Seit Jahrzehnten träumen Forscher davon, die Kraft der Gentechnologie zu nutzen, um eine Reihe von Krankheiten zu verhindern oder zu behandeln. Eine synthetische Version eines Moleküls im menschlichen Körper, bekannt als Boten-RNA (Ribonukleinsäure) oder mRNA, hielt dieses Versprechen.
Allein die Art und Weise , wie es funktionierte, stellte entmutigende Herausforderungen dar, von denen ein Großteil der Wissenschaftsgemeinschaft dachte, dass sie ein Berg zu hoch seien, um ihn zu besteigen.
Aber eine Handvoll Forscher gaben nicht auf. Sie verbrachten Jahre damit, das Geheimnis der mRNA zu lösen. Dann knackten sie, genau wie in einem Fernsehfilm, den Code gerade noch rechtzeitig, um die Welt vor der tödlichen Coronavirus-Pandemie zu retten .
mRNA auf einer Mission
mRNA-Impfstoffe funktionieren, indem sie den Zellen Anweisungen geben, die sie befähigen, Antigene zu produzieren und die körpereigene Fabrik zur Herstellung von Antikörpern zu werden. Aber um die Technologie noch besser zu verstehen und zu verstehen, wie sie uns vor COVID-19 schützt, müssen Sie zunächst Proteine verstehen.
Proteine werden oft als Bausteine des Lebens bezeichnet. Sie sind essentiell für den Aufbau, die Funktion und die Regulation der Gewebe und Organe des Körpers. Jede Zelle des menschlichen Körpers enthält Zehntausende verschiedener Proteine, die aus mehreren Aminosäuren bestehen, die aneinander binden, um Ketten unterschiedlicher Länge zu bilden, die sich in verschiedene Formen falten. Die Proteinform hat viel mit der Proteinfunktion zu tun .
Einige regulieren beispielsweise spezifische physiologische Prozesse wie Wachstum, Entwicklung, Stoffwechsel und Fortpflanzung. Einige Proteine wirken als biologische Katalysatoren, um dem Körper beim Muskelaufbau zu helfen, Giftstoffe zu zerstören und Nahrungspartikel während der Verdauung abzubauen. Andere dienen dem Immunsystem als Antikörper , die Giftstoffe neutralisieren und den Körper von bakteriellen und viralen Krankheitserregern befreien können.
Über die körpereigene Boten-RNA oder mRNA wird den Zellen ihre Aminosäuresequenz und damit die Funktion ihres Proteins mitgeteilt.
Stellen Sie sich diesen Vorgang wie eine Spionagemission vor. mRNA gibt der Zelle Anweisungen, ein bestimmtes Protein herzustellen. Sobald die Zelle ihr Protein produziert, zerstört die Zelle die Anweisungen und macht sich dann an die Arbeit, dieses spezifische Protein herzustellen.
Scheinbar endlose Möglichkeiten der mRNA-Technologie
Einige Forscher begannen sich zu fragen: Was wäre, wenn die Wissenschaft eine synthetische mRNA mit einer spezifischen kodierenden Sequenz entwickeln könnte, die an den Körper abgegeben werden könnte und die Zellen anweisen könnte, jede Art von Protein zu bilden – Wachstumsmittel zur Reparatur von geschädigtem Gewebe, Enzyme zur Heilung seltener Krankheiten oder sogar Antikörper zum Schutz vor Infektionen.
Im Jahr 1990 gelang es einer Gruppe von Forschern der University of Wisconsin tatsächlich , eine synthetische mRNA herzustellen und sie an Labormäusen zu testen. Das Problem war, dass synthetische mRNA empfindlich auf die Abwehrkräfte der Mäuse reagierte und zerstört wurde, bevor sie die Zielzelle erreichte, um die codierte Nachricht zu übermitteln, sagt Paul Goepfert , MD, Professor für Medizin an der University of Alabama in Birmingham und Experte für Impfstoffdesign. Viele in der wissenschaftlichen Welt sahen dies als fatalen Fehler an und wandten ihre Aufmerksamkeit anderen zu.
Aber zwei Forscher der University of Pennsylvania , Katalin Karikó, Ph.D., und der Immunologe Drew Weissman, MD Ph.D., glaubten immer noch an die Möglichkeiten synthetischer mRNA. Sie machten sich auf die Suche nach einem Weg, mRNA stabiler zu machen. Im Jahr 2005, nach einem Jahrzehnt akribischer Forschung, entdeckten sie, dass sie winzige Fettbällchen, sogenannte Lipid-Nanopartikel oder LPNs, verwenden konnten, um die synthetische mRNA zu schützen. Dies verlieh dem fragilen Molekül heimliche Eigenschaften, die es ihm ermöglichten, sich außerhalb des Radars des Immunsystems zu bewegen.
In den folgenden Jahren sollten Forscher die Möglichkeiten der mRNA mit dieser neuen Technologie erforschen. Im Jahr 2010 wurde das Pharma- und Biotechnologieunternehmen Moderna Inc. mit Sitz in Cambridge, Massachusetts, gegründet, um sich speziell auf mRNA-basierte Impfstofftechnologien zu konzentrieren. Der Name "Moderna" kommt buchstäblich aus der Kombination der Wörter "modifiziert" und "RNA".
Im Jahr 2008 wurde das deutsche BioNTech, kurz für Biopharmaceutical New Technologies, gegründet, um pharmazeutische Kandidaten für die Krebsimmuntherapie unter Verwendung der mRNA-Technologie zu entwickeln. Im Jahr 2018 ging das Unternehmen eine Partnerschaft mit der US-amerikanischen Pfizer Inc. ein . mRNA-basierte Grippeimpfstoffe zu entwickeln.
Und dann wurde die Welt von einer globalen Pandemie heimgesucht. Überall begannen Forscher, alle ihre Bemühungen auf die Entwicklung eines Impfstoffs gegen das Coronavirus zu richten.
Wie wurden mRNA-Impfstoffe so schnell zugelassen?
Viren können sich nicht selbst vermehren, sie brauchen einen Wirt, um in Zellen einzudringen und den Replikationsprozess zu starten, um Menschen zu infizieren und krank zu machen. Damit ein mRNA-Impfstoff funktionierte, mussten die Forscher wissen, welches Protein das Virus als Wirt verwendet. Und dafür mussten sie den genetischen Code von COVID-19 knacken. Dieser Prozess wurde vereinfacht, da COVID zwei anderen Coronaviren ähnelte , die zuvor Menschen infiziert hatten – MERS und SARS .
Bis zum 31. Dezember 2020, als China erstmals die Ansammlung von Lungenentzündungs-ähnlichen Viren zuließ, arbeiteten dort chinesische Forscher bereits daran, den genetischen Code des Virus zu identifizieren . Etwa zwei Wochen später, am 12. Januar 2020, veröffentlichten sie die Gensequenzierungsdaten . Dies gab Forschern überall die Munition, um mit einem Impfstoff zu beginnen.
„Wir wussten, dass das Spike-Protein die Achillesferse ist“, sagt Goepfert.
Von da an begann die Impfstoffentwicklung schnell voranzukommen. "mRNA-Impfstoffe können sehr schnell entwickelt werden. In dieser Hinsicht hatten wir Glück", sagt Goepfert. "Eine Woche später stellten Moderna und Pfizer ihre Impfstoffe her." Die Unternehmen waren dann in der Lage, den Arzneimittelherstellern, die traditionelle Impfstoffe entwickelten, einen Schritt voraus zu sein und schnell in Tierversuche überzugehen und kurz darauf begannen Versuche am Menschen.
Sind mRNA-Impfstoffe genauso wirksam wie herkömmliche Impfstoffe?
Sowohl Moderna- als auch Pfizer/BioNTech-Impfstoffe schneiden überraschend gut ab. Studien haben gezeigt, dass eine volle doppelte Dosis des Impfstoffs von Pfizer oder Moderna 95 Prozent bzw. 94 Prozent Schutz vor dem ursprünglichen Virus bietet.
Doch kaum die Hälfte aller Amerikaner ist vollständig geimpft.
„Einer der Gründe für das Zögern bei Impfstoffen ist, dass die Leute dieses Missverständnis haben, dass [mRNA-COVID-Impfstoffe] so schnell entwickelt wurden und dass wir dabei die Sicherheitsbewertung übersprungen haben, was überhaupt nicht stimmt“, sagt Goepfert.
„Dieser Impfstoff wurde an unglaublich vielen Menschen getestet und tatsächlich wurde er den normalen Sicherheitstests aller Produkte unterzogen. Und jetzt, da er unter der Notfallgenehmigung steht, haben wir Millionen mehr Sicherheitsdaten – tatsächlich mehr als jedes andere Produkt, für das wir bisher hatten.“ ein Impfstoff."
Diese mRNA-Impfstoffe funktionieren so gut, weil sie mehrere Abwehrarme im Immunsystem induzieren, sagt Goepfert. „Sie induzieren die Neutralisierung von Antikörpern, die ich als Speere betrachte, weil sie das Virus ausschalten können, bevor man sich überhaupt infiziert. Sie induzieren funktionelle Antikörper, die Zellen effektiver nutzen und Killerzellenreaktionen – die äußerst wichtig sind. T-Zellen helfen, schwere Krankheiten und den Tod zu verhindern.“
Herkömmliche Impfstoffe neutralisieren auch Antikörper und induzieren Antikörperreaktionen, aber "sie tun nicht auch die T-Zell-Reaktion", sagt er.
Die Zukunft der mRNA-Impfstoffe
Wie sieht also die Zukunft der mRNA-Technologie aus? Dies ist wahrscheinlich nur der Anfang. Tatsächlich liefen 2017 bereits zwei klinische Studien , um mRNA-Impfstoffe gegen mehrere Infektionskrankheiten zu testen, darunter HIV, Influenza, Zika und Tollwut – und dann traf COVID-19 ein.
Ein Team von MD Anderson unter der Leitung von Scott Kopetz, MD, Ph.D., verwendet mRNA bereits bei Darmkrebs in einer klinischen Phase-II-Studie, um zu testen, ob die Technologie ein Wiederauftreten des Krebses verhindern könnte .
"mRNA-Impfstoffe können verwendet werden, um fast jeden Krankheitserreger zu bekämpfen", sagte John Cooke, MD, Ph.D., medizinischer Direktor des RNA-Therapeutik-Programms am Houston Methodist Research Institute, in einer Pressemitteilung für die Association of American Medical Colleges. "Sie geben den Code für ein bestimmtes Protein ein, das eine Immunantwort stimuliert. Es ist im Wesentlichen unbegrenzt."
Das heißt, Wissenschaftler glauben, dass Krankheiten wie Malaria, Tuberkulose, Hepatitis B und Mukoviszidose künftig mit mRNA-Impfstoffen verhindert werden könnten.
"Diese Impfstoffe sind bemerkenswert", sagt Goepfert. "Selbst bei älteren Erwachsenen wirken sie wirklich sehr gut, was für die meisten Impfstoffe, die wir haben, ungewöhnlich ist. Das ist einfach bemerkenswert."
Das ist jetzt toll
Es dauert in der Regel 10 bis 15 Jahre, bis Impfstoffe der breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden, da die Forschungen und Tests an ihrer Entwicklung beteiligt sind . Aber fast auf den Tag genau ein Jahr lang gaben chinesische Beamte in Wuhan bekannt, dass sie gegen eine unbekannte Ansteckung kämpften . Der erste außerhalb klinischer Studien verabreichte COVID-Impfstoff wurde in den Vereinigten Staaten am 14. Dezember 2020 verabreicht.
