Pirmadieną paskelbtas apdovanojimas Fiziologijos ir Medicinos srityje. Iki 11 milijonų Švedijos kronų (apie 950 650 eurų) šiemet išaugusi premija paskirta dviem mokslininkams: Katalinai Karikó ir Drew Weissmanui – už atradimus, susijusius su nukleozidų bazių modifikacijomis, kurie leido sukurti veiksmingas iRNR vakcinas nuo COVID-19.
Katalina Karikó (g. 1955 m.) yra vengrų kilmės amerikiečių biochemikė, kuri specializuojasi RNR mechanizmų srityje. Jos mokslinių tyrimų sritis – in vitro transkribuojamų iRNR kūrimas baltymų terapijai.
Drew Weissmanas (g. 1959 m.) – amerikiečių gydytojas ir mokslininkas, labiausiai žinomas dėl savo indėlio į atradimus RNR biologijos srityje. Jo darbai taip pat padėjo sukurti iRNR vakcinas, iš kurių geriausiai žinomos yra COVID-19 vakcinos, kurias pagamino „BioNTech“/“Pfizer“ ir „Moderna“.
Kaip rašoma Nobelio premijos komiteto svetainėje, šių dviejų Nobelio premijos laureatų atradimai buvo labai svarbūs kuriant veiksmingas iRNR vakcinas nuo COVID-19 pandemijos, kuri prasidėjo 2020 m. pradžioje. „Savo novatoriškais atradimais, kurie iš esmės pakeitė mūsų supratimą apie tai, kaip iRNR sąveikauja su mūsų imunine sistema, laureatai prisidėjo prie precedento neturinčio vakcinų kūrimo spartos vienos didžiausių šiuolaikinių grėsmių žmonių sveikatai metu“, – rašoma pranešime spaudai.
Vakcinos prieš pandemiją
Skiepijimas skatina imuninio atsako į tam tikrą patogeną formavimąsi. Tai suteikia organizmui pranašumą kovoje su liga – jei vėliau su ja susiduriama. Jau seniai galima įsigyti vakcinų, kurių pagrindą sudaro negyvi arba susilpninti virusai – pavyzdžiui, vakcinos nuo poliomielito, tymų ir geltonojo drugio. Beje, 1951 m. Maxui Theileriui Nobelio premija buvo įteikta už vakcinos nuo geltonojo drugio sukūrimą.
Tačiau dėl pastaraisiais dešimtmečiais pasiektos molekulinės biologijos pažangos buvo sukurtos vakcinos, kurių pagrindą sudaro atskiri viruso komponentai – o ne ištisi virusai. Viruso genetinio kodo dalys, paprastai koduojančios viruso paviršiuje esančius baltymus, naudojamos baltymams, skatinantiems virusą blokuojančių antikūnų susidarymą, gaminti.
Arba viruso genetinio kodo dalys gali būti perkeltos į nekenksmingą virusą-nešėją, vadinamą vektoriumi. Šis metodas naudojamas vakcinose nuo Ebolos viruso. Įšvirkštus vektorines vakcinas, mūsų ląstelėse pasigamina pasirinktas viruso baltymas, skatinantis imuninį atsaką prieš tikslinį virusą.
Viso viruso, baltymo ir vektoriaus pagrindu pagamintoms vakcinoms reikia didelio masto ląstelių kultūrų. Šis daug išteklių reikalaujantis procesas riboja galimybes greitai gaminti vakcinas reaguojant į protrūkius ir pandemijas. Todėl mokslininkai jau seniai bandė sukurti vakcinų technologijas, nepriklausomas nuo ląstelių kultūrų, tačiau tai pasirodė esąs nemenkas iššūkis.
iRNR vakcinos: Daug žadanti idėja
Mūsų ląstelėse genetinė informacija, užkoduota DNR, perkeliama į informacinę RNR (iRNR. Angliškai tai vadinama messenger RNA, mRNA), kuri naudojama kaip šablonas baltymų gamybai.
XX a. devintajame dešimtmetyje pradėti taikyti veiksmingi iRNR gamybos be ląstelių kultūros metodai, vadinami in vitro transkripcija. Šis lemtingas žingsnis paspartino molekulinės biologijos taikymų plėtrą keliose srityse.
Taip pat kilo idėjų panaudoti iRNR technologijas vakcinų ir gydymo tikslais – tačiau dar buvo kliūčių. In vitro transkribuota iRNR buvo laikoma nestabilia ir sudėtinga pristatyti, todėl reikėjo sukurti sudėtingas lipidų nešiklių sistemas, skirtas uždengti iRNR kapsules. Be to, in vitro gaminama iRNR sukeldavo uždegimines reakcijas. Todėl entuziazmas plėtoti iRNR technologiją klinikiniais tikslais iš pradžių buvo ribotas.
Tačiau šios kliūtys neatbaidė vengrų biochemikės Katalin Karikó, kuri ėmėsi rRNR naudojimo terapijai metodų kūrimo. XX a. dešimtojo dešimtmečio pradžioje, kai ji dirbo Pensilvanijos universiteto docente, mokslininkė liko ištikima savo vizijai įgyvendinti iRNR kaip gydymo priemonę – nors ir susidūrė su sunkumais įtikinti mokslinių tyrimų finansuotojus savo projekto svarba.
Bet netrukus prie K.Karikó universitete prisijungė naujas kolega – imunologas Drew Weissmanas. Jis domėjosi dendritinėmis ląstelėmis, kurios atlieka svarbias funkcijas imuninės priežiūros ir vakcinų sukelto imuninio atsako aktyvavimo srityse. Netrukus prasidėjo vaisingas abiejų tyrėjų bendradarbiavimas, kurio metu daugiausia dėmesio buvo skiriama tam, kaip skirtingų tipų RNR sąveikauja su imunine sistema.
Proveržis
K.Karikó ir D.Weissmanas pastebėjo, kad dendritinės ląstelės atpažįsta in vitro transkribuotą iRNR kaip svetimą medžiagą – dėl to jos suaktyvėja ir išskiria uždegimą sukeliančias signalines molekules. Jiems kilo klausimas, kodėl in vitro transkribuota iRNR atpažįstama kaip svetima, o žinduolių ląstelių iRNR nesukelia tokios pat reakcijos. Abu tyrėjai suprato, kad skirtingus iRNR tipus turi skirti tam tikros kritinės savybės.
RNR yra keturios bazės, sutrumpintai žymimos A, U, G ir C (ir atitinkančios DNR A, T, G ir C). K.Kariko ir D.Weissmanas žinojo, kad žinduolių ląstelių RNR bazės dažnai būna chemiškai modifikuotos, o in vitro transkribuotos iRNR – ne. Jiems kilo klausimas, ar in vitro transkribuotoje RNR nėra pakitusių bazių, galinčių paaiškinti nepageidaujamą uždegiminę reakciją.
Norėdami tai ištirti, jie pagamino skirtingus iRNR variantus, kurių kiekvieno bazės buvo unikaliai chemiškai pakeistos – ir pateikė juos dendritinėms ląstelėms. Rezultatai buvo stulbinantys: kai į iRNR buvo įtraukti bazių pakeitimai, uždegiminė reakcija beveik išnyko.
Tai buvo paradigminis pokytis mokslo supratime apie tai, kaip ląstelės atpažįsta ir reaguoja į skirtingas iRNR formas. K.Karikó ir D.Weissmanas iš karto suprato, kad jų atradimas turi didžiulę reikšmę naudojant iRNR terapijoje. Šie esminiai rezultatai buvo paskelbti 2005 m., likus penkiolikai metų iki COVID-19 pandemijos.
2008 ir 2010 m. paskelbtuose kituose tyrimuose K.Karikó ir D.Weissmanas įrodė, kad perdavus bazių modifikacijomis modifikuotą iRNR, baltymų gamyba žymiai padidėjo – palyginti su nemodifikuota iRNR. Šį poveikį lėmė sumažėjęs baltymų gamybą reguliuojančio fermento aktyvavimas. Atradę, kad bazių modifikacijos mažina uždegimines reakcijas ir didina baltymų gamybą, šie du mokslininkai pašalino esmines kliūtis, trukdžiusias klinikiniam iRNR taikymui.
Milžiniškas potencialas
Susidomėjimas iRNR technologija ėmė augti, ir 2010 m. kelios bendrovės jau dirbo prie šio metodo kūrimo. Buvo siekiama sukurti vakcinas nuo Zikos viruso ir MERS-CoV. Pastarasis yra glaudžiai susijęs su SARS-CoV-2.
Po COVID-19 pandemijos protrūkio rekordiniu greičiu buvo sukurtos dvi baziškai modifikuotos iRNR vakcinos, koduojančios SARS-CoV-2 paviršiaus baltymą. Buvo pranešta apie maždaug 95 proc. apsauginį poveikį, o abi vakcinos buvo patvirtintos dar 2020 m. gruodį.
Įspūdingas lankstumas ir greitis, kuriuo galima kurti iRNR vakcinas, atveria kelią naujosios platformos panaudojimui ir vakcinoms nuo kitų infekcinių ligų. Ateityje ši technologija taip pat gali būti naudojama terapiniams baltymams tiekti – ir kai kurių rūšių vėžiui gydyti.
Taip pat greitai buvo įdiegtos kelios kitos vakcinos nuo SARS-CoV-2, pagrįstos skirtingomis metodikomis – ir iš viso pasaulyje buvo suleista daugiau kaip 13 mlrd. COVID-19 vakcinos dozių.
Šios vakcinos išgelbėjo milijonus gyvybių ir užkirto kelią daugeliui kitų sunkių ligų, leido visuomenei išeiti iš karantino ir grįžti į normalias gyvenimo sąlygas. Šių metų Nobelio premijos laureatai, atlikę fundamentalius atradimus, susijusius su bazių modifikacijų iRNR reikšme, kritiškai prisidėjo prie šios permainingos raidos vienos didžiausių mūsų laikų sveikatos krizių metu.
