Jak probíhal vývoj mRNA vakcín

Když začala pandemie covidu-19, vědci a odborníci varovali, že vakcína bude vyrobena nejdříve ke konci roku 2020. Také nás varovali, že vývoj vakcín potřebuje čas a že to může trvat ještě mnohem déle. Ale na konci roku 2020 se dvě vakcíny, jedna od firmy Pfizer–BioNTech, druhá od Moderny, začaly používat v některých částech světa.



Nebyly prvními na světě, ale byly v jistém smyslu prvními svého druhu. A jako Babe Ruth předvídal své odpaly, zdálo se, že odborníci věděli předem, co se stane. Technologie, na které se pracovalo celá desetiletí, mohla konečně ukázat, co v ní je. Zrovna když jsme to potřebovali nejvíc. Toto je příběh toho, jak vznikla nová technologie očkování založená na RNA. A pokud se prokáže jako bezpečná a efektivní, nebude pouze na covid. Bude to významná změna ve způsobu, jakým budeme vytvářet vakcíny v budoucnu.



Budeme se bavit o různých výzkumech, ale ty studie nevznikly zčistajasna. Bylo potřeba hodně pokroku v imunologii a biotechnologiích, aby se mRNA vakcíny staly skutečností, a ten výzkum muselo provádět hodně lidí. Úkol vakcíny je bezpečně vystavit náš imunitní systém antigenu, kousku bílkoviny z patogenu nebo infekčního činitele, který si náš imunitní systém zapamatuje a rozpozná ho. Je to jako plakát, který sdělí imunitním buňkám, co hledat a ničit, když budeme skutečně nakažení.



Tradičně jsme antigeny zaváděli několika způsoby: použitím živého, oslabeného patogenu, ten sice žije, ale neublíží nám, zabitého patogenu nebo kousku patogenu. Také jsme používali viry s instrukcemi pro naše buňky, aby ten antigen vyrobily. Ať použijete jakoukoliv z těch metod, zabere léta práce. Třeba pro výrobu vakcíny proti spalničkám museli vědci virus nechat růst skoro deset let. Potřebovali oslabit virus natolik, aby to spustilo imunitní reakci, aniž byste onemocněli.



Ale začátkem 90. let začali vědci uvažovat, že by se mohli zbavit prostředníka a použít mediátorovou RNA neboli mRNA k přeprogramování našich buněk, aby virové antigeny začaly vyrábět samy. Místo abychom je vyráběli v laboratořích, práci by mohly odvést naše vlastní buňky. Doufalo se, že to bude bezpečnější a efektivnější než tradiční vakcíny, alespoň pro některé nemoci. Přeci jenom, úkol RNA je navádět nás k výrobě bílkovin v buňce a antigeny jsou obecně bílkoviny.



Ale mRNA není genetický materiál uvnitř našich buněk – to je DNA. DNA je trochu jako velká knihovna s návody k výrobě všech bílkovin, které vaše tělo potřebuje. Ale nedává smysl tahat s sebou celou knihovnu vždy, když potřebujete, aby továrna něco vyrobila. Je jednodušší zkopírovat návod na tu bílkovinu, kterou chcete. Tou kopií je právě mRNA.



Přináší sekvenci genů pro bílkovinu přepsanou z buněčné DNA na místo, kde se bílkoviny vyrábí. mRNA vakcíny tedy používají tuto funkci, aby bezpečně přiměly naše buňky, aby použily svou výbavu na výrobu bílkovin k vytvoření antigenu od nuly. To je ve skutečnosti velká výhoda, když se snažíte vypořádat se s něčím, jako je úplně nový virus způsobující náhlou pandemii. Protože vytvoření takové vakcíny nevyžaduje ani vzorek daného viru. Vše, co potřebujete, je digitální soubor s jeho genetickou sekvencí.



To proto, že pokud znáte potřebnou sekvenci DNA nebo RNA, můžete ji vyrobit. S antigeny založenými na bílkovinách to není tak snadné. Bílkoviny jsou zohýbané a divné. DNA a RNA jsou pouze lineární řetězce. Vědci mohou jednoduše stáhnout genetickou sekvenci viru a mít vakcínu připravenou na testování v řádu týdnů, nebo dokonce dní. Tak to bylo s vakcínou od Moderny, ta byla připravena na předběžné testy ani ne měsíc od zveřejnění genomu viru SARS-CoV-2.



Také to umožňuje rychlé aktualizace. Když máme všechny základní ingredience pro výrobu mRNA vakcíny, nepotřebujeme u nového viru začínat od začátku. Teoreticky můžeme pouze vyměnit starou RNA za novou a od toho se odrazit. Je tu další důvod, proč je vývoj tak rychlý. Mnoho vakcín vyžaduje „adjuvanty“, látky, co posilují reakci imunitního systému na danou vakcínu a přitahují správné imunitní buňky.



Ukázalo se, že mRNA umí dobře zapojovat imunitní systém sama. Tak se vyhneme potenciálním dalším měsícům nebo letům testování různých typů „adjuvant“ a toho, jestli jsou pro vakcínu potřeba. Asi chápete, že to všechno dělá z mRNA vakcín perfektní technologii, na kterou se můžeme spolehnout v obraně proti nové pandemii. A to hned. Slyšíme o nich až teď, protože dřív prostě nebyly připravené. Přes všechny výhody má mRNA i své nevýhody, kvůli kterým trval ten výzkum celá desetiletí – právě včas na covid-19.



Tento výzkum započal okolo roku 1971, když vědci ve Velké Británii, studující tvorbu bílkovin, vložili mRNA z králíka do žabích vajíček. Zjistili, že ty buňky vyráběly králičí verzi dané bílkoviny, a to díky kódu mRNA. To vedlo k řadě podobných experimentů s tím, že vědci dokázali vkládat mRNA do stále složitějších typů buněk. Dále pracovali i na efektivních způsobech doručení mRNA do buňky. První experimenty využívající mRNA jako skutečnou vakcínu se začaly provádět na začátku 90.



let. A v tu dobu výzkumníci narazili na obrovské problémy. Významnou překážkou bylo to, že když je RNA zavedena do těla, může být docela těžké ji udržet vcelku. Ukázalo se, že volně plovoucí RNA používají nádorové buňky ke snadnějšímu šíření. RNA, která se jen tak potuluje vně buněk, může být zbytkem buňky, která byla napadena virem a poté „rozstřílena“ imunitním systémem.



Aby nás naše těla před těmito věcmi ochránila, mají hodně ribonukleázy – enzymu, který rozbíjí volně plovoucí RNA, která může být nebezpečná. Proto byla v raných experimentech mRNA ničena ještě před tím, než se uchytila v buňce a začala čarovat. Tento problém mařil výzkum mRNA vakcín několik desetiletí, než vědci přišli na způsob, jak udělat mRNA stabilnější. Jedním řešením bylo přidání sekvencí genů, které zakryly začátek a konec mRNA vlákna.



Díky tomu vypadala více jako mRNA vytvořená naším vlastním tělem. To ale nebyla jediná výstřednost mRNA, se kterou vědci zápolili. Vedle problému s ribonukleázou může volně plovoucí RNA aktivovat imunitní systém a přitahovat ho k sobě. Jak již bylo řečeno, přitahování imunitního systému může být užitečné, dříve nebo později se to musí stát, aby vakcína zabrala, ale všeho moc škodí. Při raných pokusech aktivovala mRNA vakcína imunitu natolik, že ta vakcínu eliminovala, než odvedla svou práci.



Cíl používání mRNA vakcín je naučit imunitní systém vyhledávat antigeny, které vakcína naprogramuje našim buňkám k výrobě. Ne aby zničil vzkaz buňce dříve, než začne cokoliv dělat. A poté jsme dorazili do roku 2005, kdy vědci objevili správný tajný recept, jak zabránit imunitnímu systému zničit naši RNA. Všechna RNA se skládá ze 4 chemických bází, které odráží báze v DNA.



Ale ukázalo se, že v případě savců je hodně těch bází chemicky modifikováno až do okamžiku, kdy je dané vlákno RNA potřeba u výroby bílkovin. U většiny patogenů to neplatí. Proto si imunitní systém při kontaktu s nemodifikovaným vláknem RNA myslí, že se rozhodně jedná o vetřelce. A poté je čas zahájit útok. Toto zjištění znamenalo, že vědci mohli zavádět tyto chemické modifikace na vyrobenou RNA.



Ve skutečnosti to umožnilo šít mRNA vakcíny přesněji na míru. V podstatě mohli vědci přesně vyladit poměr modifikovaných bází v dané mRNA na to, aby přivolala imunitní systém na místo, ale už ne na to, aby vyvolala přímý útok, který deaktivuje vakcínu dřív, než začne tělu pomáhat. Dobrá, udělali jsme dost práce od 70. let do roku 2000. Poslední výzvou, kterou museli vědci překonat, bylo, jak dostat vakcínu dovnitř buňky.



Samotná mRNA molekula je moc velká na to, aby překonala buněčnou membránu. Experimenty ukázaly, že kousek se dovnitř proplíží, ale ne tolik, abyste ji mohli jen tak házet na buňky. Existují speciální metody, jak zavést nukleové kyseliny do buněk v laboratorních podmínkách. Ty se však nedají vždy použít v případě živého těla. Například elektrické šoky, které vytvoří malé dírky a vpustí věci dovnitř. Ne že by se ty metody nemohly adaptovat pro člověka, existují ale vhodnější metody než elektrické šoky.



Jednoduchá injekce je to, co chceme. Lidé jsou na to zvyklí. Metoda, pro jejíž zavedení už máme veškerou technologii. Obzvlášť pokud chceme dost rychle naočkovat miliardy lidí. A proto vědci nakonec zvolili lipidové nanočástice, používají se u prvních dvou mRNA vakcín, které se objevily na trhu. Lipidové nanočástice neboli LNP jsou kuličky navrstvených lipidů, tuků, s mRNA nákladem bezpečně uloženým uvnitř.



Tyto LNP jsou kladně nabité, což jim umožní přilepit se na záporně nabité membrány buňky. Během tzv. endocytózy daná buňka obalí LNP kusem své membrány a spolkne zásilku. Jakmile je balíček uvnitř, naše buněčná mašinerie ho celý rozbalí a mRNA začne vyrábět antigenní bílkoviny nutné pro výcvik imunitního systému. A není to zas tak nová technologie. Už v roce 1978 byli vědci schopni použít základní verzi těchto malých kuliček tuku k podání mRNA do buněk myší sleziny a spustit syntézu nové bílkoviny.



První LNP měly problémy s účinností, ale vědci časem technologii zdokonalili jen pár let před tím, než začala být potřebná na rychlý vývoj mRNA vakcíny proti pandemii covidu-19. V návaznosti na úspěšné studie k podávání jiných typů RNA do buněk začali vědci po roce 2000 experimentovat s LNP jako způsobem, jak mRNA vakcínu snadno dostat do těla injekčně.



A v roce 2018 FDA schválil první RNA lék, který používal LNP. To znamená, že prostředek k zavádění mRNA byl připraven právě včas, když vědci začali pracovat na mRNA vakcínách proti covidu-19. Takže i když vakcíny proti covidu-19 od Pfizer–BioNTech a Moderny byly prvními schválenými mRNA vakcínami, vědci byli už dlouho nadšení z potenciálu této technologie a pracovali na ní celá desetiletí. Vynaložili jsme spoustu peněz a hodin práce na zastavení této pandemie a bez této investice bychom asi mRNA vakcíny ještě neměli.



Některé snahy o vytvoření jiných mRNA vakcín byly opuštěny a s mRNA vakcínami se nikdy nepočítalo najisto. Museli jsme provést testy, proto to trvalo až do konce roku 2020, ale měli jsme řadu výzkumů, od kterých jsme se mohli odrazit. Včetně výzkumů o jiných koronavirových onemocněních – SARS a MERS. To, co o nich vědci zjistili, jim umožnilo vytvořit vakcíny proti covidu-19 rychleji. Z jedné strany byly covidové vakcíny explozivním vývojem, neuvěřitelně rychlou globální spoluprací ve jménu lidského zdraví.



Něco, co podle mě řádově odpovídá misi Apollo. Ale věda postupuje po krůčcích. Vždy navazuje na zanícenou práci několika generací výzkumníků. A nikdy se neděje ve vakuu. Pravdou je, že vícero mRNA vakcín proti virovým a bakteriálním onemocněním, a dokonce proti některým rakovinám, se začíná testovat na lidech. Nyní, když mRNA vakcíny fungují, je pravděpodobné, že budou fungovat i dál.



A to je skvělá zpráva pro nás všechny! Překlad: anonymní divák Úprava titulků: jesterka www.videacesky.cz