Covid-19-mRNA-rokotteet voittivat lääketieteen Nobel-palkinnon 2023 | Quanta-lehti

Nobel-komitea on myöntänyt vuoden 2023 fysiologian tai lääketieteen Nobel-palkinnon Katalin Kariko ja Drew Weissman uraauurtavasta työstään mRNA-rokoteteknologian kehittämisessä, joka mahdollisti oikea-aikaisen rokotevasteen Covid-19-pandemiaan. SARS-CoV-2-virusta vastaan ​​annettujen rokotteiden ansioksi on tunnustettu pandemian leviämisen hillitseminen ja säästöjä 14.4 miljoonaa ja 19.8 miljoonaa ihmistä vain ensimmäisen käyttövuoden aikana; mRNA-rokotteilla oli tärkeä rooli tässä saavutuksessa.

Vuosikymmenten ajan tutkijat ympäri maailmaa pyrkivät käyttämään mRNA:ta (lähetti-RNA:ta) lääketieteessä. Solut käyttävät luonnostaan ​​geneettiseen DNA:han perustuvaa mRNA:ta ohjeina proteiinien valmistukseen. Tutkijat pyrkivät kehittämään työkaluja uusien mRNA-sekvenssejen luomiseen - esimerkiksi virusproteiineja koodaaviin - laboratoriossa ja sitten viedä nämä mRNA-molekyylit soluihin. Solut kääntäisivät sitten nämä mRNA-sekvenssit virusproteiineiksi, mikä varoittaa immuunijärjestelmää, jotta se muodostaisi suojan virusta vastaan. Itse asiassa mRNA-rokote muuttaa solut virusproteiinien tehtaiksi strategiana virushyökkääjiä vastaan.

Ensimmäiset yritykset käyttää mRNA:ta immuunivasteen tuottamiseen epäonnistuivat, koska solut tunnistivat liian helposti tuodut mRNA-molekyylit hyökkääjiksi ja tuhosivat ne.

Vuonna 2005 Karikó ja Weissman työskennelleet yhdessä Pennsylvanian yliopistossa löysi tapa säätää hieman mRNA-molekyylien nukleotidisekvenssiä, jotta ne voisivat hiipiä soluimmuunivalvonnan ohi ja välttää massiivisen tulehdusvasteen käynnistämisen. He jatkoivat esiintymistä 2008 ja 2010 että muunnetut mRNA-molekyylit voivat tuottaa korkeita proteiineja. Nämä läpimurrot tekivät mRNA-teknologiasta käyttökelpoisen turvallisten ja tehokkaiden rokotteiden luomiseen.

15 vuodessa menetelmät testattiin maailmanlaajuisesti. Vuoden 2021 alkuun mennessä, tuskin vuosi sen jälkeen, kun Covid-19-pandemia puhkesi ensimmäisen kerran ympäri maailmaa, useat lääkeyhtiöt olivat käyttäneet Karikón ja Weissmanin mRNA-työkaluja rokotteiden levittämiseen virusta vastaan. Pandemia toimi todisteena rokotteiden konseptista, ja niiden menestys auttoi vetämään maailman pois pandemian tappavimmasta vaiheesta.

Karikó ja Weissmanin löydöt "muuttivat pohjimmiltaan ymmärrystämme mRNA:n vuorovaikutuksesta immuunijärjestelmämme kanssa ja niillä oli suuri vaikutus yhteiskuntaamme äskettäisen Covid-19-pandemian aikana", sanoi Nobel-komitean jäsen Rickard Sandberg tämänaamuisen ilmoituksen aikana. Rokotteet, sekä perinteiset että mRNA-lajikkeet, "ovat pelastaneet miljoonia ihmishenkiä, estäneet vakavan Covid-19:n, vähentäneet yleistä tautitaakkaa ja mahdollistaneet yhteiskuntien avautumisen uudelleen".

Mikä on mRNA?

Viesti-RNA on yksijuosteinen geneettinen koodi, jota solu käyttää ohjeina proteiinien valmistamiseen. Nämä mRNA-molekyylit ovat natiivia soluille ja ovat keskeisiä osia jokapäiväisissä solutoiminnoissa: Ne ovat lähettiläitä, jotka kuljettavat transkriptoituja DNA-sekvenssejä pois suojatusta tumasta solun sytoplasmaan, missä ne voidaan kääntää proteiineihin organellien, joita kutsutaan ribosomeiksi, avulla. Ribosomi lukee juosteen ja muuttaa geneettisten kirjainten ryhmittymiä aminohapposekvensseiksi. Tuloksena oleva pitkä aminohapposarja taittuu sitten sopivaksi proteiiniksi.

Kuinka mRNA Covid-19 -rokotteet toimivat?

Tutkijat ovat oppineet kirjoittamaan mRNA-koodia uusien proteiinien muodostamiseksi – mukaan lukien proteiinit, jotka voivat auttaa soluja tunnistamaan viruksia, joita he eivät ole koskaan nähneet. Nobel-palkinnon saajien kehittämä mRNA-tekniikka lainaa solujen proteiininvalmistuskoneistoa, mikä saa solut tuottamaan virusproteiineja, jotka käynnistävät immuunijärjestelmän tunnistamaan tietyn viruksen, jos ne kohtaavat sen myöhemmin.

Kun mRNA-elementit salakuljetetaan lipidinanohiukkaskapseleiden sisällä oleviin soluihin, ne antavat reseptin viruksen ulkopinnalta löytyvän SARS-CoV-2-piikkiproteiinin valmistamiseksi. Sitten solut käyttävät näitä ohjeita tuottamaan piikkiproteiinia ikään kuin ne olisivat saaneet todellisen viruksen tartunnan. Se on kuin immuniteettiharjoituskierros: mRNA pohjustaa immuunijärjestelmää tunnistamaan todellisen SARS-CoV-2-piikkiproteiinin, joten jos henkilö myöhemmin altistuu virukselle, immuunijärjestelmä "muistaa" nopeasti kuinka saada vastaus taistella sitä vastaan.

Mikä oli läpimurto, joka johti rokotteiden menestykseen?

2000-luvun alussa merkittävä este mRNA-teknologialle oli, että se laukaisi suuren tulehdusvasteen soluissa. Solut tunnistivat tuodun mRNA:n vieraaksi materiaaliksi ja yrittivät päästä siitä eroon, mikä sai solujen puolustusjärjestelmät ylivoimaan. Tajuttuaan, että solut usein muokkaavat omaa natiivia mRNA:taan, Karikó ja Weissman päättivät katsoa, ​​mitä tapahtuisi, jos he myös hieman muuttaisivat tuomansa mRNA:n geneettistä koodia.

Vuonna 2005 julkaistussa läpimurtolöydössä he raportoivat, että tulehduksellinen vaste oli kadonnut. Seuraavina vuosina he osoittivat, että tällaiset säädöt voivat myös lisätä huomattavasti niiden proteiinien määrää, joita solut pystyivät valmistamaan mRNA-sekvenssin perusteella.

Käytettiinkö mRNA-rokotteita sairauksien torjumiseen ennen pandemiaa?

Useat yritykset ja tutkijat testasivat ennen pandemiaa mRNA-rokotteiden lupauksia torjua viruksia, kuten Zika ja MERS-CoV, joka on samanlainen kuin SARS-CoV-2. Mikään rokotteista ei kuitenkaan ollut hyväksytty julkiseen käyttöön vuoteen 2020 mennessä, jolloin Covid-19-pandemia puhkesi. Onnistunut mRNA-rokotteiden käyttöönotto pandemian aikana osoitti teknologian idean ja siitä tuli ponnahduslauta, jolla rohkaistaan ​​sen käyttöä muiden sairauksien ehkäisyyn tai hoitoon.

Mitä hyötyä mRNA-rokotteista on perinteisempiin verrattuna?

mRNA-rokotteiden lupaus on, että ne voidaan kehittää helposti ja nopeasti. Tutkijoilta kuluu tyypillisesti enemmän aikaa – vuosien mittakaavassa – perinteisten rokotteiden luomiseen ja testaamiseen, jotka ovat usein heikennetty tai denaturoitu versio todellisesta viruksesta. Ja jopa sen jälkeen, kun perinteinen rokote on kehitetty, tutkijoiden on poistettava toinen este – opittava kasvattamaan suuria määriä virusta tai proteiinia laboratoriossa – ennen kuin he voivat tuottaa rokotteen massamittakaavassa, joka tarvitaan miljoonien tai miljardien ihmisten immunisoimiseen.

Vuonna 2020, kun tutkijat julkaisivat SARS-CoV-2-piikkiproteiinin rakenteen ja geneettisen koodin, tutkijat ryhtyivät työhön. Lääkejättiläiset Pfizer ja Moderna olivat muutaman kuukauden sisällä kehittäneet mRNA-teknologiaa rokotteita, jotka immunisoivat virusta vastaan. He pystyivät valmistamaan nopeasti massatuotantoa mRNA-rokotteen, johtamaan kliinisiä tutkimuksia osoittaakseen, että rokotteet olivat turvallisia ja tehokkaita, ja antamaan sitten ensimmäiset pistokset yleisölle kevääseen 2021 mennessä. Tämä oli mahdollista, koska mRNA-työkaluilla voidaan luoda laaja erilaisia ​​proteiineja ilman tarvetta viljellä uusia menetelmiä virusten kasvattamiseksi massamittakaavassa.

Miten mRNA-rokotteita käytetään nyt?

Kuten Sandberg huomautti lausunnossaan Nobel-palkinnon julkistamisessa: "Onnistuneilla mRNA-rokotteilla Covid-19:ää vastaan ​​on ollut valtava vaikutus kiinnostukseen mRNA-pohjaisia ​​teknologioita kohtaan." mRNA-teknologioita käytetään nyt terapeuttisten proteiininkuljetusjärjestelmien ja syövänhoitojen sekä rokotteiden kehittämiseen muita tartuntatauteja vastaan.