Pneumokokken und Pertussis: Erfolge und Rückschläge

Für die beiden bakteriellen Atemwegserkrankungen Pertussis und Pneumokokkeninfektion stehen wirksame Impfungen zur Verfügung, die vor schweren Verläufen und im Falle der Pneumokokken sogar vor der Besiedelung schützen. Die Pertussisimpfung war eine der großen Erfolgsgeschichten der Präventivmedizin – mit einem schweren Rückschlag in den vergangenen Jahren.

Die beiden impfpräventablen bakteriellen Atemwegserkrankungen Pertussis und Pneumokokkeninfektion weisen trotz einiger Gemeinsamkeiten auch relevante Unterschiede auf, erklärt Univ.-Doz. Dr. Daniela Schmid vom Zentrum für Pathophysiologie, Infektiologie und Immunologie an der Medizinischen Universität Wien.

Beide Erreger besiedeln den Naso- und/oder Oropharynx und werden durch Tröpfcheninfektion verbreitet. Während das Hauptreservoir für Streptococcus pneumoniae Kinder unter fünf Jahren darstellen, sind von Bordetella-Pertussis vor allem Adoleszente und junge Erwachsene besiedelt. Die Verbreitung von Pertussis erfolgt durch symptomatische Erkrankte in der Frühphase (Stadium catarrhale), die Pneumokokkeninfektion geht von asymptomatischen Trägern aus. Der Pneumokokkenübertragung geht immer eine Kolonisation voraus, während eine Pertussisinfektion entweder zur Erkrankung oder zur Kolonisation führen kann.

Gegen beide Erreger stehen azelluläre Impfstoffe zur Verfügung. Im Falle der Pneumokokken muss eine wirksame Impfung nicht nur die akute Erkrankung, sondern auch die Kolonisation verhindern.

Pertussis: größter jemals registrierter Ausbruch

Das Beispiel Pertussis zeigt, wie massiv sich Erkrankungszahlen durch Impfprogramme senken lassen. Die Inzidenz des Keuchhustens konnte von bis zu 140 pro 100000 Personen in den 1950er-Jahren auf etwas über 1:100000 in den 1990er-Jahren gesenkt werden. Die Pertussisimpfung ist seit dem Jahr 1974 im österreichischen Mutter-Kind-Pass inkludiert. Allerdings kam es in den 2000er-Jahren zu leichten Anstiegen der Infektionszahlen, die 2023/24 in einen Ausbruch mündeten, der mit einer Inzidenz von 175:100000 sogar die Zahlen aus der Zeit vor der Impfung überschritt. Es war dies die größte Pertussisepidemie, die weltweit jemals in einem Surveillance-System erfasst worden war, so Schmid. Am stärksten betroffen war die Altersgruppe der Fünf- bis Neunjährigen. Ursache war das Sinken des Anteils der ausreichend Immunisierten in der Bevölkerung. Dies betrifft sowohl primär Empfängliche (i.e. Ungeimpfte) als auch sekundär Empfängliche, also Geimpfte, deren Impfschutz über die Jahre abgenommen hat. Nach einer Erhebung der nationalen Referenzzentrale für Pertussisserologie an der Medizinischen Universität Wien müssen rund 40% der österreichischen Bevölkerung als seronegativ eingestuft werden.

Die vier wichtigsten Virulenzfaktoren des Bakteriums sind in der azellulären Pertussisimpfung enthalten. Die größte Relevanz und leider auch die kürzeste immunogene Wirksamkeit hat dabei das Pertussistoxin, erläutert Schmid. Da die Erkrankung toxinmediiert ist, soll mit der Impfung eine Immunantwort induziert werden, die die Virulenzfaktoren und damit die Toxinbildung entscheidend hemmt. Die Pertussiserkrankung führt zu lokalen Gewebeschäden in den Atemwegen, kann jedoch auch systemische Effekte wie Hyperinsulinämie mit Hypoglykämie haben. Invasive, lebensbedrohliche Verläufe sind möglich. Das individuelle Risiko wird determiniert durch Immunitätsstatus und Komorbiditäten.

Pneumokokken: Impfstoffe mit immer breiterer Wirksamkeit

Hinter invasiven Pneumokokkeninfektionen können zahlreiche unterschiedliche Serotypen von Streptococcus pneumoniae stehen. Daher werden Impfstoffe mit einer immer breiteren Schutzwirkung entwickelt. In den Jahren 2002 bis 2009 wurden Kinder bis fünf Jahre mit dem siebenvalenten Konjugatimpfstoff PCV7 (PCV= „pneumococcal conjugate vaccine“) geimpft, ab 2012 kam die Impfung (mit PCV13) für Personen ab 50 Jahre hinzu. Erweiterungen folgten sowohl im Kinder- als auch im Erwachsenen-Impfprogramm.

Aktuell werden Kinder mit PCV15 geimpft, für Erwachsene ab 60 Jahre wurde 2024 eine sequenzielle Impfung mit PCV15/20 und dem Polysaccharid-Impfstoff PPSV23 (PPSV= „pneumococcal polysaccharide vaccine“) empfohlen. Seit 2025 steht als Teil des kostenlosen Erwachsenen-Impfprogramms für Personen ab 60 der Impfstoff PCV21 kostenlos zur Verfügung, der acht Serotypen umfasst, die bislang in keinem Impfstoff enthalten waren (15A, 15C, 16F, 23A, 23B, 24F, 31, 35B). Zur breiteren Abdeckung der Serotypen wird eine einmalige Impfung mit PCV21 auch Personen empfohlen, die zuvor mit anderen Impfstoffen geimpft wurden. Im kostenlosen Kinder-Impfprogramm ist eine Impfung mit PCV15 (2+1-Schema ab der vollendeten 6. Lebenswoche) vorgesehen. Insbesondere bei Kindern wurde mit diesem Impfprogramm seit Einführung von PCV10 im Jahr 2009 ein dramatischer Rückgang der invasiven Pneumokokkeninfektionen erreicht, so Schmid. Die von PCV10 abgedeckten Stämme sind mittlerweile fast eradiziert.

Das wichtigste Reservoir der Pneumokokken sind Kinder im Alter von unter fünf Jahren. Bis zu 80% dieser Population sind kolonisiert. Danach geht die Rate an Besiedelung auf rund 6% zurück, um im Alter wieder auf bis zu 10% anzusteigen. Im Falle der Pneumokokken spielen die Besiedelten für die Ausbreitung des Bakteriums eine größere Rolle als die akut Erkrankten. Daher sind Kleinkinder auch die wichtigste Zielgruppe für die Impfung, da sich auf diesem Weg auch populationsbasierte Effekte erzielen lassen. Für die Übergänge von der Besiedelung zur nichtinvasiven Erkrankung und von der nichtinvasiven zur invasiven Erkrankung sind Eigenschaften des jeweiligen Erregers von großer Bedeutung. So hängt die Tendenz zur Invasivität von serotypenspezifischen Virulenzfaktoren des Bakteriums ab. Beispielsweise ist Serotyp 8 als besonders invasiv bekannt. Im Nasopharynx konkurrieren Pneumokokken einerseits mit der residenten Flora, andererseits besteht aber auch Konkurrenz zwischen den verschiedenen Pneumokokken-Serotypen. Einfluss auf den Verlauf einer Infektion haben jedoch auch Risikofaktoren beim Wirt. Dies kann z.B. ein unreifes oder ein alterndes Immunsystem sein. Dementsprechend ist das Risiko einer invasiven Erkrankung auch bei Säuglingen und alten Menschen am höchsten.

Was von Impfstoffen erwartet wird

An Impfstoffe sowohl gegen Pertussis als auch gegen Pneumokokken ist eine Reihe von Forderungen zu stellen, wie Schmid ausführt. An erster Stelle stehen Sicherheit und Verträglichkeit, gefolgt von hoher Schutzwirksamkeit sowohl auf individueller Ebene als auch in der Population. Die Impfungen sollen Morbidität und Mortalität im Falle einer Erkrankung reduzieren bzw. eine Erkrankung oder Tod durch die Erkrankung überhaupt verhindern. Dabei kann auch eine Reduktion der Transmission erreicht werden. Ein weiteres Ziel ist im Falle der Pneumokokkenimpfung die Reduktion von Kolonisation bzw. Carriage, von der man einen direkten individuellen, darüber hinaus aber auch einen indirekten kollektiven Effekt erwarten kann. Durch die Reduktion des Erregerpools sind auch eine Abnahme der asymptomatischen Transmission und damit weniger Verbreitung in der Gesellschaft zu erwarten. Dies führt auch zu einer Abnahme von Morbidität und Mortalität bei Nichtgeimpften.

Ein besonderes Problem der Pneumokokkenimpfung stellt das Serotypen-Replacement dar: Sobald ein Serotyp durch Impfung zurückgedrängt wird, dringen andere Serotypen in die frei gewordene ökologische Nische vor. Dies kann letztlich den Gesamteffekt der Impfung schmälern oder gar zunichtemachen. Von einer Vakzine ist deshalb ein geringes Potenzial von Serotypen-Replacement zu fordern. Bei der Planung von Impfprogrammen gegen Pneumokokken ist daher zuallererst die Frage zu stellen, wie weit die aktuell zirkulierenden Serotypen durch die Impfung abgedeckt werden. Dies setzt gute Surveillance voraus, so Schmid. Nach Möglichkeit sollte von jeder invasiven Erkrankung ein Isolat für die Serotypisierung zur Verfügung stehen.

Mit komplexen Rechenmodellen simulierte Wirksamkeitsdaten

Weiters müssen Real-World-Daten zur Wirksamkeit verfügbar sein. Diese können durch einen Vergleich zwischen dem tatsächlichen Infektionsgeschehen und geschätzten Erkrankungszahlen in einer simulierten ungeimpften Bevölkerung mittels epidemiologischer Modelle errechnet werden. Effizienzdaten aus Zulassungsstudien sind zu den neueren Vakzinen aus ethischen Gründen nicht mehr verfügbar, Zulassungen basieren heute auf Immunogenitätsdaten im Vergleich zu bereits lizensierten Impfstoffen, aus denen auf die klinische Effektivität geschlossen wird. Zukünftige Effekte von Impfprogrammen werden mithilfe dynamischer Transmissionsmodelle, in die direkte und indirekte Effekte bisheriger Impfprogramme eingehen, simuliert.¹

Der Impfschutz sollte grundsätzlich möglichst lange anhalten – was insbesondere im Falle von Pertussis nur sehr eingeschränkt gegeben ist. Die Pertussisimpfung bietet starken Individualschutz vor Erkrankung und Hospitalisierung, der jedoch relativ rasch abnimmt. Bereits vier Jahre nach der Impfung zeigt sich eine beträchtliche Abnahme der Schutzwirkung. Die Impfung gegen Bordetella-Pertussis bietet keinen Schutz vor Kolonisation und damit keinen Kollektivschutz. Das Pertussisreservoir und die „silent transmission“ zwischen nicht erkrankten Personen bleiben trotz Impfung erhalten.

Es besteht also Bedarf an einem Impfstoff, der in der Lage ist, eine Th1/Th17-Immunantwort zu induzieren und damit mukosale Immunität durch T-Zellen zu generieren. Ein nasal zu applizierender Lebendimpfstoff, der diesen Anforderungen entsprechen soll, befindet sich in Entwicklung.² Nicht zuletzt weist Schmid auch auf eine weitere Anforderung an Impfstoffe hin: Das Impfschema sollte gut annehmbar sein, um die Compliance in der Bevölkerung nicht zu gefährden.