Nobelovo nagrado za medicino 19 prejela cepiva mRNA proti covidu-2023 | Revija Quanta

Nobelov odbor je Nobelovo nagrado za fiziologijo in medicino za leto 2023 podelil Katalin Karikó in Drew Weissman za njihovo pionirsko delo pri razvoju tehnologije mRNA cepiva, ki je omogočilo pravočasen odziv cepiva na pandemijo Covid-19. Cepivom proti virusu SARS-CoV-2 pripisujejo pomoč pri zajezitvi širjenja pandemije in reševanje med 14.4 milijona in 19.8 milijona življenj že v prvem letu njihove uporabe; Cepiva mRNA so imela pomembno vlogo pri tem dosežku.

Desetletja so si znanstveniki z vsega sveta prizadevali za uporabo mRNA (messenger RNA) v medicini. Celice naravno uporabljajo mRNA, ki temelji na genetski DNK, kot navodila za izdelavo beljakovin. Raziskovalci so želeli razviti orodja za ustvarjanje novih zaporedij mRNA - tistih, ki na primer kodirajo virusne proteine ​​- v laboratoriju in nato uvesti te molekule mRNA v celice. Celice bi te sekvence mRNA nato prevedle v virusne proteine ​​in s tem opozorile imunski sistem, da bi vzpostavil obrambo pred virusom. Dejansko cepivo mRNA spremeni celice v tovarne za virusne beljakovine kot strategijo za boj proti virusnim napadalcem.

Vendar pa prvi poskusi uporabe mRNA za ustvarjanje imunskega odziva niso uspeli, ker so celice prehitro prepoznale vnesene molekule mRNA kot vsiljivce in jih uničile.

Leta 2005 sta Karikó in Weissman med sodelovanjem na Univerzi v Pensilvaniji odkril način za rahlo prilagoditev nukleotidnega zaporedja molekul mRNA, tako da se lahko prikradejo mimo celičnega imunskega nadzora in se izognejo sprožitvi velikega vnetnega odziva. Nadaljevali so, da bi se pokazali 2008 in 2010 da bi lahko spremenjene molekule mRNA proizvedle visoke ravni beljakovin. Zaradi teh prebojev je tehnologija mRNA uporabna za ustvarjanje varnih in učinkovitih cepiv.

V 15 letih so bile metode dokazane na svetovnem prizorišču. Do začetka leta 2021, komaj leto dni po tem, ko je pandemija Covid-19 prvič izbruhnila po vsem svetu, je več farmacevtskih podjetij uporabilo orodja Karikó in Weissman za mRNA za uvedbo cepiv proti virusu. Pandemija je služila kot dokaz koncepta za cepiva, njihov uspeh pa je pomagal izvleči svet iz najsmrtonosnejše faze pandemije.

Odkritja Karikója in Weissmana so »temeljito spremenila naše razumevanje interakcije mRNA z našim imunskim sistemom in so močno vplivala na našo družbo med nedavno pandemijo Covid-19,« je med jutranjo objavo dejal Rickard Sandberg, član Nobelovega odbora. Cepiva, tako običajna kot mRNA, so "rešila na milijone življenj, preprečila hudo Covid-19, zmanjšala splošno breme bolezni in omogočila družbam, da se ponovno odprejo."

Kaj je mRNA?

Messenger RNA je ena veriga genetske kode, ki jo celica uporablja kot navodila za izdelavo beljakovin. Te molekule mRNA so izvorne v celicah in so ključni deli vsakodnevnih celičnih funkcij: so prenašalci sporočil, ki prenašajo prepisana zaporedja DNK iz zaščitenega jedra v celično citoplazmo, kjer jih lahko organeli, imenovani ribosomi, prevedejo v beljakovine. Ribosom prebere verigo in prevede skupine genetskih črk v zaporedja aminokislin. Dolg niz aminokislin, ki nastane, se nato zloži v ustrezno beljakovino.

Kako delujejo mRNA cepiva proti covidu-19?

Znanstveniki so se naučili pisati kodo mRNA za tvorbo novih beljakovin - vključno z beljakovinami, ki lahko celicam pomagajo prepoznati viruse, ki jih še nikoli niso videle. Tehnologija mRNA, ki so jo razvili dobitniki Nobelove nagrade, si izposodi celične stroje za izdelavo beljakovin, inducira celice, da proizvajajo virusne beljakovine, ki spodbudijo imunski sistem, da prepozna določen virus, če se z njim sreča pozneje.

Ko se elementi mRNA pretihotapijo v celice znotraj kapsul lipidnih nanodelcev, zagotovijo recept za izdelavo "koničastega" proteina SARS-CoV-2, ki se nahaja na zunanji površini virusa. Celice nato uporabijo ta navodila za proizvodnjo koničastega proteina, kot da bi bile okužene s pravim virusom. To je kot krog vadbe imunosti: mRNA pripravi imunski sistem, da prepozna dejanski konični protein SARS-CoV-2, tako da se bo imunski sistem, če je oseba pozneje izpostavljena virusu, hitro »spomnil«, kako sprožiti odgovor za boj proti temu.

Kaj je bil preboj, ki je pripeljal do uspeha cepiv?

V začetku leta 2000 je bila glavna ovira za tehnologijo mRNA, da je sprožila velik vnetni odziv v celicah. Celice so vneseno mRNA prepoznale kot tujek in se ga skušale znebiti, s čimer so celični obrambni sistemi preobremenjeni. Potem ko sta ugotovila, da celice pogosto spreminjajo lastno nativno mRNA, sta se Karikó in Weissman odločila videti, kaj bi se zgodilo, če bi nekoliko prilagodili tudi genetsko kodo mRNA, ki so jo uvedli.

V prelomnem odkritju, objavljenem leta 2005, so poročali, da je vnetni odziv skoraj izginil. V letih, ki so sledila, so pokazali, da bi lahko takšne prilagoditve močno povečale tudi število proteinov, ki bi jih celice lahko naredile na podlagi zaporedja mRNA.

Ali so se cepiva mRNA uporabljala za boj proti boleznim pred pandemijo?

Številna podjetja in raziskovalci so pred pandemijo preizkusila obljubo cepiv mRNA za boj proti virusom, kot sta Zika in MERS-CoV, ki je podoben SARS-CoV-2. Toda od leta 2020, ko je izbruhnila pandemija Covid-19, nobeno od cepiv ni bilo odobreno za javno uporabo. Uspešna uvedba cepiv mRNA med pandemijo je dokazala koncept tehnologije in postala odskočna deska za spodbujanje njene uporabe za preprečevanje ali zdravljenje drugih bolezni.

Kakšne so prednosti mRNA cepiv pred bolj tradicionalnimi?

Obljuba cepiv mRNA je, da jih je mogoče enostavno in hitro razviti. Običajno traja več časa – na časovni lestvici let – da znanstveniki ustvarijo in testirajo tradicionalna cepiva, ki so pogosto oslabljena ali denaturirana različica pravega virusa. In tudi potem, ko je tradicionalno cepivo razvito, morajo znanstveniki odpraviti drugo oviro – naučiti se gojiti velike količine virusa ali beljakovin v laboratoriju – preden lahko proizvedejo cepivo v množičnem obsegu, potrebnem za imunizacijo milijonov ali milijard ljudi.

Leta 2020, takoj ko so raziskovalci objavili strukturo in genetsko kodo koničastega proteina SARS-CoV-2, so se raziskovalci lotili dela. V nekaj mesecih sta farmacevtska velikana Pfizer in Moderna uporabila tehnologijo mRNA za razvoj cepiv, ki imunizirajo proti virusu. Uspelo jim je hitro množično izdelati cepivo mRNA, voditi klinična preskušanja, da bi dokazali, da so cepiva varna in učinkovita, in nato do pomladi 2021 dati prve injekcije javnosti. To je bilo mogoče, ker je mogoče uporabiti orodja mRNA za ustvarjanje širokega različnih beljakovin brez potrebe po gojenju novih metod za gojenje virusov v množičnem obsegu.

Kako se bodo zdaj uporabljala cepiva mRNA?

Kot je Sandberg zapisal v svojih pripombah ob razglasitvi Nobelove nagrade, so "uspešna mRNA cepiva proti covidu-19 močno vplivala na zanimanje za tehnologije, ki temeljijo na mRNA." Tehnologije mRNA se zdaj uporabljajo za razvoj terapevtskih sistemov za dostavo beljakovin in zdravljenja raka ter cepiv proti drugim nalezljivim boleznim.