Miért járt a Nobel-díj Karikó Katalinéknak?

Karikó Katalint már évek óta az élettani-orvosi és a kémiai Nobel-díj egyik fő várományosaként emlegetik, hiszen az ő több évtizedes kutatómunkája alapozta meg a koronavírus-járvány leküzdésében kulcsszerepet játszó új típusú oltások, az mRNS-vakcinák kifejlesztését. 2021-ben és 2022-ben még hiába izgultunk a magyar sikerért, idén azonban Karikó és amerikai kutatótársa, Drew Weissmann valóban megkapta az élettani-orvosi Nobelt. Ezzel Karikó Katalin Szent-Györgyi Albert és Kertész Imre után a harmadik, aki magyar állampolgárként kapta meg a világ legrangosabb tudományos díját, egyben ő az első Nobel-díjas magyar nő.

De pontosan mi is az a munka, amellyel Karikó kiérdemelte a tudományos világ legnagyobb elismerését?

A vakcinák új generációja

Gyakori tévhit, hogy a koronavírus-járvány idején berobbant és élesben először a SARS-CoV-2 koronavírus ellen bevetett vakcina technológiája teljesen új, a járvány kitörésekor kezdtek el vele kísérletezni. Valójában azonban a vakcinák kifejlesztését több évtizedes kutatómunka alapozta meg, ebben játszott kulcsszerepet Karikó Katalin és Drew Weissmann.

Míg a hagyományos – az élő, gyengített vagy az elölt víruson alapuló – vakcinák a teljes vírust tartalmazzák, az eggyel újabb alegységvakcinák pedig annak egy darabkáját, a harmadik generációsak már csak a vírus legfontosabb részéről szóló információt juttatják be a szervezetbe, hogy az maga állítsa elő ezt a részt – a koronavírus esetében a tüskefehérjét.

Az mRNS-alapú vakcinák esetében ezt az információt az mRNS vagy hírvivő RNS nevű molekula hordozza: az emberi szervezetbe jutva arra utasítja a sejteket, hogy gyártsák le a tüskefehérjét, amelyen aztán az immunrendszerünk gyakorolhatja a vírus elleni védekezést, felkészülve az éles bevetésre.

Az mRNS nagyon sérülékeny, ezért lipid nanorészecskébe, azaz lényegében egy olajos burokba csomagolják, hogy hatékonyabban tudjon utazni, majd a dolga végeztével, néhány nap alatt lebomlik, és nyom nélkül felszívódik. Az ilyen és más típusú vakcinák működését is részletesen bemutattuk ebben a korábbi Telexikon-videónkban:

Karikóék nagy innovációja

A járvány alatt két gyártó, a Pfizer–BioNTech és a Moderna tudott előállítani a gyakorlatban is bevethető mRNS-vakcinát. Abban mindkét változat hasonló, hogy az mRNS-ben az egyik nukleozid, az uridin helyett N1-metil-pszeudouridint használ – éppen ez a módosítás az a nagy innováció, amelyet Karikó Katalin és munkatársai dolgoztak ki. Az mRNS-alapú terápiák és vakcinák kutatásának három évtizedes története van, Karikóék vonatkozó eredményéről pedig 2005-ben jelent meg az első tudományos közlemény.

Hogy pontosan miről is van szó, azt egy korábbi előadásában Pardi Norbert biokémikus, a Pennsylvaniai Egyetemen kutatója, Karikó Katalin közvetlen munkatársa is bemutatta, amikor a „nukleozid-módosított mRNS vakcinálási platform” kifejlesztésében szerepet játszó legfontosabb felfedezésekről beszélt.

Pardi szerint a sikerhez két fő problémát kellett megoldani. Az egyik, hogy az mRNS instabil, mert csak a genetikai információ ideiglenes tárolására szolgál, ezért gyorsan elbomlik: az RNS-eket bontó enzimek, az RNázok nagyon sok helyen jelen vannak az élő szervezetben, és szinte mindig szükség van valamilyen hordozómolekulára, amely megvédi az mRNS-t a nagyon gyors lebomlástól. Erre a problémára jelentett megoldást az mRNS lipid nanorészecskébe csomagolása, amiben Pardinak is kulcsszerepe volt.

Még ennél is fontosabb probléma volt azonban, hogy ha az mRNS-t az eredeti formájában akarták bejuttatni, a szervezet veleszületett immunitása rögtön riadót fújt, és harcba indult a betolakodó ellen. Ennek eredményeként a szintetikus RNS az élő szervezetbe bejuttatva erőteljes gyulladási folyamatot idézett elő: gyulladásos citokinek termelődését indította be.

Karikóék jöttek rá arra, hogyan lehet ezt a gyulladásos reakciót elkerülni. Különféle élőlényekből természetes RNS-eket izoláltak, és megfigyelték, hogy ezek eltérő mértékben vagy egyáltalán nem okoznak gyulladást. Minden RNS-ben van négy fő építőelem, a nukleotidok (ezek egyfajta változatai pedig a nukleozidok). Karikóék észrevették, hogy a gyulladáskeltő hatásban megfigyelt különbségeket az RNS nukleotidjain jelen lévő módosítások okozhatják, így a gyulladás a nukleotidok módosításával kiküszöbölhető.

Ennek alapján megalkották a nukleozid-módosított mRNS-re épülő technológiát, amely a Pfizer–BioNTech és a Moderna vakcinájának az alapját is adja.

A felfedézésük jelentőségét mutatja az is, hogy egy harmadik mRNS-vakcina, a CureVac szintén nagy reményekkel várt fejlesztése végül nem váltotta be a hozzá fűzött reményeket, mert nem bizonyult kellőképpen hatásosnak – márpedig ennek a vakcinának az egyik fő különbsége a másik kettővel szemben éppen az volt, hogy a CureVac módosítatlan mRNS-t használt, azaz nem alkalmazta Karikóék innovációját.

Karikó útja a Nobel-díjig közel sem volt diadalmenet, még az Amerikába költözése után is alig érdekelt valakit a kutatási területe, aprópénzért áldozta minden idejét a kutatásainak, miközben több egyetemről is kiszorították. Kitartása végül mégis célt ért – minderről a Nobel-díj bejelentéséről szóló cikkünkben írtunk részletesebben.