Otkrića Karikó i Weissmana bila su ključna za razvoj efikasnih vakcina i terapija baziranih na tehnologiji informacione RNK (iRNK) tj. mRNA (eng. messenger RNA), uključujući i vakcine protiv COVID-19 tokom pandemije koja je započela početkom 2020.

Svojim revolucionarnim otkrićima, koja su iz temelja promijenila naše razumijevanje interakcije iRNK / mRNA s našim imunološkim sistemom, ovogodišnji laureati su doprinijeli razvoju novih tehnologija terapija i vakcina.

U našim ćelijama, genetičke informacije kodirane u DNK prenose se na informacionu RNK (iRNK/mRNA), koja se koristi kao obrazac za proizvodnju proteina.

Naime, DNK je prevelika molekula da izađe iz jedra i po potrebi se neki njeni dijelovi – instrukcije za sintezu određenog proteina – prepisuju na manje molekule, na iRNK. Dakle, ne prepisuje se cijela DNK, nego samo neki njen dio, prema potrebi. Zato postoji mnogo različitih informacionih RNK, koje prolaze i različite obrade u našim ćelijama. U ćelijskim strukturama zvanim ribosomi, vrši se translacija, odnosno, „prevođenje“ poruke genetičkog koda na jezik aminokiselina i proteina i tada nastaju različiti proteini, potrebni organizmu.

Inače, neki proteini oni koji su nam strani, koji dolaze iz okoliša, mogu proizvesti imunološku reakciju. Ako ih damo malo, oni mogu proizvesti reakciju takvu da organizam upamti ovu stranu strukturu i u budućnosti reaguje na nju. Zapravo, tako i rade vakcine.

Stariji tipovi vakcina su ovo „strano tijelo“ unosili ili unosom mrtvih uzročnika bolesti ili oslabljenih uzročnika, a zatim su se javile i vakcine putem kojih se unosi dio uzročnika – recimo neki protein koji će pokrenuti imunološku reakciju dovoljno jaku da stvori imunitet, pamćenje imunološkog sistema, a dovoljno slabu da ne naškodi organizmu.

Zatim se počelo raditi na vakcinama koje ne dostavljaju sam protein nego šifru, genetički kod za njega, u vidu informacione RNK.
Tokom 1980-ih izmišljene su efikasne metode za proizvodnju iRNK/mRNA bez kulture ćelija, nazvane in vitro transkripcija. Ovaj odlučujući korak ubrzao je razvoj primjene molekularne biologije u nekoliko područja.
Ideje o korištenju iRNK/mRNA tehnologija za vakcine i u terapeutske svrhe također su uzele maha, ali pred njima su bile prepreke. In vitro transkribirana iRNK/mRNA smatrala se nestabilnom i zahtjevnom za isporuku, zahtijevajući razvoj sofisticiranih lipidnih sistema nosača za kapsuliranje mRNA. To su one lipidne nanočetice koje danas dopremaju iRNK iz vakcina u naše ćelije. No, postojao je još jedan problem: in vitro proizvedena iRNK/mRNA izazvala je upalne reakcije. Stoga je entuzijazam za razvoj iRNK/mRNA tehnologije u kliničke svrhe u početku bio ograničen.

Bilo je potrebno obezbijediti da ova nova tehnologija proizvede više proteina od interesa, a pri tome ne izazove upalnu reakciju ili da ta reakcija bude minimalna kako bi vakcine te terapije bile što efikasnije i sigurnije.
Ove prepreke nisu obeshrabrile mađarsku biohemičarku Katalin Karikó, koja je bila posvećena razvoju metoda za korištenje mRNA za terapije. Tokom ranih 1990-ih, dok je bila asistentica na Univerzitetu u Pennsylvaniji, ostala je vjerna svojoj viziji realizacije iRNK/mRNA kao terapeuta uprkos tome što je nailazila na poteškoće u uvjeravanju financijera istraživanja o značaju svog projekta. Naime, čak je degradirana na svom univerzitetu pri čemu nije imala ni stalnu poziciju i egzistencija joj je zasigurno bila vrlo nestabilna jer univerzitetu nije donosila projekte, novac, finansijere.

Karikóin novi kolega na njezinu univerzitetu bio je imunolog Drew Weissman. Zanimale su ga dendritične ćelije, koje imaju važne funkcije u imunološkom nadzoru i aktivaciji imunoloških odgovora izazvanih vakcinom. Zapravo ove ćelije koje je Paul Langerhans opisao još 1868. imaju funkciju u adaptivnom imunološkom odgovoru. One procesiraju antigen (strano tijelo) i prezentiraju ga na ćelijskoj membrani – ćelijama imunološkog odgovora koje onda „znaju“ šta trebaju uništavati.

Potaknuta novim idejama, ubrzo je započela plodna saradnja između Weissmana i Karikó, fokusirana na način na koji različite vrste iRNK djeluju na imunološki sistem.

Karikó i Weissman primijetili su da dendritične stanice prepoznaju in vitro transkribovanu iRNK/mRNA kao stranu tvar, što dovodi do njihove aktivacije i otpuštanja upalnih signalnih molekula. Pitali su se zašto je in vitro transkribirana mRNA prepoznata kao strana dok mRNA iz ćelija sisara nije izazvala istu reakciju. Karikó i Weissman shvatili su da neka kritična svojstva moraju razlikovati različite tipove mRNA.

RNK sadrži četiri baze (adenin, uracil, gvanin i citozin), skraćeno A, U, G i C, koje odgovaraju A, T, G i C u DNK (adenin, timin, gvanin i citozin). Dakle, RNK ima uracil umjesto timina. Karikó i Weissman znali su da su baze kod RNK iz ćelija sisara često hemijski modificirane, dok in vitro transkribovanam RNA nije.

Pitali su se može li nepostojanje promijenjenih baza u in vitro transkribiranoj RNK objasniti neželjenu upalnu reakciju. Kako bi to istražili, proizveli su različite varijante mRNA, svaka s jedinstvenim hemijskim promjenama u svojim bazama, koje su isporučili dendritskim stanicama.

Rezultati su bili zapanjujući: upalni odgovor je gotovo ukinut kada su bazne modifikacije uključene u mRNA. Ovo je bila promjena paradigme u našem razumijevanju načina na koji ćelije prepoznaju i reaguju na različite oblike iRNK/mRNA. Karikó i Weissman odmah su shvatili da njihovo otkriće ima veliki značaj za korištenje mRNA kao terapije. Ovi ključni rezultati objavljeni su 2005., petnaest godina prije pandemije COVID-19.

Oni su pokazali da je ugradnja pseudouridina (Y), 5-metilcitidina (m5C), N6-metiladenozina (m6A), 5-metiluridina (m5U) ili 2-tiouridina (s2U) u in vitro transkribiranu mRNA poništila aktivaciju upalnih odgovora kada su ove mRNA dodane su dendritskim ćelijama.

Modifikacija iRNK/mRNA učinila je vakcine protiv kovida sigurnim i tehnologiju mRNA – upotrebljivom.

Otkriće Karikó i Weissmana bilo je ključno za izradu platforme cjepiva mRNA prikladne za kliničku upotrebu u vrijeme kada je bila najpotrebnija, čineći ovo iznimnim doprinosom medicini i utirući put za buduće primjene mRNA.

Katalin Karikó rođena je 1955. u Szolnoku u Mađarskoj. Doktorirala je na Univerzitetu u Szegedu 1982. i provodila je postdoktorska istraživanja na Mađarskoj akademiji nauka u Szegedu do 1985. Zatim je provela postdoktorska istraživanja na Univerzitetu Temple u Philadelphiji i Univerzitetu zdravstvenih nauka u Bethesdi. Godine 1989. imenovana je za docenticu na Univerzitetu Pennsylvania, gdje je ostala do 2013. Nakon toga je postala potpredsjednica, a kasnije i viša potpredsjednica u BioNTech RNA Pharmaceuticals. Od 2021. profesorica je na Univerzitetu Szeged i pomoćna profesorica na Medicinskom fakultetu Perelman na Univerzitetu Pennsylvania. U trenutku dobijanja Nobelove nagrade nije imala stalnu poziciju i zapravo je bila u jednom nomadskom načinu života jer joj je za poziciju u SAD prestao ugovor i otišla je u Njemačku.

Drew Weissman rođen je 1959. u Lexingtonu, Massachusetts, SAD. Stekao je doktorat i doktorat znanosti na Univerzitetu u Bostonu 1987. Kliničko usavršavanje obavio je u Beth Israel Deaconess Medical Center na Medicinskom fakultetu Harvarda i postdoktorsko istraživanje na Nacionalnom institutu za zdravlje. Godine 1997. Weissman je osnovao svoju istraživačku grupu na Medicinskom fakultetu Perelman na Univerzitetu Pennsylvania. On je direktor Penn instituta za inovacije RNK.

Izvor: naukagovori.ba