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) kot zdravila. 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 nato te sekvence mRNA prevedle v virusne proteine ​​in s tem opozorile imunski sistem, da vzpostavi 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 2010da bi lahko spremenjene molekule mRNA proizvedle visoke ravni beljakovin. Zaradi teh prebojev je tehnologija mRNA uporabna za ustvarjanje varnih in učinkovitih cepiv.

Samo 15 let kasneje so se metode izkazale 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. 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.

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.

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.

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.

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

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.

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 odstraniti drugo oviro - naučiti se, kako gojiti velike količine virusa ali beljakovin v laboratoriju - preden lahko proizvedejo zdravilo 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. Uspeli so hitro množično izdelati cepivo mRNA, voditi klinična preskušanja, da bi dokazali, da so cepiva varna in učinkovita, nato pa so do pomladi 2021 javnosti dali prve injekcije. To je bilo mogoče, ker je mogoče orodja mRNA uporabiti za ustvarjanje najrazličnejših cepiv. beljakovin, ne da bi bilo treba razvijati nove metode za gojenje virusov v množičnem obsegu.

Kako se bodo zdaj uporabljala cepiva mRNA?

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.

Ta članek bo ves dan posodobljen z dodatnimi podrobnostmi.