Covid-19 mRNA-vacciner vinder Nobelprisen i medicin 2023 | Quanta Magasinet

Nobelkomiteen har tildelt 2023 Nobelprisen i fysiologi eller medicin til Katalin Kariko , Drew Weissman for deres banebrydende arbejde i udviklingen af ​​mRNA-vaccineteknologi, som muliggjorde en rettidig vaccinerespons på Covid-19-pandemien. Vacciner mod SARS-CoV-2-virussen er krediteret for at være med til at bremse spredningen af ​​pandemien og med at spare mellem kl. 14.4 millioner og 19.8 millioner liv i blot det første år af deres brug; mRNA-vacciner spillede en stor rolle i denne præstation.

I årtier forfulgte forskere fra hele verden brugen af ​​mRNA (budbringer-RNA) i medicin. Celler bruger naturligt mRNA, baseret på genetisk DNA, som instruktioner til fremstilling af proteiner. Forskere havde til formål at udvikle værktøjer til at skabe nye mRNA-sekvenser - dem, der koder for virale proteiner, for eksempel - i laboratoriet og derefter introducere disse mRNA-molekyler i celler. Cellerne ville derefter oversætte disse mRNA-sekvenser til virale proteiner og derved advare immunsystemet, så det ville montere et forsvar mod virussen. Faktisk gør mRNA-vaccinen celler til fabrikker for virale proteiner som en strategi til at bekæmpe virale angribere.

De første forsøg på at bruge mRNA til at producere et immunrespons mislykkedes imidlertid, fordi cellerne for let genkendte de indførte mRNA-molekyler som angribere og ødelagde dem.

I 2005, mens de arbejdede sammen på University of Pennsylvania, Karikó og Weissman opdaget en måde at justere nukleotidsekvensen af ​​mRNA-molekylerne lidt, så de kunne snige sig forbi cellulær immunovervågning og undgå at sparke et massivt inflammatorisk respons i gang. De fortsatte med at vise sig ind 2008 , 2010 at modificerede mRNA-molekyler kunne producere høje niveauer af proteiner. Disse gennembrud gjorde mRNA-teknologi anvendelig til at skabe sikre og effektive vacciner.

Inden for 15 år blev metoderne bevist på den globale scene. I begyndelsen af ​​2021, knap et år efter, at Covid-19-pandemien først brød ud over hele verden, havde flere medicinalfirmaer brugt Karikó og Weissmans mRNA-værktøjer til at udrulle vacciner mod virussen. Pandemien fungerede som et proof of concept for vaccinerne, og deres succes hjalp med at trække verden ud af pandemiens mest dødelige fase.

Karikó og Weissmans opdagelser "ændrede fundamentalt vores forståelse af, hvordan mRNA interagerer med vores immunsystem og havde en stor indflydelse på vores samfund under den nylige Covid-19-pandemi," sagde Rickard Sandberg, medlem af Nobelkomiteen, under denne morgens meddelelse. Vacciner, både af de konventionelle og mRNA-varianter, "har reddet millioner af liv, forhindret alvorlig Covid-19, reduceret den samlede sygdomsbyrde og gjort det muligt for samfund at åbne op igen."

Hvad er mRNA?

Messenger-RNA er en enkelt streng af genetisk kode, som cellen bruger som instruktioner til at lave proteiner. Disse mRNA-molekyler er hjemmehørende i celler og er nøgledele af hverdagens cellulære funktioner: De er budbringere, der bærer transskriberede DNA-sekvenser ud af den beskyttede kerne og ind i cellecytoplasmaet, hvor de kan oversættes til proteiner af organellerne kaldet ribosomer. Et ribosom læser strengen og oversætter grupper af genetiske bogstaver til sekvenser af aminosyrer. Den lange række af aminosyrer, der resulterer, foldes derefter til det passende protein.

Hvordan virker mRNA Covid-19-vacciner?

Forskere har lært at skrive mRNA-kode for at danne nye proteiner - inklusive proteiner, der kan hjælpe celler med at genkende vira, de aldrig har set. Den mRNA-teknologi, der er udviklet af nobelprisvinderne, låner cellernes proteinfremstillingsmaskineri, hvilket får cellerne til at producere virale proteiner, der sætter immunsystemet klar til at genkende en given virus, hvis de støder på den senere.

Når de smugles ind i celler inde i lipid-nanopartikelkapsler, leverer mRNA-elementerne opskriften på fremstilling af SARS-CoV-2 "spike"-proteinet, som findes på den udvendige overflade af virussen. Celler bruger derefter disse instruktioner til at producere spidsproteinet, som om de var blevet inficeret med den rigtige virus. Det er som en runde med immunitetsøvelser: mRNA'et sætter immunsystemet i stand til at genkende et faktisk SARS-CoV-2-spidsprotein, så hvis en person senere udsættes for virussen, vil immunsystemet hurtigt "huske", hvordan man sparker en svar for at bekæmpe det.

Hvad var det gennembrud, der førte til vaccinernes succes?

I begyndelsen af ​​2000'erne var en stor hindring for mRNA-teknologien, at den udløste en større inflammatorisk reaktion i celler. Celler genkendte det indførte mRNA som fremmed materiale og forsøgte at slippe af med det, hvilket satte cellulære forsvarssystemer i overdrev. Efter at have indset, at celler ofte modificerer deres eget native mRNA, besluttede Karikó og Weissman at se, hvad der ville ske, hvis de også en smule justerede den genetiske kode for det mRNA, de introducerede.

I en banebrydende opdagelse offentliggjort i 2005 rapporterede de, at den inflammatoriske reaktion næsten var forsvundet. I årene efter viste de, at sådanne tweaks også i høj grad kunne øge antallet af proteiner, som cellerne kunne lave baseret på mRNA-sekvensen.

Blev mRNA-vacciner brugt til at bekæmpe sygdomme før pandemien?

En række virksomheder og forskere testede løftet om mRNA-vacciner forud for pandemien for at bekæmpe vira som Zika og MERS-CoV, som ligner SARS-CoV-2. Men ingen af ​​vaccinerne var blevet godkendt til offentlig brug i 2020, da Covid-19-pandemien brød ud. Den vellykkede udbredelse af mRNA-vacciner under pandemien beviste teknologiens koncept og blev et springbræt til at opmuntre til at bruge den til at forebygge eller behandle andre lidelser.

Hvad er fordelene ved mRNA-vacciner i forhold til mere traditionelle?

Løftet med mRNA-vacciner er, at de kan udvikles nemt og hurtigt. Det tager typisk mere tid - på en tidsskala af år - for forskere at skabe og teste traditionelle vacciner, som ofte er en svækket eller denatureret version af en rigtig virus. Og selv efter at en traditionel vaccine er udviklet, skal forskerne rydde en anden hindring - lære at dyrke store mængder virus eller protein i laboratoriet - før de kan producere vaccinen i den masseskala, der kræves for at immunisere millioner eller milliarder af mennesker.

I 2020, så snart forskere offentliggjorde strukturen og den genetiske kode for SARS-CoV-2-spidsproteinet, gik forskerne i gang. Inden for flere måneder havde medicinalgiganterne Pfizer og Moderna brugt mRNA-teknologi til at udvikle vacciner, der immuniserede mod virussen. De var i stand til hurtigt at masseproducere mRNA-vaccine, lede kliniske forsøg for at bevise, at vaccinerne var sikre og effektive, og derefter administrere de første jabs til offentligheden i foråret 2021. Dette var muligt, fordi mRNA-værktøjer kan bruges til at generere en bred forskellige proteiner uden behov for at dyrke nye metoder til at dyrke vira i masseskala.

Hvordan vil mRNA-vacciner blive brugt nu?

Som Sandberg bemærkede i sine bemærkninger ved offentliggørelsen af ​​Nobelprisen, "De vellykkede mRNA-vacciner mod Covid-19 har haft en enorm indflydelse på interessen for mRNA-baserede teknologier." mRNA-teknologier bliver nu brugt til at udvikle terapeutiske proteinleveringssystemer og kræftbehandlinger samt vacciner mod andre infektionssygdomme.