Covid-19 mRNA-vacciner vinder Nobelprisen i medicin 2023 | Quanta Magasinet

Nobelkomiteen har tildelt 2023 Nobelprisen i fysiologi eller medicin til Katalin Kariko , Drew Weissman for deres banebrydende arbejde i udviklingen af ​​mRNA-vaccineteknologi, som muliggjorde en rettidig vaccinerespons på Covid-19-pandemien. Vacciner mod SARS-CoV-2-virussen er krediteret for at være med til at bremse spredningen af ​​pandemien og med at spare mellem kl. 14.4 millioner og 19.8 millioner liv i blot det første år af deres brug; mRNA-vacciner spillede en stor rolle i denne præstation.

I årtier forfulgte forskere fra hele verden brugen af ​​mRNA (messenger RNA) som medicin. Celler bruger naturligt mRNA, baseret på genetisk DNA, som instruktioner til fremstilling af proteiner. Forskere havde til formål at udvikle værktøjer til at skabe nye mRNA-sekvenser - dem, der koder for virale proteiner, for eksempel - i laboratoriet og derefter introducere disse mRNA-molekyler i celler. Cellerne ville derefter oversætte disse mRNA-sekvenser til virale proteiner og derved advare immunsystemet til at etablere et forsvar mod virussen. Faktisk gør mRNA-vaccinen celler til fabrikker for virale proteiner som en strategi til at bekæmpe virale angribere.

De første forsøg på at bruge mRNA til at producere et immunrespons mislykkedes imidlertid, fordi cellerne for let genkendte de indførte mRNA-molekyler som angribere og ødelagde dem.

I 2005, mens de arbejdede sammen på University of Pennsylvania, Karikó og Weissman opdaget en måde at justere nukleotidsekvensen af ​​mRNA-molekylerne lidt, så de kunne snige sig forbi cellulær immunovervågning og undgå at sparke et massivt inflammatorisk respons i gang. De fortsatte med at vise sig ind 2008 , 2010at modificerede mRNA-molekyler kunne producere høje niveauer af proteiner. Disse gennembrud gjorde mRNA-teknologi anvendelig til at skabe sikre og effektive vacciner.

Blot 15 år senere blev metoderne bevist på den globale scene. I begyndelsen af ​​2021, knap et år efter, at Covid-19-pandemien først brød ud over hele verden, havde flere farmaceutiske virksomheder brugt Karikó og Weissmans mRNA-værktøjer til at udrulle vacciner mod virussen. Pandemien fungerede som et proof-of-concept for vaccinerne, og deres succes var med til at trække verden ud af pandemiens mest dødbringende fase.

Karikó og Weissmans opdagelser "ændrede fundamentalt vores forståelse af, hvordan mRNA interagerer med vores immunsystem og havde en stor indflydelse på vores samfund under den nylige Covid-19-pandemi," sagde Rickard Sandberg, medlem af Nobelkomiteen, under denne morgens meddelelse. Vacciner, både af de konventionelle og mRNA-varianter, "har reddet millioner af liv, forhindret alvorlig Covid-19, reduceret den samlede sygdomsbyrde og gjort det muligt for samfund at åbne op igen." 

Hvad er mRNA?

Messenger-RNA er en enkelt streng af genetisk kode, som cellen bruger som instruktioner til at lave proteiner. mRNA-molekyler er hjemmehørende i celler og er nøgledele af hverdagens cellulære funktioner: De er budbringere, der transporterer transskriberede DNA-sekvenser ud af den beskyttede kerne og ind i cellens cytoplasma, hvor de kan oversættes til proteiner af organellerne kaldet ribosomer. Et ribosom læser strengen og oversætter grupper af genetiske bogstaver til sekvenser af aminosyrer. Den lange streng af aminosyrer, der resulterer, foldes derefter til det passende protein.

Hvordan virker mRNA Covid-19-vacciner?

Forskere har lært at skrive mRNA-kode for at danne nye proteiner - inklusive proteiner, der kan hjælpe celler med at genkende vira, de aldrig har set. Den mRNA-teknologi, der er udviklet af nobelprisvinderne, låner cellernes proteinfremstillingsmaskineri, hvilket får cellerne til at producere virale proteiner, der sætter immunsystemet klar til at genkende en given virus, hvis de støder på den senere.

When introduced into cells, the Covid-19 vaccine delivers the recipe for making the SARS-CoV-2 “spike” protein, which is found on the outside surface of the virus. Cells then use those instructions to produce the spike protein as if they had been infected by the real virus. It’s like an immunity practice round: The mRNA primes the immune system to recognize an actual SARS-CoV-2 spike protein, so that if a person is later exposed to the virus, the immune system will quickly “remember” how to kick up a response to fight it.

Hvad var det gennembrud, der førte til vaccinernes succes?

I begyndelsen af ​​2000'erne var en stor hindring for mRNA-teknologien, at den udløste en større inflammatorisk reaktion i celler. Celler genkendte det indførte mRNA som fremmed materiale og forsøgte at slippe af med det, hvilket satte cellulære forsvarssystemer i overdrev. Efter at have indset, at celler ofte modificerer deres eget native mRNA, besluttede Karikó og Weissman at se, hvad der ville ske, hvis de også en smule justerede den genetiske kode for det mRNA, de introducerede.

In a breakthrough discovery published in 2005, they reported that the inflammatory response had all but disappeared. In the years that followed, they further improved the technology to greatly increase the number of proteins that the cells could make based on the mRNA sequence.

Blev mRNA-vacciner brugt til at bekæmpe sygdomme før pandemien?

A number of companies and researchers had been testing the promises of mRNA vaccines prior to the pandemic to fight viruses such as Zika and MERS-CoV, which is similar to SARS-CoV-2. But none of the vaccines had been approved as of 2020, when the Covid-19 pandemic erupted. The successful deployment of mRNA vaccines during the pandemic proved the concept of the technology, and became a springboard for encouraging its use to prevent or treat other ailments.

Hvad er fordelene ved mRNA-vacciner i forhold til mere traditionelle?

Løftet med mRNA-vacciner er, at de kan udvikles nemt og hurtigt. Det tager typisk mere tid - på en tidsskala af år - for forskere at skabe og teste traditionelle vacciner, som ofte er en svækket eller denatureret version af en rigtig virus. Og selv efter at en traditionel vaccine er udviklet, skal forskerne rydde en anden hindring - lære at dyrke store mængder virus eller protein i laboratoriet - før de kan producere medicinen i den masseskala, der kræves for at immunisere millioner eller milliarder af mennesker.

I 2020, så snart forskere offentliggjorde strukturen og den genetiske kode for SARS-CoV-2-spidsproteinet, gik forskerne i gang. Inden for flere måneder havde medicinalgiganterne Pfizer og Moderna brugt mRNA-teknologi til at udvikle vacciner, der immuniserede mod virussen. De var i stand til hurtigt at masseproducere mRNA-vaccine, lede kliniske forsøg for at bevise, at vaccinerne var sikre og effektive, og derefter administrere de første jabs til offentligheden i foråret 2021. Dette var muligt, fordi mRNA-værktøjer kan bruges til at generere en lang række forskellige af proteiner uden at skulle dyrke nye metoder til at dyrke vira i masseskala.

Hvordan vil mRNA-vacciner blive brugt nu?

As Sandberg noted in his remarks at the Nobel Prize announcement, “The successful mRNA vaccines against Covid-19 have had a tremendous impact on the interest in mRNA-based technologies.” mRNA technologies are now being used to develop vaccines against other infectious diseases, therapeutic protein delivery and cancer treatment.

Denne artikel vil blive opdateret med yderligere detaljer i løbet af dagen.