Katalin Karikóová a Drew Weissman jsou letošními laureáty Nobelovy ceny za fyziologii a lékařství. Obdrželi ji za objevy týkající se modifikací nukleosidových bází, které umožnily vývoj účinných mRNA vakcín proti nemoci covid-19.
„Objevy obou laureátů Nobelovy ceny jsou zásadní pro vývoj účinných mRNA vakcín proti nemoci covid-19 během pandemie, která začala na začátku roku 2020. Svými převratnými objevy, které zásadně změnily naše chápání interakce mRNA s naším imunitním systémem, přispěli k bezprecedentní rychlosti vývoje vakcín během jedné z největších hrozeb pro lidské zdraví v moderní době,“ zdůvodnila komise svůj výběr.
Vakcíny před pandemií
Očkování posiluje tvorbu imunitní odpovědi proti nějakému nebezpečnému a viru nebo bakterii. Díky tomu má pak člověk náskok před nemocí, kterou tyto patogeny způsobují. Vakcíny založené na usmrcených nebo oslabených virech jsou staré desítky let, příkladem těch, které lidstvu pomohly nejvíc, jsou vakcíny proti dětské obrně, spalničkám a žluté zimnici. Význam těchto očkování si experti uvědomují dlouhodobě – například roku 1951 dostal Max Theiler Nobelovu cena za fyziologii nebo lékařství za vývoj vakcíny proti žluté zimnici.
Díky pokroku v molekulární biologii v posledních desetiletích se ale ukázalo, že je lepší vyvinout vakcíny založené spíše na jednotlivých částech viru než na celých virech. Části virového genetického kódu, obvykle kódující proteiny nacházející se na povrchu viru, se používají k výrobě proteinů, které zesilují tvorbu protilátek, jež pak proti mikroskopickým útočníkům pomáhají. Příkladem tohoto vývoje jsou vakcíny proti viru hepatitidy B a lidskému papilomaviru.
Další moderní možností je, že jde části virového genetického kódu přesunout do neškodného nosiče, takzvaného vektoru. Tato metoda se používá například ve vakcínách proti viru ebola. Při injekčním podání vektorových vakcín se v našich buňkách vytvoří vybraný virový protein, který stimuluje imunitní odpověď proti cílovému viru.
Obě tato očkování ale spojuje stejný problém: výroba vakcín potřebuje rozsáhlé buněčné kultury. A to je náročné na zdroje, takže to znemožňuje rychlou výrobu vakcín, když jsou nejvíc zapotřebí – například přímo během epidemie nebo pandemie. Vědci se proto dlouho pokoušeli vyvinout technologie nezávislé na buněčných kulturách, jenže nedokázali najít způsob, jak tato omezení obejít.
Naděje přišla z Maďarska
V našich buňkách se genetická informace zakódovaná v DNA přenáší do messengerové RNA (mRNA), která se používá jako předloha pro výrobu bílkovin. V 80. letech 20. století vznikly účinné metody výroby mRNA bez buněčné kultury – tento proces se odborně jmenuje transkripce in vitro. Tento rozhodující krok urychlil rozvoj aplikací molekulární biologie v několika oblastech. Rozjely se také myšlenky na využití technologií mRNA pro vakcíny a terapeutické účely, ale reálně to nikdo nedokázal. In vitro transkribovaná mRNA totiž byla nestabilní, a navíc vyvolávala silné zánětlivé reakce – způsobovala tedy víc škody než užitku.
Nic z toho neodradilo maďarskou biochemičku Katalin Karikóovou, která emigrovala do Spojených států roku 1985, když jí doma kvůli nedostatku financí zavřeli laboratoř. Na počátku 90. let, kdy působila jako odborná asistentka na Pensylvánské univerzitě, věřila, že mRNA je cestou pro účinnější léčbu – a to přesto, že pro tuto tehdy podceňovanou technologii nedokázala najít sponzory.
Pomohl jí v tom její kolega imunolog Drew Weissman, kterého náhodou potkala u kopírky. Zajímal se o dendritické buňky, které mají důležitou funkci v imunitní reakci. Když zjistili, jak moc se jejich výzkum prolíná, začali spolupracovat.
Průlom přichází
Karikóová a Weissman si všimli, že buňky umí rozeznat in vitro přepsanou mRNA jako cizí látku, takže na ně útočí a to vede k zánětům. Právě to, jak a proč organismus považuje mRNA za vetřelce, bylo jádrem jejich výzkumu. A přišli na to.
Trvalo to dlouho, potřebovali vytvořit spoustu různých variant mRNA s mnoha jedinečnými změnami. Ale nakonec prokázali, že zánětlivá reakce se nedostaví, když se báze mRNA správně upraví. „Jednalo se o zásadní změnu v našem chápání toho, jak buňky rozpoznávají různé formy mRNA a jak na ně reagují. Karikóová a Weissman okamžitě pochopili, že jejich objev má hluboký význam pro využití mRNA v terapii,“ uvádí Nobelovské komise. Tyto zásadní výsledky zveřejnili v roce 2005, tedy pouhých patnáct let před pandemií covidu-19.
Výsledky zasáhly vědeckou komunitu jako bomba – bylo jasné, že právě tohle je ta změna, na kterou se čekalo. Oba vědci ve výzkumu tohoto fenoménu pokračovali: v dalších studiích v letech 2008 a 2010 Karikóová a Weissman ukázali, že dodávka mRNA generované s modifikací bází výrazně zvyšuje produkci proteinů ve srovnání s nemodifikovanou mRNA. Tento účinek byl způsoben sníženou aktivací enzymu, který řídí produkci proteinů. Svým objevem, že modifikace bází snižují zánětlivé reakce a zároveň zvyšují produkci proteinů, odstranili Karikóová a Weissman vlastně všechny překážky na cestě k praktickému využití mRNA v medicíně.
Byznys větří příležitost
Oba vědci také hned založili společnost, která měla na převodu do praxe pracovat – jmenovala se RNAR. Zájem o technologii mRNA se začal zvyšovat a v roce 2010 pracovalo na vývoji této metody rovnou několik společností. První snahy mířily k vakcínám proti viru Zika a MERS-CoV – druhý jmenovaný je úzce příbuzný s virem SARS-CoV-2, jenž způsobuje covid.
Právě díky tomu se v USA a Německu dokázalo tak rychle přijít na řešení problému a vědci ve firmách Pfizer/BioNTech a Moderna mohli rekordní rychlostí vyvinout dvě vakcíny s modifikovanou mRNA. Hned první testy ukázaly ochranu kolem 95 procent a minimum vážnějších vedlejších účinků, takže obě vakcíny mohly být schváleny už v prosinci 2020. Katalin Karikóová v té době už pracovala ve společnosti BioNTech.
„Působivá flexibilita a rychlost, s jakou lze vyvíjet mRNA vakcíny, otevírá cestu k využití nové platformy také pro vakcíny proti dalším infekčním onemocněním. V budoucnu může být tato technologie využita také k dodávání terapeutických proteinů a k léčbě některých typů rakoviny,“ zdůrazňuje i budoucí význam této biotechnologie komise Nobelových cen.
Celkem bylo na celém světě podáno více než 13 miliard dávek vakcíny proti covidu-19. Zachránily miliony životů a u mnoha dalších lidí zabránily závažnému onemocnění, což zase umožnilo konec lockdownů a návrat k normálnímu životu. „Svými zásadními objevy významu modifikací bází v mRNA letošní laureáti Nobelovy ceny zásadně přispěli k tomuto transformačnímu vývoji během jedné z největších zdravotních krizí naší doby,“ dodává komise.
Cena za medicínu
Cena za fyziologii a lékařství se tradičně vyhlašuje na úvod takzvaného nobelovského týdne. Loni ji získal švédský expert na evoluční genetiku Svante Pääbo, který popsal křížení pravěkých předků lidí. V příštích dnech budou oznámeni noví nositelé Nobelových cen za fyziku, chemii, literaturu a mír. Příští pondělí pak tento maraton završí jméno čerstvého držitele ocenění za ekonomii.
Nositel ceny obdrží zlatou medaili, diplom se zdůvodněním a finanční obnos. Odměna, která je vyplácena držitelům Nobelovy ceny, letos vzroste o milion švédských korun (přes dva miliony korun). Každý z laureátů tak dostane 11 milionů švédských korun (22,7 milionu korun). V případě, že je jedna cena udělena více osobnostem, laureáti si odměnu dělí.
Letošní telefonát laureátovi:
Výše odměny se v posledních letech mění. Nobelova nadace uvedla, že zvýšení vyplácené částky bylo možné vzhledem k lepší finanční situaci organizace. Kvůli finančním problémům musela Nobelova nadace snížit v roce 2012 odměnu z deseti na osm milionů švédských korun. V roce 2017 byla odměna zvýšena na devět milionů švédských korun a v roce 2020 na deset milionů.
Agentura Reuters nicméně upozornila, že vzhledem k tomu, že švédská koruna ztratila za poslední desetiletí vůči euru asi 30 procent své hodnoty, držitelé Nobelovy ceny si ve skutečnosti finančně nepolepší.
