Tegoroczną nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny otrzymali naukowcy, których prace umożliwiły szybkie stworzenie skutecznych szczepionek typy mRNA przeciwko Covid-19. Instytut Karoliński w Sztokholmie ogłosił, że wyróżniono Węgierkę Katalin Karikó i Amerykanina Drew Weissmana, których badania fundamentalnie zmieniły naszą wiedzę o tym, jak mRNA oddziałuje z naszym układem immunologicznym i przyczyniły się do bezprecedensowo szybkiego rozwoju szczepionek w chwili, kiedy doszło do jednego z najpoważniejszych we współczesnych czasach zagrożenia dla zdrowia publicznego.
Jak podkreśla Komitet Noblowski, szczepionki pobudzają odpowiedź układu immunologicznego wobec konkretnego czynnika chorobotwórczego. To daje organizmowi przewagę w chwili ewentualnego, przyszłego kontaktu z tym patogenem. Szczepionki oparte na zabitych czy osłabionych wirusach są obecne w medycynie od dawna, przełomowe znaczenie miało między innymi opracowanie ich przeciwko polio, odrze, czy żółtej febrze. Za stworzenie tej ostatniej nagrodę Nobla w 1951 roku wyróżniono Maxa Theilera.
Kolejnym etapem, w miarę postępów biologii molekularnej, było opracowanie szczepionek, które zamiast całych wirusów wykorzystywały ich kluczowe elementy. Fragmenty ich kodu, sterujące zwykle powstawaniem białek obecnych na ich powierzchni, miały pobudzić organizm do wytwarzania zwalczających wirusa przeciwciał. Przykładem są szczepionki przeciwko wirusowi żółtaczki typu B czy wirusowi HPV. Kluczowy fragment kodu można też wprowadzić do niegroźnego wirusa i zastosować go jako wektor, służący do pobudzenia reakcji organizmu. Istotne białko wirusa jest wtedy wytwarzane przez nasze komórki i to ono prowadzi do uodpornienia się na chorobotwórczy wirus. Na tej zasadzie tworzy się szczepionki przeciwko wirusowi Ebola.
Problemem w przypadku tych szczepionek jest konieczność hodowli na kulturach komórek. Ten długotrwały i kosztowny proces ogranicza możliwość szybkiego reagowania w przypadku pojawienia się ognisk choroby czy wybuchu pandemii. Próby tworzenia szczepionek poza kulturami komórek były podejmowane i okazywały się dość trudne.
W naszym organizmie informacja genetyczna zawarta w DNA przekazywana jest na cząsteczki tzw. mRNA, czyli informacyjnego RNA, które stanowią wzorzec do produkcji białek. Technologię wytwarzania mRNA bez kultur komórek, tak zwanej transkrypcji in vitro opracowano w latach 80. ubiegłego wieku. Podejmowano próby wykorzystania jej do tworzenia szczepionek, ale nie była jeszcze wystarczająco dopracowana. By poradzić sobie z niestabilnością mRNA, opracowano z czasem cały system nośników lipidowych. Trzeba było jeszcze uporać się z faktem, że wytwarzane in vitro mRNA wywoływało w organizmie reakcje zapalne.
Węgierska biochemik Katalin Karikó próbowała opracować metody wykorzystania mRNA do celów terapeutycznych od lat 90. minionego wieku. Podczas pracy na University of Pennsylvania w Filadelfii nawiązała współpracę z immunologiem, Drew Weissmanem, który zajmował się komórkami dendrytycznymi, szczególnie istotnymi dla uruchamiania reakcji odpornościowej, związanej z podaniem szczepionek. Oboje skoncentrowali się na tym, jak różne cząsteczki RNA oddziałują z układem immunologicznym.
Karikó i Weissman zauważyli, że komórki dendrytyczne postrzegają cząsteczki mRNA wytworzone drogą transkrypcji in vitro jako obce, co prowadzi do ich aktywacji i uwolnienia cząsteczek promujących proces zapalny. Zastanawiali się, czemu takiej reakcji nie wywołują mRNA z komórek ssaków i doszli do wniosku, że różne typy cząsteczek mRNA muszą mieć szczególne właściwości. RNA składa się z kombinacji czterech zasad azotowych, adeniny, guaniny cytozyny i uracylu. W przypadku DNA zamiast uracylu mamy tyminę. Karikó i Weissman wiedzieli, że mRNA komórek ssaków jest często chemicznie zmodyfikowane, podczas gdy mRNA in vitro - nie. Okazało się, że wprowadzenie do nich takich modyfikacji sprawia, że reakcja zapalna się nie pojawia.
Praca na ten temat ukazała się w 2005 roku. W kolejnych pracach, opublikowanych w 2008 i 2010 roku Karikó i Weissman pokazali jeszcze, że podanie zmodyfikowanego mRNA prowadzi do znacznego zwiększenia tempa produkcji białek, zmniejsza bowiem aktywność enzymu, który ten proces reguluje. Kluczowe przeszkody zostały pokonane i droga do terapii mRNA została otwarta.
Zainteresowanie technologią mRNA rosło, już w 2010 roku szereg firm przystąpiło do prac nad szczepionkami m.in. przeciwko wirusom Zika i MERS-CoV. Gdy wybuchła pandemia SARS-CoV-2, prace gwałtownie przyspieszyły i dwie szczepionki przeciwko Covid-19 już w grudniu zostały dopuszczone do użycia. Resztę historii już znamy.