SME
Štvrtok, 26. november, 2020 | Meniny má KornelKrížovkyKrížovky
PODCAST PRAVIDELNÁ DÁVKA

Je mRNA vakcína bioinžinierskym objavom desaťročia?

O prelomovom bioinžinierskom objave.

Vypočujte si podcast

Počúvajte cez >> Apple podcasty | Spotify | Google podcasty | RSS

Rok 2020 bude pravdepodobne naveky zapísaný v histórii ako rok, v ktorom celé ľudstvo úporne bojovalo s koronavírusom a ochorením COVID-19. No zatiaľ čo vo februári a v marci 2020 sa podľa fotografií a videí z Talianska mohlo zdať, že koronavírus v tejto vojne víťazí, na sklonku roka 2020 sa zdá, že vakcína na SARS-CoV-2 je už blízko. Konkrétne ide o mRNA vakcíny vyvíjané spoločnosťami Moderna Therapeutics a konzorciom startupu BioNTech a farmaceutického giganta Pfizer. Prečo sú tieto vakcíny výnimočné? A môžu predstavovať bioinžiniersky triumf desaťročia? O tom sa budeme rozprávať v dnešnej dávke. Krátka poznámka: akékoľvek informácie v tejto epizóde nie sú mienené ako a nemali by byť považované za lekárske rady.

Skryť Vypnúť reklamu

Povedzme si jednoduchú, no dnes z nejakého dôvodu často spochybňovanú vec: vakcíny ročne zachraňujú milióny životov po celom svete a vďaka nim sme prakticky vykynožili skutočné hnusobu, teda pravé kiahne, minimalizovali sme výskyt detskej obrny a značne minimalizovali výskyt čierneho kašľu. Typické, klasické vakcíny sú spravidla založené na to, že do tela doručia oslabený čí mŕtvy patogén, teda škodlivý element, pred ktorým sa chceme chrániť, alebo dokonca len jeho časť. Náš imunitný systém si tento oslabený patogén zapamätá a ideálne mu v budúcnosti nedá šancu rozmnožiť sa v nás do takej miery, aby to vyvolalo ochorenie.

Prečo sa vlastne zaujímame o nové prístupy vo vývoji vakcín?Klasické vakcíny totiž majú aj svoje slabiny a v ich efektívnom využití nám bránia rôzne prekážky. Niektoré patogény, totiž dokážu pred odpoveďou imunitného systému veľmi dobre unikať. Pre iné vírusové ochorenia zase problémom nie je efektivita konvenčných vakcín, ale to, že ich vývoj trvá veľmi dlho a je náročné ich distribuovať rýchlo a na veľkej škále. A nakoniec, klasické prístupy nemusia byť efektívne voči neinfekčným ochoreniam ako sú napríklad rakovinové ochorenia. Musíme totiž byť ambiciózni a uvažovať aj nad tým, ako sa chrániť voči takýmto ochoreniam.

Skryť Vypnúť reklamu

Čo je to vlastne tá mRNA? mRNA, alebo “messenger RNA” je prechodovým krokom medzi DNA, ktorá kóduje informácie pre výrobu proteínov a proteínmi samotnými. Inak povedané, základná dogma biológie nám hovorí, že informácia uložená v DNA je v procese transkripcie prepísaná do mRNA a táto informácia je v procese translácie v bunkových štruktúrach nazývaných ribozómy preložená do jazyka reťazcov aminokyselín, ktoré tvoria nové proteíny.

Vakcíny doslova trénujú imunitný systém na to, aby dokázal rozpoznať istú štruktúru vírusu, ktorá dokáže spôsobiť ochorenie. Na rozdiel od typických vakcín, ktoré obsahujú oslabené vírusy, alebo purifikované, teda “vyčistené” súčasti vírusu, mRNA vakcína dáva človeku priamo genetický materiál, mRNA, ktorá má v sebe zakódovanú genetickú informáciu pre výrobu proteínu, ktorý je súčasťou vírusu, v našom prípade nešťastného SARS-CoV-2. Keď nám túto vakcínu vstreknú do tela, napríklad do ramenného svalu, naše bunky začnú podľa predlohy tejto mRNA vyrábať proteín, ktorý tvorí súčasť koronavírusu - podobne, ako by si prostrendíctvom svojej RNA nové proteíny vyrábal vírus v prírode. No žiadne strachy - takýto vírusový proteín nám ochorenie COVID-19 nevyvolá. Prítomnosť virálneho proteínu však stačí na to, aby si náš imunitný systém vedel predstaviť, ako vyzerá reálny vírus. To dáva imunitnému systému schopnosť vytvoriť si protilátky, ktoré dokážu vykynožiť reálny vírus, ak sa ním človek infikuje.

Skryť Vypnúť reklamu

Predstavte si vírus ako teroristu so samopalom, ktorý chce prejsť cez letiskovú kontrolu do lietadla a narobiť tam šarapatu. Genetická informácia v podobe mRNA istého virálneho proteínu je neškodná - podobne, ako samopal bez nábojov, spúšte a zásobníka. Taký je dobrý akurát na zabíjanie klincov a nie na vyvolávanie medzinárodných incidentov. Ak však imunitný systém, teda letisková bezpečnostná služba kontrolujúca batohy už videla obrazy samopalu bez spúšte či nábojov, bezpečne rozozná v budúcnosti skutočný samopal a záškodníckeho teroristu pošle nie do lietadla, ale do lochu.

V konečnom dôsledku by teda dobre optimalizovaná mRNA vakcína mala byť veľmi bezpečná - aj preto, že sa v tele nedokáže množiť. A prečo hovorím dobre optimalizovaná? Ide skôr o tému pre fajnšmekrov, ale pri mRNA vakcíne sa dokážeme hrať s rôznymi parametrami - takzvaný polyadenínový chvost umožňuje zvýšenie jej stability a zvyšuje množstvo proteínovej translácie, rovnako ako kodónová optimalizácia. Purifikácia mRNA zase znižuje aktiváciu imunitného systému. A práve tu do veľkej miery do hry vstupuje syntetická biológia. Sú to práve metódy dizajnu novej, syntetickej RNA, porozumenie rôznych vplyvov jej štruktúr na funkciu a záruka jej spoľahlivej výroby, ktoré nám umožňujú robiť z mRNA zmysluplné veci. Okrem toho, pre labužníkov ešte spomeniem, že máme niekoľko rôznych typov mRNA vakcín - delíme ich napríklad podľa schopnosti replikovať sa in vivo.

Skryť Vypnúť reklamu

Ale poďme ďalej. Veľkou nevýhodou vývoja tradičných vakcín je ich pomalý vývoj, ako som to už spomínal pred chvíľou. A my sme napríklad vakcínu proti SARS-CoV-2 chceli už včera, pred týždňom, či pred mesiacom! Naproti tomu si vezmime klasický prípad pri vývoji vakcíny voči chrípke. Bežne trvá asi 6 mesiacov kým sa podarí identifikovať vírusový kmeň cirkulujúci vo svete. Tento vírus-kandidát je potom niekoľko týždňov v laboratóriu kultivovaný tak, aby sa stal hybridným vírusom, ktorý je menej nebezpečný a dokáže rásť v kuracích embryách. Tento hybridný vírus sa potom vloží do oplodnených slepačích vajec a niekoľko dní sa inkubuje, aby vytvoril viac kópíí. Potom sa z infikovaných vajec pozbiera tekutina, vírusy sú zabité a ich proteíny sa niekoľko dní purifikujú a… Aj vám sa to zdá byť dlhý a ťažkopádny proces?

Skryť Vypnúť reklamu

Tu opäť mRNA vakcíny môžu ukázať svoju silu. Okrem toho, že mRNA molekula sama o sebe nie je nebezpečná a nedokáže vyvolať ochorenie, je relatívne jednoduché pri moderných výrobných procedúrach a pri dodržiavaní sterilných opatrení vyrábať ju na úrovni čistoty zodpovedajúcej medicínskemu štandardu. Nukleové kyseliny sa okrem toho oveľa lepšie dizajnujú ako proteíny, ktoré majú oveľa komplikovanejšie sekundárne a terciárne štruktúry. Dnes už syntetická biológia dospela do bodu, kedy dokážeme malé kúsky RNA navrhovať tak, aby sa s presne vymedzenou silou viazali na iné RNA molekuly a tak ich regulovali - okolo matematickej analýzy a počítačových simulácií jedného takéhoto regulačného genetického systému sa počas posledného roka krútil aj môj výskum.

Skryť Vypnúť reklamu

Aký rýchly bol dizajn mRNA vakcíny v prípade COVID-19? Veľmi rýchly. Ale taký, že fest. Niekoľko dní po tom, čo sa vedcom podarilo naskenovať (alebo, odborne, nasekvenovať) genetický kód koronavírusu SARS-CoV-2, sme už mali kúsky mRNA, ktoré predstavovali kandidátov na tie správne vakcíny proti koronavírusu. Samozrejme, tieto vakcíny museli prejsť klinickými skúškami, od laboratórnych testov až po testy na ľuďoch - a tento týždeň sa ukázalo, že mRNA vakcíny sú aj v 3. fáze klinických štúdií účinné. V prípade vakcíny mRNA-1273 od Moderna Therapeutics sa táto štúdia vykonávala na 30,000 účastníkoch. Z nich dostalo COVID-19 95, zatiaľ čo len 5 ochorení sa vyskytlo medzi očkovanými ľuďmi, zatiaľ čo v skupine ktorá dostala placebo sa nakazilo 90 ľudí. Podľa výpočtov to zodpovedá efektivite 94.5%. A ako to bolo so závažnosťou príznakov? Ani jeden zo zaočkovaných nemal závažný priebeh COVID-19, zatiaľ čo 12% infikovaných nezaočkovaných malo ťažký priebeh.

Skryť Vypnúť reklamu

Aká je ďalšia výhoda mRNA vakcín? Zdá sa, že by mohli byť využité na širšiu škálu ochorení - napríklad pri istých typoch rakoviny. Okrem výskumu RNA vakcín v boji proti infekčným ochoreniam ako sú vírusy chrípky, Ebola, či Zika v súčasnosti prebieha asi 50 klinických pokusov s RNA vakcínami voči rakovinovým ochoreniam ako sú leukémia, melanómy, či obávané glioblastómy, nádory mozgu.

Kedy teda výskumníci začali uvažovať nad mRNA vakcínami? Prvý krát sa úspešne podarilo na zvieratkách ukázať, že mRNA by mohla byť využitá na vyvolanie imunitnej odpovede v roku 1990. Potom sa však výskum mRNA a jej využitia pri očkovaní akosi zastavil a vedci sa začali venovať inej nukleovej kyseline, ktorú všetci poznáme - DNA. Prečo? Jednoducho sa obávali toho, že mRNA je nestabilná, má vysokú vlastnú imunogenecitu, teda schopnosť vyvolávať silnú imunitnú odpoveď organizmu a zároveň bolo veľmi náročné doručiť ju rozumným spôsobom do ľudského tela. Jednoducho neperspektívna cesta, však?

Skryť Vypnúť reklamu

No v poslednom desaťročí sa toho veľa zmenilo. Svetlo sveta uzreli mnohé nové technológie - od rýchleho sekvenovania, cez lacnejšiu a presnejšiu syntézu nukleových kyselín, až po kvalitné softvérové nástroje, ktorými dokážeme lepšie modelovať, dizajnovať a potom predikovať efekt štruktúr mRNA. Tiež dokážeme mRNA lepšie doručovať do buniek - využívame na to tukové guľôčky nazávané lipozómy - možno si pamätáte na môj rozhovor s Profesorkou Kate Adamala, ktorá podobné lipozómy využíva pri stavbe syntetických buniek.

A samozrejme, nemôžme zabúdať na automatizáciu - tety a ujovia v bielych plášťoch s karpálnymi tunelmi spôsobenými nekonečným pipetovaním sa totiž stále z biologických laboratórií vytrácajú a budú ich nahrádzať laboratórne roboty. Kombinácia týchto faktorov nielen zvyšuje šancu vývoja efektívnych mRNA vakcín, no zároveň znižuje logistické ťažkosti a finančné náklady spojené s ich výrobou, čo robí mRNA vakcíny potenciálne oveľa dostupnejšími. Napriek tomu však logistika nie je jednoduchá. mRNA je inherentne nestabilná a napríklad vakcína od Pfizeru a BioNTech pravdepodobne bude musieť byť skladovaná pri -80 stupňoch Celzia, čo je teplota, ktorú vaša úbohá mraznička doma len tak nevyčaruje. Logistické výzvy spojené s mRNA vakcináciou teda zostávajú.

Skryť Vypnúť reklamu

Nástup mRNA vakcín je vskutku obdivuhodným triumfom bioinzinierstva a biotechnologií - a syntetickej biologie. Okrem toho sa zdá, ze táto technologia bude dostupná v rekordnom čase. Je teda mRNA vakcína bioinžinierskym objavom desaťročia? Neviem, keďže myslím, že nás v tomto desaťročí v oblasti syntetickej biológie čakajú ešte onakvejšie šupy. Ale mRNA vakcína bude určite patriť medzi top kandidátov na top inováciu tohto desaťročia.

Referencie:

[1] Weiss, R., Scheiblhofer, S., & Thalhamer, J. (2017). Generation and evaluation of prophylactic mRNA vaccines against allergy. In Methods in Molecular Biology. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-6481-9_7

[2] Pardi, N., Hogan, M. J., Porter, F. W., & Weissman, D. (2018). mRNA vaccines-a new era in vaccinology. Nature Reviews Drug Discovery. https://doi.org/10.1038/nrd.2017.243

Skryť Vypnúť reklamu

[3] Chen, N., Xia, P., Li, S., Zhang, T., Wang, T. T., & Zhu, J. (2017, May 1). RNA sensors of the innate immune system and their detection of pathogens. IUBMB Life. Blackwell Publishing Ltd. https://doi.org/10.1002/iub.1625

[4] How mRNA vaccines from Pfizer and Moderna work, why they’re a breakthrough and why they need to be kept so cold. (n.d.). Retrieved November 20, 2020, from https://theconversation.com/how-mrna-vaccines-from-pfizer-and-moderna-work-why-theyre-a-breakthrough-and-why-they-need-to-be-kept-so-cold-150238

Všetky podcasty denníka SME si môžete vypočuť na jednom mieste na podcasty.sme.sk.

Ak máte záujem o reklamný spot v podcastoch alebo inú spoluprácu, napíšte nám na podcasty.inzercia@ sme.sk, pošleme vám cenovú ponuku.

Skryť Vypnúť reklamu

Najčítanejšie na SME Tech

Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Téma: Koronavírus SARS-CoV-2

Prečítajte si aj ďalšie články k téme
Článok je zaradený aj do ďalších tém
Pravidelná dávka | Vzdelávací podcast
Skryť Vypnúť reklamu
Skryť Vypnúť reklamu

Hlavné správy zo Sme.sk

AUTORSKÁ STRANA MICHALA HAVRANA

Ako sa vyhnúť vzniku domácich teroristických skupín (píše Michal Havran)

Fanúšikovské násilie má pôvod v pocite zasvätenia.

Demonštranti a policajti počas nepovoleného protivládneho protestu pred Úradom vlády.
Stĺpček šéfredaktorky

Jankovská usvedčuje Fica, že vedel o Kočnerovi

Pred Jankovskou navštívil Fica Bödör.

Beata Balogová, šefredaktorka denníka SME

Jankovská priznala vzťah s Kočnerom. Spomína aj Fica

Neskôr chce vypovedať o Bödörovi, aj Zoroslavovi Kollárovi.

Moniku Jankovskú odvážajú z NAKA v Nitre.
Testovanie na nový koronavírus.

Neprehliadnite tiež

Astronautka: Byť prvou ženou na Mesiaci by bolo ohromné

Jeanette Eppsová bude na Noci výskumníkov.

Astronautka Jeanette Epps.
Technici vo vnútri detektoru Borexino, ktorý zachytil nepolapiteľné častice.

Vyskúšali sme, ako sa hrá na jednej z najrýchlejších grafických kariet

Počítačové hry sa konečne dočkajú filmovej grafiky, aj vďaka herným konzolám.