Czip się nie zmieści. Szczepionka mRNA

28 grudnia 2020
Blog szalonych naukowców

Ze zdumieniem obserwowałem ostatnio wybuch teorii spiskowych dotyczących nowoczesnych szczepionek na koronawirusa. Zmieniają kod genetyczny, są produkowane z ludzkich płodów (to akurat słyszałem już wcześniej), mają mikroczipa wbudowanego przez Billa Gatesa czy innego Sorosa…

Jako że o teoriach spiskowych pisałem w jednym z moich pierwszych tekstów na tym blogu, przemilczę, dlaczego ludzie wygłaszają publicznie treści, za które w szkole dostaje się z biologii ocenę niedostateczną. Pomińmy może te chipy i płody…

Jednak wiedza, czym właściwie jest mRNA, a czym kod genetyczny, nie jest  aż tak powszechna, jak to się (co niektórym wykształconym biomedycznie i zamkniętym w swoich bańkach informacyjnych) wydawało. W zalewie często absurdalnych doniesień trudno czasem wyłuskać rzetelną informację. A więc od początku…

Składamy się w większości z wody zamkniętej w pęcherzykach tłuszczu, tworzących błony biologiczne (m.in. komórkowe). Różnice między błoną otaczającą komórkę a kroplą tłuszczu wynikają z zanurzonych w błonie dużych, skomplikowanych cząsteczek białka. Są też białka pozakomórkowe i wewnątrzkomórkowe. Jedne pełnią funkcje budulcowe, inne jako enzymy przeprowadzają niezbędne dla życia reakcje chemiczne. Kolejne przekazują informacje, jeszcze inne kontrolują działanie poprzednich.

Białka zbudowane są z aminokwasów, a więc kwasów (cząsteczek z grupą COOH) posiadających też zasadową grupę aminową (atom azotu połączony z węglem czy wodorem). Obie grupy reagują ze sobą, a w efekcie mogą tworzyć się długie łańcuchy. Właściwości cząsteczki białka w dużym stopniu zależą od tego, jakie aminokwasy w jakiej kolejności występują w łańcuchu.

Informacja o ich kolejności zapisana jest w DNA: kwasie deoksyrybonukleinowym. Rozpracujmy tę trudną do wymówienia nazwę. Kwas – ze względy na grupy kwaśne pochodzące od kwasu fosforowego (tego używanego w coca-coli). Nukleinowy, bo występuje głównie w jądrze komórkowym (nucleus). Deoksyrybo- wskazuje na cukier używany przez organizm do produkcji tego kwasu: deoksyrybozę. Czyli rybozę pozbawioną (de) jednego atomu tlenu (po łacinie oxygenium). Kluczowe w budowie DNA są jednak nieuwzględnione w nazwie (na szczęście, biorąc pod uwagę jej długość!) zasady azotowe: adenina (A), tymina (T), guanina (G) i cytozyna (C).

Ich kolejność w łańcuchu DNA jednoznacznie wyznacza kolejność aminokwasów w białku. Ponieważ aminokwasów białkowych jest więcej niż zasad azotowych, jednemu aminokwasowi odpowiadają trzy. Popatrzmy na tabelkę wyżej – weźmy trójkę CGA. Odnajdujemy C po lewej, wybierając rząd. Następnie w tym rzędzie odnajdujemy kolumnę z G na górze. Ostatniej zasady szukamy po prawej, odczytujemy aminokwas: arginina. Funkcję przyporządkowującą aminokwas trójce zasad nazywamy kodem genetycznym. Należy zauważyć, że trzy inne trójki rozpoczynające się od CG również kodują argininę. Matematyk powiedziałby, że funkcja nie jest różnowartościowa, biolog powie, że kod jest zdegenerowany. Jeśli zdarzy się mutacja punktowa polegająca na losowej zmianie trzeciej zasady w trójce, kolejność aminokwasów w białku nie zmieni się.

Mówi się często, że DNA tworzy podwójną helisę. Istotnie – nić łączy się wiązaniami wodorowymi z drugą nicią w ten sposób, że adenina zawsze łączy się z tyminą, a guanina z cytozyną. Oznacza to, że kolejność zasad w jednej nici wyznacza kolejność w drugiej, zwanej komplementarną. Po rozdzieleniu nici do każdej można dobudować drugą, zachowując informację. Na tym polega replikacja, czyli powielenie materiału genetycznego.

Ale do nici DNA można też dobudować komplementarny fragment nici innego związku: RNA, czyli kwasu rybonukleinowego. Cukrem budującym go jest ryboza, różniąca się od deoksyrybozy grupą hydroksylową OH zamiast samego atomu wodoru. Obecność tej grupy znacznie zmniejsza trwałość związku. Istnieje hipoteza, wedle której to RNA był pierwotnym nośnikiem informacji genetycznej, a później zastąpił go znacznie trwalszy DNA.

Z RNA informacja przepisywana jest dalej w procesie translacji na łańcuch białka. Ponieważ stanowi dlań pewnego rodzaju matrycę, przenosi informację, nazywany jest matrycowym bądź informacyjnym RNA (messenger RNA, mRNA). Do nici mRNA przyczepiają się rybosomy, duże kompleksy zbudowane z białka i innego rodzaju RNA (rybosomalny RNA, rRNA). W ich obrębie do mRNA na zasadzie komplementarności przyłączane są cząsteczki transportującego RNA (tRNA). Jeden fragment tRNA zawiera trzy zasady azotowe łączące się z kolejną trójką na mRNA, drugi związany jest z odpowiadającym im aminokwasem. Rybosom łączy aminokwasy i powstaje łańcuch białka. Z powodu nietrwałości mRNA synteza białek musi trwać dosyć szybko i często na jednej nici wisi uczepionych wiele rybosomów, prowadzących jeden po drugim w różnych miejscach syntezę łańcucha aminokwasów.

Łańcuch ten już w trakcie syntezy zaczyna zginać się w skomplikowany sposób. Zanim zacznie działać, przechodzi jeszcze skomplikowane modyfikacje, jak np. dołączenie cukrów oraz transport w odpowiednie miejsce. Białko takie buduje także powierzchniowe białka, za pomocą których wirus przyłącza się do cząsteczki gospodarza. Następnie jego materiał genetyczny dostaje się do komórki człowieka, po czym wykorzystuje jego maszynerię do produkcji kolejnych wirusowych białek. Nabywanie odporności po przechorowaniu polega na tym, że układ odpornościowy uczy się rozpoznawać nieswoje białka (jak – o tym innym razem) i niszczyć noszące je wirusy.

Dotychczasowe szczepionki zawierały martwe lub osłabione (atenuowane) mikroorganizmy czy wirusy, organizm uczył się rozpoznawać obce białka na ich przykładzie. Szczepionka mRNA działa w inny sposób. Podaje się dość proste w syntezie, ale bardzo nietrwałe (stąd absurdalnie wręcz niska temperatura przechowywania) i znacznie czystsze mRNA kodujące pewien element powierzchniowych białek wirusa. Cząsteczki rozpadające się po wyjęciu z lodówki w odpowiednim roztworze. Nic więcej nie jest podawane.

Jeśli mRNA dostanie się do komórki ludzkiej, zadziała jak każde inne mRNA – uczepią się go rybosomy, zaczną produkować pojedyncze wirusowe białko, samo w sobie zupełnie niezakaźne, lub nawet jego fragment. W niewielkiej ilości, bo jak zauważyliśmy wcześniej, RNA jest z natury bardzo nietrwałe. Ale wystarczającej, by organizm nauczył się rozpoznawać intruza.

Przepływ informacji jest u człowieka jednokierunkowy: z DNA na mRNA, w drugą stronę zachodzić nie może. Istnieją wirusy znające takie sztuczki, np. HIV. Ale czy wbudowanie czegoś do genomu czymś grozi? Większość z nas nosi w licznych komórkach swojego genomu wbudowane fragmenty znacznie popularniejszych wirusów, np. z rodziny wirusa opryszczki. Dzięki temu po latach infekcja może się reaktywować. Wirusy te są przystosowane do umieszczania swego DNA w naszym.

Jaka jest szansa, że umieści się w nim pozbawiona takich mechanizmów cząsteczka mRNA? A gdyby nawet zaszło zdarzenie mniej prawdopodobne od trafienia przez meteoryt, jakie skutki miałoby włączenie do DNA pojedynczej komórki pojedynczego genu wirusa? Samo wirusowe białko bez obstawy kilku innych w żaden sposób nie zagraża. A reakcje immunologiczne? Tak, są możliwe. Zdarzają się pewnie raz na kilkaset tysięcy osób i wiadomo, jak je leczyć. Występują też po kontakcie z rybą, orzeszkami ziemnymi czy brzozą. Zakażemy z tego powodu hodowli ryb i wytniemy brzozy?

Czy szczepionka będzie działać na zmutowane wirusy? Tak, na wszystkie, nie licząc niewielkiej grupy mutacji w obrębie wykrywanego fragmentu białka powierzchniowego, z wyłączeniem części mutacji również w tym miejscu, zwłaszcza niezmieniających kolejności aminokwasów. A sławne modyfikacje kodu genetycznego? Cóż, kod genetyczny wirusów jest właściwie taki sam jak nasz. Ale może powinniśmy ufundować jakąś nagrodę, powiedzmy, milion dolarów, dla osoby, która wskaże wiarygodny mechanizm, w jakim taka zmiana miałaby zachodzić?

Marcin Nowak

Ilustracja: NIH, Genetic Code Chart. Za Wikimedia Commons, w domenie publicznej