Podczas trwania pandemii COVID-19 po raz pierwszy zastosowano na masową skalę szczepienia preparatami mRNA. Jak działają? Czy są bezpieczne i skuteczne? Odpowiedzi na te i wiele innych pytań znajdziesz w poniższym artykule.
Szczepionki – rys historyczny
Pierwsza w historii szczepionka została wynaleziona w 1796 roku, a więc blisko 230 lat temu. Od tamtego czasu rozwój nauki i techniki związanej ze szczepieniami na szeroką skalę przyczynił się m.in. do eradykacji (całkowitego zwalczenia na całym świecie) ospy prawdziwej czy niemal całkowitej eliminacji takich chorób jak polio czy gruźlica w Europie. Dzięki szczepieniom drastycznie zmalała liczba zachorowań na odrę, świnkę, różyczkę, WZW, krztusiec i wiele innych. Od XVIII wieku preparaty te przebyły jednak bardzo długą drogę. Od zeskrobin strupów osób chorych na ospę po szczepionki zawierające mRNA. Od świata pustoszonego przez plagi ospy czy krztuśca, po świat niemal nieznający tych chorób. Niestety, jak to w naturze bywa, na miejsce jednych patogenów pojawiają się inne. Przekonała nas o tym pandemia Covid-19, która w bolesny sposób przypomniała nam, jak ważna jest praca nad tworzeniem coraz bardziej skutecznych i bezpiecznych szczepień ochronnych.
Klasyczne szczepionki
Dotychczas mieliśmy do czynienia głównie ze szczepionkami tzw. klasycznymi. Ich metoda działania jest dość prosta. Zawierają w sobie zabite lub osłabione patogeny bądź ich białka. Ludzki układ odpornościowy po podaniu preparatu rozpoznaje patogen lub jego fragment i uruchamia szereg reakcji mających na celu wyeliminowanie go z organizmu, w ten sposób zapobiegając chorobie. Podanie takiej szczepionki działa w sposób praktycznie identyczny do zwykłego zakażenia z tym wyjątkiem, że bakteria lub wirus jest mniej zjadliwa, a co za tym idzie, możemy uniknąć pojawienia się większości objawów infekcji, jednocześnie uodparniając się na potencjalne zachorowanie w przyszłości.
Szczepionki – budowa mRNA
Szczepionki mRNA poszerzają proces immunizacji o jeden etap, czyli wytworzenie przez organizm białka specyficznego dla danego patogenu. Jak się to jednak dzieje? Zacznijmy od początku.
mRNA – to kwas rybonukleinowy analogiczny do DNA. Różni się jednak od niego kilkoma elementami biochemicznej budowy i funkcją pełnioną w organizmie. DNA znajduje się na stałe w jądrze komórkowym, gdzie przechowuje informacje o budowie wszystkich białek, jakie nasz organizm jest w stanie syntetyzować. Od enzymów niezbędnych do przeprowadzania reakcji chemicznych po elementy budulcowe tkanek. Jednak, aby język nukleotydów DNA (czyli jego najmniejszych składowych) został przełożony na język aminokwasów w białkach, informacja genetyczna musi zostać odczytana i przeniesiona z jądra komórkowego do cytoplazmy, gdzie zachodzi synteza białek. Dzieje się to za pośrednictwem mRNA.
Podwójna helisa DNA jest na chwilę rozplatana, a do poszczególnych nukleotydów doczepiane są odpowiedniki ich pary, tym razem jednak będące elementami budowy łańcucha mRNA. Proces ten nazywany jest transkrypcją, czyli przepisywaniem i uczestniczą w nim liczne enzymy komórkowe. Następnie pojedynczy nowo zsyntetyzowany łańcuch mRNA opuszcza jądro komórkowe i przechodzi do cytoplazmy komórki, gdzie napotyka rybosom. Rybosom to organellum komórkowe odpowiedzialne za proces translacji, czyli tłumaczenia języka nukleotydów na język aminokwasów. Rybosom odczytuje kolejność nukleotydów i tworzy na jej podstawie łańcuch aminokwasów, który po pewnej obróbce staje się finalnie funkcjonalnym białkiem.
Na czym polega szczepionka mRNA?
Spójrzmy teraz, jak ten skomplikowany proces został użyty w celu uodparniania organizmu na patogeny. Dla przykładu przyjrzyjmy się szczepionce na Covid-19. Preparaty takie jak Pfizer czy Moderna są oparte właśnie na mRNA. Zawierają w sobie syntetycznie utworzony łańcuch mRNA kodujący budowę białka S (ang. Spike), czyli białka kolca wirusowego. Dlaczego wybrano akurat to białko? Ponieważ było ono względnie stabilnym elementem budowy wirusa SARS-CoV-2. Niektóre patogeny szybko mutują, a ich antygeny zmieniają się na tyle, że nasz organizm, mimo przejścia danej choroby, nie jest w stanie rozpoznać wirusa czy bakterii, ponieważ białka na ich powierzchni nie są już takie same. Tak samo dzieje się z wirusem odpowiedzialnym za Covid-19. Obserwowaliśmy powstawanie różnych jego szczepów, a każdy z nich posiadał nieco inny płaszcz antygenów. Naukowcy starali się więc wybrać takie białko, które się nie zmienia lub zmienia się na tyle powoli, że szczepienia będą w stanie uodpornić nas na wiele pojawiających się szczepów wirusa, a nie tylko na jeden.
Jak działa szczepionka mRNA?
Podając szczepionkę mRNA przekazujemy komórce dokładną instrukcję budowy białka S. Następnie jest ono syntetyzowane w rybosomach i uwalniane z komórki. Białe krwinki rozpoznają to pojedyncze białko i wytwarzają przeciwciała mające za zadanie opłaszczyć je, zneutralizować i ułatwić ich usunięcie. W naszym organizmie nie ma więc wirusa, zatem szczepionka nie może powodować pełnoobjawowej choroby. Aby ona powstała, sam wirus musiałby się namnażać w naszych komórkach, tym samym niszcząc je. Podając szczepionkę mRNA, eliminujemy takie ryzyko.
Kiedy do naszego organizmu ze środowiska przeniknie patogen, nasz układ odpornościowy rozpozna białko, na które został wcześniej uczulony. Dzięki temu będzie w stanie zareagować szybko, swoiście atakując intruza i zapobiegając rozwinięciu się choroby.
Badania nad szczepionkami mRNA – historia
Wbrew temu co możemy czasem usłyszeć o szczepionkach mRNA, naukowcy pracowali nad ich stworzeniem niemal 40 lat. Zdolność mRNA do przenikania do komórek oraz pobudzenia wytwarzania białek przez nie kodowanych zaobserwowano już w latach 70 XX wieku. Dlaczego zatem tak długo musieliśmy czekać na wprowadzenie szczepionek na rynek? Odpowiedź jest prosta. mRNA jest cząsteczką niestabilną, rozpada się bardzo łatwo pod wpływem temperatury czy innych czynników środowiskowych. Naukowcy mieli duży problem z opracowaniem takiego składu preparatu, który będzie jednocześnie zapewniał tę stabilność, będzie bezpieczny i wystarczająco tani w produkcji.
Pierwsza szczepionka mRNA
Pierwsza szczepionka mRNA była preparatem przeciwko grypie myszy i testowano ją już 10 lat temu. Dzięki temu, że badania nad technologią mRNA toczyły się od dziesięcioleci, badaczom udało się szybko zsekwencjonować białka wirusa SARS-CoV-2, wybrać jedno z nich i wytworzyć szczepionki celowane w białko S jego kolca. Następnie preparat musiał przejść szereg testów i badań klinicznych: najpierw na zwierzętach, potem na ludziach. Finalnie w grudniu 2020 roku amerykańska organizacja FDA dopuściła do użytku dwie szczepionki mRNA: Pfizer oraz Moderna.
Szczepionki mRNA – jaka będzie ich przyszłość?
W przyszłości możemy się spodziewać powstawania coraz to nowszych szczepionek na bazie mRNA. Charakteryzują się one wysokim profilem bezpieczeństwa, wysoką efektywnością i dużą powtarzalnością. Zazwyczaj występują tylko niegroźne i szybko ustępujące działania niepożądane. W porównaniu z preparatami “klasycznymi” technologia ta jest nowa, jednak nie należy się jej obawiać. mRNA nie posiada zdolności namnażania się samodzielnie w organizmie. Komórki dysponują taką ilością mRNA, jaką dostarczymy w szczepionce i ani cząsteczki więcej. Po zsyntetyzowaniu białek mRNA zostaje zniszczone. Długofalową skuteczność szczepień będziemy obserwować w nadchodzących latach na przykładzie szczepionek na Covid-19. Już teraz wiemy jednak, że wyniki są dość obiecujące.
Jeśli chcesz dowiedzieć się, która ze szczepionek jest lepsza, m-RNA czy wektorowa, przeczytaj nasze porównanie!
