Molekulare Signaturen geben Aufschluss über Wirksamkeit von Malaria-Impfstoffen

Malaria stellt mit über 200 Millionen Erkrankungen und über 400'000 Todesfällen im Jahr 2018 nach wie vor ein gravierendes Problem für die öffentliche Gesundheit dar. Der Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs gegen einen derart komplexen Parasiten stehen insbesondere zwei Faktoren im Wege: der Mangel an schützenden Immunmarkern sowie die unzulänglichen Informationen hinsichtlich der Mechanismen, die einem solchen Schutz zugrunde liegen.

Unterschiedliche Genexpressionssignaturen vor und nach der Immunisierung können laut einer gestern im Fachjournal Science Translational Medicine veröffentlichten Studie dazu dienen, den Impfschutz zu prognostizieren. Forschende des ISGlobal in Barcelona, des Swiss TPH und weitere Partner haben hierfür die Genexpression in peripheren weissen Blutkörperchen bei Säuglingen und Kindern analysiert, die mit dem am weitesten entwickelten Malaria-Impfstoff (Mosquirix, auch RTS,S) und einem anderen experimentellen, ebenfalls für die präerythrozytäre Phase von Malaria ausgelegten Malaria-Impfansatz behandelt worden waren.

Eine Kombination von Genomforschung, Datenwissenschaft und künstlicher Intelligenz

Das Forscherteam verwendete für diese Studie eine Kombination von Genomiktechnologien, Datenwissenschaft und künstlicher Intelligenz zur Identifizierung molekularer Signaturen. Mit Hilfe dieser Signaturen kann die Wirksamkeit des Impfstoffs (bzw. die Immunogenität) prognostiziert werden. Verglichen wurden zwei Impfstoffe: 1) der Impfstoff Mosquirix, der momentan in gross angelegten Pilot-Durchführungsstudien in Afrika getestet wird und einen teilweisen Schutz gewährleistet, und 2) der Impfstoff CPS, der auf Inokulation mit abgeschwächten Sporozoiten des Plasmodium falciparum Parasiten beruht. Dieser Impfstoff zeigt bei Freiwilligen im Erwachsenenalter, die einer kontrollierten Malaria-Infektion ausgesetzt werden, eine hohe Wirksamkeit.

Die Forscher untersuchten weisse Blutkörperchen von 24 erwachsenen Freiwilliger vor und nach der CPS-Immunisierung sowie von 225 Säuglingen und Kindern aus drei afrikanischen Ländern, die an der klinischen Phase-III-Studie zu Mosquirix teilgenommen hatten. Eine umfassende Analyse von Genen, welche die weissen Blutkörperchen nach der Immunisierung exprimierten, ergab für beide Impfstoffe ein molekulares Profil, das auf einen Schutz hindeutet. Überraschenderweise konnte in der Studie auch eine Grundsignatur (d. h. eine Signatur vor der Immunisierung) identifiziert werden, die mit dem Schutz korreliert. "Das lässt darauf schliessen, dass wir Einzelpersonen identifizieren könnten, denen eine solche Grundsignatur fehlt. Solche Personen können wir dann mit einer höheren CPS-Dosis impfen. Alternativ können wir einfach ihr Immunsystem vor der Impfung stärken, um die Impfwirkung zu steigern", erklärt die ISGlobal-Forscherin und Hauptautorin der Studie, Gemma Moncunill.

Claudia Daubenberger, Co-Autorin und Leiterin der Einheit "Clinical Immunology" am Swiss TPH, sagte: "Die Beschreibung einzigartiger transkriptioneller Signaturen in Untergruppen von Freiwilligen, die nach der Immunisierung nicht die erwünschte schützende Immunantwort aufweisen, bereitet den Weg für eine personalisierte Immuninterventionen bei Infektionskrankheiten."

Potenzial für ein besseres Allgemeinverständnis der Impfantwort

"Diese Ergebnisse, die mit zwei verschiedenen Impfstoffen und Testgruppen erzielt wurden, deuten auf gemeinsame Schutzreaktionen für Malaria hin", so die Koordinatorin der Studie und Leiterin der Arbeitsgruppe Malaria-Immunologie am ISGlobal, Carlota Dobaño. "Die Ergebnisse bestätigen auch, dass dieser Ansatz unser Verständnis von Immunantworten auf Impfstoffe und von molekularen Signaturen für den Schutz von komplexen Krankheiten potenziell verbessern kann."

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass die Schutzsignaturen als In-Vitro-Surrogatmarker dienen könnten, anhand derer die Wirksamkeit dieser und anderer Malaria-Impfstoffkandidaten in klinischen Studien festgestellt werden kann. Dies könnte die Erprobung der Impfstoffe beschleunigen.

Die Malaria-Impfstudien wurden vom Barcelona Institute for Global Health (ISGlobal) zusammen mit dem Schweizerischen Tropen- und Public Health-Institut (Swiss TPH) und dem Manhiça Health Research Center (CISM) in Mosambik, dem Ifakara Health Institute (IHI) in Tansania, der Universität Tübingen in Deutschland, dem Centre de Recherches Médicales de Lambaréné (CERMEL) in Gabun und dem Radboud University Medical Center (Radboudumc) in den Niederlanden durchgeführt.

Über die Publikation

Gemma Moncunill, Anja Scholzen, Maximillian Mpina et al. Antigen-stimulated PBMC transcriptional protective signatures for malaria immunization. Science Translat Med. doi: 10.1126/scitranslmed.aay8924