Технология мРНК изменила разрабатываемую вакцину против коронавируса. Всего два дня; именно столько времени потребовалось командам Moderna, чтобы разработать вакцину против коронавируса, и с тех пор, как эта цифра была раскрыта в отчете New York Times, она не перестает удивлять. Неудивительно: мы говорим об одном из самых важных технологических достижений десятилетия, ключевом шаге на пути к тому, что могло бы стать одной из великих вех в истории науки, и это было сделано всего за 48 часов. Как они это делают?
Добро пожаловать в мир технологии мРНК
Эти вакцины основаны на информационной РНК. МРНК – это часть рибонуклеиновой кислоты, которая несет информацию об аминокислотной последовательности определенного белка от ДНК, где хранится вся эта информация, до рибосомы, места в клетке, где синтезируются различные белки. Проведя параллель: мРНК будет «флешкой», используемой клетками для передачи информации с компьютера (ДНК) на принтер (рибосома).
Когда наша способность производить синтетическую РНК улучшилась, ученые задались вопросом, можем ли мы «переключить» клетку с помощью флешки, сделанной нами. Это если бы мы могли «проникнуть» в цепь рибонуклеиновой кислоты и обманом заставить рибосомы производить желаемые белки. Впервые это было достигнуто на мышах в лабораториях Висконсинского университета в 1990 году.
Это открыло дверь к использованию нашего собственного тела для создания «антител для вакцинации против инфекции, ферментов для лечения редких заболеваний или агентов роста для восстановления поврежденной ткани сердца». Однако реализовать идею на практике оказалось намного сложнее, чем казалось. В конце концов, мы не можем переходить от клетки к клетке в организме, вводя синтетическую РНК, чтобы производить все, что мы хотим, а вливание большого количества этой РНК в кровоток может вызвать массивный и очень опасный иммунный ответ.
В 2005 году Каталин Карико и Дрю Вайсман открыли способ «замаскировать» РНК от иммунной системы. Таким образом, синтетические инструкции могут перемещаться по телу и в клетки, не вызывая иммунных реакций. По этому патенту работают две самые успешные вакцины против коронавируса: Moderna’s и Pfizer.
Как легко запрограммировать вакцину?
Когда появилась Moderna, исследователи просто искали быстрый способ перепрограммировать взрослые клетки и превратить их в стволовые клетки. Но вскоре они поняли, что у них под рукой гораздо более мощный инструмент. Проблема в том, что у них было слишком много возможностей. Внезапно они получили возможность программировать молекулярный механизм клеток; Однако было все, что нужно было сделать.
И это в такой отрасли, как биотехнология, которая имеет очень долгую историю, было огромной проблемой. Это не первый случай, когда компания начала разрабатывать успешную технологию и обанкротилась, прежде чем увидела, что она стала реальностью. Итак, когда они приступили к работе, они сделали то, что сделал бы каждый компьютерный ученый перед лицом нового языка программирования: библиотеку.
То есть они создали набор «закодированных функциональных реализаций», которые позволили бы им быстро и легко писать и разрабатывать небольшие геномные программы (синтетические мРНК). Это требовало знания того, как рибосомы читают и синтезируют белки; изучение «машинного языка» мРНК и поиск способа написать нужные нам инструкции и «скомпилировать» их в синтетическую РНК.
Они сделали это, и лучший пример – их вакцина от коронавируса. 10 января 2020 года первое секвенирование генома SARS-CoV-2 было обнародовано, и описание белка-шипа уже было там. Из-за своих особых характеристик этот белок будет мишенью для вакцины: если бы они могли заставить клетки производить его, иммунная система могла бы идентифицировать его и сгенерировать иммунитет.
Модерне «в одиночку» надо было приступить к работе. И, как я сказал во введении, потребовалось два дня, чтобы разработать инструкцию РНК, которая заставит клетки производить спайковый белок коронавируса. Осталась самая сложная часть, та, которая занимала их весь оставшийся год: проверить, можно ли безопасно и эффективно применять эту небольшую «замаскированную» программу мРНК. И именно из-за этого выходит далеко за рамки коронавируса. Если им это удастся, они будут проверять мощность системы, которая может изменить известную нам медицину.