Что такое мРНК? Ключевой компонент некоторых вакцин от COVID-19

Молекула мРНК стала неожиданной звездой в ответе на пандемию коронавируса. Это ключевой компонент вакцин от COVID-19 компаний Pfizer и Moderna. Однако сама мРНК — не новое изобретение из лаборатории. Она эволюционировала миллиарды лет назад и естественным образом присутствует в каждой клетке вашего тела. Ученые полагают, что РНК возникла у самых ранних форм жизни, еще до появления ДНК.

Генетический посредник

ДНК — это молекула, содержащая все ваши гены, записанные четырехбуквенным кодом: A, C, G и T.

ДНК находится внутри клеток каждого живого существа, защищена в части клетки, называемой ядром. Гены — это детали в чертеже ДНК, определяющие все физические характеристики, которые делают вас уникальным.

Но информация из ваших генов должна попасть из ДНК в ядре в основную часть клетки — цитоплазму, где собираются белки. Клетки полагаются на белки для осуществления множества процессов, необходимых для функционирования организма. Здесь на сцену выходит матричная РНК, или мРНК.

Участки кода ДНК транскрибируются в сокращенные сообщения — инструкции для создания белков. Эти сообщения (мРНК) транспортируются в основную часть клетки. Как только мРНК прибывает, клетка может производить определенные белки по этим инструкциям.

Структура РНК похожа на ДНК, но имеет важные отличия:

• РНК представляет собой одноцепочечную последовательность кодовых букв (нуклеотидов), а ДНК — двухцепочечную.
• Код РНК содержит U вместо T — урацил вместо тимина.
• Обе структуры имеют основу из молекул сахара и фосфата, но сахар в РНК — это рибоза, а в ДНК — дезоксирибоза. Сахар ДНК содержит на один атом кислорода меньше, что отражено в их названиях: ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, РНК — рибонуклеиновая кислота.

Идентичные копии ДНК находятся в каждой клетке организма. РНК производится по мере необходимости в ответ на динамичную клеточную среду и сиюминутные потребности тела. Задача мРНК — помочь запустить клеточный механизм для построения белков, закодированных ДНК, которые уместны в данное время и в данном месте.

Процесс преобразования ДНК → мРНК → белок лежит в основе функционирования клетки.

Запрограммирована на самоуничтожение

Как посредник, мРНК является важным механизмом безопасности в клетке:

• Она не позволяет захватчикам использовать клеточные механизмы для производства чужеродных белков, поскольку любая РНК вне клетки немедленно становится мишенью для разрушения ферментами РНКазами. Когда эти ферменты распознают структуру и U в коде РНК, они стирают сообщение.
• мРНК также позволяет клетке контролировать скорость производства белков, включая или выключая «чертежи» по мере необходимости.

Инструкции мРНК запрограммированы на самоуничтожение. Структурные особенности мРНК — U в коде, ее одноцепочечная форма, рибозный сахар и специфическая последовательность — обеспечивают короткий период полураспада. Это позволяет сообщению быть «прочитанным», переведенным в белки, а затем быстро разрушенным — в течение минут для одних белков или до нескольких часов для других.

Как только инструкции исчезают, производство белка останавливается, пока фабрики белков не получат новое сообщение.

Использование мРНК для вакцинации

Все характеристики мРНК вызвали большой интерес у разработчиков вакцин. Цель вакцины — заставить иммунную систему среагировать на безвредную версию или часть микроба.

Исследователи нашли способ ввести и защитить сообщение мРНК с кодом для части спайк-белка на поверхности вируса SARS-CoV-2.

Вакцина содержит ровно столько мРНК, чтобы произвести ровно столько спайк-белка, сколько нужно иммунной системе человека для выработки защитных антител. мРНК в вакцине вскоре разрушается клеткой, как и любая другая мРНК. Она не может проникнуть в ядро клетки и не может повлиять на ДНК человека.

Хотя это новые вакцины, базовая технология была первоначально разработана много лет назад и постепенно совершенствовалась. В результате вакцины были тщательно проверены на безопасность.

Успех этих мРНК-вакцин против COVID-19 в плане безопасности и эффективности предвещает светлое будущее для новых вакцинных терапий, которые можно быстро адаптировать под новые угрозы. Ранние клинические испытания мРНК-вакцин уже проводились для гриппа, вирусов Зика, бешенства и цитомегаловируса. Ученые уже рассматривают и разрабатывают терапии для других заболеваний, которым может помочь подход, аналогичный использованному против COVID-19.