Medicine veröffentlicht.
Der Studie zufolge entwickelten 13 Prozent der GA1-infizierten Gruppe und 89 Prozent der GA2-infizierten Gruppe eine Immunität gegen Malaria. Niemand in der Placebogruppe entwickelte eine Immunität.
Ist weitere Forschung erforderlich?
Da die Stichprobengröße der klinischen Studie klein war (20 Teilnehmer), muss der GA2-Impfstoff noch in größeren Studien getestet werden, sagten Experten.
Weitere Untersuchungen sind außerdem erforderlich, um festzustellen, wie gut der GA2-Impfstoff das Immunsystem über längere Zeiträume stärkt und ob er in Gebieten, in denen die Krankheit häufig vorkommt, vor verschiedenen Stämmen des Malariaparasiten schützen kann.
„Die Verwendung der Mücke als Vektor ist eine einfachere und schnellere Möglichkeit, Malaria-Sporozoiten zu übertragen“, erklärte Roestenberg. „Offensichtlich ist dies auf lange Sicht nicht nachhaltig und daher muss das Produkt als Fläschchenimpfstoff entwickelt werden, der in Afrika eingeführt werden kann.“
„Mücken konnten nicht für groß angelegte Impfungen eingesetzt werden. Dies ist nur im Rahmen einer klinischen Studie möglich“, fügte sie hinzu.
Wurden Insekten bereits früher zur Verabreichung von Impfstoffen eingesetzt?
Japan, 2010
Im Jahr 2010 veränderten japanische Wissenschaftler Mücken genetisch so, dass sie in ihren Speicheldrüsen einen Impfstoff gegen Leishmaniose, eine parasitäre Krankheit, die typischerweise von Sandmücken übertragen wird, tragen. Bei einem Mückenstich wurde der Impfstoff über den Speichel ausgeschüttet.
Die Studie zeigte, dass Nagetiere, die von den „fliegenden Impfstoffen“ gebissen wurden, Antikörper gegen den Parasiten entwickelten. Ob die resultierende Immunantwort ausreicht, um eine Infektion zu verhindern, konnten Forscher jedoch noch nicht klären.
„Nach einem Biss werden schützende Immunreaktionen ausgelöst, genau wie bei einer herkömmlichen Impfung, aber ohne Schmerzen und ohne Kosten“, sagte der leitende Forscher Shigeto Yoshida von der Jichi Medical University in einer Erklärung.
Vereinigte Staaten, 2022
Im September 2022 untersuchte eine Studie mit 26 Teilnehmern in Seattle, Washington, das Potenzial von Mücken als Impfstoffe.
In einem ähnlichen Experiment, das in den Niederlanden durchgeführt wurde, fungierten Mücken als Träger von Malaria verursachenden Plasmodium-Parasiten, die mithilfe der Gen-Editing-Technologie CRISPR genetisch geschwächt wurden. Dies war der erste bedeutende klinische Versuch mit Mücken als direktem Impfstoffabgabesystem mit gentechnisch veränderten Parasiten.
Den Teilnehmern wurde zunächst der Malaria-Impfstoff und dann das Malariavirus verabreicht, um zu sehen, ob der Impfstoff sie vor einer Ansteckung mit Malaria schützt.
Der durch Mücken verabreichte Impfstoff war zu 50 Prozent wirksam und sieben von 14 Teilnehmern erkrankten an der Krankheit.
