Szczepionka mRNA przeciw SARS-CoV-2. Nowy rozdział w historii szczepień

Szczepionki przeciw SARS-CoV-2 opracowane w technologii mRNA są pionierskie, ale nie będą ostatnie. Świat nauki i firm farmaceutycznych odniósł sukces, którym jest bezprecedensowe tempo ich dostarczenia. I jeśli już nie trwają, to na pewno niebawem zostaną rozpoczęte prace nad projektami kolejnych szczepionek mRNA, wycelowanych w najbardziej niebezpieczne wirusy – pisze Piotr GERLACH

Odchodzący w niesławie rok 2020 obfitował w dramatyczne wydarzenia, ale niewątpliwie w historii zapisze się jako czas, w którym ludzkość nawiedziła pandemia koronawirusa SARS-CoV-2. Dotychczas zostało zainfekowanych ponad 80 mln osób, z czego zmarło już prawie 2 mln (a liczby te są niedoszacowane). Z drugiej strony jesteśmy też świadkami bezprecedensowo krótkiego czasu przygotowania szczepionki. Palmę pierwszeństwa zdobyły preparaty amerykańsko-niemieckiego duetu Pfizer-BioNTech i amerykańskiej firmy Moderna, oparte na nowej i niestosowanej nigdy w tej skali technologii mRNA.

Tak bezprecedensowe tempo prac wielu oceni jako pochopne czy wręcz niebezpieczne. Nie jest jednak prawdą, że prace nad szczepionką musiały ruszyć od zera. Po pierwsze, stosunkowo dużo wiemy o samych koronawirusach i mogli z tej wiedzy czerpać twórcy szczepionki. Po drugie, technologia szczepionek i leków na bazie mRNA jest rozwijana i udoskonalana już od co najmniej 30 lat, a w przygotowaniu były szczepionki przeciwko poprzednim koronawirusom SARS i MERS.

W praktyce na szybkie tempo prac złożyły się duża liczba ochotników, łączenie faz badań klinicznych oraz przyspieszone procedowanie przez agencje FDA i EMA, które zgodziły się na bieżąco analizować dostępne wyniki.

Sekwencja genomu wirusa SARS-CoV-2 została po raz pierwszy opublikowana przez chińskich badaczy 10 stycznia tego roku. Od tego momentu rozpoczął się wyścig, którego celem jest unicestwienie wirusa. Już latem zarówno Moderna, jak i Pfizer-BioNTech zainicjowały trzecią fazę badań klinicznych, szacującą skuteczność szczepionki. To właśnie wyniki tych prac były tak hucznie ogłaszane w ostatnich dniach i to z nich wiemy o 95-procentowej skuteczności obu preparatów. Co prawda w obu przypadkach raportowano pojawianie się drobnych, niepożądanych odczynów poszczepiennych (NOP), takich jak ból w miejscu zastrzyku, krótkotrwałe zmęczenie i ból głowy. Trzeba jednak pamiętać, że szczepionka jest pewnego rodzaju treningiem przygotowującym nas do zwalczenia prawdziwej infekcji – a porządny trening wymaga poświęcenia i wysiłku.

Żeby zrozumieć, co zawiera i jak działa szczepionka mRNA, warto pochylić się nad tym, czym są wirusy, i przypomnieć kilka fundamentalnych procesów zachodzących w komórkach naszego ciała. I choć nie można powiedzieć, że wiemy już wszystko, centralny dogmat biologii molekularnej DNA – RNA – białko pozostaje w mocy. Natura wykorzystuje kwasy nukleinowe jako depozyt informacji genetycznej (DNA) lub jej nośnik (RNA). Szczegółowy zapis naszego genomu zdeponowany jest w jądrze komórkowym w postaci dwuniciowego DNA (podzielonego u człowieka na 46 odcinków – stanowiących 23 pary chromosomów). Znaleźć tam można między innymi ponad 20 tysięcy genów kodujących białka. Żeby na bazie przepisu zawartego w DNA zbudować jakieś białko, najpierw informacja o nim musi zostać enzymatycznie „przepisana” na informacyjny RNA, czyli mRNA (messenger RNA). Tym mRNA, które nabędą elementy gwarantujące jego większą stabilność i pozytywnie przejdą kontrolę jakości, dane będzie opuścić jądro komórkowe i przeniknąć do cytoplazmy, gdzie trafią do rybosomów – komórkowych taśm produkcyjnych, nieustannie budujących nowe białka. Żywot mRNA zakończy się w cytoplazmie, gdzie po wielokrotnym wykorzystaniu zaczną akumulować „ślady zużycia” i po kilku godzinach lub dniach zostaną ostatecznie zdegradowane przez komórkowe „służby porządkowe”.

Wirusy są zawieszone pomiędzy światem materii ożywionej i nieożywionej. Zbudowane z otoczki białkowo-lipidowej skrywają w sobie kompaktowy genom, kodujący jedynie kilka niezbędnych wirusowych białek. Wirusy nie oddychają, nie odżywiają się, nie wydalają i same nie są w stanie się rozmnożyć – nie mogą być więc uznane za organizmy żywe. „Ożywają” dopiero wewnątrz zainfekowanych komórek, gdzie ich białkowo-genetyczna aparatura budzi się z letargu. Po przeniknięciu do cytoplazmy RNA koronawirusa może zostać od razu podjęte przez rybosomy, angażując je do produkcji blisko 30 wirusowych białek. W efekcie wirus „zmusza” swojego gospodarza do wyprodukowania tysięcy nowych wirusowych kopii, które po opuszczeniu komórki będą mogły rozprzestrzeniać się dalej.

Tradycyjne szczepionki zawierają osłabione (atenuowane) wirusy, pofragmentowane nieaktywne wirusy lub wręcz ich pojedyncze białka. W przypadku szczepionki mRNA dostarczamy organizmowi instrukcję, dzięki której sam wytworzy jedno z wirusowych białek.

W podawanym zastrzyku, będącym prostym roztworem soli o odpowiednim pH, pływają kuliste lipidowe nanocząsteczki, co do zasady przypominające lipidową otoczkę wirusa. Ich rolą też jest połączenie się z błoną komórkową i wprowadzenie do cytoplazmy cargo, które niosą wewnątrz. W przeciwieństwie do koronawirusa z jego długim genomem RNA – w lipidowych kuleczkach szczepionki znajduje się krótki fragment mRNA, kodujący jedynie białko otoczki wirusa SARS-CoV-2. Po wyprodukowaniu przez rybosomy zostanie ono wyeksponowane po zewnętrznej stronie błony komórkowej, gdzie dostrzegą je elementy układu immunologicznego i zainicjowana zostanie produkcja przeciwciał.

mRNA zawarte w szczepionce wytwarzane są na drodze pozakomórkowej, enzymatycznej transkrypcji. Metoda ta jest stosunkowo tania, szybka i może być łatwo uruchomiona na dużą skalę. Ponieważ nie wymaga ona wykorzystania linii komórkowych, jak w przypadku szczepionek zawierających wirusy, szczepionki mRNA są wolne od zanieczyszczeń komórkowych, mogących wywoływać odpowiedź alergiczną. Ponadto mRNA jako takie nie powoduje infekcji i nie zagraża integralności naszego genomu, gdyż nie przeniknie do jądra komórkowego i nie zintegruje się z naszym DNA. Dodatkowym atutem jest łatwość szybkiego dostosowania sekwencji szczepionkowego mRNA – w odpowiedzi na nowe, zmutowane formy wirusa.

Jeśli to takie proste i skuteczne, to dlaczego szczepionek w technologii mRNA nie mamy już od dawna? Głównymi problemami pozostawały: niska trwałość i bardzo krótki „czas życia” samego mRNA, podatnego na degradację przez enzymy obecne w naszym ciele; niedostateczna czystość i jednorodność preparatów RNA, prowadząca do wzbudzania przez nie niepożądanej odpowiedzi wrodzonego układu immunologicznego; jak również niedoskonała technologia wydajnego dostarczania mRNA do wnętrza komórki.

Trwające od trzech dekad prace nad udoskonaleniem technologii mRNA rozwiązały lub znacząco zminimalizowały wszystkie te trzy trudności, umożliwiając opracowanie i zainicjowanie przedklinicznych badań preparatów wymierzonych nie tylko w różne wirusy, ale także w niektóre nowotwory. Tak, tak, dostępne będą szczepionki mRNA na raka.

Amerykańska FDA dopuściła już do obrotu obie szczepionki mRNA przeciw SARS-CoV-2. Europejska EMA pozytywnie rozpatrzyła ostatnio preparat Pfizer-BioNTech, ale najpewniej na dniach zaaprobuje również szczepionkę firmy Moderna. Na naszych oczach rozpoczyna się największa w historii operacja wyszczepiania społeczeństwa. Na razie nie wiemy oczywiście, jak długotrwała będzie uzyskana na skutek szczepienia odporność. Trzeba też niestety liczyć się z tym, że pojawiać się będą nowe szczepy wirusa, zdolne tej odporności „uciec”.

Najskuteczniejszym sposobem na zahamowanie pandemii i powstrzymanie mutowania SARS-CoV-2 jest uniemożliwienie mu infekowania kolejnych gospodarzy – czyli wygenerowanie odporności zbiorowej (stadnej). Według modeli matematycznych, aby urzeczywistnić ten scenariusz, 70 proc. społeczeństwa musi wytworzyć przeciwciała. W przypadku Polski jest to 26 z 38 mln osób. Sposób nabycia tych przeciwciał jest w zasadzie drugorzędny, dopuszczone do obrotu szczepionki są jednak bez wątpienia bezpieczniejsze od infekcji.

.Szczepionki przeciw SARS-CoV-2 opracowane w technologii mRNA są pionierskie, ale nie będą ostatnie. Świat nauki i firm farmaceutycznych odniósł sukces, którym jest bezprecedensowe tempo ich dostarczenia. I jeśli już nie trwają, to na pewno niebawem zostaną rozpoczęte prace nad projektami kolejnych szczepionek mRNA, wycelowanych w najbardziej niebezpieczne wirusy. Można więc pokusić się o przypuszczenie (graniczące z pewnością), że w przypadku następnej pandemii gotowość do kontrataku będzie osiągnięta jeszcze szybciej.

Piotr Gerlach

Źródła:
– Praca przeglądowa dot. szczepionek mRNA [LINK]
– Dokument FDA dot. szczepionki firm Pfizer-BioNTech [LINK]
– Dokument FDA dot. szczepionki firmy Moderna [LINK]
– Wyniki 3 fazy badań klinicznych Pfizer-BioNTech [LINK]
– Wyniki 3 fazy badań klinicznych firmy Moderna [LINK]