信使核糖核酸技术将使医学超越新冠病毒-19吗工作原理

自从Moderna和Pfizer mRNA新冠病毒-19疫苗首次被批准紧急使用以来，它们已经帮助显著减少了新冠病毒-19的病例数量。Dinendra Haria/SOPA Images/LightRocket通过Getty Images

几十年来，研究人员一直梦想着利用基因技术的力量来预防或治疗一系列疾病。人体内一种被称为信使RNA（核糖核酸）或mRNA的分子的合成版本具有这一前景。

只是怎样要让它发挥作用，面临着艰巨的挑战，许多科学界人士认为这是一座难以攀登的山峰。

但少数研究人员并没有放弃。他们花了数年时间试图解开mRNA之谜。然后，就像一部专为电视制作的电影，他们及时破解了密码，将世界从致命的灾难中拯救出来冠状病毒大流行．

信使rna执行任务

mRNA疫苗的工作原理是向细胞提供指令，使其能够产生抗原，并成为人体自身的抗体制造工厂。但要更好地了解这项技术以及它如何被用来保护我们免受新冠病毒-19的侵害，首先需要了解蛋白质。

蛋白质通常被认为是生命的基石。它们对人体组织和器官的结构、功能和调节是必不可少的。每一个人体细胞包含数万种不同的蛋白质，这些蛋白质由几个氨基酸组成，这些氨基酸相互连接，形成不同长度的链，折叠成各种形状。蛋白质的形状与蛋白质有很大关系蛋白质功能．

例如，有些调节特定的生理过程，如生长、发育、代谢和繁殖。一些蛋白质起着生物催化剂的作用，帮助身体在消化过程中锻炼肌肉、破坏毒素和分解食物颗粒。另一些则作为免疫系统的一部分抗体可以对抗感染病毒和细菌病原体。

细胞被分配其氨基酸序列，从而通过身体的信使RNA或mRNA来告知其蛋白质的功能。

把这个过程想象成一个间谍任务。信使rna传递给细胞制造某种蛋白质的指令。一旦细胞产生蛋白质，细胞破坏指令然后去制造这种特殊的蛋白质。

这张图显示了冠状病毒的结构和解剖结构，包括其蛋白质、核糖体、RNA和包膜。

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mRNA技术看似无限的可能性

一些研究人员开始怀疑：如果科学能够开发出一种具有特定编码序列的合成mRNA，并将其输送到人体，指导细胞创造任何类型的蛋白质生长剂来修复受损的组织、治疗罕见疾病的酶，甚至是抗感染的抗体，那会怎么样。

1990，威斯康星大学的一组研究人员成功地制造了一个合成基因并在实验室老鼠身上进行了测试。问题是合成的信使rna对老鼠的防御很敏感，在到达目标细胞传递编码信息之前就被破坏了，他说保罗Goepfert他是阿拉巴马大学伯明翰分校的医学教授，也是疫苗设计方面的专家。许多科学界人士认为这是一个致命的缺陷，并将他们的注意力转移到了其他地方。

但有两个宾夕法尼亚大学研究人员Katalin Karikó博士和免疫学家Drew Weissman博士仍然相信合成mRNA的机会。他们开始寻找一种使信使rna更稳定的方法。2005年，经过10年的艰苦研究，他们发现他们可以使用被称为脂质纳米粒子，或lpn，以保护合成的信使rna。这使得这种脆弱的分子具有隐身的特性，能够在免疫系统的雷达之外移动。

在接下来的几年里，研究人员将探索利用这项新技术开发mRNA的可能性。2010年，总部位于马萨诸塞州剑桥市的制药和生物技术公司Moderna Inc.成立，专门专注于基于mRNA的疫苗技术。“Moderna”这个名字字面上是由“修饰”这个词组合而成的“和”RNA。“

2008年，总部位于德国的BioNTech(生物制药新技术的缩写)成立，利用mRNA技术开发癌症免疫疗法候选药物。2018年，该公司与美国辉瑞公司合作. 开发基于mRNA的流感疫苗。

然后世界就受到了全球性流行病的打击。世界各地的研究人员开始把所有努力都用于开发冠状病毒疫苗。

这张图显示了一种来自病毒棘突蛋白（由新冠病毒-19或SARS-CoV-2研制而成）的胶囊化mRNA疫苗及其免疫应答的工作原理。

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信使核糖核酸疫苗是如何这么快获得批准的?

病毒不能自行繁殖。它们需要被感染的宿主细胞来启动这一过程，而在传染性病毒的情况下，这一过程会让人生病。为了让mRNA疫苗发挥作用，研究人员需要知道病毒使用的是哪种蛋白质作为宿主细胞。为此，他们需要破解COVID-19的遗传密码。这一过程得到了简化，因为COVID与之类似另外两种冠状病毒曾经感染过人类的病毒——中东呼吸综合征和非典．

到2020年12月31日，当中国首次承认肺炎样病毒群时，中国的研究人员已经在努力确定该病毒的致病性遗传密码．大约两周后，2020年1月12日，他们发布了基因测序数据. 这为各地的研究人员提供了开始研制疫苗的弹药。

“我们知道刺突蛋白是阿喀琉斯之踵，”Goepfert说。

从那时起，疫苗开发开始迅速进行。“信使rna疫苗的发展非常迅速。在这方面，我们有点幸运。”“一周后，Moderna和辉瑞公司生产出了他们的疫苗。”随后，这些公司能够领先制药公司开发传统疫苗，并迅速进入动物试验，不久之后，人体试验开始了。

信使rna疫苗和传统疫苗一样有效吗?

Moderna和Pfizer/BioNTech疫苗的表现都出人意料地好。研究表明，两倍剂量的辉瑞或摩德纳疫苗可分别提供95%和94%的原始病毒保护。

然而,几乎有一半在所有美国人中，大多数人都接种了疫苗。

Goepfert说：“疫苗犹豫不决的原因之一是人们对[mRNA-COVID疫苗]发展如此之快存在误解，在这样做的过程中，我们忽略了安全性评估，这根本不是事实。”。

“这种疫苗已经在数量惊人的人群中进行了测试，并且实际上它已经通过了任何产品的正常安全测试。现在它正在紧急使用授权下，我们拥有了数百万的安全数据——实际上比我们拥有的任何其他疫苗产品都多。”

Goepfert说，这些mRNA疫苗工作得很好，因为它们在免疫系统中诱导多个防御臂。“它们诱导抗体的中和，我认为这是矛，因为它们可以在你被感染之前消灭病毒。它们诱导功能性抗体，利用细胞更有效。它们诱导T细胞反应——辅助细胞和杀伤细胞反应——这非常重要。T细胞有助于预防感染中和抗体（NAb）是一种保护细胞免受病原体侵害的抗体。

他说，传统疫苗也能产生中和抗体并诱导抗体反应，但“它们不能同样产生t细胞反应”。