К концу 2020 года большинство вакцин против COVID-19, введённых миллионам людей по всему миру, основывались на технологии, никогда прежде не применявшейся в медицине в подобных масштабах — мРНК. Наука, лежащая в её основе, на самом деле стала результатом исследовательского направления, начатого десятилетиями ранее, которое неоднократно отвергалось и чуть было не оказалось заброшенным. История, принёсшая Каталин Карико и Дрю Вайсману Нобелевскую премию по медицине 2023 года, — доказательство того, что наука порой совершает величайшие прорывы именно там, где встречает наибольшее сопротивление.
Чем они отличаются от традиционных вакцин?
Традиционные вакцины обычно используют один из двух подходов: введение ослабленной или инактивированной версии вируса либо прямую инъекцию белка с его поверхности. Оба метода медленны и сложны в производстве, поскольку требуют либо выращивания вируса в лаборатории, либо получения белка в крупных биореакторах.
мРНК-вакцины работают по совершенно иному принципу. Вместо того чтобы доставлять сам вирус или его белок, они посылают нашим клеткам генетическую молекулу с инструкцией: «произведи этот белок сама». мРНК (матричная, или информационная, РНК) — молекула, естественным образом присутствующая в наших клетках и переносящая информацию от ДНК к белоксинтезирующему аппарату (рибосомам). Вакцина содержит синтетический фрагмент мРНК с инструкцией по синтезу поверхностного белка вируса — например, спайкового белка SARS-CoV-2.
Что происходит в организме?
После инъекции молекула мРНК проникает в мышечные клетки и на короткое время использует собственный белоксинтезирующий аппарат клетки для производства вирусного белка. Иммунная система распознаёт этот чужеродный белок, вырабатывает против него антитела и формирует специфическую иммунную память. В течение нескольких дней молекула мРНК естественным образом разрушается и удаляется клеткой — она никогда не встраивается в собственную ДНК клетки и никак не изменяет генетический материал.
Десятилетия отказов
В 1990-е годы Каталин Карико была едва ли не единственной исследовательницей в Пенсильванском университете, верившей в терапевтический потенциал мРНК. Проблема была серьёзной: синтезированная в лаборатории мРНК вызывала в организме сильную воспалительную реакцию и быстро разрушалась. Заявки Карико на гранты отклонялись одна за другой, ей не удавалось получить повышение в университете, а в какой-то момент её даже понизили в должности.
Переломным моментом стала встреча с иммунологом Дрю Вайсманом в 1997 году. Когда дуэт заменил одно из нуклеозидных оснований молекулы мРНК (уридин) на химически модифицированную версию (псевдоуридин), они обнаружили, что иммунная система перестаёт воспринимать молекулу как угрозу — воспалительная реакция практически исчезала. Опубликованное в 2005 году, это открытие впоследствии оказалось поворотным для всей области, однако поначалу было отвергнуто крупными научными журналами и на протяжении многих лет получало сравнительно мало цитирований.
Роль липидных наночастиц
Чтобы открытие можно было применить в клинической практике, предстояло решить ещё одну техническую проблему: доставить хрупкую молекулу мРНК к целевым клеткам, не дав ей разрушиться в организме. Эта проблема была решена благодаря работе другой группы исследователей, научившихся упаковывать мРНК в липидные наночастицы — микроскопические капсулы на основе жиров. Эти наночастицы одновременно защищали мРНК от разрушения и облегчали её проникновение через клеточную мембрану. Сочетание модификации псевдоуридином и доставки с помощью липидных наночастиц стало технической основой вакцин против COVID-19, разработанных в 2020 году рекордными темпами.
Нобелевская премия и дальнейшие перспективы
В 2023 году Карико и Вайсман были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине «за открытия, касающиеся модификации нуклеозидных оснований, которые сделали возможной разработку эффективных мРНК-вакцин против COVID-19». Нобелевский комитет подчеркнул, что работа дуэта «удовлетворила одну из важнейших потребностей человечества Новейшего времени — в разгар одного из самых быстро распространяющихся кризисов здравоохранения» последних десятилетий.
Сегодня потенциал мРНК-технологии выходит далеко за рамки вакцин. Используя ту же платформу, исследователи разрабатывают вакцины против других инфекционных заболеваний — гриппа, РСВ-инфекции, лихорадки Зика. Ещё более амбициозное направление — персонализированные противораковые вакцины: молекулы мРНК, спроектированные под конкретный мутационный профиль опухоли, с целью обучить иммунную систему распознавать и уничтожать уникальные для данного пациента раковые клетки. Ранние клинические испытания при некоторых видах меланомы и рака поджелудочной железы уже дают многообещающие результаты.
Заключение
История технологии мРНК-вакцин напоминает, что научный прогресс редко движется по прямой линии. Десятилетия во многом незамеченной работы Карико превратились в решение глобального кризиса здравоохранения, когда встретили нужного партнёра в нужный момент. Разрабатываемые сегодня в лабораториях противораковые вакцины и вакцины нового поколения против других инфекционных заболеваний показывают, что влияние этой технологии только начинается.