Einsatz von Impfstoffen zur Prävention bakterieller Resistenzentwicklung
- Open Access
- 07.04.2026
- Impfungen
- Leitthema
Zusammenfassung
Einleitung
Antibiotika gehören zu den bedeutendsten medizinischen Errungenschaften des 20. Jahrhunderts und haben seit ihrer Einführung Millionen von Menschenleben gerettet. Sie ermöglichen die effektive Behandlung zahlreicher bakterieller Infektionen, die vor ihrer Verfügbarkeit oftmals tödlich verliefen [1]. In den letzten Jahrzehnten zeigt sich jedoch, dass diese Errungenschaft durch Herausforderungen zunehmend eingeschränkt wird: Vor allem die Häufigkeit von Bakterien, die gegen eine oder mehrere Antibiotikaklassen resistent sind, steigt weltweit an [2]. Zusätzlich gehen einige Antibiotika mit starken Nebenwirkungen einher, die ebenfalls beachtet werden müssen. Diese Entwicklung stellt eine erhebliche Gefahr für die moderne Medizin dar, da viele etablierte Therapien, darunter chirurgische Eingriffe, Krebstherapien oder Organtransplantationen, auf eine zuverlässige Infektionskontrolle angewiesen sind. 2016 wurde im sogenannten Jim O’Neill Report prognostiziert, dass ab 2050 jährlich weltweit 10 Mio. Menschen an Infektionen durch antibiotikaresistente Bakterien sterben werden [3]. Eine neuere Analyse von Daten aus den Jahren 1990 bis 2021 erwartet allerdings, selbst unter optimistischen Annahmen, ab 2050 jährlich 28 Mio. Todesfälle durch antimikrobielle Resistenzen (AMR; [4]).
Die Ursachen für die zunehmende Resistenzentwicklung sind vielfältig. Neben der Über- und Fehlverschreibung von Antibiotika in der Humanmedizin tragen unvollständige Therapien, unkontrollierte Selbstmedikationen sowie der umfangreiche Einsatz antimikrobieller Substanzen in der Tierhaltung maßgeblich zur Selektion resistenter Stämme bei [2, 5]. Die Entwicklung neuer Antibiotika ist hingegen seit über 40 Jahren stark rückläufig und bereits kurz nach der Einführung neuer Antibiotika wurden bzw. werden resistente Stämme beschrieben. Insbesondere gegen gramnegative Erreger wurden keine neuen Wirkmechanismen in die Klinik eingeführt. Auch wenn sich derzeit neuartige antimikrobielle Wirkstoffe in der klinischen Entwicklung befinden [6], ist das therapeutische Arsenal momentan erheblich eingeschränkt. Obwohl Hygieneverbesserungen und gezielte Antibiotikaverschreibung (Antibiotic Stewardship) wichtige Bestandteile der AMR-Bekämpfung darstellen, reichen diese Maßnahmen allein nicht aus, um den Trend umzukehren [7].
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Vor diesem Hintergrund gewinnt die Prävention von Infektionen zunehmend an Bedeutung. Impfstoffe nehmen hierbei eine Schlüsselrolle ein, da sie durch die Verhinderung primärer Infektionen nicht nur die Krankheitslast senken, sondern auch indirekt den Einsatz von Antibiotika und damit den Selektionsdruck auf Bakterienpopulationen reduzieren [8, 9]. Die doppelt präventive Wirkung – Schutz des Individuums und Reduktion der Transmission – macht sie zu einer der effektivsten Maßnahmen im Kampf gegen AMR. In diesem Zusammenhang ist auch die Gabe von Antikörpern gegen bakterielle Pathogene zu nennen (passive Immunisierung), die eine Alternative zu Antibiotika in der Therapie von bakteriellen Infektionen darstellt. In den letzten 40 Jahren wurden, dank vieler revolutionärer Techniken, nicht nur zahlreiche Impfstoffe zugelassen, sondern es stehen auch Impfstoffe gegen viele resistente Bakterienstämme für die weitere Entwicklung bereit, wie in diesem Artikel dargestellt wird. Zudem wird ein Überblick über die historische Entwicklung von Impfstoffen gegeben und die Wirkmechanismen der aktiven und passiven Immunisierung werden erklärt. Die epidemiologischen Effekte von Impfungen gegen bakterielle Infektionen sowie die ökonomischen und gesundheitspolitischen Effekte von Impfprogrammen werden ebenfalls betrachtet.
Historische Entwicklung von Impfungen
Die Geschichte der Impfung reicht zurück bis ins späte 18. Jahrhundert, als Edward Jenner 1796 erstmals erfolgreich das Kuhpockenvirus (Orthopoxvirus vaccinia) zur Immunisierung gegen die deutlich gefährlicheren echten Pocken (Orthopoxvirus variolae) einsetzte [10]. Dies markierte einen Wendepunkt in der Medizingeschichte. Bereits zuvor war mit der sogenannten Variolation, also der Verabreichung von Pustelinhalt oder getrocknetem Schorf von echten Pocken, versucht worden, eine Immunität gegen die Pocken zu induzieren. Dies war jedoch aufgrund einer signifikanten Sterblichkeit von 2–3 % ein riskantes Verfahren. Die Entdeckung Jenners führte schließlich zum Begriff „Vaccine“, abgeleitet vom lateinischen „vacca“ für Kuh. Louis Pasteur entwickelte 80 Jahre später die zweite Impfung, indem er einen Speichelextrakt eines tollwütigen Hundes in Hasen injizierte und aus diesen nach einigen Tagen die Wirbelsäule präparierte und trocknete. Aus diesem Präparat wurde so ein Impfstoff extrahiert, den er Tollwutpatienten zum Aufbau einer Immunität vor Ausbruch der Krankheit verabreichte, ohne den durch die Trocknung abgeschwächten Virus als Erreger zu kennen [11].
Auch gegen bakterielle Erreger wurden im Laufe des 19. und 20. Jahrhunderts bedeutende Impfstoffe entwickelt. Beispiele sind die Einführung des Diphtherietoxoid-Impfstoffs in den 1920er-Jahren, der Tetanustoxoid-Impfung in den 1940er-Jahren und des Pertussis-Ganzkeimimpfstoffs, der später durch azelluläre Präparate mit detoxifiziertem Pertussistoxin ersetzt wurde [12]. Ein weiterer Meilenstein war die Zulassung von Polysaccharid-Konjugatimpfstoffen gegen Haemophilus influenzae Typ b (Hib) in den 1990er-Jahren, die in vielen Ländern zur nahezu vollständigen Eliminierung invasiver Hib-Erkrankungen geführt hat [13]. Dies sind Beispiele einer aktiven Immunisierung, die im Gegensatz zu einer passiven Immunisierung (Verabreichung von spezifischen Antikörpern gegen den Erreger) zu einer langlebigen Immunität führt.
Aktive Immunisierung
Impfstoffe zur aktiven Immunisierung gegen bakterielle Erreger werden aktuell in 4 verschiedene Arten klassifiziert: 1. inaktivierte Ganzkeimimpfstoffe (Whole Cell Antigen, WCA), 2. lebend attenuierte Impfstoffe (Live Attenuated Vaccines, LAV), 3. Toxoidimpfstoffe sowie 4. Polysaccharid-Konjugatimpfstoffe ([14]; Tab. 1; [15]).
Impfung gegen | Erreger | Impfstoffart | Markenname |
|---|---|---|---|
Pneumokokken | Streptococcus pneumoniae | Polysaccharid-Konjugate | Prevnar 13/20®, PNEUMOVAX 23®, Vaxneuvance®, SynflorixTM, CAPVAXIVE®, Apexxnar® |
Lactobacillus (L.) | L. rhamnosus, L. vaginalis, L. fermentum, L. salivarius | 8 inaktivierte Stämme | Gynatren® |
Hib | Haemophilus influenzae Typ b | Polysaccharid-Konjugat | PedvaxHIB®, ActHIB®, HibTITER® |
Pertussis | Bordetella pertussis | Toxoid | s. Kombinationsimpfstoff |
Diphtherie | Corneybacterium diphtheriae | Toxoid | s. Kombinationsimpfstoff |
Tetanus | Clostridium tetani | Toxoid | s. Kombinationsimpfstoff |
Kombination aus Pertussis, Diphtherie, Tetanus | Bordetella pertussis, Corneybacterium diphtheriae, Clostridium tetani | Toxoide | Boostrix®, Infanrix® |
Meningokokken C | Neisseria meningitidis | Polysaccharid-Konjugat | Menactra®, Menomune®, Menjugate®, NeisVac-C® |
Meningokokken B | Neisseria meningitidis | 2–4 Proteine | Bexsero®/4CMenB, Trumbena® |
Meningokokken A, C, W, Y | Neisseria meningitidis Gruppe A, C, W, Y | 4 Polysaccharid-Konjugate | Nimenrix®, Menveo, MenQuadfi® |
Enterobakterien | Escherichia coli, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumoniae, Enterococcus faecalis | Inaktivierte Stämme | StroVac® |
Cholera | Vibrio cholerae | Choleratoxin‑B Untereinheit | Dukoral® |
Typhus | Salmonaella enterica Typhi | Attenuierter Ty21-Stamm oder Polysaccharid-Konjugat | Typhoral L® Typhim Vi® |
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Ein klassisches Beispiel für einen inaktivierten Impfstoff ist der Ganzkeimtyphusimpfstoff, während der Bacillus-Calmette-Guérin-(BCG-)Impfstoff gegen Tuberkulose ein Beispiel für einen lebend attenuierten Impfstoff darstellt [16]. Diphtherie- und Tetanusimpfstoffe basieren auf chemisch inaktivierten Toxinen, während Pneumokokken- und Hib-Impfstoffe zu den Konjugatimpfstoffen zählen, bei denen Polysaccharide mit Trägerproteinen wie Diphtherietoxoid oder der nichttoxischen Mutante des Diphtherietoxins (Cross-Reactive Material 197, CRM197) verknüpft sind [17].
Die vor einem Vierteljahrhundert erreichte Fähigkeit, vollständige Genome von Bakterien zu sequenzieren, eröffnete auch neue Perspektiven für die Impfstoffentwicklung. Darunter die sogenannte reverse Vakzinologie, welche genomische Analysen nutzt, um in silico potenzielle Antigene zu identifizieren, die anschließend rekombinant exprimiert und in präklinischen Modellen getestet werden [18]. Ein prominentes Beispiel, das hierauf basiert, ist der Impfstoff Bexsero® (4CMenB), der insbesondere Säuglinge und Kleinkinder vor Meningokokken der Serogruppe B schützt [19].
In einem weiterführenden Ansatz (reverse Vakzinologie 2.0) werden Antikörper gegen zuvor ermittelte, protektive Antigene generiert und ebenfalls in Infektionsmodellen auf ihre Schutzwirkung untersucht. Die Antigen-Bindestellen (Epitope) der daraus resultierenden, protektiven Antikörper können dann identifiziert und ihrerseits als optimierte Impfstoffe in einem entsprechenden Format (z. B. als multivalenter oder polyvalenter Nanopartikel) zur aktiven Immunisierung eingesetzt werden [20, 21].
Darüber hinaus kommen strukturbiologische Methoden („strukturelle Vakzinologie“) zum Einsatz, um Epitope zu optimieren, die eine besonders protektive Immunantwort erzielen können, ohne allergische Reaktionen oder Reaktogenität hervorzurufen [22]. Zudem können Peptide von 20 bis 30 Aminosäuren kostengünstig synthetisiert und kombiniert werden, um gleichzeitig verschiedene Serotypen oder auch Zielproteine eines Pathogens abzudecken und damit eine effektivere und dauerhaftere Immunisierung zu erreichen. Trotz dieser offensichtlichen Vorteile befinden sich peptidbasierte Vakzine zumeist noch in der präklinischen Entwicklung [23] bzw. sind im Fall von Streptococcus pyogenes erst in der klinischen Phase I [24], denn sie beinhalten auch einige Nachteile. Peptidbasierte Impfstoffe besitzen zumeist nur eine schwache Immunogenität, verbunden mit einer eingeschränkten T‑Zell-Aktivierung durch unzureichende Antigenpräsentation und einer daraus resultierenden schwierigen Evaluierung im Tiermodell. Diese Nachteile können in Zukunft durch Verbesserung der Impfstoffkonstruktionstechnik mehr als ausgeglichen werden: Dazu gehören ein breites Antigenrepertoire, längere synthetische Peptide sowie die Einbindung von geeigneten Linkern und Trägerproteinen, Immunstimulanzien in Form von Helferpeptiden, Toll-like-Rezeptor-(TLR-)Agonisten und Adjuvanzien und der Einsatz transgener Tiermodelle mit humanen Histokompatibilitäts-Leukozyten-Antigen-(HLA-)Molekülen zur Evaluierung der Wirksamkeit [25].
Weitere Innovationen umfassen genetisch modifizierte Außenmembranvesikel von Bakterien [26], die als Trägerplattform für Antigene dienen, sowie die Entwicklung von Biokonjugaten in Escherichia coli zur kosteneffizienten Herstellung komplexer Impfstoffe [27].
Ebenfalls zu erwähnen ist die auf der mRNA-Technologie basierende Impfstoffentwicklung, die durch die COVID-19-Pandemie viel Aufmerksamkeit erlangt hat und zunehmend auch für bakterielle Pathogene untersucht wird. So konnten beispielsweise die Immunogenität und Wirksamkeit von selbst amplifizierenden mRNA-Impfstoffen, die Antigene von Streptokokken der Gruppen A (GAS, Streptococcus pyogenes) und B (GBS, Streptococcus agalactiae) exprimieren, in einem Maus-Infektionsmodell gezeigt werden [28].
Wirkmechanismen
Impfungen gegen bakterielle Erreger initiieren eine mehrstufige Immunantwort, die mit der Aufnahme von Antigenen durch antigenpräsentierende Zellen beginnt (angeborene Immunantwort) und in eine adaptive Immunität übergeht, die humorale und zelluläre Komponenten umfasst, Gedächtnisbildung ermöglicht und langfristigen Schutz ausbildet. Nach der Verabreichung des Impfstoffs gelangen Antigene oder antigentragende Partikel in das Gewebe, wo lokale dendritische Zellen und Makrophagen das Material aufnehmen, in Peptide spalten und über Major-Histocompatibility-Complex-(MHC-)Klasse-II-Moleküle auf ihrer Oberfläche präsentieren. Cluster of Differentiation 4 (CD4+)-T-Helferzellen erkennen diese peptidbeladenen MHC-II-Moleküle über ihre jeweiligen T‑Zell-Rezeptoren und werden so gegebenenfalls aktiviert. Sie lassen sich ihren Aufgaben entsprechend in die Subtypen Th1, Th2 oder follikuläre T‑Helferzellen (Tfh) unterteilen, die spezifische T‑ oder B‑Zell-Reaktionen durch Zellkontakt und Zytokin-Ausschüttung unterstützen [29].
Prä-B-Zellen können über ihren B‑Zell-Rezeptor in Form eines membrangebundenen Immunglobulins M (IgM) ein entsprechend passendes Antigen binden, internalisieren und ebenfalls über MHC-Klasse-II-Moleküle auf ihrer Oberfläche präsentieren. Durch Interaktion mit einer antigenspezifischen Th2-Zelle werden die B‑Zellen aktiviert und wandern in die Keimzentren von Lymphfollikeln. Dort durchlaufen sie, unterstützt durch Tfh-Zellen, einen Klassenwechsel zu IgG, A oder E, eine Phase der somatischen Hypermutation und eine Affinitätsreifung durch Selektion zu Plasmazellen, die Antikörper mit der höchsten Affinität produzieren. Zusätzlich entstehen auch B‑Gedächtniszellen, die bei erneutem Kontakt mit dem jeweiligen Antigen eine schnelle humorale Immunreaktion ermöglichen und so beispielsweise bakterielle Endotoxine neutralisieren [30].
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Je nach Erreger gibt es differente Immunpfade: Manche bakteriellen Erreger erfordern primär eine starke Humoralantwort, andere eine zelluläre Immunität oder eine Kombination beider Strategien. Die Eliminierung von intrazellulären Bakterien, wie z. B. Salmonella Typhi, Listeria monocytogenes oder Mycobacterium tuberculosis, erfolgt zumeist über Th1-Zellen. Diese aktivieren wiederum Makrophagen und zytotoxische CD8+-T-Zellen insbesondere durch Interferon‑γ (IFN-γ), Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-α) und Interleukin 2 (IL-2) und fördern so die zelluläre Immunantwort. Bakterienspezifische Peptide werden von den infizierten Zellen über MHC-Klasse-I-Moleküle auf ihrer Oberfläche präsentiert und dadurch von den aktivierten, zytotoxischen CD8+-T-Zellen erkannt und eliminiert [31].
Extrazelluläre Bakterien werden dagegen primär über eine humorale Immunreaktion bekämpft, indem die dabei sezernierten Antikörper die Bakterien für phagozytierende Immunzellen oder das Komplementsystem markieren und dadurch ihre Effektivität steigern. Wiederholte Impulse, z. B. durch Auffrischimpfungen, festigen das Immungedächtnis durch Vergrößerung des Repertoires an B‑ und T‑Gedächtniszellen, erhöhen die Antikörperaffinität (Affinitätsreifung) und den Antikörpertiter im Serum [15].
Die Art des Impfstoffs beeinflusst die Ausprägung der Immunantwort. Lebend attenuierte Impfstoffe induzieren primär zelluläre Antworten, während Tot- oder Teilimpfstoffe eher Antikörperantworten stimulieren; Nukleinsäure-basierte Formulierungen können sowohl humorale als auch zelluläre Komponenten modulieren. Kulturelle und epidemiologische Faktoren, darunter das Alter, eine Impfakzeptanz, die immunologische Vorgeschichte und der individuelle Gesundheitszustand der zu impfenden Person, sowie der Impfstofftyp beeinflussen die Wirksamkeit und die Verträglichkeit [32]. Dies und die Wandlungsfähigkeit einiger bakterieller Pathogene erfordern Anpassungen der Impfstoffe und Auffrischungen der Impfungen.
Adjuvanzien und Trägermoleküle
Adjuvanzien (Hilfsstoffe) verstärken die Immunantwort einer Impfung und damit auch die Langlebigkeit des Schutzes gegen bakterielle Erreger. Sie fördern die Antigenpräsentation sowie Antigenpersistenz („Depot-Effekt“) und induzieren dadurch sowohl eine verstärkte humorale Immunantwort als auch die zelluläre Immunantwort.
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Klassische Beispiele von Adjuvanzien sind Aluminium-Derivate („Alum“), die seit den 1920er-Jahren eingesetzt werden. Moderne, beim Menschen zugelassene Adjuvanssysteme wie AS01 bestehen aus liposomalen Formulierungen, die MPL (monophosphoryliertes Lipid A) und ein Saponin (QS-21) kombinieren. MPL aktiviert über den TLR4 die antigenpräsentierenden Zellen, während QS-21 zusätzlich zytotoxische CD8⁺-T-Zell-Antworten und IL-1β‑/IL-18-Freisetzung über die Inflammasom-Aktivierung fördert [33]. Oligonukleotide wie CpG ODN, die unmethylierte bakterielle CpG-Sequenzen imitieren, dienen als synthetische TLR9-Agonisten. Diese aktivieren eine starke Th1-Immunantwort mit erhöhter zellvermittelter Immunität. CpG 7909 findet sich beispielsweise im Anthrax-Impfstoff Cyfendus [34]. Ein weiterer innovativer Ansatz sind TLR2-Agonisten, beispielsweise das synthetische Lipopeptid-Analogon Pam3Cys-SK‑4 (auch bekannt als Pam3CSK4). Dieser aktiviert über den TLR2/TLR1-Komplex starke, proinflammatorische Signale (z. B. NF-κB), fördert Phagozytose, Chemotaxis und bakterizide Aktivität insbesondere durch Neutrophile [35].
Trägermoleküle werden mit kleinen oder wenig immunogenen Antigenen, wie z. B. kurzen Peptiden oder Polysacchariden, fusioniert, damit diese auch von T‑Helferzellen erkannt werden und somit eine langlebige Immunität mit Gedächtniszellen ermöglicht wird. Bekannte Beispiele von Trägermolekülen sind das Tetanustoxoid und das Diphterietoxoid (CRM197), welche inaktivierte Gifte darstellen.
Insgesamt zeigt sich, dass der gezielte Einsatz verschiedener Adjuvanzien und Trägermoleküle die maßgeschneiderte Verstärkung von Immunantworten gegen bakterielle Pathogene ermöglicht, einschließlich Th1-, Th2- sowie CD8⁺-T-Zellen-Antwort und humoraler Reaktion. Ihre Kombination ermöglicht es, verbesserte Impfstoffe gegen anspruchsvolle, vor allem intrazelluläre Erreger zu entwickeln.
Mutmaßungen, dass insbesondere Aluminiumsalze verschiedene Erkrankungen hervorrufen könnten, darunter auch Autismus, wurden unter anderem durch eine Studie aus Dänemark aus dem Jahr 2025 widerlegt. Darin wurden die Daten von 1,2 Mio. Kindern bezüglich des Auftretens von 50 chronischen Erkrankungen nach Impfungen ausgewertet. Es konnte kein Zusammenhang zwischen Aluminiumgehalt des Impfstoffes und dem vermehrten Auftreten von neuronalen oder allergischen Reaktionen oder gar Autoimmunerkrankungen gezeigt werden [36].
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Insgesamt ermöglicht die durch Impfung trainierte Immunantwort eine effektive Eindämmung bakterieller Infektionen durch eine koordinierte Aktivierung der angeborenen und adaptiven Immunreaktionen. Sie ist dabei abhängig von der Wahl des verwendeten Zielmoleküls, der Art des Impfstoffes und den gegebenenfalls zur Anwendung gekommenen Adjuvanzien.
Passive Immunisierung
Die passive Immunisierung, definiert als die Verabreichung vorgefertigter Antikörper, stellt eine effektive Methode zur unmittelbaren Immunprophylaxe oder -therapie dar. Im Gegensatz zur aktiven Immunisierung induziert sie kein immunologisches Gedächtnis, bietet jedoch einen raschen Schutz, der insbesondere bei akut verlaufenden, Toxin-vermittelten Infektionen oder bei immunsupprimierten Patienten von entscheidender Bedeutung sein kann. Die zugrunde liegenden Wirkmechanismen umfassen die Neutralisation bakterieller Exotoxine, die Blockade der bakteriellen Adhärenz und Invasion, die Opsonisierung zur erleichterten Phagozytose durch Makrophagen und Granulozyten sowie die Aktivierung des Komplementsystems mit konsekutiver Lyse der Erreger (Tab. 2; [37]).
Tab. 2
Beispiele für passive Immunisierungen (verabreichte Antikörper) gegen bakterielle Erreger [41]
Erreger (Erkrankung) | Antikörperpräparat | Wirkmechanismus |
|---|---|---|
Clostridium tetani (Tetanus) | Humanes Tetanus-Immunglobulin (TIG); Pferde-Antitoxin | Neutralisation von Tetanustoxin |
Clostridium botulinum (Botulismus) | Humanes Botulismus-Immunglobulin (BIG-IV); Pferde-Antitoxin | Neutralisation von Botulinumtoxin |
Clostridioides difficile | Bezlotoxumab | Bindung/Neutralisation von Toxin B |
Staphylococcus aureus (Toxic-Shock-Syndrom) | Intravenöses Immunglobulin (IVIG); Pagibaximab (experimentell) | Neutralisation von Superantigenen; Opsonisierung |
Bacillus anthracis (Milzbrand) | Raxibacumab, Anthrasil | Blockade des Schutzantigens (PA) |
Helicobacter pylori | Orale bovine polyklonale Antikörper | Hemmung der Urease und Kolonisation |
Historisch war die passive Immunisierung vor Einführung der Antibiotika die einzige wirksame Maßnahme zur Prävention und Behandlung bakterieller Erkrankungen wie Diphtherie, Tetanus, bakterieller Meningitis und Scharlach. In der modernen klinischen Praxis wird beispielsweise das humane Tetanus-Immunglobulin (TIG) als Postexpositionsprophylaxe bei unzureichend gegen Tetanus immunisierten Personen verabreicht; in Regionen ohne TIG steht equines Antitoxin zur Verfügung [38]. Beim Botulismus erfolgt die Therapie in Europa mit Antitoxin-Antikörperfragmenten gegen alle 7 bekannten Serotypen A–G (BAT), die aus Pferdeserum gewonnen werden [39].
Bei Clostridioides-difficile-Infektionen hat sich neben der Gabe von intravenösem Immunglobulin (IVIG) der monoklonale Antikörper Bezlotoxumab etabliert. Bezlotoxumab bindet spezifisch an Toxin B und konnte in randomisierten, kontrollierten Studien die Rezidivrate signifikant reduzieren, wenn er additiv zur Standardantibiotikatherapie eingesetzt wurde [40]. Im Rahmen des Staphylokokken-induzierten Toxic-Shock-Syndroms wird IVIG zur Neutralisation von Superantigenen und zur Modulation der überschießenden Zytokinantwort verabreicht [37].
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Antikörperpräparate liegen entweder als polyklonale oder als monoklonale Produkte vor [41]. Polyklonale Antikörper werden meist aus humanem oder tierischem Serum gewonnen und decken ein breites Epitop-Spektrum ab. Sie unterliegen jedoch Chargenvariabilität und sind in der Herstellung auf geeignete Spenderpopulationen angewiesen. Monoklonale Antikörper wie Bezlotoxumab oder Raxibacumab (gegen das Schutzantigen von Bacillus anthracis) sind hochspezifisch und zeichnen sich durch reproduzierbare Qualität aus, sind jedoch kostenintensiv.
Antivirulenz-Strategien mit monoklonalen Antikörpern, beispielsweise Pagibaximab gegen die Lipoteichonsäure von Staphylococcus (S.) aureus, demonstrierten in präklinischen Studien vielversprechende Ergebnisse, konnten jedoch in klinischen Phase-III-Studien keine signifikanten Vorteile erzielen [37]. Ein weiteres innovatives Konzept stellen Lysibodies dar – gentechnisch konstruierte Antikörper, die Phagen-Domänen zur Erkennung konservierter bakterieller Zellwandstrukturen nutzen und so gezielt Komplementaktivierung und Phagozytose induzieren [42].
Limitationen der passiven Immunisierung ergeben sich aus der begrenzten Wirkdauer infolge des physiologischen Antikörperabbaus innerhalb weniger Wochen bis Monate, dem Risiko immunologischer Reaktionen, wie beispielsweise die Serumkrankheit insbesondere bei heterologen Seren, sowie den hohen Produktions- und Anwendungskosten, vor allem bei monoklonalen Antikörpern. Dennoch zeigt das Beispiel Bezlotoxumab, dass gezielt entwickelte monoklonale Antikörper die therapeutischen Optionen gegen spezifische, Toxin-vermittelte bakterielle Erkrankungen substanziell erweitern und insbesondere im Kontext steigender Antibiotikaresistenzen einen wachsenden Stellenwert einnehmen könnten.
Epidemiologische Effekte von Impfungen gegen bakterielle Infektionen
Epidemiologische Daten belegen eindrucksvoll, dass Impfprogramme zur Reduktion antibiotikaresistenter Infektionen beitragen können. Die Einführung des Pneumokokken-Konjugatimpfstoffs führte zu einem deutlichen Rückgang invasiver Erkrankungen sowohl durch sensible als auch durch resistente Pneumokokkenstämme. Auch mit Hib-Impfprogrammen wurden nennenswerte Erfolge erzielt, die nicht nur die Krankheitslast reduzierten, sondern zusätzlich den Bedarf an empirischer Antibiotikatherapie bei Kindern senkten. Impfungen gegen Pertussis und Meningokokken trugen ebenfalls indirekt zur Verringerung des Antibiotikaverbrauchs bei, da sie Sekundärinfektionen und Krankheitsausbrüche verminderten [43]. Ähnliche Erfolge scheinen sich auch durch die Immunprophylaxe bei rezidivierenden Harnwegsinfektionen abzuzeichnen, indem die Verabreichung der häufigsten, inaktivierten Erreger wie Escherichia coli, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Klebsiella pneumoniae und Enterococcus faecalis die Infektionshäufigkeit senkt und hilft, Antibiotikaresistenzen zu vermeiden [44].
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Neben dem individuellen Schutz spielt die Herdenimmunität eine zentrale Rolle. Sie reduziert die Zirkulation des Erregers in der Bevölkerung, wodurch auch nicht geimpfte Personen indirekt geschützt werden [45]. In diesem Zusammenhang kann auch der Nestschutz aufgeführt werden: Durch Impfung während der Schwangerschaft werden die generierten Antikörper über die Plazenta auf das Ungeborene bzw. durch das Stillen auf das Neugeborene übertragen und schützen es nach der Geburt in den ersten Lebensmonaten vor möglichen Infektionen. Die Ständige Impfkommission (STIKO) empfiehlt seit 2020 eine Impfung gegen Pertussis während der Schwangerschaft, um damit das Risiko einer möglichen Infektion um 90 % zu senken [46].
Im Gegensatz zu Antibiotika verändern Impfstoffe nicht die Zusammensetzung des intestinalen Mikrobioms, das eine wichtige Barriere gegen invasive Pathogene darstellt [47]. Antibiotikatherapien können dagegen zu einer Dysbiose führen, die opportunistischen Erregern wie Clostridioides difficile oder multiresistenten Enterobakterien einen selektiven Vorteil verschafft [48].
Für die Prävention von AMR sind Impfstoffe aus den folgenden 3 Gründen besonders geeignet: Erstens werden sie in der Regel prophylaktisch verabreicht, wenn die Erregerpopulation im Körper noch gering oder nicht vorhanden ist. Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass resistente Mutationen entstehen und sich etablieren können [49]. Zweitens zielen viele Impfstoffe auf mehrere Antigenstrukturen gleichzeitig, was die Wahrscheinlichkeit einer Resistenzentwicklung erheblich reduziert, da dafür mehrere genetische Veränderungen am Zielprotein notwendig wären. Drittens aktiviert die Impfung viele Teile des Immunsystems (humorale Antwort, Gedächtniszellen, zelluläre Immunität), sodass es bei einer Infektion dem Erreger nur selten gelingt, die Immunantwort durch „Immunescape“-Strategien zu umgehen. Ein Beispiel für so einen seltenen Fall ist S. aureus, gegen den bisher noch kein Vakzin verfügbar ist, da dieser Erreger besonders viele Virulenzfaktoren exprimiert [50].
Ökonomische und gesundheitspolitische Aspekte von Impfprogrammen
Neben gesundheitlichen Vorteilen bieten Impfprogramme auch ökonomische Anreize für die Volkswirtschaft. Modellrechnungen zufolge können Investitionen in Impfstoffe gegen bakterielle Pathogene kosteneffizienter sein als die ausschließliche Entwicklung neuer Antibiotika [51]. Insbesondere bei Risikopatienten (vor Operationen, Gesundheitspersonal, Soldaten im Kriegseinsatz, immunsupprimierte Patienten) werden Impfungen als sinnvoll erachtet. Die Einsparungen resultieren aus der Vermeidung von Krankenhausaufenthalten, der Reduktion von Behandlungskosten für resistente Infektionen und der Verringerung der Umweltbelastungen bei der Produktion von Antibiotika. Besonders in Ländern mit eingeschränkter medizinischer Infrastruktur, in denen Antibiotika oft ohne ärztliche Verschreibung verabreicht werden, könnten Impfprogramme eine zentrale Rolle bei der Eindämmung von AMR spielen [52].
Trotz ihres Potenzials stehen Impfprogramme vor vielfältigen Herausforderungen. Gegen einige der von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) priorisierten bakteriellen Erreger, wie Klebsiella pneumoniae oder Acinetobacter baumannii, existieren bisher keine zugelassenen Impfstoffe [53]. Zudem können zum Beispiel sehr seltene Impfkomplikationen, die durch das sensible Meldesystem erkannt werden, die öffentliche Wahrnehmung von Impfungen negativ beeinflussen. Impfgegnerbewegungen und Desinformationskampagnen unterminieren in manchen Regionen die Impfbereitschaft und können politische Entscheidungen beeinflussen [54]. Dies ist ein nicht zu unterschätzender Faktor, denn der Erfolg von Impfkampagnen hängt ganz wesentlich von der Akzeptanz in der Bevölkerung ab, wenn Impfungen nicht gesetzlich vorgeschrieben sind. Die Faktenlage zeigt allerdings, dass beispielsweise bei insgesamt 105 Mio. Impfungen nur 8659 Verdachtsfälle von Impfnebenwirkungen bzw. Impfkomplikationen in den Jahren 2022 bis 2023 gemeldet wurden (Fieber, Kopfschmerzen, Fieberkrämpfe, Epilepsie, Guillain-Barré-Syndrom etc.). Das entspricht einem Anteil von 0,008 %, wobei allerdings in den meisten Fällen kein gesichert kausaler Zusammenhang festgestellt werden kann [55].
Der Erfolg einer Impfkampagne hängt nicht nur von der Akzeptanz und Wirksamkeit des Impfstoffs ab, sondern auch von der Zugänglichkeit des Impfstoffs. Bedingt durch finanzielle, logistische und gesellschaftspolitische Faktoren können eine gleichmäßige Verteilung von Impfstoffen und damit sowohl der Aufbau des individuellen Schutzes als auch der angestrebten Herdenimmunität deutlich erschwert werden [56].
Für die Pharmaindustrie ist neben den Entwicklungskosten und dem Verkaufspreis das Marktpotenzial eines Medikaments entscheidend. Seit 2011 sind 11 neue Antibiotika zugelassen worden. Einige von diesen (z. B. Tedizolid, Eravacyclin) dürfen allerdings aufgrund ihrer Wirksamkeit gegen multiresistente Bakterien als sogenannte Reserveantibiotika nur unter bestimmten Bedingungen verabreicht werden, sodass sich damit kaum Geld verdienen lässt [57]. Impfstoffe hingegen haben zwar auch hohe Entwicklungs- und Produktionskosten, können aber nach Marktzulassung als prophylaktisches Medikament uneingeschränkt und langfristig verkauft werden, wie beispielsweise der Kombinationsimpfstoff gegen Tetanus, Diphtherie und Pertussis.
Entwicklung neuer Impfstoffe
Die Entwicklung neuer Impfstoffe wird trotz der geschilderten Schwierigkeiten von der Pharmaindustrie und von Forschungsinstituten weiterverfolgt, da diese anerkanntermaßen einen wichtigen Pfeiler im Kampf gegen bakterielle Infektionen bilden. Dabei ist insbesondere die Impfung gegen obligat intrazelluläre Bakterien aufgrund spezifischer Immunanforderungen zur Abwehr und zum Schutz durch die Aktivierung zytotoxischer CD8+-T-Zellen eine Herausforderung. Es stehen mittlerweile mehrere Impfstrategien der dritten Generation zur Verfügung, die vielversprechende Instrumente für die Impfung auch gegen diese Erreger darstellen könnten.
Die schützenden Immunmechanismen gegen verschiedene bakterielle Erreger sind jedoch noch wenig verstanden und bedürfen weiterer Forschung. Insbesondere die immunogenen Determinanten dieser komplexen Erreger sind weitgehend unbekannt und müssen dringend als Voraussetzung für die Impfstoffentwicklung identifiziert werden. Dies erfordert geeignete Tiermodelle, die der menschlichen Infektion ähneln, und die Auswahl geeigneter Adjuvanzien, die entscheidend für den Erfolg der Immunisierung sind.
Ausgehend von der Prävalenz von multiresistenten Bakterien hat die WHO 2024 eine Prioritätenliste für die Antibiotikaentwicklung erstellt, an der sich auch die Impfstoffentwicklung orientiert. Demnach sind alternative Behandlungsmöglichkeiten gegen Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacterales spp., Enterococcus faecium, S. aureus, Salmonella spp., Neisseria gonorrhoeae, Streptococcus spp., Haemophilus influenzae, Mycobacterium tuberculosis und Shigella spp. dringend erforderlich [53]. Die Tab. 3 und 4 geben einen Überblick über die momentanen Impfstoffentwicklungen [58].
Tab. 3
In der Entwicklung befindliche passive Immunisierungen gegen bakterielle Erreger (Stand: 11/2022). Die Tabellen beruhen auf Recherchen des Verbands der forschenden Pharma-Unternehmen (vfa) unter Verwendung von Veröffentlichungen der genannten Unternehmen, PharmaProjects, Angaben der Europäischen Arzneimittel-Agentur (EMA) und der Studienregister clinicaltrials.gov.
Name des Antikörpers | Klasse | Unternehmen | Anwendungsgebiete | Entwicklungsstatus |
|---|---|---|---|---|
Obiltoxaximab | Monoklonaler Antikörper | Elysys Therapeutics | Milzbrand-Infektionen | EU-Zulassung 11/2020, aber in Deutschland noch nicht vermarktet |
Aerumab (Panobacumab, AR-101) | Monoklonaler Antikörper | Aridis Pharmaceuticals | Pseudomonas-aeruginosa-Infektionen | Phase II |
Tosatoxumab (AR-301, Salvecin) | Monoklonaler Antikörper | Aridis Pharmaceuticals | Infektionen mit Staphylococcus aureus, einschl. MRSA | Phase III |
Suvratoxumab (Medi-4893) | Monoklonaler Antikörper gegen Toxin | Aridis Pharmaceuticals | MRSA-Infektionen | Phase II |
LMN-101 | Antikörper-ähnliches Protein | Lumen Bioscience | Infektionen mit Escherichia coli oder Campylobacter jejuni | Phase II |
Tab. 4
In der Entwicklung befindliche aktive Immunisierungen gegen bakterielle Erreger (Stand: 11/2022). Die Tabellen beruhen auf Recherchen des Verbands der forschenden Pharma-Unternehmen (vfa) unter Verwendung von Veröffentlichungen der genannten Unternehmen, PharmaProjects, Angaben der Europäischen Arzneimittel-Agentur (EMA) und der Studienregister clinicaltrials.gov.
Name des Impfstoffprojektes | Impfstofftyp | Unternehmen, Organisation | Anwendungsgebiet | Entwicklungsstatus |
|---|---|---|---|---|
PF-06425090 | Subunit-Impfstoff | Pfizer | Prävention von Clostridioides-difficile-Infektionen | Phase III |
ExPeC9V | Konjugatimpfstoff | Janssen | Prävention von Escherichia-Coli-Infektionen | Phase III |
GSK3536819A | Impfstoff | GSK | Infektionen mit Meningokokken der Serogruppen A, B, C, W und Y | Phase III |
PF-06886992 | Konjugatimpfstoff | Pfizer | Infektionen mit Meningokokken der Serogruppen A, B, C, W und Y | Phase III |
PF-06760805 | Nicht angegeben | Pfizer | Prävention von Infektionen bei Neugeborenen mit Streptokokken der Gruppe B durch Impfung der Mütter | Phase II |
VLA84 (IC84) | Subunit-Impfstoff | Valneva | Prävention von Clostridioides-difficile-Infektionen | Phase II |
VPM 1002 | Lebendimpfstoff, attenuiert, rekombinant | Serum Institute of India, Max Planck, VPM | Prävention und Therapie von Tuberkulose | Phase III |
Mycobacterium vaccae | Subunit-Impfstoff | Anhui Zhifei Longcom | Prävention von Tuberkulose | Phase III |
GC-3107 | Intradermaler BCG-Impfstoff | GC-Pharma | Tuberkulose | Phase III |
MTBVac | Lebendimpfstoff | Biofabri, Univ. Zagaroza, TBVI | Prävention von Tuberkulose | Phase II |
TBFluO4L | Impfstoff mit Vektor | RIBSP | Prävention und Therapie von Tuberkulose | Phase II |
RUTI | Ganzzellimpfstoff | Archivel Farma | Prävention und Therapie von Tuberkulose | Phase II |
PF-07307405 | Impfstoff | Pfizer, Valneva | Lyme-Borreliose | Phase II |
Shigella4V (GSK4069327A) | Konjugatimpfstoff | GSK | Shigella-Infektionen | Phase II |
ASP3772 | Konjugatimpfstoff | Affinivax, Astellas | Infektionen mit Streptococcus pneumoniae (24 Serogruppen) | Phase II |
V116 | Konjugatimpfstoff | MSD | Infektionen mit Streptococcus pneumoniae | Phase I/II |
Fazit
Zusammenfassend stellen Impfstoffe eine der nachhaltigsten und wirksamsten Maßnahmen zur Prävention bakterieller Infektionen und zur Eindämmung von Antibiotikaresistenzen dar. Durch die Senkung der Infektionsrate und des Antibiotikaverbrauchs reduzieren sie den Selektionsdruck auf Bakterien und verlangsamen die Ausbreitung resistenter Stämme. Angesichts der stagnierenden Entwicklung neuer Antibiotika sollten Impfstrategien integraler Bestandteil nationaler und globaler AMR-Bekämpfungsprogramme sein. Investitionen in Forschung, Entwicklung und Implementierung neuer Impfstoffe sowie in Aufklärungsprogramme sind entscheidend, um das volle Potenzial dieser Maßnahme im Kampf gegen die Resistenzkrise auszuschöpfen [59, 60].
Einhaltung ethischer Richtlinien
Interessenkonflikt
A. Klimka und L.M. Maus geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Für diesen Beitrag wurden von den Autor/-innen keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.
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