Zgodnie z oficjalnym komunikatem, Katalin Karikó i Drew Weissman otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny „za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19”.
Wszyscy jesteśmy częścią opowieści o tej nagrodzie. Choć nierzadko wyszliśmy z pandemii poranieni, ta historia ma dla nas szczęśliwe zakończenie. Również naukowa droga dwójki laureatów – prowadząca na sam szczyt – nie była usłana różami.
Urodzona w komunistycznych Węgrzech Katalin Karikó w 1985 r., trzy lata po zdobyciu doktoratu na Uniwersytecie w Segedynie, z uwagi na brak pieniędzy na badania i duszną atmosferę ówczesnego ustroju, decyduje się na wyjazd do Stanów Zjednoczonych. Nie pomógł jej wymuszony przez władze wpis na listę agentów węgierskich służb bezpieczeństwa, zwłaszcza że nigdy, jak sama zaznacza w wywiadach, nie sporządziła pisemnego ani ustnego donosu.
W lepszym starcie na obczyźnie pomógł za to rodzinie Karikó pluszowy miś jej córki. Gdy przekraczali węgierską granicę, ukryli w nim 900 funtów – dużo więcej, niż pozwalano wywozić z kraju.
W 1989 r. Karikó rozpoczyna pracę na Uniwersytecie Pensylwanii. Zajmuje tam jednak niską pozycję i musi szukać chętnych do współpracy patronów. Pierwsze laboratorium, w którym skutecznie zmusiła komórki na szalce do produkcji określonego białka przy pomocy mRNA, szybko straciło finansowanie, wraz z odejściem jej szefa. Kolejna szansa pojawiła się, gdy Karikó spotkała Davida Langera – neurochirurga, który zobaczył w technologii mRNA metodę ratującą pacjentów z udarami mózgu. Jednak próby zwiększenia przez komórki naczyń krwionośnych produkcji tlenku azotu – substancji poszerzającej światło naczyń – nie powiodły się. Wkrótce potem kolejny szef Karikó odszedł z uniwersytetu, a jej badania znowu straciły finansowanie.
Do przełomu doszło ponoć dzięki uczelnianemu ksero, przy którym pod koniec lat 90. Karikó spotkała Drew Weissmana. Drugi laureat tegorocznej nagrody wcześniej pracował nad szczepionką na HIV w laboratorium Anthony’ego Fauciego – tego samego, który stanie się jednym z liderów walki z COVID-19 w USA w trakcie pandemii. Weissman w swoich badaniach wykorzystywał komórki dendrytyczne – jeden z wielu trybików maszynerii układu odpornościowego, odpowiedzialny za identyfikowanie intruzów. Karikó i Weissman dojrzeli we współpracy szansę na zrealizowanie swoich naukowych celów – rozwoju technologii mRNA i tworzenia szczepionek.
Aby zrozumieć, na czym ta technologia się opiera, musimy przyjrzeć się z bliska wnętrzu komórki. Przepis na każde białko naszego organizmu – insulinę, hemoglobinę czy hormony peptydowe – zapisany jest w DNA, upakowanym w jądrze komórkowym. Jednak cząsteczka DNA to pierwowzór, który nie bierze bezpośredniego udziału w produkcji białek. Z jądra komórki do cytoplazmy, gdzie obecna jest cała maszyneria tworząca białka, musi zostać wysłana swoista wiadomość z instrukcją. W dodatku przepis na białko przechowywany w DNA jest poprzedzielany informacjami, które do jego powstania są niepotrzebne. Dlatego konieczne jest przetłumaczenie receptury na język RNA i usunięcie zbędnych elementów kodu. Tak powstaje mRNA (przekaźnikowy lub informacyjny RNA; ang. messenger RNA) – cząstka materiału genetycznego gotowa do odczytania i wykorzystania w produkcji białka.
Istnienie mRNA i jego funkcje odkryto w 1961 r. Niedługo później pojawiła się możliwość tworzenia mRNA w warunkach laboratoryjnych, a to pozwoliło marzyć o zaprzęgnięciu komórki do produkcji określonych białek, bez trwałej zmiany jej materiału genetycznego. Idea wydaje się prosta: do komórki wprowadzamy mRNA, czyli notatkę z przepisem, a komórka na jej podstawie tworzy białko, wykorzystując własne molekularne narzędzia i składniki. O tym, że to możliwe, przekonano się w 1990 r., gdy inny zespół badaczy wszczepił do mięśni myszy mRNA kodujące białka i zaobserwował ich produkcję w komórkach.
Na drodze do realizacji tej idei w żywych organizmach stanęły jednak dwie przeszkody – sztucznie wytworzone mRNA wywoływało silną i niekorzystną odpowiedź immunologiczną, a sama produkcja białek była bardzo mało efektywna. Zanim więc duet tegorocznych noblistów mógł stworzyć jakąkolwiek szczepionkę, trzeba było rozwikłać zagadkę, dlaczego komórki traktują wszczepiony mRNA jako intruza – a nie jak własny mRNA, bez przeszkód wykorzystywany w produkcji białek.
Przełomem były badania z 2005 r., w którym Karikó i Weissman dowiedli, że za brak reakcji na własne mRNA odpowiadają modyfikacje występujących w tej cząsteczce zasad azotowych. Testy na znanych Weissmanowi komórkach dendrytycznych udowodniły to jednoznacznie. Dalekosiężne skutki tej pracy nie zostały jednak od razu dostrzeżone. Dwa wiodące czasopisma naukowe – „Nature” i „Science” – nie zdecydowały się opublikować raportu z tego badania. Później laureaci wykazali także, że mRNA o zmodyfikowanych zasadach pozwalało na produkcję dużo większej ilości białka niż „gołe” mRNA.
Droga do leczenia i szczepienia przy pomocy mRNA stała otworem. Mutacja genetyczna powoduje niedobór jakiegoś białka? Wystarczy wszczepić mRNA i białko samo powstanie w ludzkich komórkach. Tradycyjna szczepionka z martwym wirusem jest mało efektywna i trudna w produkcji? Po podaniu mRNA komórki układu immunologicznego same wyprodukują białko wirusa i zdobędą na niego odporność.
Jak w wywiadzie z portalem Komitetu Noblowskiego wyznała Katalin Karikó, nawet ten sukces nie przekonał władz Uniwersytetu Pensylwanii. Węgierska badaczka została „zmuszona do przejścia na emeryturę i wyrzucona z uczelni”. Wówczas zaczęła współpracę z firmą BioNTech. Wkrótce wspólne odkrycia dwójki przyszłych noblistów, ale i wielkie nadzieje związane z mRNA, miały zostać przetestowane w boju.
Gdy prześledzimy pandemiczną oś czasu, stanie się jasne, dlaczego szczepionki i technologia mRNA są tak przełomowe. Wirusa SARS-CoV-2 za przyczynę choroby COVID-19 uznano w grudniu 2019 r. W styczniu 2020 r. chińscy naukowcy opublikowali w internecie kompletny genom wirusa. Pierwsze badania kliniczne szczepionki rozpoczęto po zaledwie trzech miesiącach, a po roku od odkrycia wirusa Weissman i Karikó w świetle fleszy zaszczepili się pierwszą w historii szczepionką mRNA na chorobę, na którą tylko tamtego dnia zmarło ponad 13 tys. osób. Komitet Noblowski podkreśla w swoich oświadczeniach, że to właśnie odkrycia Karikó i Weissmana miały kluczowe znaczenie w rozwoju technologii, która umożliwiła w tak błyskawicznym tempie stworzenie szczepionki w trakcie najpoważniejszego kryzysu zdrowotnego naszych czasów.
Wyprodukowanie i przebadanie klasycznych szczepionek przeciwwirusowych, czyli takich, w których podawany jest cały, ale zabity lub osłabiony wirus (albo jego najbardziej immunogenny fragment – np. białko kolca), trwałoby zdecydowanie dłużej.
Bezpieczeństwo szczepionek mRNA i ich skuteczność, również wobec kolejnych odmian koronawirusa, zachęciły naukowców do dalszych badań. Druga z firm farmaceutycznych, która w wyścigu o szczepionkę na SARS-CoV-2 postawiła na technologię mRNA, Moderna, planuje wyprodukować analogiczne szczepionki na kolejnych kilkanaście chorób zakaźnych, w tym malarię, dengę, ebolę oraz wywołane przez wirus HIV i zika. Szczepionka przeciwko wirusowi RSV, który w sezonie wywołuje liczne infekcje wśród dzieci i osób starszych, jest już w trakcie procesu o dopuszczenie do powszechnego użycia w USA. Ale technologia mRNA to nie tylko walka z chorobami zakaźnymi. Marzeniem naukowców jest szczepionka na choroby nowotworowe. Skoro można przy pomocy szczepionek mRNA zwrócić układ odpornościowy przeciwko patogenom, to czy uda się go wycelować w komórki nowotworowe?
W lipcu tego roku rozpoczęła się trzecia faza badań klinicznych nad spersonalizowaną szczepionką na czerniaka. Testowany preparat zawierał mRNA kodujący ponad 30 nowotworowych antygenów, które miały zostać rozpoznane przez komórki odpornościowe pacjenta. W połączeniu z innym lekiem na czerniaka terapia zmniejszyła śmiertelność o 44 proc. Podobna spersonalizowana terapia planowana jest dla chorych z rakiem trzustki.
Przeanalizowane w tym roku przez badaczy z Uniwersytetu Stanforda dane sugerują, że naukowa płodność zdobywców najbardziej prestiżowych nagród (w tym Nagrody Nobla) jest taka sama lub mniejsza niż przed uhonorowaniem. Nawet jeśli to ponoblowskie spowolnienie dosięgnie Katalin Karikó i Drew Weissmana, to dzieło ich życia z pewnością dopiero nabiera rozpędu. ©
Tekst aktualizowano 11 października 2023 r.
Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →
Masz konto? Zaloguj się
365 zł 95 zł taniej (od oferty "10/10" na rok)
