mRNA-Impfstoffe enthalten Genabschnitte des SARS-CoV-2-Virus in Form von messenger-RNA (kurz mRNA), die auch als Boten-RNA bezeichnet wird. Ausgehend von der mRNA werden nach Verimpfung in Körperzellen Proteine hergestellt, die dann das Immunsystem zu einer gezielten Antikörperbildung gegen SARS-CoV-2 und einer zellulären Abwehr gegen SARS-CoV-2-infizierte Zellen anregen und so eine Immunreaktion erzeugen. Eine Immunreaktion anregende Proteine werden als Antigene bezeichnet.
Um die Aufnahme durch einige wenige Körperzellen zu ermöglichen, wird die mRNA mit Lipidstoffen umhüllt, sodass sogenannte mRNA-Lipidnanopartikel entstehen. Diese sind auch nach der intramuskulären Injektion stabil und ermöglichen die Aufnahme der mRNA in einige wenige Muskel- und Immunzellen. Studien haben gezeigt, dass die Lipidnanopartikel nicht zytotoxisch (zellschädigend) sind und von ihnen keine Gefahr für den menschlichen Körper ausgeht.

In den Zellen wird die Erbinformation, die auf der mRNA kodiert ist, ausgelesen und in Protein übersetzt (translatiert). Das ist ein Prozess, der in Körperzellen auch mit der zelleigenen mRNA abläuft: Bei einigen COVID-19-mRNA-Impfstoffen handelt es sich um Nucleosid-modifizierte mRNA (modRNA), die das SARS-CoV-2-Oberflächenprotein (Spikeprotein) kodiert. Die Verträglichkeit der modRNA ist im Allgemeinen gegenüber nicht modifizierter mRNA verbessert.
Das ausgehend von der mRNA gebildete Virusprotein regt als Antigen das Immunsystem des Körpers dazu an, Antikörper gegen SARS-CoV-2 zu produzieren (humorale Immunantwort). Virusproteine können zudem eine T-Zell-Antwort (CD4, CD8) auslösen (zelluläre Immunantwort). Die mRNA der RNA-Impfstoffe wird nach kurzer Zeit von den Zellen abgebaut. Sie wird nicht in DNA umgebaut und hat keinen Einfluss auf die menschliche DNA, weder in Körperzellen noch in Keimbahnzellen. Nach dem Abbau der mRNA findet keine weitere Produktion des Antigens statt.

mRNA-basierte Impfstoffe haben den Vorteil, dass eine große Anzahl Impfdosen innerhalb weniger Wochen hergestellt werden kann. Die COVID-19-Impfstoffkandidaten auf mRNA-Basis müssen derzeit bei niedrigen Temperaturen transportiert und gelagert werden (-20 bis -80 Grad C).

Bei in Europa zugelassenen Impfstoffen wurde im Rahmen kontrollierter klinischer Prüfungen beim Menschen deren Qualität und Herstellung, Unbedenklichkeit und Wirksamkeit geprüft.

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Stand: 02.11.2020

Vektorbasierte Impfstoffe bestehen aus für den Menschen harmlosen Viren, die gentechnisch so verändert sind, dass sie in ihrem Genom die genetische Sequenz mit dem Bauplan für einen oder mehrere Bestandteile des Erregers (Antigen) enthalten, gegen den der Impfstoff gerichtet ist. Die COVID-19-Vektorimpfstoffkandidaten enthalten ungefährliche, gut untersuchte Trägerviren, in deren Genom ein Gen eingebaut wurde, das den Bauplan für das SARS-CoV-2-Oberflächenprotein, das Spikeprotein, enthält.

Zum Vaxzevria (AstraZeneca)-Impfstoff: Dieser Impfstoff basiert auf einem Adenovirus (das modifizierte Virus ChAdOx1), das bei Schimpansen Atemwegsinfekte auslösen kann, für Menschen aber harmlos ist. Das Impfvirus vermehrt sich im menschlichen Körper nicht und kann somit keine Infektion auslösen. Nach Impfung wird ausgehend von dem Bauplan für das Impfantigen (das Gen für das Spikeprotein) dieses von den Körperzellen selbst hergestellt. Die Vektorviren dienen somit als "Genfähre" für das Spikeprotein-Gen von SARS-CoV-2. Das von den Körperzellen gebildete Spikeprotein regt das Immunsystem des Körpers dazu an, Antikörper gegen SARS-CoV-2 zu produzieren (humorale Immunantwort). Zudem kann eine T-Zell-Antwort (CD4, CD8) ausgelöst werden (zelluläre Immunantwort). Die Impfvektoren werden durch das Immunsystem kontrolliert und nach kurzer Zeit eliminiert. Ähnliche vektorbasierte Impfstoffkandidaten nutzen modifizierte humane Adenoviren (Typ 26 oder Typ 5) als Trägerviren, die ebenfalls so verändert sind, dass sie sich nicht mehr im menschlichen Körper vermehren können.

Zum Janssen (Janssen-Cilag International)-Impfstoff: Anders als Vaxzevria, wird beim Janssen-Impfstoff ein Adenovirus vom Menschen (kurz: Ad26) verwendet. Dies ist ebenfalls ein harmloses Erkältungsvirus. Infektionen mit diesem Virus sind nicht sehr verbreitet und somit können keine vor der Impfung vorhandenen Antikörper die Immunreaktion beeinflussen bzw. abschwächen.

Bei natürlicher Infektion mit Adenoviren wurde bisher keine genetische Veränderung menschlicher Zellen beobachtet. Adenovirale Vektoren gelten generell als nichtintegrierende Vektoren, d.h. sie integrieren ihr Erbgut nicht ins Zellgenom. Das Genom der COVID-19-Vektorimpfstoffe auf Basis nicht vermehrungsfähiger Adenoviren verbleibt ebenso wie das anderer Adenoviren außerhalb der menschlichen DNA (extrachromosomal) im Zellkern infizierter Zellen.

Auch vor dem Hintergrund, dass sich die adenoviralen Vektoren – anders als die natürlichen Erkältungsviren – aufgrund genetischer Veränderungen nicht im menschlichen Körper vermehren und schnell vom Körper eliminiert werden, besteht nach dem aktuellen Stand der Wissenschaft kein Risiko durch eine Integration der Adenovirus-Vektor-DNA in das menschliche Genom.

Einige Vektorimpfstoffe sind bereits zugelassen (bspw. Ebola-Impfstoffe), ihre Herstellung kann relativ schnell erfolgen. Sie können bei Temperaturen von 2 bis 8 Grad C transportiert und gelagert werden.

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Stand: 21.05.2021

Die COVID-19-Impfstoffe enthalten keine vermehrungsfähigen Viren. Insofern können sie mit Totimpfstoffen gleichgesetzt werden. Solche Totimpfstoffe sind inaktiviert; sie enthalten abgetötete Erreger oder Erreger-Bestandteile, die sich weder vermehren noch eine Erkrankung auslösen können. Dies gilt sowohl für die mRNA- als auch für die Vektorimpfstoffe.

Gemäß Empfehlung der STIKO muss zwischen COVID-19-Impfungen und anderen Totimpfstoffen ab sofort kein Impfabstand mehr eingehalten werden. Sie können simultan gegeben werden, wenn eine Indikation zur Impfung sowohl gegen andere Erkrankungen als auch gegen COVID-19 besteht (aktuell z. B. bei gleichzeitiger Indikation für eine Impfung gegen COVID-19 und Influenza).

Stand: 07.10.2021