Odkrycia dokonane przez tegoroczną dwójkę laureatów Nagrody Nobla zasadniczo zmieniły rozumienie interakcji mRNA z naszym układem odpornościowym.
Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny otrzymali Katalin Karikó i Drew Weissman „za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID -19”.
Jak ocenił w poniedziałek Komitet Noblowski, zastosowanie wyników ich pracy pozwoliło uratować życie milionów ludzi, a u znacznie większej liczby można było zapobiec poważnemu przebiegowi infekcji.
Odkrycia dokonane przez tegoroczną dwójkę laureatów Nagrody Nobla zasadniczo zmieniły rozumienie interakcji mRNA z naszym układem odpornościowym. Odegrały też kluczową rolę w bezprecedensowo szybkim opracowaniu skutecznych szczepionek mRNA przeciwko Covid-19 podczas pandemii, która rozpoczęła się na początku 2020 r. Pandemia Covid-19 była jednym z największych zagrożeń dla zdrowia ludzkiego we współczesności.
Podanie szczepionki stymuluje powstawanie odpowiedzi immunologicznej na konkretny patogen – na przykład wirusa polio czy ospy. Znając zagrożenie, organizm przygotowuje środki zaradcze i w przypadku późniejszego narażenia ma przewagę nad patogenem.
Klasyczne, dostępne od dawna szczepionki zawierały martwe lub osłabione wirusy. Przykładem mogą być szczepionki przeciwko polio, odrze czy żółtej febrze (za opracowanie tej ostatniej Max Theiler otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny w roku 1951).
Dzięki rozwojowi biologii molekularnej w ostatnich dziesięcioleciach powstały szczepionki, które nie zawierają całych wirusów, ale ich pojedyncze składniki. Zwykle wykorzystuje się tę część kodu genetycznego wirusa, która koduje białka znajdujące się na jego powierzchni. Podanie tych białek pobudza wytwarzanie przeciwciał blokujących wirusa. Tak działają na przykład szczepionki przeciwko wirusowemu zapaleniu wątroby typu B i wirusowi brodawczaka ludzkiego(HPV). Można też przenieść części kodu genetycznego wirusa do „wektora”, czyli nieszkodliwego wirusa nośnikowego – tak działa na przykład szczepionka przeciwko wirusowi Ebola. Pod wpływem szczepionki wektorowej w komórkach wytwarzane jest wybrane białko, stymulujące odpowiedź immunologiczną przeciwko docelowemu wirusowi.
Problem w tym, że wytwarzanie szczepionek zawierających całe wirusy, białka i wektory wymaga hodowania żywych komórek na wielką skalę. To bardzo kosztowne i skomplikowane logistycznie przedsięwzięcie, co znacznie ogranicza możliwość szybkiej produkcji dużych ilości szczepionek, potrzebnych do zwalczania epidemii czy pandemii. Od dawna trwały prace nad uniezależnieniem się od hodowli komórkowych, co jednak okazało się trudnym zadaniem.
W żywej komórce informacja genetyczna zakodowana w DNA pełni rolę przechowywanej w jądrze dokumentacji, natomiast matrycą do produkcji białka jest wytwarzane w oparciu o tę dokumentację informacyjne RNA (mRNA).
W latach 80. XX wieku opracowane zostały metody wytwarzania mRNA bez hodowli komórkowej, zwane transkrypcją in vitro. To osiągnięcie przyspieszyło rozwój wielu dziedzin biologii molekularnej. Wkrótce pojawiły się także pomysły wykorzystania mRNA do celów leczniczych oraz do produkcji szczepionek, ale napotkały liczne przeszkody. Ze względu na niestabilność transkrybowanego mRNA oraz trudności z jego dostarczaniem trzeba było opracować lipidy nośnikowe, by tworzyć „kapsułki”, zawierające mRNA. Co gorsza, wytwarzane in vitro mRNA powodowało reakcje zapalne.
Nie zniechęcona trudnościami (także z przekonaniem fundatorów badań o znaczeniu jej projektu), węgierska biochemiczka Katalin Karikó poświęciła się opracowywaniu metod wykorzystania mRNA w terapii. Na początku lat 90., gdy była adiunktem na University of Pennsylvania, nawiązała współpracę z immunologiem Drew Weissmanem. Przedmiotem jego zainteresowania były komórki dendrytyczne, mające znaczący wpływ na układ immunologiczny i aktywację szczepionki. Łącząc siły, Karikó i Weissman skupili się na interakcji różnych typów RNA z układem odpornościowym.
Jak się okazało, komórki dendrytyczne rozpoznają mRNA transkrybowany in vitro jako obcą substancję, co prowadzi do ich aktywacji i uwolnienia cząsteczek sygnalizacyjnych stanu zapalnego. Tymczasem „naturalne” mRNA pochodzące z komórek ssaków nie dawało takiej reakcji. Najwyraźniej różne typy mRNA znacząco różnią się właściwościami.
