REKLAMA
wt. 3 października 2023, 11:01

Nobel 2023 za odkrycia, które umożliwiły opracowanie szczepionek mRNA

Katalin Karikó i Drew Weissman zostali uhonorowani nagrodą Nobla 2023 w dziedzinie fizjologii i medycyny za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19.

Odkrycia tegorocznych Noblistów umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19 (fot. Shutterstock)
Odkrycia tegorocznych Noblistów umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19 (fot. Shutterstock)

Nagrodę Nobla 2023 w dziedzinie fizjologii i medycyny otrzymali Katalin Karikó i Drew Weissman. Dokonane przez nich odkrycia odegrały kluczową rolę w opracowaniu skutecznych szczepionek mRNA przeciwko Covid-19 podczas pandemii. Dzięki swoim przełomowym odkryciom, które zasadniczo zmieniły nasze rozumienie interakcji mRNA z naszym układem odpornościowym, laureaci wnieśli swój wkład z bezprecedensowym tempem rozwoju szczepionek w okresie jednego z największych zagrożeń dla zdrowia ludzkiego współczesności.

Szczepionki przed pandemią

Szczepienie stymuluje powstawanie odpowiedzi immunologicznej na konkretny patogen. Daje to organizmowi przewagę w walce z chorobą w przypadku późniejszego narażenia na nią. Szczepionki oparte na zabitych lub osłabionych wirusach są dostępne od dawna, czego przykładem są szczepionki przeciwko polio, odrze i żółtej febrze. W 1951 roku Max Theiler otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za opracowanie szczepionki przeciwko żółtej febrze.

Dzięki postępowi biologii molekularnej, jaki nastąpił w ostatnich dziesięcioleciach, opracowano szczepionki oparte na pojedynczych składnikach wirusa, a nie na całych wirusach. Części kodu genetycznego wirusa, zwykle kodujące białka znajdujące się na powierzchni wirusa, są wykorzystywane do wytwarzania białek stymulujących tworzenie przeciwciał blokujących wirusy. Przykładami są szczepionki przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B i wirusowi brodawczaka ludzkiego. Alternatywnie, części kodu genetycznego wirusa można przenieść do nieszkodliwego wirusa nosiciela, „wektora”. Metodę tę stosuje się w szczepionkach przeciwko wirusowi Ebola. Po wstrzyknięciu szczepionek wektorowych w naszych komórkach wytwarzane jest wybrane białko wirusowe, stymulujące odpowiedź immunologiczną przeciwko docelowemu wirusowi.

Wytwarzanie szczepionek zawierających całe wirusy, białka i wektory wymaga hodowli komórkowej na dużą skalę. Ten proces wymagający dużych zasobów ogranicza możliwości szybkiej produkcji szczepionek w odpowiedzi na epidemie i pandemie. Dlatego badacze od dawna próbowali opracować technologie szczepionek niezależne od hodowli komórkowej, ale okazało się to trudne.

Szczepionki mRNA: obiecujący pomysł

W naszych komórkach informacja genetyczna zakodowana w DNA jest przekazywana do informacyjnego RNA (mRNA), który służy jako matryca do produkcji białka. W latach 80. wprowadzono wydajne metody wytwarzania mRNA bez hodowli komórkowej, zwane transkrypcją in vitro. Ten decydujący krok przyspieszył rozwój zastosowań biologii molekularnej w kilku dziedzinach. Pomysły wykorzystania technologii mRNA do celów szczepionkowych i terapeutycznych również pojawiły się, ale pojawiły się przeszkody. Uznano, że mRNA transkrybowany in vitro jest niestabilny i trudny do dostarczenia, co wymaga opracowania wyrafinowanych systemów lipidów nośnikowych do kapsułkowania mRNA. Co więcej, mRNA wytworzony in vitro powodował reakcje zapalne. Entuzjazm związany z rozwojem technologii mRNA do celów klinicznych był zatem początkowo ograniczony.

Te przeszkody nie zniechęciły węgierskiej biochemiczki Katalin Karikó, która poświęciła się opracowywaniu metod wykorzystania mRNA w terapii. Na początku lat 90., kiedy była adiunktem na Uniwersytecie Pensylwanii, pozostała wierna swojej wizji wykorzystania mRNA jako środka terapeutycznego, pomimo trudności w przekonaniu fundatorów badań o znaczeniu jej projektu.

Nowym kolegą Karikó na jej uniwersytecie był immunolog Drew Weissman. Interesowały go komórki dendrytyczne, które pełnią ważne funkcje w nadzorze immunologicznym i aktywacji odpowiedzi immunologicznych wywołanych szczepionką. Zainspirowani nowymi pomysłami, wkrótce rozpoczęła się między nimi owocna współpraca, koncentrująca się na interakcji różnych typów RNA z układem odpornościowym.

Przełom wart Nobla

Karikó i Weissman zauważyli, że komórki dendrytyczne rozpoznają transkrybowany in vitro mRNA jako obcą substancję, co prowadzi do ich aktywacji i uwolnienia cząsteczek sygnalizacyjnych stanu zapalnego. Zastanawiali się, dlaczego mRNA transkrybowany in vitro został rozpoznany jako obcy, podczas gdy mRNA z komórek ssaków nie wywołał tej samej reakcji. Karikó i Weissman zdali sobie sprawę, że niektóre krytyczne właściwości muszą rozróżniać różne typy mRNA.

RNA zawiera cztery zasady, w skrócie A, U, G i C, odpowiadające A, T, G i C w DNA, literach kodu genetycznego. Karikó i Weissman wiedzieli, że zasady w RNA z komórek ssaków są często modyfikowane chemicznie, w przeciwieństwie do mRNA transkrybowanego in vitro. Zastanawiali się, czy brak zmienionych zasad w RNA transkrybowanym in vitro może wyjaśnić niepożądaną reakcję zapalną. Aby to zbadać, wyprodukowali różne warianty mRNA, każdy z unikalnymi zmianami chemicznymi w zasadach, i dostarczyli je do komórek dendrytycznych.

Wyniki były uderzające: odpowiedź zapalna została prawie zniesiona po włączeniu modyfikacji zasad do mRNA. Była to zmiana paradygmatu w naszym rozumieniu tego, jak komórki rozpoznają różne formy mRNA i reagują na nie. Karikó i Weissman natychmiast zrozumieli, że ich odkrycie miało ogromne znaczenie dla wykorzystania mRNA w terapii. Te przełomowe wyniki opublikowano w 2005 roku, piętnaście lat przed pandemią Covid-19.

W dalszych badaniach opublikowanych w latach 2008 i 2010 Karikó i Weissman wykazali, że dostarczanie mRNA generowanego z modyfikacjami zasad znacznie zwiększało produkcję białka w porównaniu z niezmodyfikowanym mRNA. Efekt był spowodowany zmniejszoną aktywacją enzymu regulującego produkcję białka. Dzięki odkryciom, że modyfikacje zasad zarówno zmniejszają reakcję zapalną, jak i zwiększają produkcję białek, Karikó i Weissman wyeliminowali krytyczne przeszkody na drodze do klinicznych zastosowań mRNA.

Szczepionki mRNA wykorzystały swój potencjał

Zainteresowanie technologią mRNA zaczęło rosnąć i w 2010 roku kilka firm pracowało nad opracowaniem tej metody. Kontynuowano prace nad szczepionkami przeciwko wirusowi Zika i MERS-CoV; ten ostatni jest ściśle powiązany z SARS-CoV-2. Po wybuchu pandemii COVID-19 w rekordowym tempie opracowano dwie szczepionki mRNA ze zmodyfikowanymi zasadami, kodujące białko powierzchniowe SARS-CoV-2. Zgłoszono działanie ochronne na poziomie około 95%, a obie szczepionki zostały zatwierdzone już w grudniu 2020 r.

Imponująca elastyczność i szybkość, z jaką można opracowywać szczepionki mRNA, otwierają drogę do wykorzystania nowej platformy także w przypadku szczepionek przeciwko innym chorobom zakaźnym. W przyszłości technologię tę można będzie wykorzystać także do dostarczania białek terapeutycznych i leczenia niektórych typów nowotworów.

Szybko wprowadzono także kilka innych szczepionek przeciwko SARS-CoV-2, opartych na różnych metodologiach, i łącznie na całym świecie podano ponad 13 miliardów dawek szczepionki przeciwko SARS-CoV-19. Szczepionki uratowały życie milionów ludzi i u wielu innych zapobiegły poważnym chorobom, umożliwiając społeczeństwom otwarcie się i powrót do normalnych warunków. Poprzez swoje fundamentalne odkrycia dotyczące znaczenia modyfikacji zasad w mRNA tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w sposób krytyczny przyczynili się do tego transformacyjnego rozwoju podczas jednego z największych kryzysów zdrowotnych naszych czasów.

Źródło: ŁW/Nobel Prize

Jak oceniasz artykuł?

Twoja ocena: Jeszcze nie oceniłeś/aś artykułu

Udostępnij tekst w mediach społecznościowych

0 komentarzy - napisz pierwszy Komentujesz jako gość [ lub zarejestruj]