Tegoroczną Nagrodę Nobla z fizjologii i medycyny otrzymali Katalin Karikó i Drew Weissman „za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad azotowych nukleozydów, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19”.
Przyznanie Nagrody Nobla z medycyny i fizjologii tradycyjnie rozpoczyna Tydzień Noblowski. Jutro poznamy laureata bądź laureatów z fizyki, a w środę z chemii. W czwartek poznamy nazwisko laureata literackiej Nagrody Nobla, a w piątek Norweski Komitet Noblowski poinformuje o przyznaniu Pokojowej Nagrody Nobla. W następny poniedziałek poznamy laureata lub laureatów tzw. ekonomicznego Nobla, jedynej nagrody, której w swoim testamencie nie wymienił fundator nagrody Alfred Nobel. Nagrodę przyznaje Centralny Bank Szwecji.
Tegoroczną Nagrodę Nobla z fizjologii i medycyny otrzymali Katalin Karikó i Drew Weissman „za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad azotowych nukleozydów, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19”.
Odkrycia Katalin Karikó i Drew Weissmana odegrały kluczową rolę w opracowaniu skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVIC-19 podczas pandemii, która rozpoczęła się na początku 2020 r. Dzięki swoim badaniom tegoroczni laureaci zasadniczo zmienili nasze rozumienie interakcji mRNA z układem odpornościowym. Odkrycia te przyczyniły się do bezprecedensowego tempa rozwoju szczepionek w okresie jednego z największych zagrożeń dla zdrowia ludzkiego w czasach współczesnych.
Katalin Karikó i Drew Weissman odkryli, że mRNA o zmodyfikowanych zasadach można wykorzystać do blokowania aktywacji reakcji zapalnych i zwiększania produkcji białek podczas dostarczania mRNA do komórek. Wyniki tych badań ukazały się w przełomowym artykule z 2005 r., jednak wówczas nie poświęcono mu zbyt wiele uwagi. Mimo to prace te położyły podwaliny pod niezwykle ważne osiągnięcia, które posłużyły ludzkości podczas pandemii COVID-19. Ich odkrycia doprowadziły do zatwierdzenia pod koniec 2020 r. dwóch bardzo skutecznych szczepionek przeciwko chorobie opartych na mRNA. Szczepionki te uratowały życie milionów osób.
Do wytwarzania szczepionek zawierających całe wirusy, białka i wektory potrzeba hodowli komórkowej na dużą skalę. To proces wymagający dużych zasobów, co ogranicza możliwości szybkiej produkcji szczepionek w odpowiedzi na epidemie i pandemie. Dlatego badacze od dawna próbowali opracować technologie szczepionek niezależne od hodowli komórkowej.
Szczepienie stymuluje powstawanie odpowiedzi immunologicznej na konkretny patogen. Daje to organizmowi przewagę w walce z chorobą w przypadku późniejszego narażenia na jego działania. Szczepionki oparte na osłabionych wirusach są dostępne od dawna, czego przykładem są szczepionki przeciwko polio, odrze czy żółtej febrze. Za opracowanie tej ostatniej w 1951 roku Max Theiler otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.
Dzięki postępowi biologii molekularnej, jaki nastąpił w ostatnich dziesięcioleciach, opracowano szczepionki oparte na pojedynczych składnikach wirusa, a nie na całych wirusach. Części kodu genetycznego wirusa, zwykle kodujące białka znajdujące się na powierzchni wirusa, jest wykorzystywana do wytwarzania białek stymulujących tworzenie przeciwciał blokujących wirusy. Przykładami są szczepionki przeciwko wirusowi zapalenia wątroby typu B i wirusowi brodawczaka ludzkiego. Ale części kodu genetycznego wirusa można przenieść do nieszkodliwego wirusa-nosiciela, tak zwanego wektora. Metodę tę stosuje się w szczepionkach przeciwko wirusowi Ebola. Po wstrzyknięciu szczepionek wektorowych w naszych komórkach wytwarzane jest wybrane białko wirusowe, stymulujące odpowiedź immunologiczną przeciwko docelowemu wirusowi.
W naszych komórkach informacja genetyczna zakodowana w DNA jest przekazywana do informacyjnego RNA (mRNA), które służy jako matryca do produkcji białka. W latach 80. wprowadzono wydajne metody wytwarzania mRNA bez hodowli komórkowej, zwane transkrypcją in vitro. Ten decydujący krok przyspieszył rozwój zastosowań biologii molekularnej w kilku dziedzinach. Pojawiły się również koncepcje wykorzystania technologii mRNA do wytwarzania szczepionek, ale pomysły te napotkały przeszkody. Uznano, że wytwarzane mRNA jest niestabilne, co wymaga opracowania wyrafinowanych systemów, które pomogłyby dostarczyć przesyłkę. Co więcej, mRNA wytworzony in vitro powodował reakcje zapalne.
Te przeszkody nie zniechęciły węgierskiej biochemiczki Katalin Karikó, która poświęciła się opracowywaniu metod wykorzystania mRNA w terapii. Na początku lat 90., kiedy była adiunktem na Uniwersytecie Pensylwanii, pozostała wierna swojej wizji wykorzystania mRNA jako środka terapeutycznego, pomimo trudności w przekonaniu fundatorów badań o znaczeniu jej projektu. Na uczelni spotkała immunologa Drew Weissmana. Interesowały go komórki dendrytyczne, które pełnią ważne funkcje w nadzorze immunologicznym i aktywacji odpowiedzi immunologicznych wywołanych szczepionką. Wkrótce rozpoczęła się między nimi owocna współpraca, koncentrująca się na interakcji różnych typów RNA z układem odpornościowym.
Karikó i Weissman zauważyli, że komórki dendrytyczne traktują mRNA wytwarzane in vitro jako obcą substancję, co prowadzi do ich aktywacji i uwolnienia cząsteczek sygnalizacyjnych stanu zapalnego. Zastanawiali się, dlaczego to mRNA zostało rozpoznane jako obce, podczas gdy mRNA z komórek ssaków nie wywoływał tej reakcji. Karikó i Weissman zdali sobie sprawę, że organizm musi rozróżniać różne typy mRNA.
RNA zawiera cztery zasady. Karikó i Weissman wiedzieli, że zasady w RNA ssaków są często modyfikowane chemicznie, w przeciwieństwie do mRNA uzyskiwanego in vitro. Zastanawiali się, czy to może wyjaśnić niepożądaną reakcję zapalną. Aby to zbadać, wyprodukowali różne warianty mRNA, każdy z unikalnymi zmianami chemicznymi w zasadach, i dostarczyli je do komórek dendrytycznych. Wyniki były uderzające. Odpowiedź zapalna została niemal zahamowana po włączeniu modyfikacji zasad do mRNA. Była to zmiana paradygmatu w naszym rozumieniu tego, jak komórki rozpoznają różne formy mRNA i reagują na nie. Karikó i Weissman natychmiast zrozumieli, że ich odkrycie ma ogromne znaczenie dla wykorzystania mRNA w terapii.
Dzięki odkryciom, że modyfikacje zasad zarówno zmniejszają reakcję zapalną, jak i zwiększają produkcję białek, Karikó i Weissman wyeliminowali przeszkody na drodze do klinicznych zastosowań mRNA. Po wybuchu pandemii COVID-19 w rekordowym tempie opracowano dwie szczepionki mRNA ze zmodyfikowanymi zasadami, kodujące białko powierzchniowe SARS-CoV-2.
Imponująca elastyczność i szybkość, z jaką można opracowywać szczepionki mRNA, otwiera drogę do wykorzystania tej platformy także w przypadku szczepionek przeciwko innym chorobom zakaźnym. W przyszłości technologię tę można będzie wykorzystać także do dostarczania białek terapeutycznych i leczenia niektórych typów nowotworów.
Szczepionki RNA na COVID-19 uratowały życie milionów ludzi, umożliwiając społeczeństwom otwarcie się i powrót do normalnych warunków. Poprzez swoje fundamentalne odkrycia dotyczące znaczenia modyfikacji zasad w mRNA tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w sposób krytyczny przyczynili się do tego transformacyjnego rozwoju podczas jednego z największych kryzysów zdrowotnych naszych czasów.
W ubiegłym roku Nagrodę Nobla z medycyny i fizjologii otrzymał Svante Pääbo „za odkrycia dotyczące genomów wymarłych homininów i ewolucji człowieka". Jak mówił przewodniczący Komitetu Noblowskiego, Svante Pääbo ustanowił zupełnie nową dyscyplinę naukową – paleogenomikę - ujawniając różnice genetyczne, które odróżniają wszystkich żyjących ludzi od wymarłych homininów. Jego odkrycia stanowią podstawę do zbadania tego, co czyni nas wyjątkowymi.
Ludzkość od zawsze zadawała sobie pytania, skąd pochodzimy i jak jesteśmy spokrewnieni z tymi, którzy byli przed nami? Co nas, Homo sapiens, odróżnia od innych homininów? Dzięki swoim pionierskim badaniom Svante Pääbo dokonał czegoś pozornie niemożliwego: zsekwencjonowania genomu neandertalczyka, wymarłego krewnego współczesnych ludzi. Dokonał także sensacyjnego odkrycia nieznanego wcześniej gatunku hominina - denisowianina. Co ważne, Pääbo odkrył również, że nastąpił transfer genów od tych wymarłych homininów do Homo sapiens po migracji z Afryki około 70 tys. lat temu. Ten starożytny przepływ genów do współczesnych ludzi ma dziś znaczenie fizjologiczne, na przykład wpływa na reakcję naszego układu odpornościowego na infekcje.
Więcej na temat ubiegłorocznej nagrody oraz jej laureata w tekście: Nobel z fizjologii i medycyny. "Nagroda przyznana za podróż w czasie"
Dotychczas przyznano 113 Nagród Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny i otrzymało ją 225 naukowców. Jeszcze nikt nie otrzymał Nagrody Nobla z tej dziedziny dwukrotnie. Uhonorowano nią tylko 12 kobiet.
Regulamin Nagrody Nobla mówi, że można nią uhonorować maksymalnie trzy osoby. W bazie danych nominacji można znaleźć interesujące ciekawostki na temat nagrody. Na przykład, Zygmunt Freud był aż 32 razy nominowany, ale nigdy jej nie otrzymał. Od 50 lat nominacje są utrzymywane w tajemnicy.
Najmłodszym laureatem był Frederick G. Bantenga, który otrzymał nagrodę w 1923 roku w wieku 32 lat za odkrycie insuliny. Najstarszym natomiast był Peyton Rousa, który został wyróżniony prestiżową nagrodą w 1966 roku za odkrycie wywołujących nowotwór wirusów. Miał wtedy 87 lat.
Początkiem tego roku Fundacja Noblowska podwyższyła wartość Nagrody Nobla z 10 do 11 mln koron szwedzkich. To w przeliczeniu daje niecały miliony euro. Laureaci otrzymają także medal oraz dyplom.
Źródło: nobelprize.org, fot. Adam Baker/ Wikimedia Commons/ CC BY 2.0
