MRNA jest ważnym przekaźnikiem, przenoszącym instrukcje życia z DNA do reszty komórki. ktsimage/iStock przez Getty Images Plus 

Jedną z zaskakujących gwiazd odpowiedzi na pandemię koronawirusa jest cząsteczka zwana mRNA. To jest kluczowy składnik w Pfizer i Moderna Covid19 szczepionki. Ale sam mRNA nie jest nowym wynalazkiem z laboratorium. Wyewoluował miliardy lat temu i naturalnie występuje w każdej komórce twojego ciała. Naukowcy myślą RNA pochodzi z najwcześniejszych form życia, jeszcze zanim istniało DNA.

Oto krótki kurs na temat tego, czym jest mRNA i jaką ważną pracę wykonuje.

Poznaj pośrednika genetycznego

Prawdopodobnie wiesz o DNA. To cząsteczka, która zawiera wszystkie twoje geny zapisane w czteroliterowym kodzie – A, C, G i T.

Komunikator RNA przenosi informację genetyczną z DNA w wysoce chronionym jądrze do reszty komórki, gdzie struktury zwane rybosomami mogą budować białka zgodnie z planem DNA. ttsz / iStock przez Getty Images Plus

DNA znajduje się w komórkach każdej żywej istoty. Jest chroniony w części komórki zwanej jądrem. Geny są szczegółami w schemacie DNA dla wszystkich cech fizycznych, które czynią cię wyjątkowym.

Ale informacja z twoich genów musi dostać się z DNA w jądrze do głównej części komórki – cytoplazmy – gdzie składają się białka. Komórki polegają na Białka przeprowadzanie wielu procesów niezbędnych do funkcjonowania organizmu. Właśnie tam pojawia się informacyjny RNA, lub w skrócie mRNA.

Fragmenty kodu DNA są transkrybowane na skrócone wiadomości, które są instrukcjami tworzenia białek. Te wiadomości – mRNA – są transportowane do głównej części komórki. Po dotarciu mRNA, komórka może produkować określone białka z tych instrukcji.

Sekwencja dwuniciowego DNA jest transkrybowana na kod mRNA, dzięki czemu instrukcje mogą zostać przetłumaczone na białka. Alkov / iStock przez Getty Images Plus

Struktura RNA jest podobna do DNA, ale ma kilka istotnych różnic. RNA to pojedyncza nić liter kodowych (nukleotydów), podczas gdy DNA jest dwuniciowy. Kod RNA zawiera U zamiast T – uracyl zamiast tyminy. Zarówno struktury RNA, jak i DNA mają szkielet zbudowany z cząsteczek cukru i fosforanów, ale Cukier RNA to ryboza, a DNA to dezoksyryboza. Cukier DNA zawiera o jeden atom tlenu mniej i ta różnica jest odzwierciedlona w ich nazwach: DNA to przydomek kwasu dezoksyrybonukleinowego, RNA to kwas rybonukleinowy.

Identyczne kopie DNA znajdują się w każdej pojedynczej komórce organizmu, od komórki płucnej przez komórkę mięśniową po neuron. RNA jest produkowane w razie potrzeby w odpowiedzi na dynamiczne środowisko komórkowe i doraźne potrzeby organizmu. Zadaniem mRNA jest pomoc w rozpaleniu maszynerii komórkowej do budowy białek, zgodnie z kodowaniem DNA, które są odpowiednie w danym czasie i miejscu.

Połączenia proces, który przekształca DNA w mRNA w białko jest podstawą funkcjonowania komórki.

Zaprogramowany do samozniszczenia

Jako pośredniczący przekaźnik, mRNA jest ważnym mechanizmem bezpieczeństwa w komórce. Zapobiega przejmowaniu przez najeźdźców maszynerii komórkowej w celu wytworzenia obcych białek, ponieważ każdy RNA na zewnątrz komórki jest natychmiast kierowany do zniszczenia przez enzymy zwane RNazami. Kiedy te enzymy rozpoznają strukturę i U w kodzie RNA, usuwają wiadomość, chroniąc komórkę przed fałszywymi instrukcjami.

mRNA daje również komórce sposób na kontrolowanie tempa produkcji białka – włączanie lub wyłączanie planów w razie potrzeby. Żadna komórka nie chce jednocześnie produkować każdego białka opisanego w całym genomie.

Instrukcje dotyczące RNA komunikatora są synchronizowane w czasie do samozniszczenia, jak znikający tekst lub wiadomość na snapchacie. Cechy strukturalne mRNA – U w kodzie, jego jednoniciowy kształt, cukier rybozy i jego specyficzna sekwencja – zapewniają, że mRNA ma krótki okres półtrwania. Te cechy łączą się, aby umożliwić „odczytanie” wiadomości, przełożenie jej na białka, a następnie szybkie zniszczenie – w ciągu kilku minut w przypadku niektórych białek, które wymagają ścisłej kontroli, lub w ciągu kilku godzin w przypadku innych.

Gdy instrukcje znikną, produkcja białka zatrzymuje się, dopóki fabryki białek nie otrzymają nowej wiadomości.

Wykorzystywanie mRNA do szczepienia

Zrobiły to wszystkie cechy mRNA duże zainteresowanie twórców szczepionek. Celem szczepionki jest sprawienie, aby Twój układ odpornościowy zareagował na nieszkodliwą wersję lub część zarodka, więc kiedy napotkasz prawdziwą rzecz, jesteś gotowy, aby ją zwalczyć. Naukowcy znaleźli sposób, aby wprowadzać i chronić wiadomość mRNA z kodem części białka wypustki na powierzchni wirusa SARS-CoV-2.

Szczepionki RNA posłańca pobudzają organizm biorcy do produkcji białka wirusowego, które następnie stymuluje pożądaną odpowiedź immunologiczną. Trinset / iStock przez Getty Images Plus

Połączenia szczepionka dostarcza wystarczającą ilość mRNA aby wytworzyć tyle białka kolczastego, aby układ odpornościowy człowieka wytworzył przeciwciała, które chronią go w przypadku późniejszego narażenia na wirusa. mRNA w szczepionce to wkrótce zniszczony przez komórkę – tak jak każde inne mRNA. mRNA nie może dostać się do jądra komórkowego i nie może wpływać na DNA człowieka.

Chociaż są to nowe szczepionki, podstawowa technologia został pierwotnie opracowany wiele lat temu i ulepszane stopniowo z biegiem czasu. W rezultacie szczepionki zostały dobrze przetestowany pod kątem bezpieczeństwa. Sukces tych szczepionek mRNA przeciwko COVID-19 pod względem bezpieczeństwa i skuteczności przewiduje jasny przyszłość nowych terapii szczepionkowych które można szybko dostosować do nowych, pojawiających się zagrożeń.

Wczesne badania kliniczne z użyciem szczepionek mRNA zostały już przeprowadzone dla: grypa, Zika, wścieklizna i cytomegalowirus. Z pewnością kreatywni naukowcy już rozważają i opracowują terapie innych chorób lub zaburzeń, które mogą skorzystać na podejściu podobnym do zastosowanego w przypadku szczepionek przeciwko COVID-19.

O autorze

Penny Riggsa, profesor nadzwyczajny genomiki funkcjonalnej i zastępca wiceprezesa ds. badań, Uniwersytet Texas A&M

książki_zdrowie

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.