Szczepionki DNA i mRNA
ZaktualizowanoMartina Feichter studiowała biologię w aptece przedmiotowej w Innsbrucku, a także zanurzyła się w świecie roślin leczniczych. Stamtąd nie było daleko do innych tematów medycznych, które do dziś urzekają ją. Szkoliła się jako dziennikarka w Akademii Axel Springer w Hamburgu, a od 2007 roku pracuje dla - najpierw jako redaktor, a od 2012 jako niezależny pisarz.
Więcej o ekspertach Wszystkie treści są sprawdzane przez dziennikarzy medycznych.
Szczepionki DNA i mRNA reprezentują nową generację szczepionek, które działają w zupełnie inny sposób niż znane szczepionki żywe i martwe. Dowiedz się, jak to wygląda i jakie korzyści i potencjalne zagrożenia niosą ze sobą szczepionki DNA i mRNA!
Czym są szczepionki mRNA i DNA?
Tak zwane szczepionki mRNA (w skrócie: szczepionki RNA) i szczepionki DNA należą do nowej klasy szczepionek genowych. Od kilku lat są intensywnie badane i testowane. W następstwie pandemii koronowej szczepionki mRNA zostały po raz pierwszy zatwierdzone do immunizacji ludzi. Ich zasada działania różni się od dotychczasowych składników aktywnych.
Klasyczne żywe i martwe szczepionki wprowadzają do organizmu osłabione lub zabite lub inaktywowane patogeny lub ich części.Układ odpornościowy reaguje, tworząc specyficzne przeciwciała przeciwko tym obcym substancjom, które są znane jako antygeny. Zaszczepiona osoba rozwija następnie odporność na dany patogen.
Nowe szczepionki oparte na genach (szczepionki DNA i mRNA) są inne: przemycają jedynie genetyczny plan antygenów patogenów do komórek ludzkich. Komórki następnie wykorzystują te instrukcje do złożenia samych antygenów, które następnie wywołują specyficzną odpowiedź immunologiczną. W skrócie: w przypadku szczepionek opartych na genach część złożonej produkcji szczepionek – ekstrakcja antygenów – jest przenoszona z laboratorium do komórek ludzkich.
Oprócz szczepionek DNA i mRNA, szczepionki oparte na genach obejmują również tak zwane szczepionki wektorowe.
Czym jest DNA i mRNA?
Skrót DNA oznacza kwas dezoksyrybonukleinowy. Jest nośnikiem informacji genetycznej w większości organizmów, w tym u ludzi. DNA to dwuniciowy łańcuch czterech cegiełek budulcowych (zwanych zasadami) ułożonych parami - podobnie jak drabina sznurowa. Układ par zasad jest kodem planu, na podstawie którego powstają tysiące białek. Stanowią podstawę budowy i funkcji całego organizmu.
Aby wyprodukować określone białko, komórka najpierw wykorzystuje określone enzymy (polimerazy) do utworzenia „kopii” segmentu DNA wraz z odpowiednimi instrukcjami składania (genu) w postaci jednoniciowego mRNA (komunikacyjny kwas rybonukleinowy). Ten proces nazywa się transkrypcją. mRNA opuszcza jądro i jest odczytywane w plazmie komórkowej (cytoplazmie). Omawiane białko składa się na podstawie tych instrukcji składania. To „translacja” planu genetycznego na białko nazywa się translacją.
Jak działają szczepionki DNA i mRNA?
Szczepionki DNA zawierają plan DNA (gen) dla antygenu w patogenie. W przypadku szczepionek mRNA ten schemat antygenowy jest już dostępny w postaci mRNA. I tak działa immunizacja szczepionką DNA lub mRNA:
szczepionka mRNA
mRNA może być obecny w szczepionce „nagi”. Jednak nieopakowane mRNA jest bardzo wrażliwe i kruche. Organizm również szybko je rozkłada, zwłaszcza jeśli szczepionka jest wstrzykiwana do mięśnia. Dlatego mRNA jest co najmniej stabilizowany, na przykład przez specjalne cząsteczki białka.
Zazwyczaj jednak plan mRNA dla antygenu patogenu znajduje się w opakowaniu. Z jednej strony chroni to delikatne mRNA, az drugiej ułatwia wchłanianie obcego materiału genetycznego do komórki ciała. Opakowanie może składać się np. z nanocząstek lipidowych, w skrócie LNP (lipidy = tłuszcze). Czasami obce mRNA jest również pakowane w liposomy. Są to małe pęcherzyki, w których znajduje się faza wodna, otoczona dwuwarstwą lipidową. Ta powłoka chemicznie przypomina błonę komórkową.
Po wchłonięciu obcego mRNA do komórki jest on „odczytywany” bezpośrednio w cytoplazmie. Komórka wytwarza następnie odpowiednie białko patogenu (antygen), a następnie prezentuje je na własnej powierzchni komórki. Układ odpornościowy rozpoznaje wtedy obcą strukturę i inicjuje odpowiedź immunologiczną. Między innymi organizm wytwarza teraz odpowiednie przeciwciała. Pozwala to organizmowi na szybką reakcję na sam patogen w przypadku „prawdziwej” infekcji. Z kolei zaszczepiony informacyjny RNA jest ponownie rozkładany stosunkowo szybko.
Szczepionka DNA
Schemat DNA antygenu patogenu jest zwykle najpierw wbudowany w plazmid, który nie może się rozmnażać. Plazmid to mała, kolista cząsteczka DNA, która zwykle znajduje się w bakteriach.
Plazmid penetruje komórki ciała wraz z planem antygenowym. W przypadku niektórych szczepionek DNA jest to wspierane przez elektroporację: w miejscu nakłucia krótkie impulsy elektryczne są używane do krótkotrwałego zwiększenia przepuszczalności błony komórkowej, dzięki czemu większe cząsteczki, takie jak obce DNA, mogą łatwiej przejść.
Schemat antygenu DNA jest następnie transkrybowany na mRNA w jądrze komórkowym. To opuszcza jądro i jest tłumaczone na odpowiedni antygen w cytoplazmie. Często jest to białko powierzchniowe patogenu. Jest on następnie wbudowany w powłokę komórki. To obce białko na powierzchni komórki ostatecznie wywołuje układ odpornościowy na scenie. Wywołuje specyficzną reakcję obronną. Jeśli zaszczepiona osoba zostanie następnie zarażona faktycznym patogenem, organizm może szybciej z nim walczyć.
Czy szczepionki chronią ryzyko?
Głównym problemem niektórych osób jest to, że szczepionki mRNA i DNA mogą uszkodzić lub zmienić ludzki genom. Ale jak dotąd nie ma na to dowodów. Nie ma również dowodów na to, że szczepienia mogą powodować choroby, takie jak nowotwory.
Czy szczepionki mRNA mogą zmienić ludzki genom?
Jest prawie niemożliwe, aby szczepionki mRNA mogły uszkodzić lub zmienić ludzki genom. Powodów jest kilka:
>> mRNA nie dostaje się do jądra komórkowego: z jednej strony obce mRNA, które zostało przemycone do komórek, oraz ludzkie DNA znajdują się w różnych miejscach – mRNA pozostaje w plazmie komórki, podczas gdy ludzkie DNA znajduje się w komórce jądro. Jest on oddzielony od komórki membraną. Prawdą jest, że istnieją pory jądrowe, przez które mRNA z jądra komórkowego przedostaje się do plazmy komórki. Jest to jednak złożony proces, który przebiega tylko w jednym kierunku. Nie ma odwrotu.
>> mRNA nie może być zintegrowany z DNA: Z drugiej strony mRNA i DNA mają różne struktury chemiczne. Dlatego mRNA nie może być w ogóle włączone do ludzkiego genomu. Aby to zrobić, musiałby najpierw zostać przepisany w DNA. Ten etap wymaga specjalnych enzymów, które od dawna są znane z niektórych wirusów (retrowirusów), ale występują również w komórkach ludzkich, jak wiadomo od pewnego czasu. Czy zatem można sobie wyobrazić, że mRNA podawany jako szczepionka może zostać przekształcony w DNA, a następnie włączony do ludzkiego genomu?
Rozważmy najpierw enzymy retrowirusów: Te typy wirusów (do których zalicza się również patogen AIDS HIV) mają enzymy odwrotnej transkryptazy i integrazy. Z ich pomocą wirusy mogą dokonać transkrypcji swojego genomu RNA na DNA, a następnie zintegrować go z genomem DNA zainfekowanej komórki ludzkiej.
Teoretycznie można sobie wyobrazić, co następuje: Jeśli osoba zarażona takim wirusem RNA (np. HIV) ma szczepionkowe mRNA i wirus w komórce ciała, enzymy wirusowe wśród wielu ludzkich fragmentów mRNA obecnych w komórce w dowolnym momencie ze wszystkich rzeczy „wyłowić” mRNA wprowadzone jako szczepionka i przepisać je na DNA.
Aby tak się stało, co i tak jest bardzo mało prawdopodobne, konieczny byłby inny czynnik: transkrypcja mRNA do DNA wymaga genetycznej sekwencji startowej (zwanej „starterem”), którą same wirusy RNA przynoszą ze sobą. Jednak ten starter jest zaprojektowany w taki sposób, że tylko własny genom RNA wirusa jest transkrybowany do DNA - a nie jakiekolwiek inne mRNA obecne w komórce. A same szczepionki mRNA nie zawierają „podkładu”.
Jest zatem praktycznie niemożliwe, aby mRNA szczepionki został w ten sposób przepisany do DNA, a następnie włączony do ludzkiego genomu.
Ten sam wniosek można wyciągnąć, patrząc na ludzkie enzymy, które mogą transkrybować RNA na DNA: Jak wspomniano na początku, komórka może użyć enzymów polimerazy do translacji DNA na mRNA, który następnie służy jako matryca do syntezy białek w osoczu komórkowym . Jednak polimerazy mają również inne zadania: przed podziałem komórki powielają genom ludzkiego DNA, dzięki czemu każda utworzona komórka potomna otrzymuje kompletny zestaw informacji genetycznej. Polimerazy mogą również naprawiać uszkodzenia DNA.
Przez długi czas uważano, że polimerazy mogą tylko przepisać DNA na mRNA i DNA na DNA. Wiadomo jednak, że niektóre polimerazy mogą również transkrybować RNA do DNA (takie jak odwrotna transkryptaza retrowirusów). Przede wszystkim taką zdolność posiada tzw. polimeraza theta. Zadaniem tego enzymu jest naprawa uszkodzeń DNA. Jeśli, na przykład, brakuje fragmentu w jednej z dwóch nici segmentu DNA, polimeraza teta może ponownie złożyć brakujący fragment przy użyciu komplementarnej drugiej pojedynczej nici DNA (tj. translacji DNA-DNA).
Jak niedawno odkryto, enzym ten może również wykorzystywać RNA jako matrycę i tłumaczyć go na DNA – nawet wydajniej i z mniejszą liczbą błędów niż kopiowanie DNA. Polimeraza teta może nawet preferować stosowanie transkryptów mRNA jako matrycy do naprawy uszkodzeń DNA.
Czy enzym może również dokonać transkrypcji mRNA podanego jako szczepionka do DNA? Z punktu widzenia ekspertów jest to mało prawdopodobne iz tego samego powodu, dla którego enzym odwrotnej transkryptazy wirusa nie jest w stanie tego zrobić - brakuje niezbędnej genetycznej sekwencji startowej ("primer").
Czy szczepionki DNA mogą zmienić ludzki genom?
Sytuacja jest nieco inna w przypadku tak zwanych szczepionek DNA. Struktura odpowiada strukturze ludzkiego DNA. Jednak eksperci uważają, że jest bardzo mało prawdopodobne, aby mogły zostać przypadkowo włączone do ludzkiego genomu: lata eksperymentów i doświadczeń ze szczepionkami DNA już zatwierdzonymi w medycynie weterynaryjnej nie dostarczyły na to żadnych dowodów.
Czy szczepionki mRNA i DNA mogą powodować choroby autoimmunologiczne?
Niebezpieczeństwo nie wydaje się być większe niż w przypadku klasycznych żywych i martwych szczepionek. Każda forma szczepienia działa aktywująco na układ odpornościowy. W bardzo rzadkich przypadkach może to spowodować reakcję autoimmunologiczną. Po szczepieniu na świńską grypę około 1600 osób później zachorowało na narkolepsję. Biorąc pod uwagę wiele milionów zaszczepionych dawek szczepionki, ryzyko wydaje się znikome. Ponadto choroby wirusowe mogą same prowadzić do choroby autoimmunologicznej.
Czy szczepionki mRNA i DNA mogą uszkodzić linię zarodkową?
Nie. Zgodnie z aktualnym stanem wiedzy aktywne składniki szczepionki nie docierają do komórek jajowych i plemników.
Korzyści ze szczepionek DNA i mRNA
To, że przemysł farmaceutyczny od lat zainwestował dużo pracy i pieniędzy w rozwój szczepionek DNA i mRNA wynika między innymi z tego, że można je produkować taniej i przede wszystkim znacznie szybciej niż konwencjonalne żywe i martwe szczepionki. W przypadku tych ostatnich konieczna jest najpierw mozolna iw dużych ilościach hodowla patogenów, a następnie pozyskanie ich antygenów.
W przypadku szczepionek opartych na genach, takich jak szczepionki DNA i mRNA, osoba szczepiona jest odpowiedzialna za produkcję samego antygenu. Genetyczne wzorce antygenowe podawane jako szczepienie można stosunkowo szybko i łatwo wytworzyć w wystarczających ilościach i - jeśli patogen jest genetycznie zmodyfikowany (zmutowany) - szybko zaadaptować.
Kolejną zaletą jest to, że przeniesiony obcy materiał genetyczny nie pozostaje w organizmie na stałe. Jest rozkładany przez organizm lub znika, gdy komórki rozkładają się naturalnie. Dlatego obce antygeny są produkowane tylko przez krótki czas. Jednak ten okres czasu jest wystarczający do odpowiedzi immunologicznej.
Jeśli porównasz ze sobą szczepionki DNA i mRNA, te ostatnie mają kilka zalet: Przypadkowe włączenie do ludzkiego genomu jest jeszcze mniej prawdopodobne niż w przypadku szczepionek DNA. Ponadto do szczepionek DNA zwykle należy dodać silne wzmacniacze (adiuwanty), aby wywołały skuteczną odpowiedź immunologiczną.
Szczepionki DNA i mRNA: aktualne badania
Naukowcy badają rozwój szczepionek DNA i mRNA od kilku lat, a nawet dziesięcioleci. W ramach pandemii koronawirusa odpowiedzialne organy – w UE jest to Europejska Agencja Leków EMA – ostatecznie zatwierdziły szczepionki mRNA do stosowania u ludzi po raz pierwszy.
Oprócz szczepionek już dostępnych w BioNTech/Pfizer i Moderna, testowane są również inne szczepionki oparte na mRNA. Niektóre projekty ponownie skupiają się na szczepionce DNA przeciwko koronie.
Ale nie tylko szczepionki DNA i mRNA znajdują się na liście potencjalnych kandydatów na szczepionki przeciwko Sars-CoV-2. Naukowcy i firmy farmaceutyczne pracują również nad szczepionkami wektorowymi, a także konwencjonalnymi szczepionkami żywymi i martwymi. Możesz również dowiedzieć się wszystkiego, co musisz wiedzieć w naszym artykule „Szczepienie koronawirusem”.
Ponadto firmy farmaceutyczne pracują obecnie nad szczepionkami DNA przeciwko około 20 różnym chorobom, w tym grypie, AIDS, wirusowemu zapaleniu wątroby typu B, wirusowemu zapaleniu wątroby typu C i rakowi szyjki macicy (zwykle spowodowanego zakażeniem wirusami HPV). Obejmuje to również kandydatów na szczepionki terapeutyczne, czyli takie, które można już podawać osobom chorym (np. chorym na raka).
Intensywnie prowadzone są również prace nad różnymi szczepionkami mRNA, na przykład przeciwko grypie, wściekliźnie i wirusowi Zika.
Tagi.: wywiad Zdrowie mężczyzn opieka nad osobami starszymi
