Нобелівський тиждень 2023 року почався із присудження премії з медицини вченим Каталін Каріко (Katalin Karikó) та Дрю Вайсману (Drew Weissman) «за відкриття стосовно модифікації нуклеозидних основ, які дозволили розробити ефективні мРНК-вакцини проти COVID-19». Зазвичай Нобелівську премію дають за досягнення, що зроблені десятиліття тому і вже давно використовуються у науці. Цього разу вчених удостоїли нагороди за відкриття майже 20-літньої давності, але сповна оцінити які змогли усього три роки тому. Клопітка праця Каріко та Вайсмана посприяла швидкому створенню вакцин проти коронавірусу у часи найбільшої кризи охорони здоров'я в сучасності — пандемії ковіду. Розповідаємо, чому це важливо і що саме зробили лауреати заради ковідних вакцин.
У чому перевага РНК-вакцин?
Вакцини, як відомо, безпечно знайомлять імунну систему з патогеном, щоб вона могла дати йому відсіч при зустрічі «в польових умовах». У традиційних вакцинах для цього використовують цілі, але знешкоджені збудники чи їхні ключові для розпізнавання білки, що їх отримали в лабораторії, або ж генетично модифіковані віруси, які вироблятимуть ці білки в самому організмі. Всі ці вакцини є дієвими, але одним із їхніх недоліків є те, що для їх виготовлення потрібно підтримувати масштабну культуру клітин. На це потрібні окремі час і кошти.
Між тим, РНК-вакцини, які вдалося швидко створити у часи пандемії, врятувавши багато мільйонів життів, не потребують культур клітин. Їхнім ключовим елементом є матрична рибонуклеїнова кислота (мРНК) — відбиток-інструкція для синтезу певного білка, знятий з відповідного гена. Ввівши його в організм, клітини будуть самі виробляти білок, який природно не вміють синтезувати, наприклад, вірусний. Тобто на основі введеної інструкції вони самі створять мішень, на якій тренуватиметься імунна система боротися зі збудником.
Яка складність була з РНК-вакцинами?
Синтезувати у лабораторії мРНК із бажаною послідовністю вчені навчилися ще у 1980-х роках. Але ідея використання цих молекул у вакцинах ще довго здавалася недосяжною. Введення синтетичних мРНК провокувало в організмі небажані запальні процеси, які до того ж руйнували саму мРНК. У 1990-х Каталін Каріко, яка спеціалізувалася в біохімії, та Дрю Вайсманн, що був експертом з імунології, об'єдналися, щоб спробувати знайти розв'язання проблеми. Разом вони дійшли висновку, що причина небажаної реакції на синтезовану мРНК лежить у відсутності в неї модифікацій, притаманних природній мРНК.
Тоді вчені стали проводити експерименти, намагаючись відтворити природні модифікації молекули. Як пише Science, у 2005 році дослідники поділилися в статті журналу Immunity, що заміна в синтетичній мРНК нуклеозиду уридину на псевдоуридин суттєво зменшила запальну реакцію у відповідь на рибонуклеїнову кислоту. Через кілька років Каріко та Вайсман з'ясували, що псевдоуридин також допомагає посилити синтез білка із введеної мРНК, збільшивши потенціал сполуки до використання у вакцинах.
Як результати посприяли вакцинам проти ковіду?
У 2010 році на досягнення Каріко та Вайсмана звернули увагу декілька компаній-розробників вакцин. Вони початково зосереджувалися на вакцинах проти вірусу Зіка та MERS-CoV, який споріднений із SARS-CoV-2. Ці дослідження пізніше посприяють тому, що менш ніж через рік від початку пандемії мРНК-вакцину проти ковіду створять компанії Pfizer та BioNTech, у якій працювала Каріко. Ці вакцини міститимуть мРНК, яка слугує інструкцією для вироблення білка з поверхні коронавірусу.

Американський солдат із флаконом вакцини проти ковіду Pfizer-BioNTech. U.S. Secretary of Defense / Wikimedia Commons
Але створення ковідної вакцини вимагало розв'язання ще однієї проблеми: потрібно було знайти спосіб надійно захистити мРНК та посприяти її безперешкодному проникненню у людські клітини, де вони зможуть виконати свою функцію. До пошуків долучилася низка науковців, і в результаті рішення знайшлося. Дослідники помістили мРНК у ліпідні наночастинки, які взаємодіють із клітинною мембраною, доставляючи в клітини вантаж. Як повідомив журналу Nature Рейн Вербеке (Rein Verbeke), що досліджує мРНК-вакцини у Гентському університеті, Нобелівському комітету слід було відзначити і вчених, що створили ліпідні наночастинки. Це досягнення, разом із модифікацією мРНК, стало вирішальним кроком на шляху до РНК-вакцин.
Водночас науковці відмічають, що технологія використання мРНК у лікарських засобах перебуває все ще в зародковому стані. Зараз низка фармацевтичних компаній світу працюють над тим, щоб пристосувати мРНК не лише до використання у вакцинах проти інших небезпечних інфекцій, а й у препаратах проти незаразних захворювань, як-от раку. Вакцини проти ковіду — лише перший приклад того, що можна досягти за допомогою мРНК.