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) lääkkeenä. 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 puolustamaan virusta. Itse asiassa mRNA-rokote muuttaa solut virusproteiinien tehtaiksi strategiana virushyökkääjien torjuntaan.

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 2010että muunnetut mRNA-molekyylit voivat tuottaa korkeita proteiineja. Nämä läpimurrot tekivät mRNA-tekniikasta soveltuvan turvallisten ja tehokkaiden rokotteiden luomiseen.

Vain 15 vuotta myöhemmin 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 rokotteiden konseptin todisteena, 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. mRNA-molekyylit ovat natiivia soluille ja ovat keskeisiä osia jokapäiväisessä solutoiminnassa: Ne ovat lähettiläitä, jotka kuljettavat transkriptoituja DNA-sekvenssejä pois suojatusta tumasta solun sytoplasmaan, jossa ribosomeiksi kutsutut organellit voivat muuntaa ne proteiineihin. Ribosomi lukee juosteen ja muuntaa geneettisten kirjainten ryhmittelyt 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 Covid-19-rokote viedään soluihin, se tarjoaa 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 virukselle saa potkua. 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 paransivat edelleen tekniikkaa lisätäkseen huomattavasti niiden proteiinien määrää, joita solut pystyivät valmistamaan mRNA-sekvenssin perusteella.

Käytettiinkö mRNA-rokotteita sairauksien torjumiseen ennen pandemiaa?

Useat yritykset ja tutkijat olivat testaaneet mRNA-rokotteiden lupauksia ennen pandemiaa torjua viruksia, kuten Zika ja MERS-CoV, joka on samanlainen kuin SARS-CoV-2. Mitään rokotteita ei kuitenkaan ollut hyväksytty vuoteen 2020 mennessä, jolloin Covid-19-pandemia puhkesi. MRNA-rokotteiden onnistunut käyttöönotto pandemian aikana osoitti teknologian idean ja siitä tuli ponnahduslauta sen käytön rohkaisemiselle 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 yleensä 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 lääkettä massamittakaavassa, joka tarvitaan miljoonien tai miljardien ihmisten immunisointiin.

Vuonna 2020, kun tutkijat julkaisivat SARS-CoV-2-piikkiproteiinin rakenteen ja geneettisen koodin, tutkijat ryhtyivät työhön. Lääkejättiläiset Pfizer ja Moderna olivat useiden kuukausien sisällä kehittäneet mRNA-teknologiaa rokotteita, jotka immunisoivat virusta vastaan. He pystyivät nopeasti massatuotantoon 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 tuottaa monenlaisia 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-tekniikoita käytetään nyt rokotteiden kehittämiseen muita tartuntatauteja vastaan, terapeuttisen proteiinin antamiseen ja syövän hoitoon.

Tätä artikkelia päivitetään lisätiedoilla päivän aikana.