Изображение: Адам Майда / Атламтик
Синтетическая мРНК, гениальная технология, лежащая в основе вакцин Pfizer-BioNTech и Moderna, может показаться внезапным прорывом или новым открытием. Год назад почти никто в мире не знал, что такое мРНК-вакцина, по той хорошей причине, что ни одна страна в мире никогда не одобряла вакцину.
Спустя несколько месяцев эта же технология использовалась для двух самых быстрых испытаний вакцины в истории науки.Как и многие другие открытия, этот очевидный мгновенный успех создавался многие десятилетия. Прошло более 40 лет между 1970-ми годами, когда венгерский ученый стал пионером ранних исследований мРНК, и днем, когда первая авторизованная вакцина против мРНК была введена в Соединенных Штатах, 14 декабря 2020 года. Тем временем, идея стала жизнеспособной. чуть не разрушил несколько карьер и чуть не обанкротил несколько компаний.
Мечта о мРНК сохранилась отчасти потому, что ее основной принцип был поразительно простым и даже красивым: самая мощная в мире фабрика по производству лекарств могла быть внутри каждого из нас.
Люди полагаются на белки практически для всех функций организма; мРНК - что означает рибонуклеиновую кислоту-мессенджер - сообщает нашим клеткам, какие белки нужно производить. С помощью мРНК, редактируемой человеком, мы теоретически могли бы использовать наш клеточный аппарат для производства практически любого белка под солнцем. Вы можете массово производить молекулы, которые естественным образом присутствуют в организме, для восстановления органов или улучшения кровотока. Или вы можете попросить наши клетки приготовить белок вне меню, который наша иммунная система научится распознавать как захватчика и уничтожать.
В случае коронавируса, вызывающего COVID-19, мРНК-вакцины отправляют нашим клеткам подробные инструкции по созданию своего отличительного «белка-шипа». Наша иммунная система, видя чужеродного злоумышленника, нацелена на уничтожение этих белков, не отключая мРНК. Позже, если мы столкнемся с полным вирусом, наши тела снова распознают белок-спайк и атакуют его с точностью хорошо обученных военных, снижая риск заражения и блокируя тяжелую болезнь.
Но история мРНК, вероятно, не закончится на COVID-19: ее потенциал выходит далеко за рамки этой пандемии. В этом году команда из Йельского университета запатентовала аналогичную технологию на основе РНК для вакцинации против малярии , возможно, самой разрушительной болезни в мире. Поскольку мРНК очень легко редактировать, компания Pfizer заявляет, что планирует использовать ее против сезонного гриппа , который постоянно мутирует и ежегодно убивает сотни тысяч людей во всем мире.
Компания BioNTech, сотрудничавшая с Pfizer в прошлом году, разрабатывает индивидуальные методы лечения, которые будут создавать по требованию белки, связанные с конкретными опухолями, чтобы научить организм бороться с распространенным раком . В испытаниях на мышах было показано, что методы лечения синтетической мРНК замедляют и обращают вспять эффекты рассеянного склероза. « Я полностью убежден сейчас, даже больше, чем раньше, в том, что мРНК может в широком смысле трансформировать », - сказал мне Озлем Тюречи, главный врач BioNTech. « В принципе, все, что вы можете сделать с белком, можно заменить мРНК. ”
В принципе это звездочка на миллиард долларов. Перспективы мРНК варьируются от дорогостоящих, но экспериментальных до великолепных, но все же умозрительных. Но прошедший год стал напоминанием о том, что научный прогресс может произойти внезапно, после долгого периода вынашивания ребенка. « Безусловно, это была открытая вечеринка для мРНК, - говорит Джон Маскола, директор Центра исследования вакцин Национального института аллергии и инфекционных заболеваний. « В мире науки технология РНК может стать самой большой историей года. Мы не знали, сработало ли это. И теперь мы это делаем. ”
1. Долгий Путь К Прорыву
Более 40 лет синтетическая РНК не могла сделать ничего полезного. В 1978 году Каталин Карико, молодой ученый в Центре биологических исследований в Сегеде, Венгрия, начала работать над идеей, что это возможно. Она уехала из Венгрии в США в 1980-х годах. В Пенсильванском университете она все еще изо всех сил пыталась создать мРНК, которую организм не отвергал сразу. Когда ее исследования не получили поддержки государственных грантов и университетских коллег, ее понизили в должности.
После десятилетия урывков Карико и ее партнер по исследованиям Дрю Вайсман наконец-то добились успеха в начале 2000-х. Чтобы провести синтетическую мРНК через защиту клетки, они поняли, что им нужно настроить один из ее молекулярных строительных блоков, нуклеозиды, составляющие цепь РНК. « Решение, как обнаружили Карико и Вайсман, было биологическим эквивалентом замены шины », - написали журналисты Дамиан Гарде и Джонатан Зальцман для научного сайта Stat .
В США статья привлекла внимание группы дерзких исследователей, профессоров и венчурных капиталистов. Они основали компанию, в названии которой были слова « модифицированный» и « RNA : Moderna». В Германии Угур Сахин и Озлем Тюречи, супружеская пара, имеющая опыт исследований в области иммунотерапии, также увидели огромный потенциал. Они основали несколько компаний, в том числе одну для исследования методов лечения рака на основе мРНК: BioNTech.
« Когда мы начинали, в отрасли было много скептицизма, потому что это была новая технология, не имеющая одобренных продуктов», - сказал мне Турки. « Разработка лекарств строго регулируется, поэтому люди не любят отклоняться от привычных путей. «BioNTech и Moderna годами работали без одобренных продуктов, благодаря поддержке филантропов, инвесторов и других компаний. Moderna стала партнером NIH и получила десятки миллионов долларов от DARPA, Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, на разработку вакцин против вирусов, включая вирус Зика. В 2018 году Pfizer подписал соглашение с BioNTech о разработке мРНК-вакцины от гриппа.
« Изначально эта технология привлекла нас для лечения гриппа из-за ее большой скорости и гибкости », - сказал мне Филип Дормитцер, возглавляющий программы исследований и разработок вирусных вакцин Pfizer. « Вы можете редактировать мРНК очень быстро. Это очень полезно для такого вируса, как грипп, для Северного и Южного полушария, для которого ежегодно требуется две обновленные вакцины. ”
К тому времени, когда вспышка коронавируса закрыла город Ухань, Китай, Moderna и BioNTech потратили годы на отладку своих технологий. Когда вспышка распространилась по всему миру, Pfizer и BioNTech были готовы немедленно переключиться и перенаправить свои исследования гриппа на SARS-CoV-2. « Это действительно был случай, когда наши исследователи заменили белок гриппа на белок-шип коронавируса», - сказал Дормитцер. « Оказалось, что это был не такой уж большой скачок. ”
Вооруженные годами клинической работы над мРНК, основанной на десятилетиях фундаментальных исследований, ученые с поразительной скоростью раскрыли тайну SARS-CoV-2. 11 января 2020 года китайские исследователи опубликовали генетическую последовательность вируса. Рецепт вакцины на основе мРНК Moderna был завершен примерно за 48 часов . К концу февраля партии вакцины были отправлены в Бетесду, штат Мэриленд, для клинических испытаний.
Его разработка была ускорена операцией администрации Трампа Warp Speed, которая инвестировала миллиарды долларов в несколько кандидатов на вакцины, включая вакцину Moderna. В идеальное время для голливудской эпопеи мРНК вошла в землю обетованную после примерно 40 лет скитаний.
Научный прогресс шел своим типичным двухскоростным темпом - медленно, медленно, а затем сразу.
2. Быстрее, Быстрее!
Скорость и ловкость были качествами, которые впервые заинтересовали и DARPA, и Pfizer в мРНК. И если после этой пандемии технологии откроют новые возможности, скорость и ловкость будут играть главные роли.
Ежегодно от малярии умирают более 400 000 человек , в основном дети младшего возраста. Это вызвано не вирусом или бактериями , а скорее организмом, принадлежащим к отдельному типу, называемому плазмодием. У плазмодий есть множество стратегий изменения формы, позволяющих уклоняться от нашей иммунной системы. С большинством болезней вы подхватываете их один раз и в будущем получите некоторую защиту. Но малярия сбивает нашу клеточную защиту, позволяя заражаться снова и снова. Это также затрудняет прививку от малярии: единственная существующая вакцина не работает очень хорошо даже после четырехкратного введения.
В прошлом месяце был одобрен патент на вакцину против малярии на основе РНК, которая показала себя многообещающей на мышах. « Мы работали над этой вакциной в течение многих лет, но весь ландшафт изменился за последние шесть месяцев из-за успеха вакцин против COVID», - Ричард Букала, соавтор вакцины и ученый из Йельской школы медицины, сказал мне.
В вакцине против малярии используется самоусиливающаяся РНК , или саРНК, которая тонко отличается от технологии мРНК, используемой Moderna и Pfizer. Вакцины против COVID-19 работают за счет введения всей РНК-мессенджера, которую вы собираетесь получить. Но самоусиливающаяся РНК предназначена для репликации внутри наших клеток. Эта функция копирования и вставки теоретически означает, что каждому человеку требуется лишь крошечная доза вакцины для сильного иммунного ответа.
« Функция репликации saRNA имеет решающее значение, потому что не вакцины предотвращают инфекцию, а вакцины, которые предотвращают инфекцию», - сказал Букала. Чудодейственное лекарство, которое не вводят, ничем не лучше бесполезного лекарства, которое никогда не применялось. « Вакцины Pfizer и Moderna нуждаются в большом количестве мРНК, а их производство дорогое, поэтому медленнее добираются до многих стран за пределами США », - продолжил он. « С saRNA мы могли ввести сотую часть материала, чтобы добиться того же эффекта. Это упростило бы масштабирование против широко распространенного заболевания. ”
Тогда есть рак. Ученые никогда не смогут изобрести единственную вакцину от рака, потому что рак - это не отдельная болезнь, а совокупность из более чем 100 болезней, которые мы обычно называем по месту на теле, откуда они возникают. Но что, если бы мы могли отреагировать на эти сотни видов рака с помощью нашего собственного набора методов лечения, которые могли бы научить организм атаковать конкретную опухоль?
Это идея, лежащая в основе исследований компании BioNTech по иммунотерапии рака. Это работает примерно так : у каждого больного раком BioNTech берет образец ткани опухоли для проведения генетического анализа. Основываясь на этом тесте, компания разрабатывает индивидуально подобранную мРНК-вакцину, которая сообщает клеткам пациента производить белки, связанные со специфической мутацией данной опухоли. Иммунная система учится искать и уничтожать похожие опухолевые клетки по всему телу.
Этот цикл анализа и проектирования не так уж отличается от того, как BioNTech и Moderna быстро проанализировали секвенирование SARS-CoV-2 китайскими учеными, определили спайковый белок для атаки и разработали эффективную терапию. « Мы надеемся, что все, что мы узнали от COVID о производстве и производстве мРНК, может перекрестно оплодотворить наши готовые методы лечения рака », - сказал мне Озлем Тюреки из BioNTech.
По ее словам, в настоящее время компания проводит клинические испытания персонализированных вакцин от «практически всех солидных форм рака», включая меланому, рак груди и рак яичников. Анализ 2021 года, проведенный исследователями Университета Северной Каролины в журнале Molecular Cancer, показал, что эти методы лечения рака в последние годы развиваются медленно, но прорыв COVID-19 совпал с «многообещающими» клиническими испытаниями противораковых вакцин. « Мы предвидим быстрое развитие мРНК-вакцин для иммунотерапии рака в ближайшем будущем», - заключили они.
3. Мы Сами Добиваемся Удачи
В марте 2020 года Питер Хотез, специалист по вакцинам из Медицинского колледжа Бейлора, не думал, что технология мРНК выиграет гонку против COVID-19. Он сделал ставку на фармацевтическую компанию Merck, которая недавно разработала удивительно успешную вакцину против лихорадки Эбола с использованием модифицированного вируса домашнего скота, называемого вирусом везикулярного стоматита, или VSV. Но компания Merck прекратила выпуск вакцины против COVID-19, когда ее многообещающая новая технология не прошла клинические испытания.
Хотез считает неудачи Merck важным уроком науки и поучительной историей о мРНК. « Технология, которая работает для одной эпидемии, может не сработать для следующей, и вы не узнаете, что работает, пока не попробуете », - сказал он. меня. « Вот почему я говорю, что еще слишком рано называть мРНК-вакцины чудом. Они могут не сработать против следующей цели. ”
Даже самые большие сторонники мРНК признают эту точку зрения. « Это не волшебная пуля, и она не идеальна для всего », - сказал мне Дормитцер из Pfizer. Его партнеры из BioNTech согласились. « Я не утверждаю, что мРНК - это святой Грааль для всего», - сказал Тюреки. « Мы собираемся обнаружить, что есть заболевания, при которых мРНК оказывается на удивление успешной, и заболевания, при которых это не так. Мы должны доказывать это для каждого инфекционного заболевания, одно за другим. ”
мРНК может не дать большого второго акта в ближайшее десятилетие или когда-либо. Возможно, научный истеблишмент придет к выводу, что технология выиграла от пандемии благодаря уникально простому заклятому врагу. « Коронавирус может быть одной из самых простых мишеней для вакцинации, которые мы видели в наше время», - согласился Хотез. « Практически все, что мы бросили, сработало. ”
Может нам повезло. Но удача зависит от подготовки. Коронавирус был легкой мишенью только потому, что наука облегчила его. Четыре года назад, после вспышки ближневосточного респираторного синдрома на Аравийском полуострове и в Южной Корее, 18 ученых из Национального института здравоохранения, Университета Вандербильта, Дартмутского колледжа и других учреждений опубликовали подробное исследование формы и поведения наиболее примечательной особенности коронавируса. : протеин-шип.
Этот документ раскрыл тайны и уязвимости вируса задолго до того, как кто-либо узнал, что этот крошечный патоген скоро отключит мир. « Наши исследования, - прозорливо заключили они в своей статье 2017 года, - обеспечивают основу для структурной разработки вакцин против коронавируса. «Без этой детективной работы прорыв мРНК не мог бы произойти.
Опубликовано 5 апреля 2021 г.
Автор theatlantic.com
Читайте Форум, участвуйте в Форуме:
Политика, международные отношения
ХРОНИКА ПЕРВОЙ ГЛОБАЛЬНОЙ ВОЙНЫ, В ИСТОРИИ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА, ПРОТИВ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА