A Covid-19 mRNS vakcinák elnyerték a 2023-as orvosi Nobel-díjat | Quanta Magazin

A Nobel-bizottság a 2023-as fiziológiai és orvosi Nobel-díjat a következőnek ítélte oda Karikó Katalin és a Drew Weissman úttörő munkájukért az mRNS-vakcina-technológia fejlesztésében, amely lehetővé tette a Covid-19 világjárványra adott időben történő oltóanyag-választ. A SARS-CoV-2 vírus elleni vakcinák nevéhez fűződnek a járvány terjedésének megfékezésében és a közötti megtakarításban. 14.4 millió és 19.8 millió életet használatuk első évében; Az mRNS-vakcinák fontos szerepet játszottak ebben a teljesítményben.

A tudósok a világ minden tájáról évtizedeken keresztül törekedtek az mRNS (hírvivő RNS) felhasználására az orvostudományban. A sejtek természetesen genetikai DNS-en alapuló mRNS-t használnak a fehérjék előállításához. A kutatók arra törekedtek, hogy olyan eszközöket fejlesszenek ki, amelyek segítségével új mRNS-szekvenciákat hozhatnak létre – például olyanokat, amelyek vírusfehérjéket kódolnak – a laboratóriumban, majd ezeket az mRNS-molekulákat a sejtekbe juttatják. A sejtek ezután ezeket az mRNS-szekvenciákat vírusfehérjékké fordítják, ezáltal riasztják az immunrendszert, hogy védekezzen a vírus ellen. Valójában az mRNS vakcina a sejteket vírusfehérjék gyáraivá változtatja a vírustámadók elleni küzdelem stratégiájaként.

Azonban az első kísérletek, amelyek az mRNS-t immunválasz kiváltására vonatkoztatták, kudarcot vallottak, mert a sejtek túlságosan könnyen felismerték a bejuttatott mRNS-molekulákat, mint betolakodókat, és elpusztították azokat.

2005-ben a Pennsylvaniai Egyetemen dolgozott együtt Karikó és Weissman felfedezett egy mód az mRNS-molekulák nukleotidszekvenciájának enyhe módosítására annak érdekében, hogy elkerüljék a sejtes immunrendszer felügyeletét, és elkerüljék a hatalmas gyulladásos válasz kiváltását. Továbbra is megjelentek 2008 és a 2010 hogy a módosított mRNS-molekulák nagy mennyiségű fehérjét termelhetnek. Ezek az áttörések az mRNS technológiát használhatóvá tették biztonságos és hatékony vakcinák létrehozására.

15 év alatt a módszerek a globális színtéren beváltak. 2021 elejére, alig egy évvel azután, hogy a Covid-19 világjárvány először kirobbant világszerte, számos gyógyszergyár használta Karikó és Weissman mRNS-eszközeit a vírus elleni vakcinák kidolgozására. A világjárvány a vakcinák koncepciójának bizonyítékaként szolgált, és sikerük segített kirántani a világot a világjárvány leghalálosabb szakaszából.

Karikó és Weissman felfedezései „alapvetően megváltoztatták azt a felfogásunkat, hogy az mRNS hogyan kölcsönhatásba lép az immunrendszerünkkel, és jelentős hatással voltak társadalmunkra a közelmúltbeli Covid-19 világjárvány idején” – mondta Rickard Sandberg, a Nobel-bizottság tagja a ma reggeli bejelentésben. Az oltások, mind a hagyományos, mind az mRNS-fajták, „életek millióit mentették meg, megelőzték a súlyos Covid-19-et, csökkentették az általános betegségek terhét, és lehetővé tették a társadalmak újbóli nyitását”.

Mi az mRNS?

A hírvivő RNS a genetikai kód egyetlen szála, amelyet a sejt a fehérjék előállításához használ utasításként. Ezek az mRNS-molekulák a sejtekben natívak, és a mindennapi sejtfunkciók kulcsfontosságú részei: ők azok a hírvivők, amelyek átírt DNS-szekvenciákat szállítanak ki a védett sejtmagból a sejt citoplazmájába, ahol a riboszómák nevű organellák segítségével fehérjékké fordíthatók. A riboszóma beolvassa a szálat, és a genetikai betűk csoportjait aminosavszekvenciákká alakítja át. Az eredményül kapott hosszú aminosavsor a megfelelő fehérjévé redukálódik.

Hogyan működnek az mRNS Covid-19 vakcinák?

A tudósok megtanulták írni az mRNS kódot, hogy új fehérjéket hozzanak létre – beleértve azokat a fehérjéket is, amelyek segíthetnek a sejteknek felismerni a soha nem látott vírusokat. A Nobel-díjasok által kifejlesztett mRNS technológia a sejtek fehérjekészítő gépezetét veszi kölcsön, és a sejteket olyan vírusfehérjék előállítására készteti, amelyek az immunrendszert az adott vírus felismerésére késztetik, ha később találkoznak vele.

Amikor lipid nanorészecske kapszulákba csempészik, az mRNS elemek adják a receptet a SARS-CoV-2 „tüske” fehérje előállításához, amely a vírus külső felületén található. A sejtek ezután ezeket az utasításokat használják a tüskefehérje előállítására, mintha az igazi vírus fertőzte volna meg őket. Ez olyan, mint egy immunitási gyakorlat: az mRNS beindítja az immunrendszert, hogy felismerjen egy tényleges SARS-CoV-2 tüskefehérjét, így ha egy személy később ki van téve a vírusnak, az immunrendszer gyorsan „emlékezni fog”, hogyan kell felrúgni válasz a harcra.

Mi volt az az áttörés, amely az oltások sikeréhez vezetett?

A 2000-es évek elején az mRNS technológia fő akadálya az volt, hogy jelentős gyulladásos választ váltott ki a sejtekben. A sejtek idegen anyagként ismerték fel a bejuttatott mRNS-t, és megpróbáltak megszabadulni tőle, túlhajtásba helyezve a sejtvédelmi rendszereket. Miután rájöttek, hogy a sejtek gyakran módosítják saját natív mRNS-üket, Karikó és Weissman úgy döntöttek, hogy megnézik, mi történne, ha kicsit módosítanák az általuk bevitt mRNS genetikai kódját is.

Egy 2005-ben közzétett áttörést jelentő felfedezésben arról számoltak be, hogy a gyulladásos válasz teljesen eltűnt. A következő években kimutatták, hogy az ilyen módosítások nagymértékben növelhetik a sejtek által az mRNS-szekvencia alapján előállított fehérjék számát.

Használtak-e mRNS-oltásokat a betegségek leküzdésére a világjárvány előtt?

Számos vállalat és kutató tesztelte az mRNS-vakcinák ígéretét a világjárvány előtt az olyan vírusok elleni küzdelemben, mint a Zika és a MERS-CoV, amely hasonló a SARS-CoV-2-höz. Ám 2020-ig, amikor a Covid-19 világjárvány kirobbant, egyik vakcinát sem engedélyezték nyilvános használatra. Az mRNS-vakcinák sikeres bevezetése a járvány idején igazolta a technológia koncepcióját, és ugródeszka lett a más betegségek megelőzésére vagy kezelésére való alkalmazásának ösztönzésére.

Milyen előnyei vannak az mRNS-oltásoknak a hagyományosabbakhoz képest?

Az mRNS vakcinák ígérete, hogy könnyen és gyorsan kifejleszthetők. Általában több időbe telik – éveken át –, amíg a tudósok megalkotják és tesztelik a hagyományos vakcinákat, amelyek gyakran egy valódi vírus legyengített vagy denaturált változatai. És még egy hagyományos oltóanyag kifejlesztése után is a tudósoknak meg kell küzdeniük a második akadályt – meg kell tanulniuk, hogyan lehet nagy mennyiségű vírust vagy fehérjét termeszteni a laboratóriumban –, mielőtt a tömeges méretű vakcinát előállíthatnák milliók vagy milliárdok immunizálásához.

2020-ban, amint a kutatók közzétették a SARS-CoV-2 tüskeprotein szerkezetét és genetikai kódját, a kutatók munkához láttak. A Pfizer és a Moderna gyógyszeripari óriáscégek néhány hónapon belül mRNS-technológiát használtak a vírus ellen immunizáló vakcinák kifejlesztésére. Sikerült gyorsan tömegesen gyártani az mRNS-oltóanyagot, klinikai vizsgálatokat vezetni annak bizonyítására, hogy a vakcinák biztonságosak és hatékonyak, majd 2021 tavaszára beadták az első szúrásokat a nyilvánosság számára. Ez azért volt lehetséges, mert az mRNS-eszközök segítségével széles körben állíthatók elő sokféle fehérje anélkül, hogy új módszereket kellene kifejleszteni a vírusok tömeges tenyésztésére.

Hogyan fogják most használni az mRNS-oltásokat?

Ahogy Sandberg a Nobel-díj átadásán elmondott megjegyzésében megjegyezte: „A Covid-19 elleni sikeres mRNS-oltások óriási hatással voltak az mRNS-alapú technológiák iránti érdeklődésre.” Az mRNS-technológiákat jelenleg terápiás fehérje-bejuttató rendszerek és rákkezelések, valamint más fertőző betegségek elleni vakcinák kifejlesztésére használják.