Что такое mRNA (мРНК) вакцина от коронавируса и как она работает?

На страницах Deep-Review мы рассказываем простым языком о том, как работают те или иные технологии, используемые в современных смартфонах, наушниках и фитнес-браслетах. Но разобраться в этом порой невозможно без более глубокого понимания того, как устроен наш мир и человеческий организм в частности.

Например, в статье о том, почему фитнес-трекеры напоминают о разминке, нам пришлось разобраться с устройством хромосом. А когда я рассказывал о функции измерения стресса некоторыми смартфонами и часами, мы детально рассмотрели работу нервной системы.

Тема коронавируса также не обошла стороной наш ресурс, так как современные фитнес-браслеты умеют определять уровень кислорода в крови, а это один из основных показателей наличия COVID-19 в организме, и необходимо было подробно объяснить, как это работает на самом деле.

Сегодняшняя тема намного важнее. Она касается не только современных технологий, но и нашего будущего, так как в области медицины назревает настоящая революция, катализатором которой послужила пандемия коронавируса. Или же, как сказали бы сторонники теории заговора — революция, ради которой и был создан коронавирус.

Возможно, вы уже слышали новости от Pfizer, BioNTech или Moderna об успешных клинических испытаниях первых вакцин на основе матричной РНК (мРНК или mRNA), которые показали эффективность свыше 90%. Но если нет, можете не сомневаться, в скором времени об этом будут говорить все. Эта тема затмит собой страшилки о чипировании людей и вреде 5G, ведь с подобным мы еще не сталкивались.

Аминокислоты, белки́, рибосомы… Кто здесь!?

Чтобы понять принцип работы новых mRNA (мРНК) вакцин и чтобы в будущем избежать мракобесных теорий, нужно иметь хотя бы базовое представление о живом организме.

Как известно, школьный учебник — это прекрасный пример того, как можно очень сложно и непонятно объяснять простые вещи. Поэтому я в двух словах нормальным языком напомню, что такое аминокислоты, рибосомы и другие понятия.

Белок — это основа всего. Именно из белков состоит всё живое на земле. Ферменты (то, что ускоряет различные химические процессы, вроде пищеварения) — это белки. Сухожилья, мышцы, волосы, ногти — это белки (коллаген, эластин, кератины).

Движение мышц осуществляется также благодаря белкам (миозин и актин). Белки переносят кислород во все ткани (гемоглобин). Именно белки защищают нас от вирусов (антитела) и они же регулируют рост, размножение, физическое и психическое развитие.

Все белки собраны из маленьких «деталек» — аминокислот. Они, словно детский конструктор, имеют разную форму (разные химические элементы в своем составе):

Для постройки человека нужно всего 20 различных деталек-аминокислот (их существует больше, но они не используются в человеческом организме).

Причем, только 12 из них организм может синтезировать (изготовить) самостоятельно, а остальные приходится брать извне. Когда мы едим, другие белки попадают в желудок, раскладываются на мелкие детальки (аминокислоты), которые затем и отправляются на «склад» для строительства нужных нам белков.

То, каким будет в итоге белок (его форма, свойства), зависит только от того, в какой последовательности и какие аминокислоты будут соединены друг с другом.

В каждой клетке есть специальный «прибор» для изготовления белков из аминокислот, называемый рибосомой. Этот «прибор» понятия не имеет, в какой последовательности складывать детальки. Ему нужна в прямом смысле слова инструкция. И такая инструкция на самом деле существует. Ее копии находятся в ядре каждой клетки и называются они молекулами ДНК.

От инструкции до организма

В ядре клетки закодирована инструкция по созданию белков. Это цепочка с генетическим кодом длиною в 2 метра. Она хорошенько упакована и порезана на 46 кусочков, называемых хромосомами:

Но использовать ДНК в качестве инструкции при изготовлении белков не получится, так как вытащить ДНК из защищенного ядра нельзя. Это слишком рискованно, ведь любое повреждение ДНК грозит серьезными проблемами.

Поэтому организм берет другую молекулу, очень похожую на ДНК, и помещает ее в ядро клетки. Там нужный кусок кода копируется с ДНК на «чистую заготовку» и уже эта вторая длинная цепочка извлекается из ядра. Теперь у нас есть инструкция вне ядра, которую можно свободно использовать. Такая молекула с кодом ДНК называется матричной РНК (мРНК или mRNA).

Дальше в дело вступает рибосома (тот самый «аппарат» по производству белков), в которую нужно «вставить» ленту с инструкцией (мРНК) и подать детали (аминокислоты). Рибосома проползает по ленточке мРНК, считывает записанный код и синтезирует белки в соответствии с инструкцией:

Спустя какое-то время (от нескольких минут до нескольких дней), лента с инструкцией (мРНК) разрушается. Зачем? Да за тем, что клетка не резиновая и нет никакого смысла хранить все инструкции про запас. Если организму что-то понадобится — он просто создаст мРНК заново, синтезирует белок, а затем снова уничтожит ненужную более инструкцию.

Вот и весь процесс! И теперь нужно еще немножко времени уделить тому, как происходит заражение коронавирусом.

Как коронавирус заражает человека

Коронавирус — это, вероятно, единственный вирус в мире, внешний вид которого знает практически каждый человек. У него есть множество маленьких отростков-щупалец в виде шипов, из-за которых он и получил свое название (не в смысле корона на голове короля, а солнечная корона из плазмы):

Вирус — это просто набор инструкций или генетического кода (в виде ДНК или РНК) в защитной оболочке. И проблема вируса заключается в том, что у него нет ни рибосомы («аппарата» для производства белков по инструкции), ни запчастей (аминокислот). Это просто летающая в воздухе инструкция по сборке вредоносных белков.

Естественно, главная задача любого вируса заключается в том, чтобы проникнуть в клетку и подсунуть ей свою инструкцию в виде РНК. А клетке без разницы, что делать. Если есть матричная РНК с инструкцией, тогда быстренько доставляются нужные детальки (за это отвечает транспортная РНК) и запускается производство белков.

Но тут еще одна проблема — попасть внутрь клетки, чтобы выгрузить свою РНК, не так просто. Для этого нужно, чтобы «присоски» вируса подошли к рецепторам на защитной оболочке клетки:

И так уж вышло, что шипы коронавируса идеально подходят к рецепторам АПФ2 (ангиотензинпревращающий фермент 2), которого больше всего именно в клетках легких. Также они встречаются в кишечнике и даже на нейронах головного мозга (если коронавирус проникает сюда, у человека может пропасть обоняние).

Итак, коронавирус попадает в организм, белковые «присоски» подсоединяются к подходящим рецепторам, в клетку выгружается РНК вируса и она сразу же берется за производство, штампуя огромное количество коронавирусов.

Если с этим всё понятно, тогда переходим к главному вопросу.

Что такое мРНК (mRNA) вакцина от коронавируса?

Все существующие ныне вакцины работают по одному и тому же принципу. Вначале нужно вырастить вирус в живой клетке (например, в куриных яйцах), затем «очистить» его, сделав слабым и безвредным. После этого каждый экземпляр проходит тщательную проверку, чтобы убедиться в безопасности вируса.

Такой обезвреженный и ослабленный вирус вводится в кровь человека, но навредить он уже не способен. Организм быстро его обнаруживает и создает специальные белки, называемые антителами. В дальнейшем, при заражении реальным (рабочим) вирусом, эти антитела моментально его уничтожат, не дав развернуть производство своих копий.

На разработку такой классической вакцины уходит порядка 10-15 лет. И на текущий момент рекордсменом по скорости создания является вакцина против паротита. От сбора первых образцов до получения лицензии на это лекарство ушло всего 4 года.

Для вакцины против коронавируса был применен другой подход без введения вируса в организм в каком бы то ни было состоянии.

Вместо ослабленного вируса, в лабораториях создается кусок его РНК (генетического кода или инструкции по созданию белков) и вводится в организм человека. Если ввести весь код РНК коронавируса, то наши клетки активно начнут создавать его копии, но мРНК-вакцина содержит не весь код, а только инструкцию по созданию «присосок», которыми коронавирус прикрепляется к клетке.

Когда такая инструкция, записанная на матричной РНК, попадает в организм, наши клетки начинают активно создавать щупальца реального коронавируса. Но сами по себе эти «присоски» совершенно безвредны.

Так как в организме появляется чужеродный белок (щупальца коронавируса), его замечает иммунная система и создает те же антитела, что и при использовании традиционной вакцины.

И вот теперь, когда в организм попадет реальный коронавирус, он не сможет своими шипами присоединиться к клетке для передачи РНК с вредными инструкциями, так как его шипы уже занесены в «черный список». Организм моментально уничтожит что угодно с такими «щупальцами».

А где же теория заговора!? Или о том, насколько опасна мРНК вакцина от коронавируса и почему

Не нужно быть особо проницательным, чтобы понять — в скором времени вокруг мРНК вакцин появится огромное количество споров и теорий заговоров. Но в отличие от 5G, нано-пыли и прочей ерунды, мРНК вакцина действительно вызывает определенные страхи.

Такие вакцины, конечно же, не должны никак влиять на ДНК человека. Матричная РНК не встраивается в ДНК и никак не изменяет ее, ведь она имеет совершенно другое предназначение в организме, о чем подробно было сказано выше. Кроме того, время жизни мРНК очень незначительное и введенный с вакциной генетический код не может длительное время как-то влиять на организм.

Однако, если говорить чисто теоретически, при помощи мРНК вакцины изменить ДНК, всё же, возможно. Для этого необходимо сделать так, чтобы матричная РНК содержала инструкцию синтеза белка под названием ревертаза или обратная транскриптаза. Когда рибосома сделает этот белок, он будет способен запустить процесс под названием обратная транскрипция. Я не уточнял вначале, но процесс копирования ДНК на РНК называется транскрипцией, соответственно, обратная транскрипция — это процесс образования ДНК на базе РНК.

Если поддаться панике, можно нафантазировать себе самые страшные теории. Ведь ничто не мешает «им» ввести РНК-инструкцию на изготовление любых белков в нашем теле. При желании такая РНК может изменить любые функции организма, начиная от репродуктивных и заканчивая умственными.

Но, повторюсь, это уже классическая теория заговора, так как ее нельзя ни доказать ее, ни опровергнуть.

С другой стороны, у мРНК-вакцин есть и вполне реальный (теоретически возможный) побочный эффект. У некоторых людей они могут вызвать аутоиммунную реакцию [1].

Добавлено 29.11.2020: в комментариях читатели спрашивали относительно других вакцин, включая российскую «Спутник V» (является ли она такой же мРНК-вакциной, как и вакцина от Pfizer или Moderna).

Чтобы таких вопросов не возникало, ниже кратко опишу некоторые популярные вакцины (смотрите также краткий комментарий после таблицы):

Краткий комментарий:

• мРНК вакцина — это вакцина на основе синтетической РНК. Именно об этом виде вакцин и шла речь в статье.
• Инактивированный вирус — вакцина на основе ослабленного вируса. Это классическая технология, суть которой заключается в выращивании коронавируса в лабораториях с последующей химической инактивацией.
• Векторная вакцина на основе аденовируса. Используется известный вирус (в данном случае — аденовирус), из которого удаляется весь генетический код и помещается внутрь РНК (или ДНК), кодирующая белок шипов коронавируса (S-белок). Эта вакцина также использует РНК, но не синтетическую, как мРНК-вакцины, а кусок кода, выделенного из реального коронавируса. Она гораздо менее «капризна», чем синтетическая молекула, поэтому ее гораздо проще транспортировать и хранить.

Как бы там ни было…

Если вакцина на основе матричной РНК, всё же, появится, это может произвести революцию в медицине. К примеру, не нужно будет делать множество прививок от различных болезней, достаточно будет одной вакцины с генетическим кодом. Кроме того, это позволит сделать новые вакцины, которые невозможно было разработать ранее, используя традиционный метод.

Да и вряд ли игры с генами ограничатся вакцинами, уж слишком огромный потенциал у этой технологии.

Для читателей, поддерживающих Deep-Review, доступно очень интересное и уникальное продолжение этого материала о коронавирусе! Как поддержать проект и получить доступ к закрытым материалам

Алексей, глав. редактор Deep-Review