DNS un mRNS vakcīnas
AtjauninātsMartina Feichtere Insbrukā studēja bioloģiju ar izvēles priekšmetu aptieku, kā arī iegremdējās ārstniecības augu pasaulē. No turienes nebija tālu līdz citām medicīnas tēmām, kas viņu aizrauj līdz šai dienai. Viņa mācījās par žurnālisti Aksela Springera akadēmijā Hamburgā un kopš 2007. gada strādā - vispirms kā redaktore un kopš 2012. gada kā ārštata rakstniece.
Vairāk par ekspertiem Visu saturu pārbauda medicīnas žurnālisti.
DNS un mRNS vakcīnas ir jaunas paaudzes vakcīnas, kas darbojas pavisam citādi nekā labi zināmās dzīvās un mirušās vakcīnas. Uzziniet, kā tas izskatās un kādas priekšrocības un iespējamos riskus nes DNS un mRNS vakcīnas!
Kas ir mRNS un DNS vakcīnas?
Tā sauktās mRNS vakcīnas (īsi: RNS vakcīnas) un DNS vakcīnas pieder pie jaunās gēnu bāzes vakcīnu klases. Tie ir intensīvi pētīti un pārbaudīti vairākus gadus. Pēc koronavīrusa pandēmijas mRNS vakcīnas pirmo reizi tika apstiprinātas cilvēku imunizācijai. To darbības princips atšķiras no iepriekšējām aktīvajām sastāvdaļām.
Klasiskās dzīvās un mirušās vakcīnas organismā ienes novājinātus vai nogalinātus vai inaktivētus patogēnus vai to daļas.Imūnsistēma reaģē, veidojot specifiskas antivielas pret šīm svešajām vielām, kuras sauc par antigēniem. Pēc tam vakcinētajai personai veidojas imunitāte pret attiecīgo patogēnu.
Jaunās uz gēniem balstītās vakcīnas (DNS un mRNS vakcīnas) ir atšķirīgas: tās cilvēku kontrabandas kontrabandā iekļūst tikai patogēnu antigēnu ģenētiskajā plānā. Pēc tam šūnas izmanto šīs instrukcijas, lai savāktu pašus antigēnus, kas pēc tam izraisa specifisku imūnreakciju. Īsumā: ar gēnu vakcīnām daļa no kompleksās vakcīnas ražošanas - antigēnu ekstrakcija - tiek pārvietota no laboratorijas uz cilvēka šūnām.
Papildus DNS un mRNS vakcīnām, uz gēniem balstītajās vakcīnās ietilpst arī tā sauktās vektora vakcīnas.
Kas ir DNS un mRNS?
Saīsinājums DNS apzīmē dezoksiribonukleīnskābi. Tas ir ģenētiskās informācijas nesējs lielākajā daļā organismu, ieskaitot cilvēkus. DNS ir divpavedienu ķēde no četriem celtniecības blokiem (sauktiem par pamatiem), kas sakārtoti pa pāriem - līdzīgi virvju kāpnēm. Bāzes pāru izvietojums ir plāna kods, uz kura pamata tiek ražoti tūkstošiem olbaltumvielu. Tie ir visa ķermeņa uzbūves un funkcijas pamatā.
Lai ražotu noteiktu proteīnu, šūna vispirms izmanto noteiktus fermentus (polimerāzes), lai izveidotu DNS segmenta "kopiju" ar atbilstošiem montāžas norādījumiem (gēnu) vienpavediena mRNS (kurjera ribonukleīnskābes) veidā. Šo procesu sauc par transkripciju. MRNS atstāj kodolu un tiek nolasīta šūnu plazmā (citoplazmā). Attiecīgais proteīns ir samontēts, pamatojoties uz šīm montāžas instrukcijām. Šo ģenētiskā plāna "tulkojumu" proteīnā sauc par tulkojumu.
Kā darbojas DNS un mRNS vakcīnas?
DNS vakcīnas satur DNS plānu (gēnu) antigēnam patogēnā. Attiecībā uz mRNS vakcīnām šis antigēna plāns jau ir pieejams mRNS formā. Un šādi darbojas imunizācija, izmantojot DNS vai mRNS vakcīnu:
mRNS vakcīna
MRNS vakcīnā var būt "kaila". Tomēr neiesaiņotā mRNS ir ļoti jutīga un trausla. Ķermenis tos arī ātri sadala, īpaši, ja vakcīna tiek injicēta muskuļos. Tāpēc mRNS vismaz tiek stabilizēts, piemēram, ar īpašām olbaltumvielu molekulām.
Tomēr parasti patogēna antigēna mRNS plāns ir iepakojumā. No vienas puses, tas aizsargā trauslo mRNS, un, no otras puses, tas atvieglo svešā ģenētiskā materiāla uzsūkšanos ķermeņa šūnā. Iepakojums var sastāvēt, piemēram, no lipīdu nanodaļiņām vai saīsināti ar LNP (lipīdi = tauki). Dažreiz svešā mRNS tiek iepakota arī liposomās. Tie ir mazi pūslīši, kuru iekšpusē ir ūdens fāze, ko ieskauj divslāņu lipīds. Šis apvalks ķīmiski atgādina šūnu membrānu.
Pēc tam, kad svešā mRNS ir uzņemta šūnā, tā tiek "nolasīta" tieši citoplazmā. Pēc tam šūna ražo atbilstošo patogēna proteīnu (antigēnu) un pēc tam to uzrāda uz savas šūnas virsmas. Pēc tam imūnsistēma atpazīst svešo struktūru un sāk imūnreakciju. Cita starpā organisms tagad ražo atbilstošas antivielas. Tas ļauj organismam ātri reaģēt uz pašu patogēnu "reālas" infekcijas gadījumā. Savukārt vakcinētā kurjera RNS atkal tiek sadalīta salīdzinoši ātri.
DNS vakcīna
Patogēna antigēna DNS plāns parasti vispirms tiek iebūvēts plazmīdā, kas nevar vairoties. Plazmīda ir maza, apaļa DNS molekula, kas parasti atrodama baktērijās.
Plazmīda iekļūst ķermeņa šūnās kopā ar antigēna plānu. Ar dažām DNS vakcīnām to atbalsta elektroporācija: punkcijas vietā tiek izmantoti īsi elektriskie impulsi, lai īslaicīgi palielinātu šūnu membrānas caurlaidību, lai lielākas molekulas, piemēram, sveša DNS, varētu vieglāk iziet cauri.
Pēc tam DNS-antigēna plāns tiek pārrakstīts mRNS šūnu kodolā. Tas atstāj kodolu un tiek pārvērsts par atbilstošo antigēnu citoplazmā. Bieži vien tas ir patogēna virsmas proteīns. Pēc tam tas ir iebūvēts šūnas apvalkā. Šis svešais proteīns uz šūnu virsmas galu galā izsauc imūnsistēmu uz skatuves. Tas izraisa īpašu aizsardzības reakciju. Ja vakcinētā persona pēc tam inficējas ar faktisko patogēnu, organisms var ātrāk ar to cīnīties.
Vai vakcīnas ietaupa riskus?
Dažu cilvēku galvenās bažas rada tas, ka mRNS un DNS vakcīnas var sabojāt vai mainīt cilvēka genomu. Bet līdz šim par to nekas neliecina. Nav arī pierādījumu, ka vakcinācija varētu izraisīt tādas slimības kā vēzis.
Vai mRNS vakcīnas var mainīt cilvēka genomu?
Ir gandrīz neiespējami, ka mRNS vakcīnas varētu sabojāt vai mainīt cilvēka genomu. Tam ir vairāki iemesli:
>> mRNS neiekļūst šūnas kodolā: no vienas puses, svešā mRNS, kas kontrabandā ievesta šūnās, un cilvēka DNS atrodas dažādās vietās - mRNS paliek šūnu plazmā, bet cilvēka DNS atrodas šūnā kodols. To no šūnas atdala membrāna. Ir taisnība, ka ir kodola poras, caur kurām mRNS no šūnas kodola nonāk šūnu plazmā. Tomēr tas ir sarežģīts process, kas notiek tikai vienā virzienā. Atpakaļceļa nav.
>> mRNS nevar integrēt DNS: no otras puses, mRNS un DNS ir atšķirīga ķīmiskā struktūra. Tāpēc mRNS vispār nevar iekļaut cilvēka genomā. Lai to izdarītu, vispirms tas būtu jāpārraksta DNS. Šim solim nepieciešami īpaši fermenti, kas jau sen ir zināmi no noteiktiem vīrusiem (retrovīrusiem), bet sastopami arī cilvēka šūnās, kā tas zināms jau kādu laiku. Tātad, vai būtu iedomājams, ka mRNS, kas ievadīta kā vakcīna, varētu pārvērst DNS un pēc tam iekļaut cilvēka genomā?
Vispirms aplūkosim retrovīrusu enzīmus: Šāda veida vīrusiem (kas ietver arī AIDS patogēnu HIV) ir fermenti reversā transkriptāze un integrāze. Ar viņu palīdzību vīrusi var pārrakstīt savu RNS genomu DNS un pēc tam integrēt to inficētās cilvēka šūnas DNS genomā.
Teorētiski būtu iespējams: jebkurā laikā no visām lietām "izprot" mRNS, kas ievesta kā vakcīna, un pārraksta to DNS.
Lai tas notiktu, kas jebkurā gadījumā ir ļoti maz ticams, būtu nepieciešams vēl viens faktors: mRNS transkripcijai DNS nepieciešama ģenētiska sākuma secība (saukta par "primeru"), ko paši RNS vīrusi nes sev līdzi. Tomēr šis gruntējums ir veidots tā, ka DNS tiek pārrakstīts tikai paša vīrusa RNS genoms, nevis jebkura cita šūnā esošā mRNS. Un pašas mRNS vakcīnas nesatur "primeru".
Tāpēc ir praktiski neiespējami, ka vakcīnas mRNS šādā veidā tiek pārrakstīta DNS un pēc tam iekļauta cilvēka genomā.
To pašu secinājumu var izdarīt, ja paskatās uz cilvēka fermentiem, kas var pārrakstīt RNS uz DNS: Kā minēts sākumā, šūna var izmantot polimerāzes fermentus, lai pārvērstu DNS mRNS, kas pēc tam kalpo kā veidne proteīnu sintēzei šūnu plazmā . Tomēr polimerāzēm ir arī citi uzdevumi: pirms šūnu dalīšanās tās dublē cilvēka DNS genomu tā, lai katra izveidotā meitas šūna saņemtu pilnu ģenētiskās informācijas kopumu. Polimerāzes var arī labot DNS bojājumus.
Ilgu laiku tika uzskatīts, ka polimerāzes spēj pārrakstīt DNS tikai mRNS un DNS - DNS. Tomēr tagad ir zināms, ka dažas polimerāzes var arī pārrakstīt RNS DNS (piemēram, retrovīrusu reversā transkriptāze). Galvenokārt šī spēja ir tā sauktajai timera polimerāzei. Šī fermenta uzdevums ir novērst DNS bojājumus. Ja, piemēram, vienā no diviem DNS segmenta pavedieniem trūkst kāda gabala, tēta polimerāze var no jauna salikt trūkstošo gabalu, izmantojot papildu otru DNS vienu virkni (t.i., DNS-DNS translācija).
Kā nesen tika noskaidrots, šis enzīms var izmantot arī RNS kā veidni un pārvērst to DNS - vēl efektīvāk un ar mazākām kļūdām, nekā var nokopēt DNS. Tēta polimerāze var pat izvēlēties izmantot mRNS transkriptus kā veidni, lai labotu DNS bojājumus.
Tātad, vai ferments varētu arī pārrakstīt mRNS, kas ievadīta kā vakcīna, DNS? No ekspertu viedokļa tas ir maz ticams, un tā paša iemesla dēļ, kāpēc vīrusa fermenta reversā transkriptāze to nespēj - trūkst nepieciešamās ģenētiskās sākuma secības ("primer").
Vai DNS vakcīnas var mainīt cilvēka genomu?
Ar tā sauktajām DNS vakcīnām situācija ir nedaudz atšķirīga. Struktūra atbilst cilvēka DNS struktūrai. Tomēr eksperti uzskata, ka ir ārkārtīgi maz ticams, ka tos varētu nejauši iekļaut cilvēka genomā: gadu eksperimenti un pieredze ar DNS vakcīnām, kas jau ir apstiprinātas veterinārajā medicīnā, par to nav liecinājušas.
Vai mRNS un DNS vakcīnas var izraisīt autoimūnas slimības?
Šķiet, ka briesmas šeit nav augstākas nekā ar klasiskām dzīvām un mirušām vakcīnām. Jebkurai vakcinācijas formai ir aktivizējoša ietekme uz imūnsistēmu. Ļoti retos gadījumos tas faktiski var izraisīt autoimūnu reakciju. Pēc cūku gripas vakcinācijas aptuveni 1600 cilvēkiem vēlāk attīstījās narkolepsija. Ņemot vērā daudzos miljonus inokulēto vakcīnas devu, risks šķiet niecīgs. Turklāt vīrusu slimības pašas var izraisīt autoimūnas slimības.
Vai mRNS un DNS vakcīnas var sabojāt dīgļu līniju?
Nē. Saskaņā ar pašreizējo zināšanu līmeni vakcīnas aktīvās sastāvdaļas nesasniedz olšūnas un spermu.
DNS un mRNS vakcīnu priekšrocības
Fakts, ka farmācijas rūpniecība gadiem ilgi ir ieguldījusi daudz darba un naudas DNS un mRNS vakcīnu izstrādē, cita starpā ir saistīts ar faktu, ka tās var ražot lētāk un, galvenais, daudz ātrāk nekā parasto dzīvās un mirušās vakcīnas. Attiecībā uz pēdējo vispirms ir nepieciešams kultivēt patogēnus darbietilpīgā veidā un lielos daudzumos, un pēc tam iegūt to antigēnus.
Attiecībā uz vakcīnām, kuru pamatā ir gēni, piemēram, DNS un mRNS vakcīnas, vakcinētā persona ir atbildīga par paša antigēna ražošanu. Ģenētisko antigēnu rasējumus, ko ievada kā vakcināciju, var ražot salīdzinoši ātri un viegli pietiekamā daudzumā un - ja patogēns ir ģenētiski modificēts (mutēts) - ātri pielāgojams.
Vēl viena priekšrocība ir tā, ka nodotais svešais ģenētiskais materiāls nepaliek organismā pastāvīgi. Ķermenis to sadala vai pazūd, kad šūnas dabiski sadalās. Tāpēc ārvalstu antigēni tiek ražoti tikai īsu laiku. Tomēr šis laika posms ir pietiekams imūnreakcijai.
Ja salīdzina DNS un mRNS vakcīnas savā starpā, tām ir vairākas priekšrocības: nejauša iekļaušanās cilvēka genomā ir vēl retāka nekā ar DNS vakcīnām. Turklāt DNS vakcīnām parasti jāpievieno spēcīgi pastiprinātāji (palīgvielas), lai tie izraisītu efektīvu imūnreakciju.
DNS un mRNS vakcīnas: pašreizējie pētījumi
Zinātnieki jau vairākus gadus vai pat gadu desmitus pēta DNS un mRNS vakcīnu izstrādi. Koronavīrusa pandēmijas ietvaros atbildīgās iestādes - ES, tā ir Eiropas Zāļu aģentūra EMA - beidzot pirmo reizi apstiprināja mRNS vakcīnas lietošanai cilvēkiem.
Papildus vakcīnām, kas jau pieejamas BioNTech / Pfizer un Moderna, tiek pārbaudītas arī citas mRNS bāzes vakcīnas. Daži projekti atkal koncentrējas uz DNS vakcīnu pret koronu.
Bet ne tikai DNS un mRNS vakcīnas ir potenciālo vakcīnu kandidātu sarakstā pret Sars-CoV-2. Zinātnieki un farmācijas uzņēmumi arī strādā pie vektora vakcīnām, kā arī parastajām dzīvām un mirušām vakcīnām. Visu, kas jums jāzina, varat uzzināt arī mūsu rakstā "Vakcinācija pret koronavīrusu".
Turklāt farmācijas uzņēmumi patlaban izstrādā DNS vakcīnas pret aptuveni 20 dažādām slimībām, tai skaitā gripu, AIDS, B hepatītu, C hepatītu un dzemdes kakla vēzi (parasti izraisa infekcija ar HPV vīrusiem). Tas ietver arī terapeitisko vakcīnu kandidātus, t.i., tos, kurus jau var ievadīt slimiem cilvēkiem (piemēram, vēža slimniekiem).
Intensīvi tiek strādāts arī pie dažādām mRNS vakcīnām, piemēram, pret gripu, trakumsērgu un Zikas vīrusu.
Tagi: žurnāls orgānu sistēmas laboratorijas vērtības
