Als die Malaria-Forscher vor fast 40 Jahren mit ihrer Suche nach einem Impfstoff begannen, begaben sie sich auf eine Achterbahnfahrt: Aufstrebenden Hoffnungen folgten immer wieder steile Abstürze, vielversprechende Medikamente verloren oft binnen kurzer Zeit ihre Wirksamkeit. Immer noch tötet die Krankheit nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO jedes Jahr 1,5 bis 2,7 Millionen Menschen. Die meisten davon sind Kleinkinder in Afrika, aber auch immer mehr reiselustige Deutsche bringen die Krankheit von ihren Ausflügen rund um den Globus mit heim. 1000 Erkrankungen und 20 Todesfälle waren es zuletzt jährlich. Doch nach einer Phase der Stagnation scheint die Fahrt in der Medikamentenentwicklung inzwischen wieder aufwärts zu führen. Weltweit verfolgen die Forscher mindestens ein Dutzend erfolgversprechende Ansätze mit Impfstoffen gegen den tödlichen Parasiten.
Auslöser der Therapiesuche war die Beobachtung, daß Menschen in Malariagebieten nach wiederholten Infektionen eine gewisse Immunität gegenüber der Krankheit erwerben. In den sechziger Jahren zeigten Studien, daß Antikörper aus solchen natürlich immunisierten Menschen die Zahl der Parasiten bei Neuinfizierten stark verringern und die Krankheitssymptome mildern. Die Hoffnung, mit diesem Ansatz einen Impfstoff gegen die Malaria entwickeln zu können, erfüllte sich aber bis heute nicht.
In den sechziger Jahren glaubten einige Forscher, sie könnten die Natur überlisten. Sie schwächten die Malaria-Erreger in einer bestimmten Phase ihrer Entwicklung – dem Sporozoiten-Stadium – (siehe Kasten: Die Raffinessen des P. falciparum), indem sie die Überträger, die blutsaugenden Mücken, radioaktiv bestrahlten. Die angeschlagenen Parasiten regten tatsächlich das Immunsystem von 90 Prozent der Testpersonen so an, daß diese für mindestens neun Monate vor einer Infektion geschützt waren. Das beflügelte die Forscher, die Moleküle zu suchen, die für den Schutz verantwortlich waren, um daraus einen Impfstoff zu machen, der die bestrahlten Parasiten ersetzen könnte. Doch selbst Versuche mit dem vielversprechendsten Molekül – dem Circumsporozoit-Protein (CSP) – Mitte der achtziger Jahre blieben hinter den Ergebnissen mit den bestrahlten Erregern zurück.
In den späten achtziger Jahren berichtete dann der kolumbianische Biochemiker Manuel Patarroyo erstmals über einen teilweise erfolgreichen Versuch an Freiwilligen mit seinem – heute berühmten – Impfstoff SPf66. Patarroyo hatte das Serum so entworfen, daß es die Vermehrung der Parasiten nach der Infektion des Menschen verhindern sollte. Feldversuche mit über 20000 Menschen auf drei Kontinenten belegten aber eine stetige Abnahme der Wirksamkeit dieses Impfstoffes – von über 80 Prozent 1988 bis zu 31 Prozent 1993 auf 8 Prozent 1995 und schließlich gar keiner Wirkung mehr im letzten Jahr.
Prof. Graham Brown, Direktor der Immunoparasitologie am Walter und Eliza Hall Institute für medizinische Forschung in Melbourne, Australien, sieht dennoch Gutes in dem Versuch: “SPf66 hat viel Interesse für Malaria im allgemeinen und für Malaria-Impfstoffe im besonderen erzeugt.” Andererseits ist Patarroyos Rezeptur vielleicht auch dafür verantwortlich, was Prof. Pierre Druilhe, Direktor der biomedizinischen Parasitologie am Pasteur-Institut in Paris, eine “Epidemie verfrühter Impfstoff-Versuche” nennt: Drei neue Sporozoiten-Impfstoffe zeigten in Feldversuchen in Afrika und Asien Anfang dieses Jahrzehnts kaum Wirkung.
Trotz hoffnungsvoller Tierexperimente versagte der Mega-Impfstoff NYVAC-Tf7 bei den ersten Tests am Menschen kläglich. Er bestand aus sieben Molekülen, die gleich alle drei Hauptstadien im Lebenszyklus des Parasiten bekämpfen sollten: die anfängliche Infektion, die Krankheit und die Übertragung durch die Mücke. Die Achterbahnfahrt war vorübergehend wieder auf einem Tiefpunkt angelangt – noch dazu mit angezogener Handbremse: Es gab nach diesen Rückschlägen kaum noch Geld für die Forscher.
Ein von der WHO und der Weltbank eingesetztes Komitee für Gesundheitsforschung kam zwar in seinem im letzten Sommer veröffentlichten Bericht zu dem Schluß, daß ein Impfstoff innerhalb von zehn Jahren mit nur 50 Millionen Dollar entwickelt werden kann. Das ist nicht viel – schließlich verursacht Malaria allein in Afrika jedes Jahr fast 2 Milliarden Dollar an Kosten durch die Behandlung der Kranken und die Arbeitsausfälle in der Landwirtschaft und der Produktion. Nach Meinung von Brian Greenwood, Professor für Infektionskrankheiten an der London School of Hygiene and Tropical Medicine, ist ein Grund für die verstopften Geldquellen einfach Resignation. Der komplizierte Lebenszyklus macht den Parasiten zu einem schwer zu treffenden Ziel. Während ein Masern- Virus immer ein Masern-Virus bleibt, durchläuft der Malaria-Parasit acht Umwandlungen im Laufe seiner drei Haupt-Lebensphasen: Als Sporozoit wird der Einzeller von der Mücke auf den Menschen übertragen. Hier nistet er sich in der Leber ein und beginnt mit seiner Vermehrung. Als Merozoit befällt er die roten Blutzellen und zerstört sie. In dieser Phase vermehrt sich der Parasit ungeschlechtlich durch Teilung. Die Fieberschübe sind das äußere Symptom, daß wieder eine neue Generation freigesetzt worden ist. Einige der Parasiten wandeln sich um zu einem Geschlechtsstadium. Wenn das von der nächsten blutsaugenden Stechmücke aufgenommen wird, vollendet sich der Kreislauf im Körper der Mücke mit der Verschmelzung männlicher und weiblicher Parasitenzellen.
Dieser Lebenszyklus erschwert die Impfstoff-Forschung, weil das Immunsystem des Menschen in jedem Stadium verschiedene Parasiten-Moleküle wahrnimmt. Welches Stadium sollte ein Impfstoff anvisieren? Soll er gleich nach dem Mückenstich ansetzen und die Sporozoiten angreifen, bevor sie in die Leber eindringen? Soll er die Merozoiten im Blut attackieren, ihre Vermehrung bremsen und dadurch die Krankheit verhüten? Oder soll er die geschlechtliche Phase bekämpfen, um zu verhindern, daß der Parasit wieder in die Mücke gelangt, sich dort weiterentwickelt und erneut Menschen infiziert?
Die Komplexität des Erregers hat bisher einen koordinierten Angriff der Forscher verhindert. Plasmodium falciparum, der gefährlichste unter den vier Parasiten, die den Menschen befallen, besitzt 4000 bis 6000 Gene. Zum Vergleich: Ein Bakterium hat rund 1700, ein Virus gerade ein Dutzend verschiedene Gene.
Im Laufe der Evolution hat Plasmodium diese Gene benutzt, um sich immer besser an seinen menschlichen Wirt anzupassen – und sich gleichzeitig die Flexibilität erhalten, Medikamenten-Attacken durch eine Veränderung seiner Struktur zu unterlaufen. Ein Impfstoff müßte Komplexität mit Komplexität begegnen. Prof. Stephen Hoffman, Vorsitzender des Malaria-Programms der US Naval Medical Research Institute in Bethesda, Maryland, sagt es auf seine Art: “Wir haben versucht, Impfstoffe mit einem, zwei oder sogar fünf Antigenen zu entwickeln. Wir haben aber die Fähigkeit des Parasiten unterschätzt, sich selbst zu verändern. Immer, wenn wir es schafften, das Immunsystem auf eine Variante einzuschießen, läßt Plasmodium die Attacken nach kurzer Zeit wieder ins Leere laufen.” Weil Plasmodium falciparum außerdem so wählerisch mit seinen Wirten ist, haben die Forscher nicht genug Tiere, an denen sie neue Mittel testen könnten. Der Parasit gedeiht nur in zwei Affenarten, einer Eule und einem Eichhörnchen. Nagetiere und Vögel haben außerdem ihre eigenen Malaria-Parasiten, aber bei ihrer verwandtschaftlichen Ferne kann man Versuche mit ihnen schlecht auf den Menschen übertragen.
Es ist überdies immer noch unmöglich, alle Lebensphasen des Einzellers dauerhaft im Reagenzglas zu halten. Deshalb mangelt es den Forschern an einem verläßlichen Labortest, um die Wirksamkeit eines Parasiten- Antigens vorherzusagen. Bei so vielen Schwierigkeiten ist es überraschend, daß derzeit etwa 40 verschiedene Antigene von Plasmodium falciparum als Impfstoffe untersucht werden. Ungefähr 20 davon sind an Tieren getestet, ein Dutzend hat es zu ersten klinischen Studien beim Menschen gebracht. “Wir wissen zwar noch nicht, auf welche Moleküle wir uns konzentrieren und welcher Strategie wir folgen sollen, um einen wirkungsvollen Mehrkomponenten- und Mehrstadien-Impfstoff zu entwickeln”, sagte Howard Engers, Leiter der Malariaforschung im Programm für Tropenkrankheiten der WHO auf einem Treffen Ende Februar in Genf. “Aber wir verstehen inzwischen viel besser, wie das Immunsystem auf eine Malaria- Infektion reagiert. Und wir haben eine Reihe von Hilfsmolekülen, die einen Impfstoff dabei unterstützen können, das Immunsystem zu stimulieren. Optimistisch stimmte die Ankündigung von Lee Hall, Leiter der Arbeitsgruppe für Malaria-Impfstoffe am US National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) in Bethesda, Maryland, daß seine Abteilung wahrscheinlich ihre Mittel für die Malaria-Forschung in diesem Jahr auf über 20 Millionen Dollar erhöhen kann. Noch 1991 war es nur die Hälfte. “Die Menschen”, sagt Hall, “werden sich der Bedrohung durch Malaria endlich richtig bewußt.”
Etwa zur gleichen Zeit gab die Firma SmithKline Beecham Biologicals bekannt, daß sie einen Impfstoff mit dem Codenamen “RTS,S” hergestellt hat, der zwei neue Hilfsmoleküle benutzt und sechs von sieben Freiwilligen, die infizierten Mücken ausgesetzt wurden, vor der Krankheit bewahrte. Auch wenn bei dieser Studie nur mit sehr wenigen Menschen gearbeitet wurde, so stellt ihr Erfolg doch einen Rekord bei solchen Pilotprojekten dar. Prof. Ripley Ballou, Direktor der Abteilung Immunologie am Walter Reed Army Institute of Research (WRAIR) in Washington DC, wo die Studie ausgeführt wurde, sagt: “Die Ergebnisse ermutigen andere Gruppen, die Versuche energisch voranzutreiben.” Zusätzliche Studien mit Freiwilligen am WRAIR sollen nun die Sicherheit und den Erfolg des RTS,S-Impfstoffs prüfen. Eine Pilot-Studie mit 140 Erwachsenen hat gerade in Gambia begonnen.
In eine andere Richtung gehen Arbeiten an Malaria-Impfstoffen aus nackter DNA. Sie bestehen aus Genen des Malaria-Parasiten. Die Gene werden in das Wirtsgewebe injiziert oder mit Luftdruckkanonen in Zielzellen geschossen. Sie produzieren dann auch in menschlichen Zellen Parasiten-Proteine. Diese unschädlichen Eiweiße regen das Immunsystem zur Bildung von Antikörpern gegen den Parasiten an.
Dr. Stephen Hoffman von der US Navy ist bei der Arbeit mit einem DNA-Impfstoff am weitesten. Er ist überzeugt, daß mit dieser Methode Impfstoffe leicht und billig zu produzieren sind. Er hält sie für die derzeit größte Hoffnung, der Komplexität des Parasiten mit einer starken Antwort des Immunsystems begegnen zu können.
Hoffman will nach erfolgversprechenden Tierversuchen in diesem Sommer einen Ein-Gen-Impfstoff an Freiwilligen testen. Geht alles gut, soll im nächsten Frühjahr eine klinische Studie mit einem Fünf-Gen-Impfstoff folgen. Der Impfstoff wurde von Vical, einer Biotech-Firma in San Diego, Kalifornien, und dem französischen Impfstoffhersteller Pasteur Mérieux-Connaught hergestellt. Das Serum soll gegen die Sporozoiten in den Leberzellen wirken.
An einem DNA-Impfstoff basteln auch italienische Forscher in Siena, die für den US-Konzern Chiron Vaccines in Emeryville, Kalifornien arbeiten. In Mäusen gelang es ihnen bereits, Antikörper gegen alle Stadien des Parasiten zu erzeugen. Tests an Menschen stehen aber noch aus.
Andere Impfstoff-Kandidaten sind dagegen schon in der klinischen Untersuchung: Ein australischen Team am Queensland Institute of Medical Research in Brisbane testet einen Drei-Gen-Impfstoff gegen das ungeschlechtliche Parasitenstadium im Blut. Das Team um Ripley Ballou und David Kaslow in Washington hat gegen das gleiche Parasiten-Stadium ein Impf-Eiweiß in Hefezellen gezüchtet und mit Teilen eines Tetanus-Serums gekoppelt. Und die Immunologin Elizabeth Nardin arbeitet an der New York University an einem synthetischen Impfstoff aus Parasiten-Antigenen und Hilfsmolekülen. Er soll bald an Menschen getestet werden.
Aber auch Manuel Patarroyo hat noch nicht aufgegeben – obwohl sein SPf66 kürzlich in Gambia und an der Thai-Myanmar-Grenze keinen oder fast keinen Erfolg mehr zeigte. Ein Feldversuch mit 1200 Kindern läuft derzeit in Tansania. “Diese letzte Studie”, sagt Brian Greenwood, einer der Beobachter des Versuchs, “wird ein ,Alles oder Nichts`-Test für SPf66.” Nicht ganz: SPf66 wird zusammen mit dem Hilfs-Molekül QS21 in diesem Sommer auch an ungefähr 50 Freiwilligen in Kolumbien geprüft.
Nach vielen Fehlversuchen konzentriert sich die Forschung nun doch wieder auf einen Impfstoff , der sich gegen das Sporozoiten-Stadium richtet – auch wenn einige Alternativen weiterverfolgt werden. Zusätzlichen Schub sollen die neuen Techniken des Gentransfers und des Klonens geben. Damit könnten große Mengen von Klonen verschiedener Stadien aus dem Lebenszyklus des Parasiten hergestellt werden. Sie könnten als Impfstoffe oder als wichtige Laborwerkzeuge zur Entwicklung von Medikamenten benutzt werden. “Die molekulare Zellbiologie entwikkelt sich schneller, als irgend jemand träumen konnte”, sagt Tore Godal, Direktor der Abteilung für Tropische Krankheiten bei der WHO. Die Malariabekämpfer bewegen sich in ihrer Forschungs-Achterbahn nach einer langen Kriechphase momentan wieder rasant aufwärts. Vielleicht schaffen sie es zum erstenmal, den bisher stets folgenden Absturz zu vermeiden. Die Chancen standen nie besser.
Damit es nur den Mücken stinkt…
Ein wirksamer Impfstoff gegen Malaria wäre gut – noch besser, gar nicht infiziert zu werden. Dazu muß man sich die Stechmücken vom Leibe halten, die den krankheitserregenden Parasiten übertragen. Die gängigsten Mittel dafür sind “Repellents”: Gerüche, die die Insekten nicht mögen. Als weltweit bestes Allround- Repellent gilt bis heute DEET (Diethyltoluamid), eine Substanz, die in den fünfziger Jahren vom US-amerikanischen Agrarministerium nach Tests mit über 9000 Substanzen ausgewählt wurde. DEET ist hierzulande im Marktführer Autan enthalten. Dennoch ist der Hersteller, die Bayer AG, mit dem Wirkstoff nicht mehr zufrieden, denn “DEET löst manche Kunststoffe an”, klagt Biologe Klaus Röder, zuständig für Technisches Marketing. Bei ihm laufen die Beschwerden über durch Autan verbogene Brillengestelle und blind gewordene Swatch-Uhren zusammen: “Viele glauben deshalb, das Mittel müsse auch aggressiv auf der Haut sein. Dabei ist es – abgesehen von den Schleimhäuten – sehr gut verträglich.”
Auf der Suche nach einem neuen Repellent fanden die Bayer-Forscher in Fachzeitungen und Patentschriften über 100 chemisch sehr unterschiedliche Substanzen, von denen bekannt ist, daß sie auf Mücken abstoßend wirken. An Hand ihrer Strukturformeln forschten sie dann nach Gemeinsamkeiten zwischen den Molekülen – und wurden fündig. Am Computer komponierten die Moleküldesigner neue Substanzen, die zwar die Mücken verscheuchen, Mensch und Material aber schonen. Rund 800 dieser Verbindungen wurden zur Probe produziert, bereits eine der ersten – mit der Bezeichnung KBR 3023 – erwies sich in allen Tests als hochwirksamer Insektenschreck.
Damit fing die Arbeit erst an: Wirkungsdauer, Materialverträglichkeit, die kosmetischen Eigenschaften und vor allem die Verträglichkeit des Stoffs mußten geprüft werden. Das dauerte sechseinhalb Jahre. Klaus Roeder: “Wir haben uns mit Blick auf den Weltmarkt von Anfang an dazu entschlossen, den Wirkstoff bei der amerikanischen Environmental Protection Agency (EPA) registrieren zu lassen.” Die EPA hat die höchsten Standards für den Verbraucherschutz.
Nach Feldversuchen in Asien, Europa und den USA haben es die Bayer-Forscher inzwischen schwarz auf weiß, daß ihre neue Substanz nicht nur materialverträglicher ist und besser riecht als DEET, sondern auch länger wirkt – gegen Mücken ebenso wie gegen Zecken, Wadenstecher und Bremsen. In einigen Ländern wird der neue Wirkstoff wahrscheinlich schon 1998 erhältlich sein, in Deutschland aber wohl noch nicht. Denn während Repellents in den meisten Ländern als Kosmetikum eingestuft werden, fallen sie in Deutschland unter das Arzneimittelrecht. Damit würde der neue Wirkstoff zunächst für fünf Jahre rezeptpflichtig.
Bayer hat aber noch ein weiteres Eisen im Feuer. An der Universität Regensburg forscht eine von dem Zoologieprofessor Jürgen Boeckh geleitete Arbeitsgruppe über den Geruchssinn der Insekten. “Wir wollen wissen, was Insekten an uns so attraktiv finden”, erklärt Boeckh. Die Forscher wiesen erstmals mit wissenschaftlichen Kriterien nach, was jeder Waldspaziergänger schon erlebt hat – daß nämlich Menschen auf Mücken unterschiedlich anziehend wirken. Den Regensburgern gelang es, die dafür verantwortlichen Stoffe aus der Haut zu isolieren: “Man kann sie trocknen, in Alkohol lösen und sogar erhitzen, ohne daß sie ihre Wirksamkeit verlieren.” Fernziel ist eine Lockstoff-Falle für die Mücken.
Da die Extrakte jedoch aus Hunderten von Substanzen bestehen, deren Zusammensetzung je nach Ernährung und Lebenswandel des Menschen schwankt, von dem sie stammen, ist es bislang noch nicht gelungen, die Bestandteile zu identifizieren, die Mücken so besonders verlockend finden.
Die Raffinessen des P. falciparum
Der Malaria-Parasit Plasmodium ist ein Einzeller. Vier Arten sind für den Menschen als Krankheitserreger von Bedeutung: Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae und Plasmodium falciparum. P. falciparum ist der unheilvollste: Er ist verantwortlich für schwerwiegende Erkrankungen und die meisten Todesfälle.
Die schubweise Vermehrung des Parasiten im Blut führt zu Fieber, Kopfschmerzen und Blutarmut. Bei langanhaltender Krankheit kann es zu tödlichen Schäden in den Gefäßen von Nieren, Milz und Gehirn kommen.
Der Parasit wird durch Stechmükken der Gattung Anopheles übertragen. Plasmodium falciparum beginnt sein Leben im Darm der Mücke als Zygote oder Embryo, die sich in den reisartigen Ookineten verwandelt. Der entwickelt sich zur kugelförmigen Oozyste, aus der mehrere Sporozoiten entstehen. Diese wurmartigen Organismen wandern in die Speicheldrüse des Insekts. Von dort gelangen sie beim Stich in den menschlichen Blutkreislauf. Binnen weniger Minuten sind sie in der Leber angekommen. Dort entwickeln sich die Sporozoiten weiter.
Innerhalb von nur einer Woche können aus einem Sporozoiten 10000 bis 30000 Merozoiten entstehen. Diese dringen in die roten Blutzellen ein und vermehren sich dort. Nach 48 Stunden platzen die Blutkörperchen und entlassen eine neue Generation von Merozoiten, die weitere Blutzellen befallen. Dieser Blut-Zyklus wiederholt sich in unregelmäßigen Schüben, bis das Abwehrsystem des Menschen oder ein Medikament die Oberhand über die Parasiten gewinnt – oder der Infizierte stirbt. Solange werden in jeder Merozoiten-Generation einige Zellen zu Gametozyten. Sie warten darauf, von einer Mücke aufgenommen zu werden. Dies geschieht, wenn eine Mücke einen infizierten Menschen sticht und sein Blut aufsaugt. In der Stechmücke entlassen die Gametozyten ihre männlichen und weiblichen Gameten, Diese paaren sich und erzeugen Zygoten. Dann beginnt der Kreislauf von vorn.
John Maurice
