Bu sene Nobel Ödül Töreni’nin açılışı 2023 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü ile yapıldı. COVID-19’a karşı etkili ve çok hızlı üretilen mRNA aşılarının geliştirilmesini mümkün hale getiren nükleozit baz modifikasyonları hakkındaki çalışmalarıyla ödülün ortak sahipleri Katalin Karikó ve Drew Weissman oldu.
Bu ödülün içeriğini biraz daha yakından tanımak ve ne kadar çok şeyi değiştirdiğini görmek ister misiniz?
AŞININ TARİHİ
Aşı kavramına hepimiz aşinayızdır. Doğduğumuzdan bazı hastalıkları geçirmemizi önleyen veya daha kolay geçirmemizi sağlayan; pandemi döneminde önemini bir kez daha fark ettiğimiz aşılar hayatlarımızın büyük bir parçası. Aşı belki de insanlık için yapılmış en önemli buluşlardan biridir. Aşılar, vücuda giren bir antijene (hastalık yapıcıya) karşı cevap üretebilmek ve vücudu savunmak için kullanılan kimyasallardır. İlk üretilen aşılar daha geleneksel yöntemlere dayanıyordu. Bu aşılarda hastalık yapıcı organizmaların zayıflatılmış veya inaktive edilmiş hallerini kullanılıyordu. Bu sayede hastalık yapıcı etken vücuda girdiğinde tanınması kolaylaşıyor ve önlenme ihtimali artıyordu.
Bu “tam virüs” aşıları sayesinde üretilen çocuk felci, kızamık ve sarı humma ve benzeri hastalıkların aşılarının yıllar içinde ne kadar çok hayatı kurtarmış olabileceğini tahmin edebilirsiniz. Ancak bu yöntem riskli olmakla beraber epey zaman alıcıydı.
(Görsel 2 kaynak: https://news.mit.edu/2020/rna-vaccines-explained-covid-19-1211)
Zamanla bilim insanları aşı geliştirmek için virüslerin tamamı yerine belli parçalarını kullanabilir duruma geldiler. Bunun için virüslerin belirli yüzey proteinlerini kodlayan kısımlarını kullanmaya başladılar. Bu yöntemde virüsün genetik kodunun bir kısmı, virüsün yüzeyinde bulunan proteinleri kodlayan genetik şifreler sayesinde üretilen proteinler, kullanılır ve bağışıklık tepkisi oluşturmaları beklenir. Protein bazlı aşıların kullanıldığı virüslere papilloma ve hepatit B virüsü örnek olarak verilebilir. Tam virüs aşılarından bu aşılara geçilmesini de elbette moleküler biyolojideki gelişmelere borçluyuz.
Ama maalesef daha kullanışlı olması fark etmeksizin bu üç yöntemde de yerine tam oturmayan bir şey vardı: Hücre kültürüne ihtiyaç olması. Hücre kültürü, yani hücrelerin kontrollü şartlar altında üretilmesi, hem çok uzun bir süreç hem de çok fazla kaynak gerektiriyor.
Aşı üretiminde kullanılan diğer bir yöntem ise patojenin genetik kodunun bir kısmının “vektör” olarak adlandırılan zararsız bir taşıyıcı virüse aktarılması. Bu güvenebileceğimiz taşıyıcı virüsler, diğer bir deyişle vektörler, vücuda enjekte edildikten sonra adeta bir ajan gibi çalışarak viral proteinlerin üretimini başlatır. Böylece bağışıklık sistemi uyarılmış olur.
mRNA AŞILARI
Daha sonradan geliştirilen mesajcı RNA (mRNA) aşı teknolojisi de aynı prensiple çalışıyor ve bağışıklık sistemine gerektiğinde savaşabilmesi için proteini tanıtıyor. mRNA molekülleri de DNA’dan sentezlenerek protein sentezinde bir kalıp görevi görüyor. Yani mRNA’lar protein sentezinde çok kritik bir rol oynuyor diyebiliriz. mRNA aşılarında vücuda verilen bu küçük mRNA parçası, vücut hücrelerine virüsün yüzeyinde bulunan zararsız bir proteini (spike protein) üretmeleri için komut veriyor.
1980’lerde mRNA moleküllerini hücre kültürlerine ihtiyaç duymadan üretmek için, ”in vitro transkripsiyon” adı verilen yeni bir yöntem geliştirildi. Ama bu durumun da bazı dezavantajları vardı.
In vitro transkripsiyonla üretilen mRNA’lar genellikle kararsızdı. Bu durum, mRNA’ları vücuda aktarmak için karmaşık taşıyıcı lipit sistemleri kullanılmasını gerektiriyordu. Buna ek olarak, cansız ortamda üretilen bu mRNA’lar vücutta enflamasyon (yangı) tepkilerine neden oluyordu.
2005’TEN GELEN MESAJCILAR
Karikó-Weissman ikilisinin 2005 yılında yayımladığı makale, mRNA aşılarının geliştirilmesindeki engellerin aşılmasını sağladı. Pandemiden 15 yıl öncesinde yayımlanan bu makale, mRNA aşılarıyla ilgili pek çok şeyi değiştirebileceğimizin bir habercisiydi.
(Görsel 3 kaynak: https://kurious.ku.edu.tr/haberler/2023-nobel-fizyoloji-veya-tip-odulu-asi-icin-mrnanin-degistirilmesi/)
Karikó ve Weissman, hücre kültürü kullanmadan üretilen (in vitro) mRNA’lar vücuda girdiğinde bu bahsettiğimiz enflamatuar tepkilere neden olan şeyin dendritik hücreler olduğunu fark ettiler. Bu hücreler mRNA’yı yabancı bir madde olarak algılıyor ve enflamatuar sinyal moleküllerini aktifleştiriyordu. İşin daha da ilginç yanı, memeli hücrelerinde üretilen mRNA’larda böyle bir durumla karşılaşılmıyordu. In vitro olarak üretilen mRNA’nın neden yabancı karşılandığını merak ettiler. Bunun nedeninin, memeli hücrelerinde RNA’yı oluşturan dört bazın (A, U, G, C) genellikle kimyasal olarak modifiye edilmesi; in vitro üretilmiş mRNA’da ise böyle bir özelliğin bulunmaması olabileceğini öngördüler. Gerçekten de böyle olup olmadığını araştırmak için farklı şekilde değiştirilmiş bazlar taşıyan çok fazla mRNA varyantı ürettiler. Kimyasal olarak değiştirilmiş bu bazlar enflamatuar tepkiyi yok etti.
Bu sayede daha güvenilir mRNA molekülleri laboratuvarda sıfırdan üretilebilecek hale geldi. İlerleyen yıllarda yaptıkları çalışmalarda ise modifiye edilen mRNA’ların protein üretimini de artırdığını fark ettiler.
mRNA aşılarının belki de en büyük avantajı çok hızlı bir şekilde üretilebilmeleri. Geliştirilen mRNA aşı teknolojileri sayesinde yakın zamanda geçirdiğimiz pandemide çok hızlı bir şekilde aşı üretilebildi. Aynı zamanda modifiye edilmiş bazlarla ilgili bulgular da bilimdeki büyük bir gizemi daha çözmüş oldu. Sanırım insanlık olarak yukarıda illüstrasyonunu gördüğümüz iki bilim insanına ve mRNA’lara bir teşekkür borçluyuz, ne dersiniz?
KAYNAKÇA
- 2023 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü: Aşı İçin mRNA’nın Değiştirilmesi – KURIOUS. (2023, October 4). KURIOUS. https://kurious.ku.edu.tr/haberler/2023-nobel-fizyoloji-veya-tip-odulu-asi-icin-mrnanin-degistirilmesi/
- Medicine Prize. (n.d.-b). NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/
Yazar: İdil TAŞDEMİR / Yıldız Teknik Üniversitesi – Biyomühendislik
Merhaba, ben İdil. Yıldız Teknik Üniversitesi biyomühendislik bölümünde okuyorum. Resim çizmek ve piyano çalmak en çok sevdiğim aktiviteler. Sanatın her türlüsüne ve yeni şeyler öğrenmeye bayılırım.
Editör: Buse UÇAR / Yıldız Teknik Üniversitesi – Biyomühendislik
Merhaba, ben Buse. Yıldız Teknik Üniversitesi Biyomühendislik bölümü öğrencisiyim. Bilimin ve biyolojinin olduğu her alanda çalışmaktan mutluluk duyarım. Kitap okumak hayatımın büyük bir bölümünü oluşturur. Ayrıca gezmek ve resim çizmek de hobilerim arasındadır.
Editör: Fatmanur ARSLAN / Yıldız Teknik Üniversitesi – Moleküler Biyoloji ve Genetik
Selam, ben Fatmanur. Yıldız Teknik Üniversitesi Moleküler Biyoloji ve Genetik bölümünde okuyorum. Tembel hayvanlara ve bu eşsiz canlıların büyülü dünyalarına bayılırım. Yemek yemek ve gezmek hayatımda büyük yer kaplar. Ek olarak; birçok dans branşıyla ilgileniyorum!