Die mRNA-Technologie veränderte den sich entwickelnden Coronavirus-Impfstoff. Nur zwei Tage; So lange haben die Teams von Moderna gebraucht, um ihren Coronavirus-Impfstoff zu entwickeln, und seit die Zahl in einem Bericht der New York Times enthüllt wurde, hat sie nicht aufgehört zu überraschen. Kein Wunder: Wir sprechen von einer der wichtigsten technologischen Entwicklungen des Jahrzehnts, einem wichtigen Schritt für einen der großen Meilensteine in der Geschichte der Wissenschaft, der in nur 48 Stunden durchgeführt wurde. Wie haben die das getan?
Willkommen in der Welt der mRNA-Technologie
Diese Impfstoffe basieren auf Messenger-RNA. Die mRNA ist ein Stück Ribonukleinsäure, das Informationen über die Aminosäuresequenz eines bestimmten Proteins von der DNA, in der all diese Informationen gespeichert sind, zum Ribosom, dem Ort in der Zelle, an dem die verschiedenen Proteine synthetisiert werden, transportiert. Um eine Parallele zu ziehen: Die mRNA wäre das ”Pendrive”, mit dem die Zellen die Informationen vom Computer (DNA) zum Drucker (Ribosom) übertragen.
Als sich unsere Fähigkeit zur Herstellung synthetischer RNA verbesserte, fragten sich die Wissenschaftler, ob wir die Zelle mit einem von uns hergestellten Pendrive „wechseln“ könnten. Das heißt, wenn wir eine Ribonukleinsäurekette „infiltrieren“ und die Ribosomen dazu bringen könnten, die gewünschten Proteine zu produzieren. Dies wurde erstmals 1990 bei Mäusen in den Labors der University of Wisconsin erreicht.
Es öffnete die Tür zur Verwendung unseres eigenen Körpers zur Herstellung von „Antikörpern gegen Impfungen, Enzymen zur Umkehrung seltener Krankheiten oder Wachstumsmitteln zur Reparatur von geschädigtem Herzgewebe. Die Umsetzung der Idee war jedoch viel schwieriger als es schien. Schließlich können wir nicht Zelle für Zelle in den Körper gehen und die synthetische RNA injizieren, um das zu produzieren, was wir wollen, und große Mengen dieser RNA in den Blutkreislauf zu gießen, könnte eine massive und sehr gefährliche Immunantwort auslösen.
Im Jahr 2005 entdeckten Katalin Karikó und Drew Weissman einen Weg, RNA aus dem Immunsystem zu „maskieren“. Somit könnten die Syntheseanweisungen durch den Körper und in die Zellen wandern, ohne Immunreaktionen hervorzurufen. Zwei der erfolgreichsten Impfstoffe gegen Coronavirus arbeiten an diesem Patent: Moderna’s und Pfizer’s.
Wie kann man einfach einen Impfstoff programmieren?
Als Moderna auftauchte, suchten die Forscher nur nach einer schnellen Möglichkeit, adulte Zellen neu zu programmieren und in Stammzellen umzuwandeln. Aber sie erkannten bald, dass sie ein viel leistungsfähigeres Werkzeug zur Hand hatten. Das Problem ist jetzt, dass sie zu viele Möglichkeiten hatten. Plötzlich hatten sie die Macht, die molekulare Maschinerie von Zellen zu programmieren; Es war jedoch alles zu tun.
Und das war in einer Branche wie der Biotechnologie, die eine sehr lange Geschichte hat, ein großes Problem. Es wäre nicht das erste Mal, dass ein Unternehmen mit der Entwicklung einer erfolgreichen Technologie begann und bankrott ging, bevor es Realität werden konnte. Als sie zur Arbeit kamen, taten sie das, was jeder Informatiker angesichts einer neuen Programmiersprache tun würde: einer Bibliothek.
Das heißt, sie haben eine Reihe von „codierten funktionalen Implementierungen“ erstellt, mit denen sie schnell und einfach kleine genomische Programme (die synthetische mRNA) schreiben und entwerfen können. Dies erforderte das Wissen, wie Ribosomen Proteine lesen und synthetisieren; Lernen Sie die „Maschinensprache“ von mRNA und finden Sie einen Weg, die gewünschten Anweisungen zu schreiben und sie zu synthetischer RNA zu „kompilieren“.
Sie haben es getan, und das beste Beispiel ist ihr Coronavirus-Impfstoff. Am 10. Januar 2020 wurde die erste Sequenzierung des SARS-CoV-2-Genoms öffentlich zugänglich gemacht und die Beschreibung des Spike-Proteins war bereits vorhanden. Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften wäre dieses Protein das Ziel des Impfstoffs: Wenn sie die Zellen dazu bringen könnten, es zu produzieren, könnte das Immunsystem es identifizieren und Immunität erzeugen.
Moderna „allein“ musste sich an die Arbeit machen. Und wie ich in der Einleitung sagte, dauerte es zwei Tage, um den RNA-Befehl zu entwerfen, der die Zellen dazu bringen würde, das Coronavirus-Spike-Protein zu produzieren. Der schwierigste Teil blieb, der sie für den Rest des Jahres beschäftigt hat: zu überprüfen, ob dieses kleine „maskierte“ mRNA-Programm sicher und effektiv verabreicht werden kann. Und gerade deshalb geht es weit über das Coronavirus hinaus. Wenn sie Erfolg haben, werden sie die Leistungsfähigkeit eines Systems testen, das die Medizin, wie wir sie kennen, verändern kann.
