Katalin Karikó i Drew Weissman - laureaci Nagrody Nobla 2023 w dziedzinie fizjologii i medycyny. Katalin Karikó i Drew Weissman - laureaci Nagrody Nobla 2023 w dziedzinie fizjologii i medycyny. Niklas Elmehed/Nobel Prize / Archiwum
Zdrowie

Za wkład w opracowanie szczepionek mRNA przeciwko Covid-19. Medyczny Nobel 2023 dla Katalin Karikó i Drew Weismanna

Najważniejsze w 2023 roku według Pawła Walewskiego
Zdrowie

Najważniejsze w 2023 roku według Pawła Walewskiego

Czym mierzyć sukces naukowego odkrycia w medycynie? Liczbą „lajków” potwierdzających użyteczność informacji prasowych na ich temat? Skalą wykorzystania w praktyce klinicznej? Znaczeniem, jakie będzie miało dla ludzi w przyszłości? A może wartością nagród naukowych, które przyznawane są ich odkrywcom w minionym roku?

Za pytania o granice pojęcia „człowieczeństwo”. Medyczny Nobel 2022 dla Svante’a Pääbo
Zdrowie

Za pytania o granice pojęcia „człowieczeństwo”. Medyczny Nobel 2022 dla Svante’a Pääbo

Nagrodę Nobla 2022 w dziedzinie fizjologii lub medycyny otrzymał szwedzki genetyk ewolucyjny Svante Pääbo za odkrycia dotyczące genomów wymarłych hominidów i ewolucji człowieka. Jego badania odpowiadają na pytania: Od kogo pochodzi współczesny człowiek? Jakie więzy łączą go z przodkami? Co im zawdzięcza?

Tegoroczni laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii to Katalin Karikó i Drew Weismann. Ich wspólna praca na Uniwersytecie Pennsylwania przyczyniła się do odkryć dotyczących modyfikacji zasad nukleozydowych - umożliwiły one opracowanie szczepionek mRNA wykorzystanych po raz pierwszy na masową skalę w szczepionkach przeciwko Covid-19.

Był rok 2005, kiedy w czasopiśmie „Immunity” tegoroczni laureaci opublikowali swoją pierwszą wspólną pracę z dziedziny biochemii i immunologii. Nie mogli wtedy przypuszczać, że wymyślili sposób, który może zostać szybko wykorzystany w szczepionkach chroniących przed zakażeniami wirusowymi, które 15 lat później uratują miliony ludzi zakażonych Sars-CoV-2. Ich pomysł opiewał na wykorzystywanie mRNA w terapiach różnych chorób, zwłaszcza nowotworowych.

Z potencjału informacyjnego RNA (messenger RNA; mRNA) zdawano sobie sprawę już od dawna, ale nie był on właściwie spożytkowany. Genetycy wiedzieli, że to właśnie cząsteczka RNA niesie przepisaną z DNA informację o syntezie nowych białek i że funkcję tego posłannika spełnia mRNA, będący swoistym szablonem dla syntezy białka. Już w 1980 r. nauczono się więc wytwarzać mRNA bez hodowli komórkowej, co nazwano transkrypcją in vitro. Był to krok, który przyspieszył rozwój zastosowań biologii molekularnej w wielu dziedzinach. Niekoniecznie jednak w medycynie. To nowe, transkrybowane mRNA in vitro wywoływało bowiem reakcje zapalne, było niestabilne i trudne do dostarczenia – wymagało więc opracowania zaawansowanych systemów lipidowych nośników.

Katalin Karikó jako jednej z nielicznych badaczek zaintrygowanych niewykorzystanym potencjałem mRNA, przeszkody te nie zniechęciły jednak do poszukiwań rozwiązań, które mogłyby je usunąć. Nawiązała współpracę z immunologiem Drew Weissmanem, który na tym samym University of Pennsylvania interesował się funkcją tzw. komórek dendrytycznych w aktywacji odpowiedzi odpornościowej po podaniu różnych szczepionek. Ich współpraca przyniosła doskonały wynik: zauważyli, że komórki dendrytyczne rozpoznają transkrybowane mRNA jako substancję obcą, co prowadzi do ich aktywacji i uwolnienia zapalnych cząsteczek sygnałowych. Zagadką do rozwiązania pozostało, dlaczego transkrybowane in vitro mRNA jest rozpoznawane przez układ immunologiczny jako obce, skoro naturalne mRNA nie wywołuje takiej reakcji? Karikó i Weissman dość szybko zdali sobie sprawę, że muszą istnieć jakieś szczególne cechy, które odróżniają od siebie różne typy mRNA.

Metody produkcji szczepionek przed pandemią SARS CoV-2 wywołującą Covid-19.The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén/pulsar/ArchiwumMetody produkcji szczepionek przed pandemią SARS CoV-2 wywołującą Covid-19.

Do wyjaśnienia tej tajemnicy przydała się biochemiczna wiedza prof. Karikó, gdyż budowa RNA i DNA to właściwie czysta chemia – kilka zasad azotowych, zwanych nukleotydami: adenina (A), tymina (T), urydyna (U), guanina (G) i cytozyna (C). Łańcuch RNA jest bardzo podobny do DNA, ale tworzy go tylko jedna nić i zamiast zasady tyminy zawiera urydynę. Karikó i Weissman wiedzieli, że zasady te w komórkach ssaków są często modyfikowane chemicznie, podczas gdy w transkrybowanym in vitro mRNA wcale tak nie jest. Zastanawiali się więc, czy to może być zmienna, która wyjaśni niepożądane reakcje zapalne po podaniu wytworzonego poza naturalnym organizmem mRNA?

Aby to zbadać, wytworzyli różne warianty – każdy z unikatowymi zmianami chemicznymi w zasadach – i dostarczali je komórkom dendrytycznym. Wyniki były uderzające: odpowiedź zapalna była w takiej sytuacji prawie zniesiona. Natychmiast więc zrozumieli, że ich odkrycie będzie miało krytyczne znaczenie dla wykorzystania mRNA także w medycynie, ponieważ eliminuje przeszkody, które wcześniej ograniczały jego potencjał.

mRNA zawiera cztery różne zasady, w skrócie A, U, G i C. Laureaci Nagrody Nobla odkryli, że mRNA zmodyfikowane zasadami można wykorzystać do blokowania aktywacji reakcji zapalnych (wydzielania cząsteczek sygnalizacyjnych) i zwiększania produkcji białka.The Nobel Committee for Physiology or Medicine. Ill. Mattias Karlén/pulsar/ArchiwummRNA zawiera cztery różne zasady, w skrócie A, U, G i C. Laureaci Nagrody Nobla odkryli, że mRNA zmodyfikowane zasadami można wykorzystać do blokowania aktywacji reakcji zapalnych (wydzielania cząsteczek sygnalizacyjnych) i zwiększania produkcji białka.

Już w 2008 i 2010 r. opublikowali kolejne przełomowe prace, udowodniając, że dostarczanie mRNA wygenerowanego z modyfikacjami zasad zwiększa także produkcję białek w porównaniu z niezmodyfikowanym mRNA. Droga do rozpoczęcia badań klinicznych z wykorzystaniem tej technologii została w ten sposób otwarta.

I nie trzeba było długo czekać, by kilka firm zaangażowanych w produkcję szczepionek szybko z niej skorzystało. Preparaty zawierające mRNA przeciwko najpierw wirusom Zika i MERS, a następnie SARS-CoV-2 okazały się przełomowymi, jeśli chodzi o ich skuteczność, ale też przede wszystkim rekordowe tempo ich wytwarzania (w porównaniu z dotychczasowymi, tradycyjnymi metodami). I na tym polega główna zasługa tegorocznych laureatów Nagrody Nobla.

Kolejne lata z pewnością przyniosą wysyp nowych możliwości terapeutycznych w oparciu o mRNA. Spodziewane są one w onkologii, immunologii, diabetologii, pulmonologii i alergologii.

Kalendarz Noblowski 2023

Ogłoszenie Nagród Nobla odbywa się w dniach 2-9 października 2023 r.

Fizjologia lub medycyna - laureaci: Katalin Karikó i Drew Weissman „za odkrycia dotyczące modyfikacji zasad nukleozydowych, które umożliwiły opracowanie skutecznych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19”. Nagroda w tej kategorii została ogłoszona 2.10.2023 o godz. 11.45 w The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. Czytaj TUTAJ

Fizyka – laureaci: Pierre Agostini, Ferenc Krausz, Anne L'Huillier „za metody eksperymentalne, które generują attosekundowe impulsy światła do badania dynamiki elektronów w materii”. Nagroda w tej kategorii została ogłoszona 3.10.2023 o godz. 11.45 w The Royal Swedish Academy of Sciences. Czytaj TUTAJ

Chemia – laureaci: Moungi G. Bawendi, Louis E. Brus i Alexei I. Ekimov „za odkrycie i syntezę kropek kwantowych”. Nagroda w tej kategorii została ogłoszona 4.10.2023 o godz. 11.45 w The Royal Swedish Academy of Sciences. Czytaj TUTAJ

Literatura (Literacka Nagroda Nobla) - laureat: Jon Fosse „za jego innowacyjne sztuki i prozę, które dają głos temu, co niewypowiedziane”. Nagroda w tej kategorii została ogłoszona 5.10.2023 o godz. 13.00 w The Swedish Academy. Czytaj TUTAJ

Pokojowa Nagroda Nobla – laureatka: Narges Mohammadi „za walkę przeciwko uciskowi kobiet w Iranie oraz walkę na rzecz promowania praw człowieka i wolności dla wszystkich”. Nagroda w tej kategorii została ogłoszona 6.10.2023 o godz. 11.00 w The Norwegian Nobel Institute. Czytaj TUTAJ

Nauki ekonomiczne (Nagroda Sveriges Riksbank za nauki ekonomiczne pamięci Alfreda Nobla) - nagroda w tej kategorii zostanie ogłoszona 9.10.2023 o godz. 11.45 w The Royal Swedish Academy of Sciences.

O tegorocznych noblistach:

Katalin Karikó urodziła się w 1955 r. na Węgrzech, ale po studiach i obronie pracy doktorskiej na Szegedi Tudományegyetem wyjechała do Stanów Zjednoczonych. Swoją przyszłą badawczą działalność związała z Temple University w Filadelfii i University of Health Science w Bethesda. Od dekady jest wiceprezesem spółki pracującej od lat nad szczepionkami mRNA – BioNTech RNA Pharmaceuticals, ale nadal pracuje naukowo – od 2021 r. jako profesorka na macierzystym uniwersytecie na Węgrzech oraz adiunktka w Perelman School of Medicine na University of Pennsylvania.

***

Drew Weissman urodził się w 1959 r. w Lexington w USA. W 1997 r. założył grupę badawczą w Perelman School of Medicine na University of Pennsylvania. Jest profesorem Roberts Family w dziedzinie badań nad szczepionkami i dyrektorem Penn Institute for RNA Innovations.

***

Nagroda w tej kategorii została ogłoszona 2 października 2023 roku w The Nobel Assembly at Karolinska Institutet. Komitet Noblowski w swoim uzasadnieniu stwierdził, że praca tegorocznych noblistów z medycyny pozwoliła uratować życie milionom osób.

Ile pieniędzy otrzymują laureaci Nagrody Nobla?

Alfred Nobel pozostawił większość swojego majątku, wówczas było to ponad 31 milionów koron szwedzkich, które miały zostać przekształcone w fundusz i zainwestowane w „bezpieczne papiery wartościowe”. Dochód z inwestycji miał być „corocznie rozdzielany w formie nagród dla tych, którzy w poprzednim roku przynieśli ludzkości największe korzyści”.

Wysokość Nagrody Nobla w 2023 r. ustalono na 11 milionów koron szwedzkich (SEK), czyli ok. 1 miliona dolarów amerykańskich (USD) za pełną Nagrodę Nobla.