За что дали Нобелевку по медицине? Устройство мРНК-вакцины простыми словами

Вирус состоит из ДНК (или РНК) и внешней белковой оболочки, которая позволяет генетическому материалу патогена проникнуть внутрь клетки-хозяина (капсид — состоящая из белков оболочка вируса) Изображение: © Rachel Leeson

Такие разные вакцины

Изучение матричных РНК началось в начале 60-х годов прошлого века. Тогда сразу нескольким исследовательским группам удалось доказать, что существует посредник между ДНК и белками. Главная функция этой молекулы-передатчика лежит в основе центральной догмы молекулярной биологии — информация «переводится» с ДНК в РНК, которая следует из ядра клетки в цитоплазму и там участвует в синтезе белка. Но как этот базовый механизм послужил основой для нового типа препаратов?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала рассказать об основных подходах к разработке вакцин. Первый и самый опасный способ — использовать живой вирус. Несмотря на то что в таких случаях в ход идет ослабленный его вариант, он может спровоцировать заболевание, если у человека проблемы с иммунитетом. 

Один из самых распространенных типов вакцин — векторные. При их разработке ученые берут фрагмент генетического кода вируса и вставляют его в последовательность вирусного вектора — это своего рода молекула-курьер. К таким вакцинам относится и «Спутник V», признанный мировым научным сообществом одним из самых эффективных препаратов от ковида.

Обновленная вакцина «Спутник V», которая защитит от последних штаммов коронавируса, поступит в медицинские учреждения в первой половине декабря.

В октябре прошлого года появилась возможность пройти назальную вакцинацию препаратом «Гам-КОВИД-Вак» («Спутник V») Фото: © Александр Щербак / ТАСС

Еще бывают субъединичные вакцины, когда ученые выделяют отдельный белок вируса и используют его для вызова иммунной реакции организма. В таком случае заражения можно не бояться, ведь генетический код патогена отсутствует. Да и опасной аллергической реакции не будет — белок используется только один и в малых концентрациях.

При этом у каждого типа вакцин есть слабые места: некоторые могут вызвать само заболевание, другие — опасную аллергию. Однако новый тип препарата на основе мРНК считается наиболее безопасным из всех. 

Нобелевка за вакцину

Его появлением мы обязаны биохимикам из University of Pennsylvania Каталин Карико и Дрю Вайсману. Суть сделанного ими открытия заключается в замене уридина, основания в коде мРНК, на псевдоуридин. Это приводит к снижению риска возникновения воспалительной реакции в ответ на чужеродную мРНК. 

Вайсман и Карико начали работать вместе в конце 1990-х годов. В 2005-м они представили результаты своей работы по модификации РНК, которые и легли в основу инновационной вакцины от ковида. Следующие 15 лет шла работа над препаратом — по его видоизменению и проверке безопасности.

Каталин Карико и Дрю Вайсман — известные в научном мире исследователи, лауреаты не одной престижной награды Изображение: Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Однако просто использовать эту технологию в качестве вакцины не получалось — после введения в организм мРНК, созданных на основе генетического кода вируса, у испытуемых возникала острая иммунная реакция — цитокиновый шторм. Решить эту проблему удалось благодаря модификации последовательности. 

Для доставки мРНК в клетки использовали липидные наночастицы. С их помощью молекулы следуют к рибосомам, на которых происходит синтез видоизмененного белка вируса. Именно он знакомит иммунитет с патогеном и приводит его в состояние боевой готовности. В период пандемии COVID-19 появилось сразу две вакцины на основе мРНК — от фармгигантов Moderna и Pfizer.

Быстро ввести вакцину от SARS-CoV2 в массовый оборот позволили существующие наработки при создании препарата против вируса Зика Фото: © Daniel Chetroni / Shutterstock / FOTODOM

Помимо мРНК-вакцин, наработки по доставке измененных молекул можно использовать для лечения и других заболеваний: муковисцидоза, болезней сердца, рака и многих других. Ученые уже работают в этих направлениях.