Co niesie w sobie mRNA? Czyli kilka słów o przepływie informacji genetycznej i szczepionkach

Cofnijmy się w czasie

Pandemia koronawirusa SARS-CoV-2, rok 2020. Wszyscy boją się zachorowania na COVID-19 i z niecierpliwością czekają na pojawienie się pierwszej szczepionki. Każdy ma nadzieję, że naukowcy szybko opracują szczepionkę, jednak zapewne zajmie im to kilka lat, w końcu stworzenie szczepionki to niełatwe zadanie. Wtem, w grudniu 2020 świat obiegła informacja, że w Unii Europejskiej zatwierdzono do użycia pierwszą szczepionkę firmy Pfizer/BioNTech (European Medicines Agency, 2020). 

Ten straszny mRNA

Szczepionka Comirnaty to nowatorska, pierwsza na świecie szczepionka przeciw wirusowi SARS-CoV-2, która oparta jest na technologii mRNA (Walsh, Frenck, Falsey, i in., 2020). W tym momencie ludzie, którzy w życiu codziennym z biologią nie mają wiele wspólnego, poznali nowy (albo zapomniany z lekcji biologii) termin biologiczny: mRNA. 

Chwila (?) zwątpienia

Pomimo miesięcy niecierpliwego czekania na szczepionkę wielu ludzi zwątpiło w tę nową technologię, niekoniecznie chcąc się już szczepić. Co jeśli ta nowa szczepionka mRNA, pierwszy raz stosowana na taką skalę, jest nieprzebadana i niebezpieczna? Padły też podejrzenia o to, że mRNA wtargnie w nasz genom i go zmieni. Globalna pandemia koronawirusa zmieniła się w globalną pandemię fake newsów i pseudonauki. Czy mRNA znajdujący się np. w szczepionce Comirnaty naprawdę jest taki straszny? 

Co to właściwie jest mRNA?

To skrót angielskiego „Messenger RNA” czyli informacyjny RNA. Niesie on z sobą bardzo wiele ważnych informacji i znajduje się w komórkach naszego organizmu w sporych ilościach. 

Zacznijmy jednak od początku. W naszych komórkach znajduje się genom w postaci DNA, w którym z kolei są geny (Brown, 2009). Jak zapewne pamiętamy z lekcji biologii, to właśnie geny odpowiadają za dziedziczenie. W wielkim stopniu odpowiadają za to, jak wyglądamy i czy jesteśmy podobni do któregoś rodzica. Jednak jak jest to możliwe? Odpowiada za to „ekspresja genów” (Rys 1). 

Rys 1. Uproszczony obraz pokazujący przepływ informacji genetycznej z DNA do białka

Jest to dość skomplikowany proces zależny od wielu czynników, jednak postaram się go w dużym skrócie i uproszczeniu wyjaśnić. Jest to proces, w którym informacja genetyczna w naszych genach zostaje „odczytana” i przepisana na funkcjonalne produkty takie jak RNA czy białka. 

Cząsteczka do zadań specjalnych

W naszej komórce mamy zatem DNA ukryte i zabezpieczone w jądrze komórkowym. Jako że zawiera ono bardzo wiele ważnych informacji, jest ono chronione np. przed mutacjami, które to przykładowo mogą wywołać nowotwory. Jednak aby geny mogły ulec ekspresji, w jakiś sposób ta informacja musi zostać wyczytana z DNA i musi wyjść z jądra komórkowego. Od tego mamy cząsteczkę do zadań specjalnych, czyli właśnie mRNA! 

Maszyna molekularna

W jądrze komórkowym w procesie zwanym transkrypcją specjalne „maszyny molekularne” zwane enzymami przepisują informację genetyczną z DNA na mRNA. To mRNA, jako mniej cenne (bo może zostać przepisane od nowa w każdym momencie), może wyjść z bezpiecznego jądra komórkowego i w komórkowej cytoplazmie dostarczyć informację do kolejnej maszyny molekularnej zwanej rybosomem. Rybosom to z kolei komórkowa maszyna, która odczytuje informacje zawarte w naszym posłańcu czyli mRNA i w procesie translacji przepisuje je na białka. 

Bez białek nie ma życia

Białka pełnią wiele niesamowicie ważnych funkcji w naszym organizmie – są nimi np. właśnie enzymy czy przeciwciała chroniące nas przed atakiem patogenów. Białka spełniają w naszym ciele cały szereg funkcji: budulcowych, funkcjonalnych, transportujących i wiele innych. Każda komórka, dzieląc się (komórki dzielą się np. gdy rośniemy, czy gdy tracimy je w dużych ilościach, jak np. naskórek), dzieli także swój genom w procesie replikacji – tak, aby wszystkie komórki potomne także miały w DNA informację o tym, co mają w ciele robić. W ten sposób (w skrócie) wygląda ekspresja genów zawartych w naszym DNA. 

To, o czym przed chwilą przeczytaliście, nazywa się także „centralnym dogmatem biologii molekularnej”, który mówi, że przepływ informacji genetycznej następuje od DNA poprzez RNA do białka. Dogmat został sformułowany przez Francisa Cricka w 1957 roku (Gabryelska, Szymański, Barciszewski 2009). Crick to ta sama osoba, która w 1962 roku wspólnie z Jamesem Watsonem i Maurice’em Wilkinsem otrzymała Nagrodę Nobla za odkrycie struktury DNA. Od sformułowania dogmatu minęło wiele lat i dziś uczeni wiedzą już, że proces przepływu informacji genetycznej jest o wiele bardziej skomplikowany i prócz podstawowych procesów transkrypcji czy translacji istnieje wiele dodatkowych procesów, czy molekuł biorących w nim udział (Brown, 2009). 

Wróćmy do szczepionek

mRNA sprawuje zatem w naszym życiu naprawdę ważne funkcje. To dzięki niemu nasze geny mogą ulec ekspresji, dzięki niemu tak naprawdę… możemy żyć. Jak ma się to zatem do szczepionek na wirusa SARS-CoV-2? Istnieje wiele różnych technologii wytwarzania szczepionek. Szczepionką najnowszej generacji jest właśnie szczepionka powstała w technologii mRNA (CDC, 2021). 

W podanej domięśniowo szczepionce znajduje się m.in. mRNA wirusowe, a właściwie fragment wirusowego mRNA. Wirus SARS-CoV-2 w swoim „genomie”, którym w jego przypadku jest właśnie RNA (a nie DNA jak u ludzi), zapisanych ma sporo informacji, np. o swojej budowie. Wirus wnikając w nasze ciało „zmusza” nasze własne maszyny molekularne do produkcji jego własnych białek, by w ten sposób mnożyć się i móc zakażać dalej. Jednym z elementów budowy SARS-CoV-2 jest białko S, które pozwala wirusowi nas infekować, czyli po prostu rozpoznać i wniknąć w nasze komórki (Rys 2.).

Rys 2. Schemat budowy wirusa SARS-CoV-2

W szczepionce znajduje się tylko mały fragment wirusowego RNA, który informuje ludzki rybosom o tym, że ma zacząć produkować tylko jedno białko wirusa, właśnie białko S (Rys 3.). Zatem po podaniu szczepionki, fragment wirusowego mRNA napotyka nasze własne, ludzkie maszyny molekularne czyli rybosomy. Rybosomy we wspomnianym już procesie translacji czyli syntezy białka, tłumaczą informację zawartą w mRNA na białko S wirusa. 

Białko to jest wysoce immunogenne. Znaczy to, że nasz układ odpornościowy, „widząc” takie białko w komórkach, rozpoczyna szybką i skuteczną odpowiedź – myśląc, że właśnie wkradł się w nasz organizm prawdziwy patogen. W ten sposób nasze ciało „zapamiętuje” wirusa SARS-CoV-2, aby szybciej i skuteczniej bronić się przed nim przy kolejnym spotkaniu, czyli np. wtedy, kiedy się naprawdę zarazimy prawdziwym wirusem. 

Rys 3. Uproszczony schemat działania szczepionki w technologii mRNA

I najważniejsze - weryfikujmy źródła informacji

Wiele mitów powstałych na temat szczepionek wiąże się z tym, że niektórzy ludzie nie wiedzą, jak takie szczepionki działają. W dzisiejszych czasach, gdzie dostęp do Internetu jest nieograniczony, niestety łatwiej napotkać i „zrozumieć” proste fake newsy niż złożone i naukowe opracowania skomplikowanych procesów, jakie dzieją się w komórkach naszych organizmów po otrzymaniu szczepionki. Jest to zrozumiałe, jednak zawsze warto zwracać uwagę na źródła, z jakich pochodzi dana informacja i starać się je skutecznie weryfikować. 

Opublikowano w dziale nauki przyrodnicze dnia 29 gru 2021