Вакцины с мРНК Covid-19 получили Нобелевскую премию по медицине 2023 года | Журнал Кванта

Нобелевский комитет присудил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2023 года Каталин Карико и Дрю Вайсман за новаторскую работу по разработке технологии мРНК-вакцин, которая сделала возможным своевременную вакцинацию в ответ на пандемию Covid-19. Считается, что вакцины против вируса SARS-CoV-2 помогают сдержать распространение пандемии и сэкономить средства между 14.4 миллиона и 19.8 миллиона жизней всего за первый год их использования; мРНК-вакцины сыграли важную роль в этом достижении.

На протяжении десятилетий ученые со всего мира пытались использовать мРНК (информационную РНК) в медицине. Клетки естественным образом используют мРНК, основанную на генетической ДНК, в качестве инструкций для создания белков. Исследователи стремились разработать инструменты для создания новых последовательностей мРНК — например, тех, которые кодируют вирусные белки — в лаборатории, а затем ввести эти молекулы мРНК в клетки. Затем клетки транслировали эти последовательности мРНК в вирусные белки, тем самым предупреждая иммунную систему, чтобы она организовала защиту от вируса. По сути, мРНК-вакцина превращает клетки в фабрики по производству вирусных белков в качестве стратегии борьбы с вирусными атакаторами.

Однако первые попытки использовать мРНК для создания иммунного ответа не увенчались успехом, поскольку клетки слишком легко распознавали введенные молекулы мРНК как захватчиков и уничтожали их.

В 2005 году, работая вместе в Пенсильванском университете, Карико и Вайсман открытый способ слегка изменить нуклеотидную последовательность молекул мРНК, чтобы они могли проскользнуть мимо клеточного иммунного надзора и избежать массивной воспалительной реакции. Они продолжали показываться в 2008 и 2010 что модифицированные молекулы мРНК могут производить большое количество белков. Эти прорывы сделали технологию мРНК пригодной для создания безопасных и эффективных вакцин.

За 15 лет методы доказали свою эффективность на мировой арене. К началу 2021 года, всего через год после того, как пандемия Covid-19 впервые разразилась во всем мире, несколько фармацевтических компаний использовали инструменты мРНК Карико и Вайсмана для внедрения вакцин против вируса. Пандемия послужила доказательством концепции вакцин, а их успех помог вывести мир из самой смертоносной фазы пандемии.

Открытия Карико и Вайсмана «фундаментально изменили наше понимание того, как мРНК взаимодействует с нашей иммунной системой, и оказали серьезное влияние на наше общество во время недавней пандемии Covid-19», — сказал Рикард Сандберг, член Нобелевского комитета, во время утреннего заявления. Вакцины, как традиционные, так и мРНК, «спасли миллионы жизней, предотвратили тяжелую форму Covid-19, снизили общее бремя болезней и позволили обществам снова открыться».

Что такое мРНК?

Информационная РНК представляет собой одноцепочечный генетический код, который клетка использует в качестве инструкций для выработки белков. Эти молекулы мРНК являются естественными для клеток и являются ключевыми частями повседневных клеточных функций: они являются мессенджерами, которые переносят транскрибируемые последовательности ДНК из защищенного ядра в цитоплазму клетки, где они могут транслироваться в белки с помощью органелл, называемых рибосомами. Рибосома считывает цепь, переводя группы генетических букв в последовательности аминокислот. Полученная в результате длинная цепочка аминокислот затем складывается в соответствующий белок.

Как работают мРНК-вакцины против Covid-19?

Ученые научились записывать код мРНК для формирования новых белков, в том числе белков, которые могут помочь клеткам распознавать вирусы, которые они никогда не видели. Технология мРНК, разработанная лауреатами Нобелевской премии, заимствует клеточный механизм производства белка, побуждая клетки вырабатывать вирусные белки, которые заставляют иммунную систему распознавать данный вирус, если они столкнутся с ним позже.

При контрабанде в клетки внутри капсул из липидных наночастиц элементы мРНК доставляют рецепт для создания «шипового» белка SARS-CoV-2, который находится на внешней поверхности вируса. Затем клетки используют эти инструкции для производства белка-шипа, как если бы они были инфицированы настоящим вирусом. Это похоже на тренировку по иммунитету: мРНК заставляет иммунную систему распознавать настоящий шиповый белок SARS-CoV-2, поэтому, если человек позже подвергнется воздействию вируса, иммунная система быстро «вспомнит», как вызвать вирус. ответ на борьбу с ним.

Какой прорыв привел к успеху вакцин?

В начале 2000-х годов основным препятствием для технологии мРНК было то, что она вызывала серьезную воспалительную реакцию в клетках. Клетки распознавали введенную мРНК как чужеродный материал и пытались избавиться от нее, приводя в перегрузку клеточные защитные системы. Поняв, что клетки часто модифицируют свою собственную нативную мРНК, Карико и Вайсман решили посмотреть, что произойдет, если они также немного подправят генетический код вводимой мРНК.

В революционном открытии, опубликованном в 2005 году, они сообщили, что воспалительная реакция практически исчезла. В последующие годы они показали, что такие изменения могут также значительно увеличить количество белков, которые клетки могут производить на основе последовательности мРНК.

Использовались ли мРНК-вакцины для борьбы с болезнями до пандемии?

Ряд компаний и исследователей еще до пандемии проверили перспективность мРНК-вакцин для борьбы с такими вирусами, как Зика и MERS-CoV, который похож на SARS-CoV-2. Но ни одна из вакцин не была одобрена для общественного использования по состоянию на 2020 год, когда разразилась пандемия Covid-19. Успешное внедрение мРНК-вакцин во время пандемии подтвердило концепцию этой технологии и стало трамплином для поощрения ее использования для профилактики или лечения других заболеваний.

Каковы преимущества мРНК-вакцин перед более традиционными?

Перспективы мРНК-вакцин заключаются в том, что их можно будет легко и быстро разработать. Обычно ученым требуется больше времени — в течение нескольких лет — для создания и тестирования традиционных вакцин, которые часто представляют собой ослабленную или денатурированную версию настоящего вируса. И даже после того, как будет разработана традиционная вакцина, ученым придется преодолеть второе препятствие — научиться выращивать большие объемы вируса или белка в лаборатории — прежде чем они смогут производить вакцину в массовом масштабе, необходимом для иммунизации миллионов или миллиардов людей.

В 2020 году, как только исследователи опубликовали структуру и генетический код шиповидного белка SARS-CoV-2, исследователи приступили к работе. В течение нескольких месяцев фармацевтические гиганты Pfizer и Moderna использовали технологию мРНК для разработки вакцин, иммунизирующих против вируса. Они смогли быстро произвести массовое производство мРНК-вакцины, провести клинические испытания, чтобы доказать, что вакцины безопасны и эффективны, а затем к весне 2021 года ввести первые прививки населению. Это стало возможным, потому что инструменты мРНК можно использовать для создания широкого спектра вакцин. разнообразие белков без необходимости разработки новых методов выращивания вирусов в массовом масштабе.

Как теперь будут использоваться мРНК-вакцины?

Как отметил Сандберг в своем выступлении на церемонии вручения Нобелевской премии: «Успешные мРНК-вакцины против Covid-19 оказали огромное влияние на интерес к технологиям на основе мРНК». Технологии мРНК в настоящее время используются для разработки систем доставки терапевтических белков и лечения рака, а также вакцин против других инфекционных заболеваний.