Четверг, 22 февраля, 2024

16+

Победа над COVID-19: за что присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине

Время на чтение 7 мин.

Завершаем цикл статей о Нобелевской премии 2023 года. Мы уже рассказали об аттосекундных импульсах, позволяющих заглянуть внутрь атома, и квантовых точках — нанообъектах, открывающих большие перспективы для самых разных технологий. Герои сегодняшней статьи спасли миллионы жизней во время недавней пандемии коронавируса и сыграли решающую роль в победе над болезнью, поставившей на колени весь мир. Каталин Калико и Дрю Вайссман получили премию «за открытия, касающиеся модификаций нуклеозидных оснований, которые позволили разработать эффективные мРНК-вакцины против COVID-19».

Как это синтезируется

К середине 1950-х исследователи знали уже довольно много о дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Ее впервые выделил в 1869 году швейцарский биолог Иоганн Фридрих Мишер.

Правда, долгое время ученые считали, что ДНК нужна только для того, чтобы запасать фосфор в организме.

Лишь в 1944 году эксперименты над пневмококками, проведенные Освальдом Эвери, Колином Маклаудом и Маклином Маккарти, доказали, что ДНК — носитель наследственной информации. Этот вывод подтвердили опыты с бактериофагами Альфреда Херши и Марты Чейз. В 1953 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон, основываясь на рентгенографии, сделанной Морисом Уилкинсом, Розалинд Франклин и Реймондом Гослингом, установили, что ДНК представляет собой двойную спираль.

Однако механизм того, как гены передают информацию клеткам, чтобы последние синтезировали нужные белки, оставался загадкой. Сперва Жан Браше в 1944 году и Торбьёрн Касперссон в 1947-м показали, что в цитоплазме активно синтезирующих белок клеток находится много молекул РНК — рибонуклеиновой кислоты. Ученые сделали первый шаг к пониманию того, что РНК может являться «посредником» между ДНК и белком. Лишь в 1961 году этот посредник был открыт независимо друг от друга группой Сидни Бреннера, Франсуа Якоба и Мэтью Мезельсона, а также командой под руководством Джеймса Уотсона.

Матрица: начало

Матричная РНК (мРНК) — это вид рибонуклеиновой кислоты (РНК), которая служит посредником между генами и протеинами в процессе биосинтеза белка.

мРНК синтезируется на основе ДНК, которая находится в ядре клетки, в ходе процесса, называемого транскрипцией. Затем мРНК транспортируется из ядра клетки в цитоплазму, где она служит в качестве шаблона для синтеза белка на рибосомах — органеллах клетки, играющих ключевую роль в создании протеинов.

Процесс начинается с того, что мРНК связывается с рибосомой, после чего к ней присоединяются транспортные РНК (тРНК) и аминокислоты. тРНК переносит определенные аминокислоты к соответствующим местам на мРНК. Этот процесс называется трансляцией. После того как все аминокислоты расставлены на своих местах, тРНК отходят, а рибосома «считывает» последовательность аминокислот и собирает их в белковые молекулы.

Таким образом, мРНК играет ключевую роль в «переводе» генетической информации с языка ДНК на язык белка, позволяя клеткам создавать необходимые им протеины.

Что нас не убивает

В 1970-е научный мир заинтересовался вопросом, можно ли мРНК упаковать в наноконтейнеры и отправить прямо в клетки, чтобы там она заставила их производить лекарства непосредственно внутри организма. Работы шли в двух направлениях. Во-первых, с помощью мРНК ученые рассчитывали научить организм распознавать и уничтожать раковые клетки. Во-вторых, в мРНК увидели перспективное направление для создания вакцин будущего. Именно этой идеей и заинтересовалась Каталин Калико — тогда студентка Университета Сегеда в Венгрии.

На первый взгляд, механизм создания мРНК-вакцины довольно прост. Как мы помним, кислота отвечает за синтез белка. В таком случае нам нужно изучить возбудитель, против которого мы хотим создать вакцину, и выделить его специфические белки. После этого создать молекулу РНК, кодирующую этот белок. Молекулу нужно запаковать в липидную наночастицу — тот самый контейнер, который обеспечит ее доставку в клетку. А уж внутри мРНК запустит синтез белков вируса или бактерии, на которые иммунная система человека запустит ответ. А когда в организм попадет настоящий живой и злобный возбудитель, тот будет знать, как с ним бороться.

У мРНК-вакцин целый ряд преимуществ перед «обычными». Во-первых, в организм попадают только белки, это полностью исключает риск инфицирования. Во-вторых, синтез белков-возбудителей происходит в самом организме, а это обеспечивает значительно более высокую иммуногенность вакцины по сравнению с введением белков возбудителя. А значит, мРНК-вакцины более эффективны. Наконец, чтобы создать большое количество доз обычной вакцины, необходимо разводить патогенные микроорганизмы, ослаблять или убивать их, а это занимает время.

Хотя идеи появились, технически воплотить их было невозможно до 1984 года, когда американский биохимик Кэри Муллис изобрел метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Теперь ученые могли манипулировать нуклеиновыми кислотами, в том числе создавая искусственно молекулы мРНК.

Каталин Карико переехала в США, где работала над методами лечения с использованием мРНК сначала в Темпльском университете, а затем в Университете Пенсильвании.

Однако в начале 1990-х интерес к мРНК как перспективному направлению начал угасать. Оказалось, что введение синтезированной молекулы вызывало настолько сильную реакцию иммунной системы, что подопытные животные умирали от воспаления.

Хотя Карико была уверена, что ей удастся решить проблему, ее начальство не разделяло энтузиазма сотрудницы. Исследовательнице раз за разом отказывали в грантах, а в университете ее понизили в должности и существенно урезали зарплату — до уровня ниже технического работника. Но Карико не сдавалась.

Матрица: перезагрузка

В 1997 году в Университет Пенсильвании перешел на работу иммунолог Дрю Вайссман. Как вспоминает Карико, они познакомились, когда поругались из-за копира, на котором Вайссман делал копии интересовавших его статей в научных журналах. Оказалось, что интересы ученых совпадают. У Карико был энтузиазм и убежденность в собственной правоте, у Вайссмана — финансирование.

Нуклеозид — это соединение азотистого основания с моносахаридом рибозой, входящее в состав РНК. Исследователи предположили, что убийственную иммунную реакцию у лабораторных животных вызывает один из видов нуклеозидов. Следовательно, если его заменить на безобидный, то мРНК станет безопасной. Таким нуклеозидом оказался уридин. Карико и Вайссман заменили его на другой — и это позволило избежать катастрофической реакции.

Исследователи запатентовали свой метод, однако он не вызвал никакого интереса у биотехнологических компаний. В течение пяти лет Карико и Вайссман пытались продать свою находку фармкомпаниям, пока лицензию не приобрела небольшая немецкая компания BioNTech.

В 2013 году Карико стала в ней вице-президентом — после того как ученый совет Университета Пенсильвании отказался восстановить ее в прежней преподавательской должности: там только посмеялись над ее уходом, отметив, что у BioNTech даже нет собственного сайта.

В то же время статьей ученых из Пенсильвании заинтересовался научный сотрудник Стэнфордского университета Деррик Росси. Вместе с группой профессоров Гарвардского университета и Массачусетского технологического института он создал компанию Moderna, которая специализировалась на использовании мРНК для терапии и разработки вакцин.

Обе компании сперва сконцентрировались на создании лекарств от рака, сердечно-сосудистых и связанных с нарушением обмена веществ заболеваний. Только в 2017 году Moderna приступила к разработке вакцины от вируса Зика, а BioNTech стала партнером гиганта Pfizer в разработке вакцины от гриппа. Однако инвестиции в оба проекта оказались невелики.

COVID: революция

Все изменила пандемия нового коронавируса. Миру потребовались миллионы дозы вакцины, которую при этом можно было бы оперативно модернизировать из-за возникновения новых штаммов вируса. Компании получали гранты от государственных учреждений для того, чтобы как можно быстрее разработать прививку, которая остановила бы пандемию.

мРНК-вакцины оказались отличным средством, чтобы победить ковид в условиях, когда каждый новый день пандемии уносил тысячи человеческих жизней по всему миру. Они показали высокую — больше 90 % — эффективность, их можно было синтезировать очень быстро, а также модифицировать против новых штаммов. В итоге вакцинация сыграла решающую роль в победе над пандемией и спасла миллионы человеческих жизней.

Все благодаря Каталин Калико и Дрю Вайссману, которые не сдались, когда никто в них не верил.

1 COMMENT

  1. типичная история с участием неграмотных менеджеров и советников богатых компаний. Я хорошо понимаю эту стойкую пару инноваторов. Но им повезло с ковидом, когда им удалось реализоваться. Мне же придётся ждать эпидемии нечто вроде испанки. Да и мои претензии на внедрение скромнее. Но и риски донора тоже скромнее и обогатится позволяют, если взяться за внедрение с умом. С наступающим и отступающим, Евгений Александрович т. 916-8748411 (после 14 )

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь