Covid-19 mRNA vaktsiinid võitsid 2023. aasta Nobeli meditsiiniauhinna | Quanta ajakiri

Nobeli komitee andis 2023. aasta Nobeli füsioloogia- või meditsiiniauhinna Katalin Karikó ja Drew Weissman teedrajava töö eest mRNA vaktsiinitehnoloogia väljatöötamisel, mis võimaldas õigeaegselt reageerida vaktsiiniga Covid-19 pandeemiale. SARS-CoV-2 viiruse vastastele vaktsiinidele omistatakse pandeemia leviku pidurdamist ja säästmist 14.4 miljonit ja 19.8 miljonit inimelu vaid nende kasutamise esimesel aastal; mRNA vaktsiinid mängisid selles saavutuses suurt rolli.

Aastakümneid on teadlased kogu maailmast tegelenud mRNA (messenger RNA) kasutamisega meditsiinis. Rakud kasutavad loomulikult geneetilisel DNA-l põhinevat mRNA-d valkude valmistamise juhisteks. Teadlaste eesmärk oli töötada välja vahendid uute mRNA järjestuste loomiseks - näiteks viirusvalke kodeerivate - laboris ja seejärel viia need mRNA molekulid rakkudesse. Seejärel tõlgivad rakud need mRNA järjestused viirusvalkudeks, hoiatades seeläbi immuunsüsteemi nii, et see kaitseks viiruse vastu. Tegelikult muudab mRNA vaktsiin rakud viirusvalkude tehasteks, et võidelda viiruslike ründajate vastu.

Kuid esimesed katsed kasutada mRNA-d immuunvastuse tekitamiseks ebaõnnestusid, kuna rakud tundsid sissetungitud mRNA molekulid liiga kergesti sissetungijatena ära ja hävitasid need.

2005. aastal Pennsylvania ülikoolis koos töötades Karikó ja Weissman avastasin viis mRNA molekulide nukleotiidjärjestust veidi kohandada, et nad saaksid hiilida mööda rakulist immuunseiret ja vältida massilise põletikulise reaktsiooni esilekutsumist. Nad ilmusid edasi 2008 ja 2010 et modifitseeritud mRNA molekulid võivad toota kõrgel tasemel valke. Need läbimurded muutsid mRNA tehnoloogia ohutute ja tõhusate vaktsiinide loomiseks kasutatavaks.

15 aastaga said meetodid ülemaailmsel areenil end tõestanud. 2021. aasta alguseks, vaevalt aasta pärast Covid-19 pandeemia esimest puhkemist kogu maailmas, olid mitmed ravimiettevõtted kasutanud Karikó ja Weissmani mRNA tööriistu viirusevastaste vaktsiinide väljatöötamiseks. Pandeemia oli vaktsiinide kontseptsiooni tõend ja nende edu aitas maailma välja tuua pandeemia kõige surmavamast faasist.

Karikó ja Weissmani avastused "muutsid põhimõtteliselt meie arusaama sellest, kuidas mRNA suhtleb meie immuunsüsteemiga ja avaldasid hiljutise Covid-19 pandeemia ajal meie ühiskonnale suurt mõju," ütles Nobeli komitee liige Rickard Sandberg tänahommikuses teadaandes. Vaktsiinid, nii tavapärased kui ka mRNA-sordid, "on päästnud miljoneid elusid, hoidnud ära raske Covid-19 leviku, vähendanud üldist haiguskoormust ja võimaldanud ühiskondadel uuesti avaneda."

Mis on mRNA?

Messenger RNA on üks geneetilise koodi ahel, mida rakk kasutab valkude valmistamise juhistena. Need mRNA molekulid on rakkudes natiivsed ja on igapäevaste rakufunktsioonide põhiosad: need on sõnumitoojad, mis viivad transkribeeritud DNA järjestused kaitstud tuumast välja raku tsütoplasmasse, kus organellid, mida nimetatakse ribosoomideks, saavad neid valkudeks tõlkida. Ribosoom loeb ahelat, tõlkides geneetiliste tähtede rühmad aminohapete järjestusteks. Saadud pikk aminohapete jada volditakse seejärel sobivaks valguks.

Kuidas mRNA Covid-19 vaktsiinid töötavad?

Teadlased on õppinud kirjutama mRNA koodi, et moodustada uusi valke – sealhulgas valke, mis aitavad rakkudel ära tunda viirusi, mida nad pole kunagi näinud. Nobeli preemia laureaatide välja töötatud mRNA tehnoloogia laenab rakkude valkude valmistamise masinaid, indutseerides rakke tootma viirusvalke, mis käivitavad immuunsüsteemi teatud viiruse äratundmiseks, kui nad sellega hiljem kokku puutuvad.

Lipiidide nanoosakeste kapslite sees olevatesse rakkudesse smugeldatuna annavad mRNA elemendid retsepti SARS-CoV-2 "spike" valgu valmistamiseks, mida leidub viiruse välispinnal. Seejärel kasutavad rakud neid juhiseid piigivalgu tootmiseks, nagu oleksid nad nakatunud tõelise viirusega. See on nagu immuunsuse harjutamise voor: mRNA käivitab immuunsüsteemi, et tuvastada tegelik SARS-CoV-2 spike-valk, nii et kui inimene hiljem viirusega kokku puutub, hakkab immuunsüsteem kiiresti meelde, kuidas vastus selle vastu võitlemiseks.

Mis oli läbimurre, mis viis vaktsiinide eduni?

2000. aastate alguses oli mRNA tehnoloogia peamiseks takistuseks see, et see vallandas rakkudes suure põletikulise reaktsiooni. Rakud tundsid sissetoodud mRNA-d ära võõrmaterjalina ja püüdsid sellest vabaneda, pannes rakukaitsesüsteemid ülekäigurajale. Olles mõistnud, et rakud muudavad sageli omaenda natiivset mRNA-d, otsustasid Karikó ja Weissman vaadata, mis juhtuks, kui nad kohandaksid veidi ka sisestatava mRNA geneetilist koodi.

2005. aastal avaldatud läbimurdeavastuses teatasid nad, et põletikuline reaktsioon oli täielikult kadunud. Järgnevatel aastatel näitasid nad, et sellised näpunäited võivad oluliselt suurendada ka valkude arvu, mida rakud võivad mRNA järjestuse põhjal toota.

Kas enne pandeemiat kasutati haiguste vastu võitlemiseks mRNA vaktsiine?

Mitmed ettevõtted ja teadlased katsetasid enne pandeemiat mRNA vaktsiinide lubadust võidelda selliste viirustega nagu Zika ja MERS-CoV, mis on sarnane SARS-CoV-2-ga. Kuid ükski vaktsiin ei olnud 2020. aasta seisuga, kui Covid-19 pandeemia puhkes, avalikuks kasutamiseks heaks kiidetud. MRNA vaktsiinide edukas kasutuselevõtt pandeemia ajal tõestas tehnoloogia kontseptsiooni ja sai hüppelauaks selle kasutamise julgustamisel teiste haiguste ennetamiseks või raviks.

Millised on mRNA vaktsiinide eelised võrreldes traditsioonilisematega?

MRNA vaktsiinide lubadus on see, et neid saab lihtsalt ja kiiresti välja töötada. Tavaliselt kulub teadlastel rohkem aega – aastate jooksul – traditsiooniliste vaktsiinide loomiseks ja testimiseks, mis on sageli tõelise viiruse nõrgestatud või denatureeritud versioon. Ja isegi pärast traditsioonilise vaktsiini väljatöötamist peavad teadlased kõrvaldama teise takistuse – õppima, kuidas laboris suures koguses viirust või valku kasvatada –, enne kui nad saavad vaktsiini toota massiliselt, mis on vajalik miljonite või miljardite inimeste immuniseerimiseks.

2020. aastal, niipea kui teadlased avaldasid SARS-CoV-2 piigivalgu struktuuri ja geneetilise koodi, asusid teadlased tööle. Mitme kuu jooksul olid farmaatsiahiiud Pfizer ja Moderna kasutanud mRNA tehnoloogiat viiruse vastu immuniseerivate vaktsiinide väljatöötamiseks. Nad suutsid kiiresti massiliselt toota mRNA vaktsiini, viia läbi kliinilisi uuringuid, et tõestada, et vaktsiinid on ohutud ja tõhusad, ning seejärel anda avalikkusele esimesed torked 2021. aasta kevadeks. See oli võimalik, kuna mRNA tööriistu saab kasutada laiaulatusliku vaktsiini genereerimiseks. mitmesuguseid valke, ilma et oleks vaja kasvatada uusi meetodeid viiruste massiliseks kasvatamiseks.

Kuidas mRNA vaktsiine nüüd kasutatakse?

Nagu Sandberg märkis Nobeli preemia väljakuulutamisel: "Edukad mRNA vaktsiinid Covid-19 vastu on avaldanud tohutut mõju huvile mRNA-põhiste tehnoloogiate vastu." mRNA tehnoloogiaid kasutatakse nüüd terapeutiliste valgu kohaletoimetamise süsteemide ja vähiravi, samuti muude nakkushaiguste vastaste vaktsiinide väljatöötamiseks.