Impfstoff aus dem Pulver: Bioproduktion für den Globalen Süden

Als Ende 2020 die ersten COVID-19-Impfstoffe in Europa und den USA verteilt wurden, benötigte der BioNTech/Pfizer-Impfstoff Temperaturen von bis zu minus 70 Grad, für weite Teile Afrikas unmöglich. Der Kontinent hatte am Ende des Jahres eine der niedrigsten Vollimpfungsquoten weltweit, während in Europa und den USA bereits Auffrischungsimpfungen liefen. Ein Forschungsteam der Universität Toronto hat jetzt erprobt, ob Impfstoffe stattdessen dezentral hergestellt werden können: Das MANGO-Gerät produziert Proteine aus gefriergetrocknetem Pulver, ohne Netzstrom und ohne Kühlkette und wurde an zehn Standorten in sieben Ländern erprobt.

1961: Geburt der zellfreien Proteinsynthese

Das Prinzip geht auf ein Experiment aus dem Jahr 1961 zurück. Marshall Nirenberg und J. Heinrich Matthaei entnahmen Bakterienzellen ihre innere Maschinerie, Ribosomen, Polymerasen und Energieträger und stellten fest: Diese Komponenten produzierten Proteine auch außerhalb einer lebenden Zelle. Mit diesem zellfreien System entschlüsselten die beiden Forscher das erste Codon des genetischen Codes, die Triplett-Sequenz UUU für die Aminosäure Phenylalanin. Nirenberg erhielt 1968 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

Sechs Jahrzehnte später rückt das Verfahren als Produktionstechnologie in den Vordergrund. Zellfreie Proteinsynthese braucht keine lebenden Organismen, keine Fermentationsbehälter und keine Kühlkette für die Rohstoffe. Keith Pardees Forschungsgruppe an der Leslie L. Dan Faculty of Pharmacy der Universität Toronto hat daraus ein portables Gerät gebaut: MANGO, kurz für Manufacturing on the Go.

2020: COVID macht den Systemfehler sichtbar

Die COVID-19-Pandemie zeigte, welche Konsequenzen die Zentralisierung der Impfstoffproduktion hat. Wenige Hersteller in den USA und Deutschland produzierten die weltweit nachgefragtesten Impfstoffe. Lufttransport in Kühlcontainern, Lagerung in Gefrierschränken und begrenzte lokale Kapazitäten wurden zum Engpass. Reiche Länder kauften Kontingente im Voraus, ärmere Länder warteten.

Lösungsversuche für diese Art von Problem gab es schon früher. Der 2010 eingeführte Meningitis-A-Impfstoff MenAfriVac war der erste Impfstoff weltweit, der ab Oktober 2012 offiziell außerhalb der durchgehenden Kühlkette transportiert werden durfte: bis zu vier Tage bei 40 Grad. Über 350 Millionen Menschen im afrikanischen Meningitisgürtel wurden damit geimpft, Meningitis-A-Epidemien sind in der Region seither nahezu verschwunden. Produziert wurde MenAfriVac trotzdem in einer Fabrik in Indien.

Das MANGO-Konzept adressiert die nächste Ebene: nicht bessere Logistik für zentralisierte Produktion, sondern dezentrale Produktion selbst.

2026: MANGO an zehn Standorten der Welt

Das Gerät enthält gefriergetrocknete Extrakte aus Bakterienzellen, unter anderem Ribosomen, Polymerasen, Transfer-RNA-Moleküle und Energieträger. Ähnlich wie Instantkaffee werden die Komponenten mit Wasser reaktiviert. Ein computergesteuertes Pumpen- und Ventilsystem steuert Synthese und Aufreinigung des gewünschten Proteins. Für einfache Schritte reicht eine handgekurbelte Zentrifuge.

Im Mai 2026 berichtete das Pardee-Team in Science Advances über den Einsatz des Geräts an zehn Standorten in sieben Ländern: Kanada, USA, Brasilien, Kolumbien, Chile, Indien und weiteren Laboren. In Recife und Bogotá wurden RT-LAMP-Enzyme für Diagnosetests hergestellt, die Infektionskrankheiten wie Zika, Dengue und Chikungunya nachweisen. Solche Enzyme waren bisher auf Lieferungen aus gut ausgestatteten Laboren angewiesen. Die Qualität des MANGO-Produkts war laut der Studie mit kommerziellen Goldstandards vergleichbar.

Im Vergleich: Was dezentrale Diagnostik schon geleistet hat

Wie viel dezentrale molekularbiologische Werkzeuge bewirken können, zeigt das GeneXpert-Gerät von Cepheid. Seit der WHO-Empfehlung 2010 für den Xpert MTB/RIF-Test macht es eine zuverlässige Tuberkulose-Diagnose außerhalb von Referenzlaboren möglich. Vor diesem Test dauerte eine sichere TB-Diagnose in Ländern ohne Laborinfrastruktur Wochen bis Monate. Über 130 Länder nutzen das Gerät heute laut WHO.

Was MANGO versucht, geht über Diagnostik hinaus: nicht nur Nachweistests, sondern Produktionswerkzeuge für biologische Wirkstoffe. Bisher hat kein portables Gerät einen Impfstoff für den klinischen Einsatz in einer Situation produziert, in der keine zentrale Fabrik zur Verfügung stand. Das MANGO-Team zielt zunächst auf diagnostische Enzyme und Forschungsproteine ab. Ob der nächste Schritt, die dezentrale Herstellung von Impfstoffkandidaten, gelingt, ist eine noch nicht beantwortete Frage.

Drei Hürden bis zum breiten Einsatz

Die Pilotstandorte zeigen, dass das Prinzip technisch funktioniert. Bis zu einem breit zugänglichen Einsatz bleiben drei Hürden.

Regulierung: Jedes lokal produzierte Diagnostikum und jeder Impfstoffkandidat braucht eine behördliche Zulassung. Nationale und internationale Aufsichtsbehörden haben bisher keine standardisierten Verfahren für dezentral produzierte biologische Wirkstoffe. Die Frage, wie ein Enzym aus einem MANGO-Gerät in Recife zertifiziert wird, ist offen.

Wissenstransfer: Das Gerät soll ohne spezialisierte molekularbiologische Ausbildung bedienbar sein. Pardee betont, dass vereinfachte Protokolle und quelloffene Software entwickelt wurden. Die Einführung vor Ort erfordert aber geschultes Personal und Zeit.

Finanzierung: Die US-amerikanische National Science Foundation fördert zellfreie Systeme in der Biomedizin über ihr CFIRE-Programm mit 40 Millionen Dollar, bewilligt 2024. Für einen globalen Rollout wäre ein Vielfaches davon nötig, verbunden mit dem Interesse internationaler Gesundheitsorganisationen wie GAVI oder CEPI, dezentrale Produktion als reguläre Option anzuerkennen.