иРНК ваксините срещу COVID-19 спечелиха Нобелова награда за медицина

Каталин Карико и Дрю Уайсман (Вайсман) си поделят тазгодишната Нобелова награда за физиология или медицина за откритията им, свързани с разработването на иРНК ваксините срещу COVID-19.

Кралският Каролински институт присъди престижното отличие на двамата учени за откритията им, свързани с модификации на нуклеотидни бази, които позволиха разработването на ефективни иРНК ваксини срещу COVID-19.

Нобеловата седмица стартира с обявяването на лауреатите

Откритията на двамата Нобелови лауреати са 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 трудове, които коренно промениха разбирането за това как иРНК взаимодейства с нашата имунна система, Карико и Уайсман допринесоха за безпрецедентните темпове на разработване на ваксини по време на една от най-големите заплахи за човешкото здраве в наши дни.

Ваксините преди пандемията

Ваксинацията стимулира формирането на имунен отговор към определен патоген. Това дава на организма преднина в борбата срещу болестта в случай на по-късно излагане.

Отдавна съществуват ваксини, базирани на убити или отслабени вируси, примери за които са ваксините срещу полиомиелит, морбили и жълта треска. През 1951 г. Макс Тейлър получава Нобелова награда за физиология или медицина за разработването на ваксина срещу жълта треска.

Благодарение на напредъка в молекулярната биология през последните десетилетия са разработени ваксини, базирани на отделни вирусни компоненти, а не на цели вируси. Части от вирусния генетичен код, обикновено кодиращи белтъци, откривани на повърхността на вируса, се използват за създаване на протеини, които стимулират образуването на блокиращи вируса антитела.

Примери за това 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, т.нар. 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 вируса "на прицел".

Производството на ваксини, базирани на цели вируси, протеини и вектори, изисква широкомащабна клетъчна култура. Този изискващ ресурси процес ограничава възможностите за бързо производство на ваксини в отговор на епидемии и пандемии. Поради тази причина изследователите отдавна се опитват да разработят технологии за ваксини, които не зависят от клетъчна култура. Това обаче се оказва сериозно предизвикателство.

Обещаваща идея - иРНК ваксините

В нашите клетки генетичната информация, кодирана в ДНК, се прехвърля към информационна РНК (иРНК), която се използва като шаблон за производство на протеини. През 80-те години на миналия век са въведени ефективни методи за производство на иРНК без клетъчна култура, наречени ин витро (in vitro) транскрипция. Тази решителна стъпка ускори развитието на приложенията на молекулярната биология в няколко области.

Появяват се и идеи за използване на иРНК технологии за ваксини и терапевтични цели, но те са изправени пред препятствия. Ин витро транскрибираната иРНК се счита за нестабилна и трудна за доставяне, което изисква разработването на усъвършенствани носещи липидни системи за капсулиране на иРНК. Освен това произведената ин витро иРНК предизвиква възпалителни реакции. Поради тази причина ентусиазмът за разработване на иРНК технология за клинични цели първоначално е сдържан.

Тези пречки не обезкуражават унгарската биохимичка Каталин Карико, която се е посветила на разработването на методи за използване на иРНК за терапия. В началото на 90-те години на миналия век, когато е асистент в университета на Пенсилвания, Карико остава вярна на идеята си за реализиране на иРНК като терапевтично средство, въпреки че среща трудности да убеди финансиращите научни изследвания в значимостта на своя проект.

Нов колега на Каталин Карико в университета й е имунологът Дрю Уайсман. Той се интересува от дендритни клетки, които имат важни функции в имунното наблюдение и активирането на предизвиканите от ваксината имунни отговори.

Подхранено от нови идеи, между двамата скоро започва плодотворно сътрудничество, фокусирано върху това как различните видове РНК взаимодействат с имунната система.

Пробивът

Карико и Уайсман забелязват, че дендритните клетки разпознават ин витро транскрибираната иРНК като чуждо вещество, което води до тяхното активиране и освобождаване на възпалителни сигнални молекули. Двамата учени са заинтригувани защо ин витро транскрибираната иРНК се разпознава като чужда, докато тази от клетки на бозайници не предизвиква същата реакция. Карико и Уайсман осъзнават, че някои критични свойства трябва да разграничават различните типове иРНК.

РНК съдържа четири бази - цитозин (C), гуанин (G), аденин (A) и тимин (T). Двамата учени знаят, че базите в РНК от клетки на бозайници често са химически модифицирани, докато с ин витро транскрибираната иРНК случаят не е такъв. Те си задават въпроса дали липсата на променени бази в ин витро транскрибираната РНК може да обясни нежеланата възпалителна реакция. За да проучат това, те създават различни варианти на иРНК, всеки с уникални химични промени в техните бази, които доставят на дендритни клетки.

Резултатите са поразителни: възпалителният отговор е почти премахнат, когато в иРНК са включени базови модификации. Това променя парадигмата в разбирането за това как клетките разпознават и реагират на различни форми на иРНК. Карико и Уайсман веднага разбират, че тяхното откритие има огромно значение за използването на иРНК като терапия. Тези основополагащи резултати са публикувани през 2005 г. - 15 години преди пандемията от COVID-19.

В по-нататъшни изследвания, публикувани през 2008 г. и 2010 г., двамата Нобелови лауреати показват, че доставянето на иРНК, генерирана с базови модификации, значително повишава производството на протеини в сравнение с немодифицираната иРНК. Ефектът се дължи на намаленото активиране на ензима, който регулира производството на протеини.

Чрез откритията си, че базовите модификации едновременно намаляват възпалителните реакции и увеличават производството на протеини, Карико и Уайсман елиминират критичните пречки по пътя към клиничните приложения на иРНК.

иРНК ваксините реализират своя потенциал

Интересът към иРНК технологията се засилва и през 2010 г. няколко компании работят по разработването на метода. Те се стремят към създаването на ваксини срещу вирусите зика и MERS-CoV, последният от които е тясно свързан с причинителя на КОВИД-19 SARS-CoV-2. След избухването на пандемията с рекордна скорост са разработени две базово модифицирани иРНК ваксини, кодиращи повърхностния протеин на SARS-CoV-2. Отчетени са защитни ефекти от около 95 процента и двете ваксини са одобрени още през декември 2020 г.

Впечатляващата гъвкавост и бързина, с които 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 намери приложение и за доставяне на терапевтични протеини и лечение на някои видове рак.

Снимки: БТА

Няколко други ваксини срещу SARS-CoV-2, базирани на различни методологии, също бяха въведени бързо, като в световен мащаб са поставени общо над 13 милиарда дози от ваксини срещу COVID-19. Ваксините са спасили живота на много хора, а при много повече са предотвратили тежки заболявания, позволявайки на обществата да се отворят и да се върнат към нормални условия. Чрез своите фундаментални открития за значението на базовите модификации в иРНК, тазгодишните Нобелови лауреати допринасят съществено за това трансформиращо развитие по време на една от най-големите здравни кризи на нашето време.

Чуйте последните новини, където и да сте!
Последвайте ни във Facebook и Instagram
Следете и канала на БНТ в YouTube
Вече може да ни гледате и в TikTok