Лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2023 году стали венгерский и американский биохимики Каталин Карико и Дрю Вайсман. Награду им присудили за разработку технологии, которая легла в основу мРНК-вакцин против COVID-19. Их имена были представлены Нобелевским комитетом при Каролинском медицинском институте на церемонии, прошедшей в Стокгольме.
Обмануть иммунитет
В 2019 году, когда началась пандемия коронавируса, мало кто мог подумать о том, что вакцина от нового патогена может быть разработана в рекордно короткие сроки. Однако это произошло. Две западные вакцины, созданные компаниями Pfizer и Moderna, были произведены с использованием новой технологии синтеза мРНК, за которую вручили Нобелевскую премию по медицине в 2023 году. Всего эти вакцины были введены около 13 млн раз, что помогло спасти жизни миллионов людей по всему миру.
Технология позволяет создавать искусственную мРНК с заданными характеристиками. Если ввести ее в организм человека, клетки начнут производить нужные белки, в том числе антитела к патогенам. Однако ранние эксперименты показали, что транскрибируемая мРНК in vitro (в пробирке) стимулирует нежелательные воспалительные реакции и неэффективную выработку белка в клетках и тканях.
Поворотным моментом стало открытие Карико и Вайсмана, продемонстрировавшее, что мРНК, полученная с модифицированными основаниями, уклоняется от распознавания врожденным иммунитетом. Это открытие, позволяющее обмануть иммунитет, имело решающее значение для создания вакцины, пригодной для клинического использования во времена пандемии.
«Основная проблема, которую пытались решить эти ученые, заключается в том, что при введении нуклеиновых кислот наступает цитотоксический эффект. То есть сенсоры в клетках видят нуклеиновые кислоты ДНК или РНК там, где их не должно быть, тогда клетка сигнализирует о том, что внутри нее инфекция, похожая на вирус. В результате запускается иммунная система, клетка начинает умирать. Чтобы это предотвратить, биохимики начали разрабатывать технологии, где часть нуклеотидов заменяли на аналоги, в частности на псевдоуридин. Они хотели замаскировать РНК, чтобы клетки не включали противовирусную тревогу», — рассказал «Газете.Ru» вирусолог, руководитель лаборатории геномной инженерии МФТИ Павел Волчков.
мРНК-революция
Вакцины компаний Pfizer и Moderna были первыми ласточками. Однако направление продолжает набирать обороты. Сегодня технология синтеза мРНК применяется и в терапии онкологических заболеваний.
В России первопроходцами в этом направлении являются специалисты Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН. Еще до пандемии они создали технологическую элементную базу для синтеза мРНК. Имея такую базу, можно разработать аналог вакцин от COVID-19 компаний Pfizer и Moderna за считанные недели. В данный момент ученые ведут исследования по созданию вакцины от гриппа.
«Мы занимаемся разработкой варианта мРНК-вакцины от гриппа. Мы запустили эксперимент на мышах, хотим проверить, правильно ли собрана структура мРНК, правильно ли она доставляется в клетки. Впереди еще один год испытаний», – рассказал «Газете.Ru» заведующий лабораторией геномного редактирования Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, директор по развитию группы компаний «Биосан» и «Биолабмикс» Григорий Степанов.
Однако, по словам экспертов, получившиеся у Pfizer и Moderna вакцины от COVID-19 неидеальны. По словам главы Центра им. Гамалеи, академика Александра Гинцбурга, мРНК-вакцины имеют серьезные побочные эффекты, которые могут угрожать жизни.
«мРНК-технологии имеют большое количество побочек, в том числе миокардитов как внешней, так и внутренний оболочки сердечной камеры. Они возникают за счет того, что наша иммунная система воспринимает те липиды, в которые упаковано мРНК, как чужеродные. Кроме того, мРНК в плане эволюции — нонсенс для организма, когда оно вводится в таких количествах, как при вакцинации, и он воспринимает их как чужеродные. В результате в организме возникает сильнейшее воспаление», — объяснил Гинцбург.
Тем не менее, в Центре Гамалеи также существует научная группа, которая поддерживает направление мРНК-технологий. Эти технологии решили использовать в создании вакцины против онкологических заболеваний, когда у пациента уже не остается выбора.
«Мы продолжаем создавать мРНК-вакцину против онкологических заболеваний. В этом случае окна выборов не существует. Например, при меланоме использование мРНК-препаратов позволяет создать очень мощный иммунитет», — рассказал Гинцбург.
При освоении технологий обмана иммунитета, которые были придуманы Каталин Карико и Дрю Вайсманом, у мРНК-препаратов открывается большое будущее. мРНК-технологии не ограничиваются только инфекционными заболеваниями, они применимы и в терапии онкологических и генных заболеваний.
«Один из пунктов нашей работы – разработка универсальной структуры искусственных мРНК, которая позволит в будущем менять ту часть, которая отвечает, против какого вируса будет работать вакцина, и перенаправлять мРНК на другие вирусы. Мы строим именно такую платформу», — рассказал Григорий Степанов.
Вторая фундаментальная задача, над которой работают ученые: как правильно организовать доставку лекарственных средств в клетку. «Существуют разные способы, например в вакцинах против COVID-19 использовали липидные наночастицы. Мы разрабатываем другие структуры доставщиков», — отметил он.
Степанов подчеркнул, что в своей работе ученые СО РАН ориентируются на основополагающую статью, которая была написана в 2005 году Каталин Карико и Дрю Вайсманом.
Спрятала деньги в плюшевом мишке и сбежала в США
Теперь о самих лауреатах.
Каталин Карико, которая просит называть ее просто «Кэти», выросла в небольшом венгерском городе Кишуйсаллаше. Ее мать работала бухгалтером, а отец – мясником. Еще в школе Каталин преуспела в изучении естественно-научных дисциплин и даже заняла третье место в стране в олимпиаде по биологии.
Будучи студенткой Университета Сегеда, она работала в Центре биологических исследований в лаборатории, специализирующейся на липосомах — пузырьках, которые можно использовать для инкапсуляции генетического материала. Тогда было нелегко заказать лабораторные ингредиенты, поэтому ученые добывали их самостоятельно: руководитель лаборатории даже поехал на велосипеде на скотобойню, чтобы забрать коровий мозг для экспериментов.
«Именно так я всегда постигала науку. На самом деле неразрешимых проблем не существует. Вы не можете что-то купить? Вы это делаете», — сказала Карико Washington Post.
В 1985 году лаборатория, в которой работала Карико, лишилась финансирования. Тогда биолог купила билет в один конец из Венгрии в США вместе с мужем и двухлетней дочерью. Для этого семья продала свою машину, спрятав деньги в большого плюшевого мишку. Он по сей день хранится в комнате дочери Карико.
Однако самый трудный момент в карьере Карико был впереди: в возрасте 58 лет она ушла из Пенсильванского университета и переехала в Германию, чтобы работать вице-президентом в Biontech.
«Я оставила мужа и наш дом в США, а потом осталась одна в Германии, в маленькой квартирке. В первую неделю я думала: «У меня есть дом с лесом площадью в один акр и муж, который ждет в США, а теперь я здесь живу на чемодане». В подвале стояла стиральная машина, и она была настолько грязной, что мне пришлось чистить ее полдня. В течение первой недели я каждую ночь засыпала в слезах и думала, что совершила большую ошибку. Но потом, после той недели, я оказалась настолько занята, что у меня больше не было времени на слезы», — поделилась своими воспоминаниями ученая.
Новость о том, что разработанная Каталин Карико вакцина от COVID-19 оказалась рабочей, застала ученую во время дня рождения ее дочери, 8 ноября 2020 года.
«Да, я помню, это было воскресенье, день рождения моей дочери. Мы праздновали, когда мне позвонили и сказали, что по результатам тестов вакцина работает. На основании более ранних клинических испытаний у нас была уверенность, что вакцина окажется эффективной», — делилась Карико.
Дочь Каталин Карико Сьюзан Франсия занимается греблей и выиграла две олимпийские медали в составе сборной США.
«Замечали ли вы, что гребете спиной по направлению движения? Как и наука. Вы не видите финиша. Вы даже не знаете, что есть финиш. Вы даже не знаете, что идете в правильном направлении. Но вы продолжаете работать», — сказала Карико газете El Pais.
Родился 40-летним
Дрю Вайсман вырос в городе Лексингтон (США, штат Массачусетс). После завершения стажировки в Национальном институте аллергии и инфекционных заболеваний в 1997 году он начал работу в Пенсильванском университете, в котором и познакомился с Карико.
В юности Вайсман занимался спортом и изучал боевые искусства, а во время учебы в старшей школе работал в компании своего отца, производившей оптические зеркала для спутников.
По словам младшей сестры Дрю Вайсмана, Стефани Вайсман, ее брат с детства отличался выдержкой и дисциплинированностью. Еще будучи ребенком он освоил управление парусным судном в одиночку. Стефани Вайсман отметила, что ее брат «родился уже 40-летним».
Когда ученые впервые нашли способ безопасного применения мРНК в вакцинах и поняли, что совершили прорыв, открытие никого не заинтересовало. Сам Вайсман вспоминает, что, вопреки ожиданиям, им никто не звонил.
«Наши телефоны молчали. Никого это не волновало. Но мы знали потенциал и никогда не прекращали работать над ним», — рассказал Вайсманн в интервью The Washington Post.
Теперь телефоны Каталин Карико и Дрю Вайсмана разрываются от тысяч звонков: весь мир хочет поздравить их с присуждением Нобелевской премии по физиологии и медицине.
