Матричная рнк что это

Что необходимо знать о мРНК-вакцинах: 5 позиций

В результате беспрецедентной скорости в разработке новых вакцин, миру были представлены первые клинически одобренные мРНК-вакцины

В результате беспрецедентной скорости в разработке новых вакцин, миру были представлены первые клинически одобренные мРНК-вакцины для борьбы с пандемией Covid-19 – одна из них произведена Pfizer и BioNTech, другая – компанией Moderna. Испытания показали эффективность этих вакцин на уровне не менее чем 94%.

1. Технология мРНК вакцин не так молода, как кажется

Классический механизм работы вакцин (например, против полиомиелита и гриппа) заключается в презентации иммунной системе инактивированных частиц вируса. Другие вакцины (например, против гепатита B) используют отдельно взятый белок, являющийся частью инфекционного агента, чтобы вызвать схожий иммунный ответ.

мРНК-вакцины работают по другому принципу, «обманывая» иммунную систему таким образом, что РНК (в основном матричная мРНК) кодирует белок, который продуцируется в клетке путем трансляции и представляется иммунной системе; он действует как антиген. Иммунная система учится избирательно бороться с клетками, экспрессирующими такие антигены, такими как клетки-хозяева, инфицированные вирусами, или опухолевые клетки.

Хотя вакцины от Pfizer/BioNTech и Moderna – первые препараты, одобренные в клинической практике, сама технология мРНК-вакцин существует относительно давно. Первые испытания в онкологии с использованием схожих технологий берут свое начало еще в 2011 году.

2. мРНК-вакцины не изменяют ДНК

Существуют абсолютно необоснованные опасения, что мРНК-вакцины способны изменять ДНК. На самом же деле мРНК не входит в ядро клетки, а после своего введения биодеградирует в течение нескольких дней. Именно поэтому для формирования полноценного иммунного ответа необходимо 2 инъекции препарата.

3. мРНК-вакцины имеют высокую специфичность

Вирус SARS-CoV-2 имеет достаточно сложную структуру и его различные части стимулируют иммунную систему на образование нейтрализующих антител, которые не всегда способны эффективно элиминировать инфекцию. мРНК-вакцины стимулируют иммунный ответ к спайк-белку вируса, являющегося только частью вирусной мембраны.

4. Разработчики и эксперты не «срезали углы» во время клинических испытаний

Испытания вакцин начались с доклинической фазы, проводимой на животных, а затем постепенно переходили на 1-ую, 2-ую и 3-ю фазы. Например, 3-я фаза вакцины от Pfizer/BioNTech включает более 40 000 человек, исследования эффективности и безопасности будут продлжаться следующие 2 года.

Основные проблемы, связанные с использованием вакцины, обычно возникают в первые 2 месяца. Тем не менее, не исключены редкие побочные эффекты на больших выборках в миллионы людей, поэтому за вакцинированными необходимо пристальное наблюдение, особенно с учетом инновационной природы технологии.

5. Вакцина запускает воспалительные реакции

Частично вакцина работает путем индуцирования локальных иммунных реакций, поэтому воспалительные признаки в месте инъекции и небольшой дискомфорт в первые дни – вполне нормальное явление.

Источник

О чем вы много думали, но боялись узнать #2 — мРНК вакцина, выработка иммунитета, S-белок

как и прежде я постараюсь максимально точно раскрыть тему и ответить на интересующие вопросы;

в первую очередь я пишу о том, что мне наиболее инетересно и что я сам хочу глубже узнать, однако, если у вас есть интересные вопросы, то можете предлагать их мне для следующих частей;

прошу отнестись с пониманием, что я физически не могу отвечать на все вопросы в комментариях в малейших деталях;

я не привожу ссылок на источники (за исключением отдельных), так как все приведенные в моей статье сведения могут быть элементарно проверены;

в комментариях я также стараюсь не приводить ссылки, так как если человек интересуется, то найдет, а если он просто хочет докопаться, то его мои ссылки не устроят.

Начать я бы хотел с разъяснения некоторых основ биологии, которые помогут в понимании как мРНК вакцин, так и аденовирусных векторных вакцин, о которых я рассказывал раньше. Также меня резонно упрекнули в слишком сильном упрощении ДНК-РНК мира, и первой частью своего рассказа я исправляю данную неточность.

В начале 1950-х Фрэнсис Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии, которая и по сей день остается актуальной, но с некоторыми оговорками. Мы не будем вдаваться в частные случаи, которые не соответствуют центральной догме, а перейдем к общему описанию умозаключений Ф. Крика. Итак, в основе всей жизни на земле лежит информационный поток от ДНК к РНК (транскрипция) и от РНК к белку (трансляция) (Рисунок 1a). Частным случаем является обратная транскрипция, при которой информация передается от РНК к ДНК. В эукариотах (к которым относятся животные и растения) обратная транскрипция наблюдается крайне редко и связана прежде всего с ретротранспозонами (генетическое наследие вирусов) и теломеразой (специальный фермент). Зато вирусы используют этот механизм для внедрения своего генетического кода в человеческую ДНК; но это относится никак не к аденовирусам, а к ретровирусам, самым известным представителем которых является ВИЧ. После трансляции белок еще не представлен в своей окончательной форме, а проходит ряд модификаций (одна из которых фолдинг), чтобы принять свою законченную форму. Также, белки часто представлены не отдельной структурой, а составляют целые комплексы со множеством взаимодействующих белков.

Рисунок 2. Разнообразие ДНК и РНК в человеческом организме

мРНК вакцина

А теперь зная о том, как же все-таки появляются белки, давайте посмотрим свежим взглядом на аденовирусные векторные вакцины, где с ДНК вируса считывается сначала РНК, кодирующая шип белок, а потом по шаблону этой РНК создается множество копий S-белка.

Рисунок 3. Действие мРНК вакцины

Липидные наночастицы должны быть стабильны до того момента, пока не проникнут внутрь клетки.

Внутри клетки наоборот они должны эффективно освобождать мРНК.

Липидные наночастицы должны быть устойчивы как к окислительным агентам и действию ферментов (нуклеазы).

мРНК должны быть стабильны при длительном хранении

мРНК должны произвести большое количество S-белка, прежде чем быть уничтожены внутри клетки.

Произведенный S-белок должен эффективно взаимодействовать с иммунной системой, предоставляя иммуной системе для запоминания «правильные» эпитопы (об этом будет дальше).

Выработка иммунитета

Так зачем же нужны две дозы вакцины, если клетки способны запоминать патогены? Особенность иммунной системы в том, что некоторые патогены наша иммунная система запоминает отлично, а вот другие плохо. Для того, чтобы усилить «иммунную память» и необходима вторая доза вакцины через определенный промежуток времени. При повторном попадании такого же или похожего патагена в организм (Рисунок 4.5) происходит активация уже существующих Т-хелперов памяти, Т-киллеров памяти и В-клеток памяти. При этом дополнительное усиление Т-хелперами памяти Т-киллеров и В-клеток. Таким образом, вызывается усиливающий каскад в иммунной системе, который мгновенно рекрутирует иммунную систему на противодействие (именно поэтому часто после второго укола наблюдается повышенная температура, головная боль и т.д.). При этом формируются более устойчивые клетки памяти.

S-белок

Рисунок 6. Взаимодействие антитела и эпитопа S-белка

Так вот коронавирус использует S-белок для связывания с рецептором клетки и проникновения внутрь; без него вирус просто не сможет проникнуть внутрь клетки. И одной из важнейших компонентой этого механизма является RBD-домен, который распознает АСЕ2 рецептор и инициирует процесс проникновения внутрь клетки. Если заблокировать данный домен антителами, которые вырабатывают упомянутые выше плазматические клетки, то вирус перестанет распространяться. Чтобы понять, как работает блокирование S-белка антителами давайте обратимся к Рисунку 6. На нем изображен тримерный S-белок и антитела, которые к нему прикрепились. Нейтрализующие антитела содежат два конца, которыми они могут прикрепляться к патогену и блокировать его. Участок, который находится на патогене и опознается антителами называется эпитоп; участки на концах антитела, которые опознают патоген называются паратопами. Если мы идем в микромир клеток и белков, то очевидные нам явления и обычная житейская логика перестают существовать. Этот мир подчиняется законам, где даже слабые водородные и электростатические силы начинают играть роль. Кстати, а хотите статью, в которой бы рассказывалось об особенностях существования микромира клетки?

В статье Effects of common mutations in the SARS-CoV-2 Spike RBD domain and its ligand the human ACE2 receptor on binding affinity and kinetics было определено, что мутации в RBD-домене N501Y и S477N повышают трансмиссивность вируса, мутации K417N/T в том же домене усиливают способность избегать иммуную систему, а мутация E484K приводит и к тому и к другому. В той же статье была оценена способность вируса заражать клетки. При оценке способности вируса заражать клетки оценивается возможность S-белка взаимодействовать с АСЕ2 рецептором, которая определяется константой диссоциации. Константа диссоциации (Kd) в биохимии это специфическая константа равновесия, которая определяет возможность крупного объекта разделиться (обратимо) на более мелкие объекты. Так вот, для немутировавшего RBD-домена Kd = 74.4 нМ (наномолей), для мутации N501Y Kd = 7.0 нМ, т.е. при такой мутации RBD-домен S-белка в 10.5 раз сильнее связывается с АСЕ2 рецептором. Для бразильского штамма (E484K/N501Y) эта константа составляет 5.1 нМ, т.е. в 14.5 раза сильнее. В то время как мутация K417N увеличивает константу диссоциации до 364 нМ.

Универсальная вакцина

Так все же, мы теперь будем вынуждены вечно колоть себе вакцину от возникающих новых штаммов, когда провалим вакцинацию всего населения Земли? У меня есть надежда, что нет. Еще в 2017 году ученые начали разработку универсальной вакцины от коронавирусов (да-да, не одного а многих), но из-за нехватики финансирования работы шли медленно. И вот глобальная пандемия помогла толкнуть эти разработки но новый уровень. На данный момент прорабатываются многие варианты для борьбы с коронавирусами.

Одной из многообещающих вакцин является вакцина, содержащая S-белки с разными RBD-доменами (как мы помним NTD-домены не подходят на эту роль из-за их мутационной изменчивости) к наиболее опасным/новым штаммам вируса, а также к другим представителям семейства коронавирусов (MERS-CoV и SARS-CoV-1). Полагаю, что развитие компьютерного моделирования взаимодействия между S-белком и АСЕ2 рецептором поможет предугадать и предсказать новые потенциально опасные мутации RBD-домена. И можно будет действовать на опережение. Опять же разные S-белки в вакцине смогут помочь выработать иммунитет к мутациям коронавируса. мРНК вакцины отлично подходят для такого применения из-за их сравнительно нетрудозатрадной перестройке под другую мРНК.

Очень обещающей может быть вакцина с одним универсальным эпитопом или RBD-доменом, которая покроет целое семейство коронавирусов. Разработки в этой области идут и, возможно, через какое-то время свет увидит пан-коронавирусная вакцина, которая защитит не только от SARS-CoV-2, но и от MERS-CoV и SARS-CoV-1.

До сих пор не было создано никакого специфического лечения от коронавирусной инфекции, а все медицинские манипуляции сводились только к поддерживающей терапии. Однако, потенциальным лечением (хоть и дорогим пока что) является лечение нейтрализующими антителами. Да, такими же точно антителами, которые производят наши плазматические клетки. Все отличие заключается в том, что можно заранее создать достаточный объем нейтрализующих антител (которые спроектированы для блокирования S-белка коронавируса) и доставить их в организм для борьбы с коронавирусом, а не ждать пока иммунная система распознает патоген и начнет производить собственные. На данный момент было показано, что применение нейтрализующих антител на ранних стадиях развития заболевания приводит к более легкому течению болезни, в то время как применение антител на поздних стадиях заболевания не принесло сколь бы то ни было статистически значимого улучшения. Нейтрализующие антитела также можно спроектировать для определения заранее заданного RBD-домена.

Это продолжение моего рассказа, в котором я вас знакомлю с вакцинами против коронавируса и их механизмами действия. В ней я погружаюсь глубже в недра молекулярной биологии, чтобы познакомить вас с центральной догмой, а также со структурой S-белка и его взаимодействием с антителами. Ну и напоследок мы немного пофантазируем на тему создания универсальной вакцины.

Источник

Что такое mRNA (мРНК) вакцина от коронавируса и как она работает?

На страницах Deep-Review мы рассказываем простым языком о том, как работают те или иные технологии, используемые в современных смартфонах, наушниках и фитнес-браслетах. Но разобраться в этом порой невозможно без более глубокого понимания того, как устроен наш мир и человеческий организм в частности.

Например, в статье о том, почему фитнес-трекеры напоминают о разминке, нам пришлось разобраться с устройством хромосом. А когда я рассказывал о функции измерения стресса некоторыми смартфонами и часами, мы детально рассмотрели работу нервной системы.

Тема коронавируса также не обошла стороной наш ресурс, так как современные фитнес-браслеты умеют определять уровень кислорода в крови, а это один из основных показателей наличия COVID-19 в организме, и необходимо было подробно объяснить, как это работает на самом деле.

Сегодняшняя тема намного важнее. Она касается не только современных технологий, но и нашего будущего, так как в области медицины назревает настоящая революция, катализатором которой послужила пандемия коронавируса. Или же, как сказали бы сторонники теории заговора — революция, ради которой и был создан коронавирус.

Возможно, вы уже слышали новости от Pfizer, BioNTech или Moderna об успешных клинических испытаниях первых вакцин на основе матричной РНК (мРНК или mRNA), которые показали эффективность свыше 90%. Но если нет, можете не сомневаться, в скором времени об этом будут говорить все. Эта тема затмит собой страшилки о чипировании людей и вреде 5G, ведь с подобным мы еще не сталкивались.

Аминокислоты, белки́, рибосомы… Кто здесь!?

Чтобы понять принцип работы новых mRNA (мРНК) вакцин и чтобы в будущем избежать мракобесных теорий, нужно иметь хотя бы базовое представление о живом организме.

Как известно, школьный учебник — это прекрасный пример того, как можно очень сложно и непонятно объяснять простые вещи. Поэтому я в двух словах нормальным языком напомню, что такое аминокислоты, рибосомы и другие понятия.

Белок — это основа всего. Именно из белков состоит всё живое на земле. Ферменты (то, что ускоряет различные химические процессы, вроде пищеварения) — это белки. Сухожилья, мышцы, волосы, ногти — это белки (коллаген, эластин, кератины).

Движение мышц осуществляется также благодаря белкам (миозин и актин). Белки переносят кислород во все ткани (гемоглобин). Именно белки защищают нас от вирусов (антитела) и они же регулируют рост, размножение, физическое и психическое развитие.

Все белки собраны из маленьких «деталек» — аминокислот. Они, словно детский конструктор, имеют разную форму (разные химические элементы в своем составе):

Для постройки человека нужно всего 20 различных деталек-аминокислот (их существует больше, но они не используются в человеческом организме).

Причем, только 12 из них организм может синтезировать (изготовить) самостоятельно, а остальные приходится брать извне. Когда мы едим, другие белки попадают в желудок, раскладываются на мелкие детальки (аминокислоты), которые затем и отправляются на «склад» для строительства нужных нам белков.

То, каким будет в итоге белок (его форма, свойства), зависит только от того, в какой последовательности и какие аминокислоты будут соединены друг с другом.

В каждой клетке есть специальный «прибор» для изготовления белков из аминокислот, называемый рибосомой. Этот «прибор» понятия не имеет, в какой последовательности складывать детальки. Ему нужна в прямом смысле слова инструкция. И такая инструкция на самом деле существует. Ее копии находятся в ядре каждой клетки и называются они молекулами ДНК.

От инструкции до организма

В ядре клетки закодирована инструкция по созданию белков. Это цепочка с генетическим кодом длиною в 2 метра. Она хорошенько упакована и порезана на 46 кусочков, называемых хромосомами:

Но использовать ДНК в качестве инструкции при изготовлении белков не получится, так как вытащить ДНК из защищенного ядра нельзя. Это слишком рискованно, ведь любое повреждение ДНК грозит серьезными проблемами.

Поэтому организм берет другую молекулу, очень похожую на ДНК, и помещает ее в ядро клетки. Там нужный кусок кода копируется с ДНК на «чистую заготовку» и уже эта вторая длинная цепочка извлекается из ядра. Теперь у нас есть инструкция вне ядра, которую можно свободно использовать. Такая молекула с кодом ДНК называется матричной РНК (мРНК или mRNA).

Дальше в дело вступает рибосома (тот самый «аппарат» по производству белков), в которую нужно «вставить» ленту с инструкцией (мРНК) и подать детали (аминокислоты). Рибосома проползает по ленточке мРНК, считывает записанный код и синтезирует белки в соответствии с инструкцией:

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких дней), лента с инструкцией (мРНК) разрушается. Зачем? Да за тем, что клетка не резиновая и нет никакого смысла хранить все инструкции про запас. Если организму что-то понадобится — он просто создаст мРНК заново, синтезирует белок, а затем снова уничтожит ненужную более инструкцию.

Вот и весь процесс! И теперь нужно еще немножко времени уделить тому, как происходит заражение коронавирусом.

Как коронавирус заражает человека

Коронавирус — это, вероятно, единственный вирус в мире, внешний вид которого знает практически каждый человек. У него есть множество маленьких отростков-щупалец в виде шипов, из-за которых он и получил свое название (не в смысле корона на голове короля, а солнечная корона из плазмы):

Вирус — это просто набор инструкций или генетического кода (в виде ДНК или РНК) в защитной оболочке. И проблема вируса заключается в том, что у него нет ни рибосомы («аппарата» для производства белков по инструкции), ни запчастей (аминокислот). Это просто летающая в воздухе инструкция по сборке вредоносных белков.

Естественно, главная задача любого вируса заключается в том, чтобы проникнуть в клетку и подсунуть ей свою инструкцию в виде РНК. А клетке без разницы, что делать. Если есть матричная РНК с инструкцией, тогда быстренько доставляются нужные детальки (за это отвечает транспортная РНК) и запускается производство белков.

Но тут еще одна проблема — попасть внутрь клетки, чтобы выгрузить свою РНК, не так просто. Для этого нужно, чтобы «присоски» вируса подошли к рецепторам на защитной оболочке клетки:

И так уж вышло, что шипы коронавируса идеально подходят к рецепторам АПФ2 (ангиотензинпревращающий фермент 2), которого больше всего именно в клетках легких. Также они встречаются в кишечнике и даже на нейронах головного мозга (если коронавирус проникает сюда, у человека может пропасть обоняние).

Итак, коронавирус попадает в организм, белковые «присоски» подсоединяются к подходящим рецепторам, в клетку выгружается РНК вируса и она сразу же берется за производство, штампуя огромное количество коронавирусов.

Если с этим всё понятно, тогда переходим к главному вопросу.

Что такое мРНК (mRNA) вакцина от коронавируса?

Все существующие ныне вакцины работают по одному и тому же принципу. Вначале нужно вырастить вирус в живой клетке (например, в куриных яйцах), затем «очистить» его, сделав слабым и безвредным. После этого каждый экземпляр проходит тщательную проверку, чтобы убедиться в безопасности вируса.

Такой обезвреженный и ослабленный вирус вводится в кровь человека, но навредить он уже не способен. Организм быстро его обнаруживает и создает специальные белки, называемые антителами. В дальнейшем, при заражении реальным (рабочим) вирусом, эти антитела моментально его уничтожат, не дав развернуть производство своих копий.

На разработку такой классической вакцины уходит порядка 10-15 лет. И на текущий момент рекордсменом по скорости создания является вакцина против паротита. От сбора первых образцов до получения лицензии на это лекарство ушло всего 4 года.

Для вакцины против коронавируса был применен другой подход без введения вируса в организм в каком бы то ни было состоянии.

Вместо ослабленного вируса, в лабораториях создается кусок его РНК (генетического кода или инструкции по созданию белков) и вводится в организм человека. Если ввести весь код РНК коронавируса, то наши клетки активно начнут создавать его копии, но мРНК-вакцина содержит не весь код, а только инструкцию по созданию «присосок», которыми коронавирус прикрепляется к клетке.

Когда такая инструкция, записанная на матричной РНК, попадает в организм, наши клетки начинают активно создавать щупальца реального коронавируса. Но сами по себе эти «присоски» совершенно безвредны.

Так как в организме появляется чужеродный белок (щупальца коронавируса), его замечает иммунная система и создает те же антитела, что и при использовании традиционной вакцины.

И вот теперь, когда в организм попадет реальный коронавирус, он не сможет своими шипами присоединиться к клетке для передачи РНК с вредными инструкциями, так как его шипы уже занесены в «черный список». Организм моментально уничтожит что угодно с такими «щупальцами».

А где же теория заговора!? Или о том, насколько опасна мРНК вакцина от коронавируса и почему

Не нужно быть особо проницательным, чтобы понять — в скором времени вокруг мРНК вакцин появится огромное количество споров и теорий заговоров. Но в отличие от 5G, нано-пыли и прочей ерунды, мРНК вакцина действительно вызывает определенные страхи.

Такие вакцины, конечно же, не должны никак влиять на ДНК человека. Матричная РНК не встраивается в ДНК и никак не изменяет ее, ведь она имеет совершенно другое предназначение в организме, о чем подробно было сказано выше. Кроме того, время жизни мРНК очень незначительное и введенный с вакциной генетический код не может длительное время как-то влиять на организм.

Однако, если говорить чисто теоретически, при помощи мРНК вакцины изменить ДНК, всё же, возможно. Для этого необходимо сделать так, чтобы матричная РНК содержала инструкцию синтеза белка под названием ревертаза или обратная транскриптаза. Когда рибосома сделает этот белок, он будет способен запустить процесс под названием обратная транскрипция. Я не уточнял вначале, но процесс копирования ДНК на РНК называется транскрипцией, соответственно, обратная транскрипция — это процесс образования ДНК на базе РНК.

Если поддаться панике, можно нафантазировать себе самые страшные теории. Ведь ничто не мешает «им» ввести РНК-инструкцию на изготовление любых белков в нашем теле. При желании такая РНК может изменить любые функции организма, начиная от репродуктивных и заканчивая умственными.

Но, повторюсь, это уже классическая теория заговора, так как ее нельзя ни доказать ее, ни опровергнуть.

С другой стороны, у мРНК-вакцин есть и вполне реальный (теоретически возможный) побочный эффект. У некоторых людей они могут вызвать аутоиммунную реакцию [1].

Добавлено 29.11.2020: в комментариях читатели спрашивали относительно других вакцин, включая российскую «Спутник V» (является ли она такой же мРНК-вакциной, как и вакцина от Pfizer или Moderna).

Чтобы таких вопросов не возникало, ниже кратко опишу некоторые популярные вакцины (смотрите также краткий комментарий после таблицы):

Как бы там ни было…

Если вакцина на основе матричной РНК, всё же, появится, это может произвести революцию в медицине. К примеру, не нужно будет делать множество прививок от различных болезней, достаточно будет одной вакцины с генетическим кодом. Кроме того, это позволит сделать новые вакцины, которые невозможно было разработать ранее, используя традиционный метод.

Да и вряд ли игры с генами ограничатся вакцинами, уж слишком огромный потенциал у этой технологии.

Алексей, глав. редактор Deep-Review

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии.

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Источник