Katalin Kariko və Drew Weissman 2023-cü ildə Tibb və Fiziologiya üzrə Nobel mükafatına layiq görüldülər. Bəs bu alimlər nəyi kəşf ediblər və bu kəşf Covid-19 əleyhinə vaksin hazırlamağa necə kömək etmişdir?

Bu suallara cavab verə bilmək üçüm gəlin əvvəl vaksinlərin necə işlədiyinə baxaq.

İnsan orqanizmi, virus, bakteria, göbələk və ya parazitlər kimi müxtəlif patogenlərə yoluxa bilər. Bu patogenlərə yoluxma orqanizmdə ciddi xəstəliklərə və hətta ölümə gətirib çıxara bilər. Bu patogenlər insan orqanizminə daxil olduqda orqanizmin immun sistemi yoluxan patogenlərə qarşı mübarizə aparmaq üçün həmin patogeni tanıyan və ona hücum edən xüsusi immun hüceyrələr hazırlayır. Amma immun sistemimiz bəzi patogenlərə qarşı sürətli və güclü reaksiya verə bilmir və yoluxmuş patogen orqanizmdə müəyyən fəsadlara gətirib çıxarır. Buna görə də orqanizmə təhlükəli patogenlərlə qarşı mübarizə aparmağa kömək etmək üçün alimlər bu patogenlərə qarşı vaksinlər hazırlayırlar.

Vaksinlər necə işləyir?

Vaksinlər bir neçə qrupa bölünür.

Ənənəvi vaksinlər. Patogen kimi virusları misal göstərsək bu tip vaksinlər adətən xəstəlik törətmə qabiliyyətini itirmiş və ya zəiflədilmiş viruslardan ibarətdir. Zəiflədilmiş viruslar xəstəlik törədə bilmir və eyni zamanda immun sistemin bu virusu tanımağa, onlara qarşı immun yaddaş formalaşdırmağa fürsəti olur. Virusa növbəti dəfə yoluxduqda bədənimiz artıq bu virusa qarşı immun yaddaş formalaşdırdığı üçün ona sürətli reaksiya verərək virusun qarşısını ala bilir. Məsələn, uzun illərdir poliovirusa qarşı istifadə edilən vaksin zəiflədilmiş polioviruslardan ibarətdir.

Protein əsaslı vaksinlər. Bu tip vaksinlər əvvəlkilərdən fərqli olaraq zəiflədilmiş bütöv virusdan yox sadəcə virusa məxsus proteinlərdən ibarətdir. Belə ki orqanizmə virus yoluxduqda immun sistemimiz virusların səthində olan proteinləri (antigenlər) tanıyan xüsusi müdafiə proteinləri (immunoqlobulinlər və ya anticismlər) istehsal edərək onlara qarşı immun yaddaş formalaşdırırlar. Bu prinsipə əsaslanaraq hazırlanan protein əsaslı vaksinlər, orqanizmə bütöv virusu yeritməkdənsə, sadəcə virusun müəyyən proteinini yeridərək ona qarşı immun yaddaş formalaşdırırlar. Hepatit B və insan papilloma viruslarına qarşı istifadə edilən vaksinlər protein əsaslı vaksinlərdir.

Vektor əsaslı vaksinlər. Bu tip vaksinlərdə isə əvvəlkilərdən fərqli olaraq  orqanizmə virusun porteinini yeritmək əvəzinə virusun proteinin kodlayan genetik kod, yəni virusun DNT`sinin bir hissəsi yeridilir. Belə ki, virusun DNT-si  laborator şəraitdə hazırlanmış xüsusi daşıyıcı vektorlar (vektorlar özləri də fərqlli tip zərərsiz viruslardır və bu tip viruslar hüceyrələrə effektiv şəkildə daxil ola bildiyinə görə istənilən genetik materialın hüceyrələrə yeridilməsində istifadə edilir) vasitəsiylə insan orqanizminə yeridilir. İnsan hüceyrələri yeridilmiş virus DNT`si əsasında virus proteinlərini istehsal etməyə başlayır və bu proteinlər insan orqanizminə yad olduğu üçün orqanizm onlara qarşı immun yaddaş formalaşdırır. Ebola virusuna qarşı hazırlanan vaksinlər vektor tipli vaksinlərdir.

Bütün bu sadalanan vaksinləri hazırlamaq üçün xüsusi laborator şərait və hüceyrə kulturası lazımdır. Virus proteinlərini və daşıyıcı vektorları istehsal etmək üçün köməkci hüceyrələrdən istifadə edilir və bu hüceyrələri saxlamaq və çoxaltmaq xüsusi laborator şərait və uzun müddət tələb edir. Bu da pandemiyalar və epidemiyalar zamanı bu tip vaksinlərin kütləvi şəkildə və sürətli istehsalına mane olur.

Katalin Kariko və Drew Weissman nəyi kəşf etdilər?

Katalin Kariko və Drew Weissman 1990cı illərin axırı və 2000ci illərin əvvələrində laborator şəratidə hazırlanan mRNT molekullarının bir çox xəstəliklərin müalicəsində effektiv şəkildə istifadə edilə bilinəcəyinə əsaslanaraq bu istiqamətdə tədqiqatlara başlayırlar. Xatırladaq ki, mRNT molekulu hər hansısa proteini kodlayan genetik kodu daşıyan molekuldur. Deməli orqanizmə lazım olan hər hansı bir proteini kodlayan mRNT-ni laborator şəraitdə hazırlayıb orqanizmə yeritsək orqanizm bu koddan istifadə edərək lazım olan proteini istehsal edə bilər.  Bu metodla bağlı ən böyük problem mRNT molekullarının özlərinin immun reaksiyaya səbəb olmasıdır. Belə ki, insandan alınmış immun hüceyrələr üzərində aparılan tədqiqatlar onu göstərirdi ki, laborator şəraitdə hazırlana mRNT-si hüceyrələrə yeridildikə onlarda həmən mRNT-nin özünə qarşı immun cavab yaranır. Yəni mRNT-nin huceyrəyə daxil olub lazım olan proteininin istehsalına  təkan verməmiş hüceyrə bu molekulun özünü yad cisim kimi tanıyır və ona qarşı immun reaksiya verməyə başlayır. Bu immun reaksiya həm yeridilmiş mRNT molekulları protein istehsalına səbəb olmadan məhv edir, həm də əlavə fəsadlara səbəb ola bilir.   

Burda çox vacib sual ortaya çıxır. Nəzərə alsaq ki insanda olduğu kimi bütün orqanizmlərdə də (və eyni zamanda laborator şəraitdə hazırlanan) mRNT sadəcə Adenin, Guanin, Citozin və Urasil nukleotidlərinin birləşməsindən əmələ gəlir, yəni tərkibcə eynidir, necə olur ki insan orqanizmi xaricdən daxil olan mRNT-sini öz istehsal etdiyi milyonlarla mRNT-indən fərqləndirə və onlara qarşı immun reaksiya verə bilir? 

Bu istiqamətdə aparılan tədqiqatlar göstərir ki, insan hüceyrələrində (və o cümlədən bütün məməlilərdə) mRNT-si istehsal edildikdən sonra bu molekulların tərkibindəki nukleotidlər müxtəlif modifikasiyalara məruz qalırlar. Beləliklə bu modifikasiyalar (məs pseudouridine, dihydrouridine, inosine, 7-methylguanosine və s.) nəticəsində Adenin, Guanin, Citozin və Urasil nukleotidlərinin fərqli versiyaları əmələ gəlir. İnsan hüceyrələrindən fərqli olaraq bakteriya və viruslarda (və eyni zamanda laborator şəraitdə hazırlanan mRNT-larında) bu tip modifikasiyalar baş vermir və ya çox az hallarda baş verir. Buna görə də yad orqanizimlərdə modifikasiya edilməmiş mRNT insan orqanizminə daxil olduqda insan orqanizmi onları asanlıqla fərqləndirə və onlara qarşı immun reaksiya verməyə başlayır. 

Bu nəticələrə əsaslanaraq alimlər düşünürlər ki əgər laborator şəraitdə hazırlanan mRNT-lərinə də insan orqanizmindəki kimi modifikasyalar edilsə insan orqanizmi bu mRNT yad molekul kimi tanımaz və ona qarşı immun cavab verməz. Nəzərə alsaq ki insan orqanizmində mRNT-nin indiyə qədər bilinən yüzə yaxın fərqli modifikasiya edilmiş versiyası mövcuddur, belə bir sual ortaya çıxır ki immun sistemdən yayınmaq üçün hansı modifikasiya və ya modifikasiyalar daha vacibdir?

Bu suala cavab tapmaq üçün Katalin Kariko və Drew Weissman laborator şəraitdə müxtəlif modifkasiyalar edilmiş mRNT molekulları hazırlamağa və onları hüceyrələr üzərində yoxlamağa başlayırlar. Bu alimlər apardıqları elmi təcrübələrlə mRNT-nin immun reaksiyaya səbəb olmadan orqanizmə yeridilməsinə imkan verən modifikasyaları aşkarlaya bilirlər. Onlar xüsusilə mRNT-nin tərkibindəki Urasil nukleotidinin uridin hissəsini həmən molekulun fərqli versiyası olan psevdouridin ilə əvəz etdikdə mRNT-nin həm immun reaksiyaya səbəb olmadğını həmdə daha çox protein istehsalına nail olduğunu təcrübi olaraq sübut edirlər. Alimlər 2010-cu ildə apardıqları sonrakı tədqiqatlarda pseudouridin modifikasiyasının başqa modifikasiyalarla müqayisədə necə daha çox protein istehsalına səbəb olmasının molekulyar mexanizmlərini də müəyyən edə bilirlər.

Bu kəşf Covid19-la mübarizəyə necə kömək etdi?

Alimlərin ortaya qoyduğu nəticələrdən istifadə edərək müxtəlif xəstəliklərə və viruslara qarşı daha effektiv mRNT əsaslı müalicə metodları və vaksinlər hazırlamaq olar. Bu kəşfin nə qədər əhəmiyyətli olduğu 2020-ci ildə baş verən Covid-19 pandemiyası zamanı üzə çıxır. Belə ki, bu virusa qarşı ilk vaksin hazırlayan Pfizer/Biontech və Moderna kimi biotexnologiya şirkətləri bu kəşfə əsaslanaraq Covid-19 əleyhinə qısa müddət ərzində mRNT tərkibli vaksin hazırlaya bilirlər. Bu vaksinlər Covid-19 virusuna məxsus proteinlərdən birini kodlayan mRNT molekullarından və bu molekulların hüceyrəyə daxil olmasına kömək edən lipid nano hissəciklərindən ibarətdir. Belə ki, həmən mRNT-lər insan hüceyrələrinə daxil olduqda, hüceyrələr bu genetik kod əsasında virusa məxsus proteini istehsal etməyə başlayır və bu protein orqanizmə yad olduğu üçün onlara qarşı immun cavab formalaşır. Yuxarıda qeyd edilən vaksin tiplərindən fərqli olaraq mRNT əsaslı vaksin hazırlamaq xüsusi hüceyrə kulturası tələb etmir və mRNT-ni köməkci hüceyrələr olmadan sintez etmək mümkündür. Ona görə də bu tipli vaksinlərin qısa müddət ərzində kütləvi istehsalı mümkün olur.

Xatırladaq ki Katalin Kariko və Drew Weissman bu tədqiqatları ABŞ da yerləşən və dünyanın on ən yaxşı universitetlərindən biri  hesab edilən Pensilvaniya Universitetində (UPenn) aparıblar. 

İstifadə edilən mənbələr

Karikó, K., Buckstein, M., Ni, H. and Weissman, D. Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The impact of nucleoside modification and the evolutionary origin of RNA. Immunity 23, 165–175 (2005).

Karikó, K., Muramatsu, H., Welsh, F.A., Ludwig, J., Kato, H., Akira, S. and Weissman, D. Incorporation of pseudouridine into mRNA yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability. Mol Ther 16, 1833–1840 (2008).

Anderson, B.R., Muramatsu, H., Nallagatla, S.R., Bevilacqua, P.C., Sansing, L.H., Weissman, D. and Karikó, K. Incorporation of pseudouridine into mRNA enhances translation by diminishing PKR activation. Nucleic Acids Res. 38, 5884–5892 (2010).

https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2023/press-release/