Каталин Карико и Дрю Вайсман са носителите на Нобеловата награда за медицина за 2023 г. за техните открития върху модификации на нуклеозидни бази, които позволиха разработването на ефективни иРНК ваксини срещу COVID-19, съобщиха от шведския Нобелов комитет.
Откритията на двамата учени бяха от решаващо значение за разработването на ефективни иРНК ваксини срещу COVID-19 по време на пандемията, която започна в началото на 2020 г. Чрез своите новаторски открития, които коренно промениха нашето разбиране за това как иРНК взаимодейства с нашата имунна система, лауреатите допринесоха за безпрецедентната скорост на разработване на ваксини по време на една от най-големите заплахи за човешкото здраве в съвремието, подчертават от комитета.
Оттам правят и кратка ретроспекция на темата за ваксините и приноса на двама учени.
Ваксини преди пандемията
Ваксинацията стимулира образуването на имунен отговор към определен патоген. Това дава на тялото преднина в борбата срещу болестта в случай на по-късна експозиция. Отдавна съществуват ваксини, базирани на убити или отслабени вируси, примери за които са ваксините срещу полиомиелит, морбили и жълта треска. През 1951 г. Макс Тейлер получава Нобелова награда за физиология или медицина за разработването на ваксината срещу жълта треска.
Благодарение на напредъка в молекулярната биология през последните десетилетия бяха разработени ваксини, базирани на отделни вирусни компоненти, а не на цели вируси. Части от вирусния генетичен код, обикновено кодиращи протеини, открити на повърхността на вируса, се използват за създаване на протеини, които стимулират образуването на антитела, блокиращи вируса. Такива са ваксините срещу вируса на хепатит В и човешкия папиломен вирус. Алтернативно, части от вирусния генетичен код могат да бъдат преместени в безвреден вирус-носител, „вектор“. Този метод се използва във ваксините срещу вируса Ебола. Когато се инжектират векторни ваксини, избраният вирусен протеин се произвежда в нашите клетки, стимулирайки имунен отговор срещу таргетния вирус.
Производството на цели вирусни, протеинови и векторни ваксини изисква мащабна клетъчна култура. Този ресурсоемък процес ограничава възможностите за бързо производство на ваксини в отговор на епидемии и пандемии. Ето защо изследователите отдавна се опитват да разработят технологии за ваксина, независими от клетъчната култура, но това се оказа предизвикателство.
иРНК ваксини – Една обещаваща идея
В нашите клетки генетичната информация, кодирана в ДНК, се прехвърля към информационна РНК (mRNA), която се използва като шаблон за производство на протеини. През 80-те години бяха въведени ефективни методи за производство на иРНК без клетъчна култура, наречени in vitro транскрипция. Тази решителна стъпка ускори развитието на приложенията на молекулярната биология в няколко области. Идеите за използване на иРНК технологии за ваксини и терапевтични цели също се появиха, но предстояха препятствия. In vitro транскрибираната иРНК се счита за нестабилна и трудна за доставяне, което изисква разработването на усъвършенствани носещи липидни системи за капсулиране на иРНК. Освен това, in vitro произведената иРНК провокира възпалителни реакции. Следователно, ентусиазмът за разработване на mRNA технология за клинични цели първоначално беше ограничен.
Тези препятствия не обезкуражиха унгарската биохимичка Каталин Карико, който се беше посветила на разработването на методи за използване на иРНК с цел лечение.
В началото на 90-те години на миналия век, когато е била асистент в Университета на Пенсилвания, тя остава вярна на визията си за реализиране на иРНК като терапевтично средство, въпреки че среща трудности при убеждаването на финансиращите изследвания в значимостта на нейния проект. Един нов колега на Карико дойде в нейния университет – имунологът Дрю Вайсман. Той се интересуваше от дендритни клетки, които имат важни функции в имунното наблюдение и активирането на предизвиканите от ваксината имунни отговори. Новаторските идеи на двамата дадоха начало на плодотворно сътрудничество между тях. То бе фокусирано върху това как различните видове РНК взаимодействат с имунната система.
Пробивът
Двамата учени забелязаха, че дендритните клетки разпознават in vitro транскрибираната иРНК като чужда субстнация, което води до тяхното активиране и освобождаване на възпалителни сигнални молекули. Те се чудеха защо in vitro транскрибираната иРНК се разпознава като чужда, докато иРНК от клетки на бозайници не предизвиква същата реакция. Карико и Вайсман осъзнаха, че някои критични свойства трябва да разграничават различните типове иРНК.
РНК съдържа четири бази, съкратено A, U, G и C, съответстващи на A, T, G и C в ДНК, буквите на генетичния код. Двамата учени знаеха, че базите в РНК от клетки на бозайници често са химически модифицирани, докато in vitro транскрибираната иРНК не е. Те се чудеха дали липсата на променени бази в in vitro транскрибираната РНК може да обясни нежеланата възпалителна реакция. За да проучат това, те произведоха различни варианти на иРНК, всяка от тях с уникални химични промени в базите, които те доставяха на дендритни клетки. Резултатите бяха поразителни: възпалителният отговор беше почти елиминиран, когато базовите модификации бяха включени в иРНК.
Всъщност, това беше промяна на парадигмата в разбирането за това как клетките разпознават и реагират на различни форми на иРНК.
Карико и Вайсман веднага разбират, че тяхното откритие има дълбоко значение за използването на иРНК като възможност за лечение.
Тези основополагащи резултати бяха публикувани през 2005 г., петнадесет години преди пандемията от COVID.
В допълнителни проучвания, публикувани през 2008 г. и 2010 г., двамата учени доказват, че доставянето на иРНК, генерирана с базови модификации, значително повишава производството на протеин в сравнение с немодифицираната иРНК. Ефектът се дължи на намаленото активиране на ензима, който регулира производството на протеини. Така се оказва, че със своите открития, че базовите модификации намаляват както възпалителните реакции, така и увеличават производството на протеини, двамата учени са елиминирали критичните препятствия по пътя към клиничните приложения на иРНК.
иРНК ваксините реализираха своя потенциал
Интересът към и РНК технологията започва да се повишава и през 2010 г. няколко компании вече насочват усилията си към разработването на метода.
Първите опити са за създаване на ваксини срещу вируса Зика и MERS-CoV, като последният е тясно свързан със SARS-CoV-2.
След избухването на пандемията от COVID-19 бяха разработени с рекордна бързина две базово модифицирани иРНК ваксини, кодиращи повърхностния протеин на SARS-CoV-2. Докладвани са защитни ефекти от около 95% и двете ваксини са одобрени още през декември 2020 г.
Впечатляващата гъвкавост и бързина, с която могат да бъдат разработени иРНК ваксини, проправят пътя за използване на новата платформа и за ваксини срещу други инфекциозни заболявания. В бъдеще технологията може да се използва и за доставяне на терапевтични протеини и лечение на някои видове рак, смятат учените.
Няколко други ваксини срещу SARS-CoV-2, базирани на различни методологии, също бяха въведени бързо и общо повече от 13 млрд. дози ваксина срещу COVID-19 бяха дадени в световен мащаб. Ваксините са спасили милиони животи и са предотвратили други тежки заболявания, като са позволили на обществата да се отворят и да се върнат към нормален живот.
Чрез своите фундаментални открития за значението на базовите модификации в иРНК, тазгодишните нобелови лауреати допринесоха критично за това трансформиращо развитие по време на една от най-големите здравни кризи на нашето време, заключават от Нобеловия комитет.
