Hamburg. An der Röntgenlichtquelle Petra III in Bahrenfeld untersuchen Wissenschaftler winzige Partikel, die mRNA enthalten. Die Hintergründe.

Unser Immunsystem mit speziellen Informationen zu versorgen, damit es auf krank machende Viren wie Sars-CoV-2 vorbereitet ist; die körpereigene Abwehr so zu schulen, dass sie auch Krebszellen erkennt und bekämpft – diese Idee steht hinter der mRNA-Technologie. Bei Corona-Impfungen funktioniert das bekanntlich schon gut. Seit Kurzem sind die jüngsten an Omikron angepassten Vakzine des US-Konzerns Moderna und des deutschen Unternehmens Biontech verfügbar, auch in Hamburg.

Die Hansestadt ist für Biontech allerdings nicht nur ein Markt, sondern ein wichtiger Forschungsstandort: Hier arbeitet die Mainzer Firma mit dem Europä­ischen Molekularbiologie-Laboratorium (EMBL) zusammen. Dessen Hauptsitz ist Heidelberg, doch es unterhält mehrere Außenstellen – eine davon auf dem Campus des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (Desy) in Bahrenfeld.

Biontech forscht in Bahrenfeld in „Petra III“

Dort nutzen Biontech-Wissenschaftler in der Anlage „Petra III“ hochintensive und stark fokussierte Röntgenstrahlung, um die Struktur und die Eigenschaften von Nanopartikeln genau zu bestimmen, die mit mRNA bestückt sind. Die Winzlinge fungieren als Transportmittel für Impfstoffe und für potenzielle Medikamente.

Genau in die Karten schauen lassen will Biontech sich nicht. Auf Abendblatt-Anfrage bleibt der Konzern eher vage, nennt keine Details. „Die Messungen, die wir in Hamburg durchführen, tragen zur Entwicklung von mRNA-basierten Therapeutika bei“, schreibt eine Unternehmenssprecherin. Es handele sich um Grundlagenforschung, „noch bevor ein spezifischer Produktkandidat entwickelt wird“. Erkenntnisse aus den Untersuchungen machten es möglich, „Formulierungen zu entwickeln und zu optimieren“, die Arzneien „gezielt in den Körper einbringen und somit potenziell stärkere Immunantworten generieren können“ – also besser wirkten.

Bauplan ist auf mRNA gespeichert

Zum Verständnis hilft es, sich das Wirkprinzip des Corona-Impfstoffs anzuschauen, den Biontech zusammen mit Pfizer entwickelt hat. Er enthält die genetische Anleitung für einen kleinen Baustein aus der Hülle des Erregers: das Spikeprotein. Der Bauplan ist auf mRNA gespeichert (messenger Ribonukleinsäure, „Boten-RNA“). mRNA ist die Bauanleitung für Proteine im Körper, nicht zu verwechseln mit der menschlichen Erbinformation (DNA).

Nach dem Eintritt in die Zellen wird die mRNA „abgelesen“. Anschließend stellt der Körper das Virusprotein für kurze Zeit selbst her. Es macht nicht krank, aber das Immunsystem erkennt das Protein als fremd – und bildet Antikörper und Abwehrzellen. Wird die körpereigene Abwehr später mit dem echten Erreger konfrontiert, ist sie gewappnet.

mRNA muss die Zellmembran überwinden

Um ihre Wirksamkeit zu entfalten, muss die mRNA allerdings von Zellen aufgenommen werden und dazu die Zellmembran überwinden. Reine mRNA würde im Gewebe von Enzymen abgebaut und gar nicht erst in Zellen aufgenommen, erläutern Desy und EMBL in Mitteilungen über die Forschung mit Biontech in Bahrenfeld. Deshalb werde die mRNA in Nanopartikeln eingebettet und so in die Zellen geschleust. Die Partikel können etwa aus Lipiden bestehen, Fettmolekülen, wie sie in der Zellmembran vorkommen.

Je nach Zusammensetzung eignen sich einige Nanopartikel besser als andere zum Transport der mRNA, funktioniert das Einbringen in Zellen (Transfektion) effizient oder stößt auf Widerstand. Warum das so ist, wollen Biontechs Wissenschaftler genau verstehen, damit sie die Partikel so anpassen können, dass diese etwa für bestimmte Zelltypen besser geeignet sind.

Forschende in Bahrenfeld steuern Messstation

Hier kommen Forschende des EMBL in Bahrenfeld ins Spiel. Sie steuern eine Messstation namens „P12“ und sind Experten für die sogenannte Kleinwinkelröntgenstreuung – auf Englisch: small angle X-ray scattering (SAXS). Dabei richtet sich die hochintensive Röntgenstrahlung von „Petra III“ auf die Moleküle in einer wässrigen Lösung, quasi in ihrer natürlichen Umgebung. „Mit dieser Methode kann man flüssige Proben, in denen verschiedene Stoffe gelöst sind, im Detail untersuchen“, erläutert die Biophysikerin Melissa Graewert vom EMBL.

„Für Firmen wie Biontech ist SAXS eine hilfreiche Methode, um zu analysieren, ob sich die Lösungen, mit denen die mRNA-Impfstoffe aufbereitet werden, so verhalten wie vorgesehen“, sagt Graewert. „Außerdem kann man mit SAXS erforschen, wie sich Veränderungen etwa bei der Temperatur oder bei der Lagerung über längere Zeit auf den Wirkstoff auswirken.“

Biontech will Zusammenarbeit mit Hamburg fortsetzen

Biontech will sich zwar nicht eingehender äußern, ist aber offenbar zufrieden. Die Zusammenarbeit mit dem EMBL in Hamburg werde fortgesetzt, so das Unternehmen. Die Biontech-Gründer Uğur Şahin und Özlem Türeci hatten bereits im vergangenen Herbst im Gespräch mit dem Abendblatt erklärt, sie seien mit Hamburg als Forschungsstandort eng verbunden. „Wir haben viele Kollegen aus der Immunologie in Hamburg, die wir sehr schätzen“, sagte Türeci. Biontech führe in Kooperation mit dem Universitätsklinikum Eppendorf (UKE) mehrere klinische Studien zur Krebs-Immuntherapie durch.

Melissa Graewert vom EMBL sagt, bei aller Liebe zur akademischen Grundlagenforschung sei es auch „spannend und erfüllend, gemeinsam mit der Industrie Lösungen für aktuelle Probleme zu liefern“. Die Biophysikerin forscht auch über die Verschmutzung durch Nanoplastik – noch ein großes Problem, für das dringend Lösungen gebraucht werden.