DNK in mRNA cepiva
Posodobljeno dneMartina Feichter je študirala biologijo pri izbirni lekarni v Innsbrucku in se tudi potopila v svet zdravilnih rastlin. Od tam do drugih medicinskih tem, ki jo še vedno navdušujejo, ni bilo daleč. Izpopolnjevala se je kot novinarka na Axel Springer Academy v Hamburgu, od leta 2007 pa dela za - najprej kot urednica, od leta 2012 pa kot samostojna pisateljica.
Več o strokovnjakihja Vse vsebine preverjajo medicinski novinarji.
Cepiva DNA in mRNA predstavljajo novo generacijo cepiv, ki delujejo na popolnoma drugačen način kot znana živa in mrtva cepiva. Odkrijte, kako to izgleda in kakšne prednosti in potencialna tveganja prinašajo cepiva DNA in mRNA s seboj!
Kaj so cepiva proti mRNA in DNA?
Tako imenovana cepiva mRNA (kratko: cepiva RNA) in cepiva DNA spadajo v nov razred cepiv na genski osnovi. Že nekaj let so jih intenzivno raziskovali in preizkušali. Po pandemiji korone so bila cepiva proti mRNA prvič odobrena za imunizacijo ljudi. Njihovo načelo delovanja se razlikuje od prejšnjih učinkovin.
Klasična živa in mrtva cepiva prinašajo oslabljene ali ubite ali inaktivirane patogene ali njihove dele v telo.Imunski sistem reagira z oblikovanjem specifičnih protiteles proti tem tujim snovem, ki so znane kot antigeni. Cepljena oseba nato razvije imuniteto na zadevni patogen.
Nova cepiva na genski osnovi (cepiva DNA in mRNA) so drugačna: tihotapijo le genetski načrt za antigene patogenov v človeške celice. Celice nato uporabijo ta navodila za sestavljanje samih antigenov, ki nato sprožijo poseben imunski odziv. Na kratko: S cepivi na genski osnovi se del proizvodnje kompleksnega cepiva - ekstrakcija antigenov - premakne iz laboratorija v človeške celice.
Poleg cepiv DNK in mRNA med cepiva na osnovi genov spadajo tudi tako imenovana vektorska cepiva.
Kaj sta DNA in mRNA?
Kratica DNA pomeni deoksiribonukleinsko kislino. Je nosilec genetskih informacij pri večini organizmov, tudi pri ljudeh. DNK je dvoverižna veriga štirih gradnikov (imenovanih baze), razporejenih v parih - podobno kot vrvna lestev. Razporeditev baznih parov je koda za načrt, na podlagi katerega nastane na tisoče beljakovin. So osnova za strukturo in delovanje celotnega telesa.
Za proizvodnjo določenega proteina celica najprej uporabi določene encime (polimeraze), da ustvari "kopijo" segmenta DNA z ustreznimi navodili za sestavljanje (gen) v obliki enoverižne mRNA (messenger ribonukleinska kislina). Ta postopek se imenuje transkripcija. MRNA zapusti jedro in se bere v celični plazmi (citoplazmi). Zadevni protein je sestavljen na podlagi teh navodil za sestavljanje. Ta "prevod" genetskega načrta v beljakovino se imenuje prevod.
Kako delujejo cepiva DNA in mRNA?
DNK cepiva vsebujejo načrt DNA (gen) za antigen v patogenu. V primeru cepiv proti mRNA je ta načrt antigena že na voljo v obliki mRNA. In tako deluje imunizacija s cepivom DNA ali mRNA:
cepivo mRNA
MRNA je lahko v cepivu prisotna "gola". Nepakirana mRNA pa je zelo občutljiva in krhka. Telo jih tudi hitro razgradi, še posebej, če se cepivo injicira v mišico. Zato se mRNA vsaj stabilizira, na primer s posebnimi proteinskimi molekulami.
Običajno pa je načrt mRNA za antigen patogena v pakiranju. Po eni strani to ščiti krhko mRNA, po drugi strani pa olajša absorpcijo tujega genskega materiala v telesno celico. Embalaža je lahko na primer iz nanodelcev lipidov ali na kratko LNP (lipidi = maščobe). Včasih je tuja mRNA pakirana tudi v liposome. To so majhni mehurčki z notranjo vodno fazo, ki je obdana z lipidnim dvoslojem. Ta lupina je kemično podobna celični membrani.
Ko je tuja mRNA prevzeta v celici, se "prebere" neposredno v citoplazmi. Celica nato proizvede ustrezen protein patogena (antigen) in ga nato predstavi na svoji celični površini. Imunski sistem nato prepozna tujo strukturo in sproži imunski odziv. Med drugim telo zdaj proizvaja ustrezna protitelesa. To omogoča telesu, da se v primeru "prave" okužbe hitro odzove na sam patogen. Cepljena messenger RNA se nato razmeroma hitro razgradi.
DNK cepivo
Načrt DNA antigena patogena je običajno najprej vgrajen v plazmid, ki se ne more razmnoževati. Plazmid je majhna, krožna molekula DNA, ki jo običajno najdemo v bakterijah.
Plazmid prodre v telesne celice skupaj z načrtom antigena. Pri nekaterih DNK cepivih je to podprto z elektroporacijo: Na mestu punkcije se uporabljajo kratki električni impulzi, ki za kratek čas povečajo prepustnost celične membrane, tako da lažje prehajajo večje molekule, kot je tuja DNA.
Načrt DNA-antigen se nato prepiše v mRNA v celičnem jedru. Ta zapusti jedro in se v citoplazmi prevede v ustrezen antigen. Pogosto je površinska beljakovina patogena. Nato je vgrajen v lupino celice. Ta tuja beljakovina na celični površini na koncu pokliče imunski sistem na sceni. Povzroči posebno obrambno reakcijo. Če se cepljena oseba okuži z dejanskim povzročiteljem, se lahko telo hitreje bori proti njej.
Ali cepiva prihranijo tveganje?
Glavna skrb nekaterih ljudi je, da bi cepiva mRNA in DNA lahko poškodovala ali spremenila človeški genom. A za to doslej ni bilo dokazov. Prav tako ni dokazov, da bi cepljenje lahko povzročilo bolezni, kot je rak.
Ali lahko cepiva mRNA spremenijo človeški genom?
Skoraj nemogoče je, da bi cepiva mRNA poškodovala ali spremenila človeški genom. Za to obstaja več razlogov:
>> mRNA ne pride v celično jedro: po eni strani tuja mRNA, ki je bila tihotapljena v celice, in človeška DNA prebivata na različnih mestih - mRNA ostane v celični plazmi, medtem ko človeška DNA leži v celici jedro. Ta je od celice ločen z membrano. Res je, da obstajajo jedrske pore, skozi katere mRNA iz celičnega jedra vstopi v celično plazmo. Vendar je to zapleten proces, ki poteka samo v eno smer. Ni poti nazaj.
>> mRNA ni mogoče vključiti v DNK: po drugi strani pa imata mRNA in DNA različne kemijske strukture. Zato mRNA sploh ni mogoče vključiti v človeški genom. Če želite to narediti, bi ga morali najprej vnesti v DNK. Ta korak zahteva posebne encime, ki so že dolgo znani iz nekaterih virusov (retrovirusov), pojavljajo pa se tudi v človeških celicah, kar je že nekaj časa znano. Bi bilo torej možno, da bi mRNA, uporabljeno kot cepivo, pretvorili v DNA in jo nato vključili v človeški genom?
Najprej razmislimo o encimih retrovirusov: Te vrste virusov (ki vključujejo tudi povzročitelj aidsa HIV) imajo encime reverzno transkriptazo in integrazo. Z njihovo pomočjo lahko virusi prepišejo svoj genom RNA v DNA in ga nato integrirajo v genom DNA okužene človeške celice.
Teoretično bi bilo možno naslednje: Če ima oseba, okužena s takšnim virusom RNA (npr. HIV), mRNA cepiva in virus v telesni celici, so virusni encimi med številnimi kosi človeške mRNA, ki so prisotni v celici. kadar koli "izloči" mRNA, uvedeno kot cepivo, in jo prepiše v DNK.
Da bi se to zgodilo, kar je vseeno zelo malo verjetno, bi bil potreben še en dejavnik: transkripcija mRNA v DNA zahteva genetsko začetno zaporedje (imenovano "primer"), ki ga sami virusi RNA prinesejo s seboj. Vendar je ta premaz zasnovan tako, da se v DNK prepiše le lasten genom RNA virusa - in ne nobena druga mRNA, ki je prisotna v celici. Cepiva proti mRNA sama po sebi ne vsebujejo "primerja".
Zato je praktično nemogoče, da se mRNA cepiva na ta način prepiše v DNK in nato vključi v človeški genom.
Do istega zaključka lahko pridemo, če pogledamo človeške encime, ki lahko prepišejo RNA v DNK: Kot je bilo omenjeno na začetku, lahko celica z encimi polimerazo prevede DNA v mRNA, ki nato služi kot predloga za sintezo beljakovin v celični plazmi . Vendar imajo polimeraze tudi druge naloge: pred delitvijo celic podvojijo genom človeške DNK, tako da vsaka ustvarjena hčerinska celica prejme celoten niz genetskih informacij. Polimeraze lahko popravijo tudi poškodbe DNK.
Dolgo je veljalo, da lahko polimeraze prepišejo samo DNK v mRNA in DNK v DNK. Zdaj pa je znano, da lahko nekatere polimeraze prepišejo tudi RNA v DNA (na primer reverzna transkriptaza retrovirusov). Predvsem ima tako sposobnost tako imenovana polimeraza theta. Naloga tega encima je popraviti poškodbe DNK. Če na primer del manjka v enem od dveh nizov segmenta DNK, lahko polimeraza theta znova sestavi manjkajoči del z uporabo komplementarne druge enojne verige DNA (tj. Prevod DNK-DNA).
Kot je bilo nedavno ugotovljeno, lahko ta encim uporabi RNA tudi kot predlogo in jo prevede v DNK - še učinkoviteje in z manj napakami, kot lahko kopira DNK. Polimeraza theta bi morda celo raje uporabila transkripte mRNA kot predlogo za popravilo poškodb DNA.
Bi torej lahko encim mRNA, ki se daje kot cepivo, prepisal tudi v DNK? Z vidika strokovnjakov je to malo verjetno in iz istega razloga, zakaj virusna encimska reverzna transkriptaza tega ne zmore - manjka potrebno genetsko začetno zaporedje ("primer").
Ali lahko DNK cepiva spremenijo človeški genom?
Nekoliko drugače je pri tako imenovanih DNK cepivih. Struktura ustreza strukturi človeške DNK. Strokovnjaki pa menijo, da je zelo malo verjetno, da bi jih lahko po naključju vključili v človeški genom: Leta poskusov in izkušenj z DNK cepivi, ki so že odobrena v veterinarski medicini, o tem niso dokazali.
Ali lahko cepiva mRNA in DNA povzročijo avtoimunske bolezni?
Zdi se, da nevarnost tukaj ni večja kot pri klasičnih živih in mrtvih cepivih. Vsaka oblika cepljenja ima aktivacijski učinek na imunski sistem. V zelo redkih primerih lahko to dejansko povzroči avtoimunsko reakcijo. Po cepljenju proti prašičji gripi je približno 1600 ljudi pozneje razvilo narkolepsijo. Glede na številne milijone inokuliranih odmerkov cepiva se zdi tveganje zanemarljivo. Poleg tega lahko virusne bolezni same vodijo do avtoimunske bolezni.
Ali lahko cepiva mRNA in DNA poškodujejo zarodno linijo?
Ne. Glede na trenutno stanje znanja aktivne sestavine cepljenja ne dosežejo jajčnih celic in sperme.
Prednosti cepiv DNA in mRNA
Dejstvo, da je farmacevtska industrija že leta vložila veliko dela in denarja v razvoj cepiv proti DNA in mRNA, je med drugim posledica dejstva, da jih je mogoče proizvesti ceneje, predvsem pa veliko hitreje kot običajno živa in mrtva cepiva. Za slednje je treba najprej na zahteven način in v velikih količinah gojiti patogene, nato pa pridobiti njihove antigene.
V primeru cepiv na genski osnovi, kot sta cepiva DNA in mRNA, je oseba, ki se cepi, odgovorna za proizvodnjo samega antigena. Načrte genetskega antigena, uporabljene kot cepljenje, je mogoče razmeroma hitro in enostavno izdelati v zadostnih količinah in - če je patogen gensko spremenjen (mutiran) - hitro prilagoditi.
Druga prednost je, da preneseni tuji genetski material ne ostane trajno v telesu. Telo ga razgradi ali izgine, ko se celice razgradijo naravno. Tuji antigeni se zato proizvajajo le kratek čas. Vendar pa to obdobje zadostuje za imunski odziv.
Če med seboj primerjate cepiva DNA in mRNA, imajo slednja več prednosti: Nenamerna vključitev v človeški genom je še manj verjetna kot pri cepivih DNA. Poleg tega je treba cepivom DNA običajno dodati močne ojačevalce (adjuvante), da sprožijo učinkovit imunski odziv.
DNK in mRNA cepiva: aktualne raziskave
Znanstveniki že nekaj let ali celo desetletij raziskujejo razvoj cepiv DNA in mRNA. V okviru pandemije koronavirusa so odgovorni organi - v EU, to je Evropska agencija za zdravila EMA - končno prvič odobrili cepiva proti mRNA za uporabo pri ljudeh.
Poleg cepiv, ki so že na voljo v podjetjih BioNTech / Pfizer in Moderna, se testirajo tudi druga cepiva na osnovi mRNA. Nekateri projekti se spet osredotočajo na cepivo DNA proti koroni.
Toda na seznamu potencialnih kandidatov za cepivo proti Sars-CoV-2 niso samo cepiva DNA in mRNA. Znanstveniki in farmacevtska podjetja delajo tudi na vektorskih cepivih, pa tudi na običajnih živih in mrtvih cepivih. Vse, kar morate vedeti, lahko izveste tudi v našem članku "Cepljenje proti koronavirusu".
Poleg tega farmacevtska podjetja trenutno delajo na cepivih DNA proti približno 20 različnim boleznim, vključno z gripo, aidsom, hepatitisom B, hepatitisom C in rakom materničnega vratu (običajno zaradi okužbe z virusi HPV). To vključuje tudi kandidate za terapevtsko cepivo, torej tiste, ki jih lahko že dajemo bolnim ljudem (npr. Bolnikom z rakom).
Intenzivno se dela tudi na različnih cepivih mRNA, na primer proti gripi, steklini in virusu Zika.
Tags.: zobozdravstveno oskrbo alternativna medicina zobe
