ABD, Massachusetts merkezli bir aşı geliştiricisi olan Moderna, “mRNA-1273” olarak bilinen bir koronavirüs aşısı geliştirmek ve test etmek için Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) ile ortaklık kurdu. Klinik bir araştırma, aşının Covid-19’u önlemede yüzde 94’lük bir etkinlik oranına sahip olduğunu gösterdi.
Alman şirketi BioNTech, “BNT162b2” olarak bilinen bir koronavirüs aşısı geliştirmek ve test etmek için Pfizer ile ortaklık kurdu. Klinik bir araştırma, aşının Covid-19’u önlemede yüzde 95’lik bir etkinlik oranına sahip olduğunu gösterdi.
SARS-CoV-2 virüsü, insan hücrelerine girmek için kullandığı bir proteinle sıvanmıştır. Spike (başak, çıkıntı) adı verilen bu protein hemen tüm potansiyel aşılar ve tedaviler için cazip bir hedef oluşturuyor.
Hem Pfizer/BioNTech ve hem de Moderna’nın aşıları virüsün Spike proteini oluşturmak için genetik talimata dayanıyor.
Aşı, hücrelerimizin protein yapmak için okuduğu genetik materyal olan mesajcı RNA’yı (mRNA) kullanıyor. mRNA oldukkça kırılgan ve hassas bir moleküldür ve doğrudan vücuda enjekte edilirse doğal enzimlerimiz tarafından parçalara ayrılır. Firmalar, aşılarını korumak için, mRNA’yı lipit (yağ) nanopartiküllerinden oluşan yağlı baloncukla sarıyor.
Kırılganlıkları nedeniyle, mRNA molekülleri oda sıcaklığında hızla parçalanır. Moderna’nın aşısının buzdolabında saklanması gerekecek ve nakledildiğinde ve -20 oC’de saklandığında altı aya kadar kararlı kalacağı bildirilirken, Pfizer/BioNTech aşısının -70 veya -80 oC’de saklanabileceği bildirildi. Yine diğer bir fark, Pfizer/BioNTech aşısı 30 mikrogram mRNA içerirken (her iki dozda), Moderna’nın aşısı her iki dozda da 100 mikrogram mRNA içeriyor.
Enjeksiyondan sonra mRNA içeren lipid (yağ) nanopartikülleri hücrelere çarparak onlarla kaynaşarak mRNA’yı serbest bırakır. Hücremizin sitoplazmsaında (çekirdeğin dışını sran ve diğer organellerin de içinde bulunduğu sıvı kısım) bu mRNA (şifre) ribozomlarımıza bağlanır ve orada Spike proteinine deşifre olur (yani ifade olunur). Bir süre kullanıldıktan sonra, aşının mRNA’sı hücre tarafından yok edilir ve kalıcı iz bırakmaz.
Spike proteinlerinden bazıları, hücre yüzeyine göç eden ve uçlarını dışarı çıkaran sivri uçlar oluşturur. Aşılanan hücreler ayrıca bazı Spike proteinlerini yüzeylerinde MHC I veya MHC II komplekleri denen antijen sunucu proteinlerimiz aracılığı ile sundukları parçalara ayırır. Bu çıkıntılı sivri uçlar ve dikenli protein parçaları daha sonra bağışıklık sistemi tarafından tanınabilir.
Aşılanmış bir hücre öldüğünde, enkaz birçok başak protein ve protein parçasını içerecek ve bunlar daha sonra antijen sunan hücre (örn. dendritik hücreler, makrofajlar, vd) adı verilen bir tür bağışıklık hücresi tarafından yakalanabilir.
Antijen (yabancı molekül) sunan bağışıklık hücreleri yüzeyinde Spike proteinin parçalarını sunar. Yardımcı T hücreleri olarak adlandırılan diğer hücreler bu parçaları tespit ettiğinde, alarm verilir ve enfeksiyonla savaşmak için diğer bağışıklık hücrelerinin oraya gelmesine yardımcı olabilir.
B hücreleri olarak adlandırılan diğer bağışıklık hücreleri, hücrelerin yüzeyindeki koronavirüs Spike sivri uçlarına ve protein parçalarına çarpabilir. B hücrelerinin birkaçı, Spike proteinlerine veya onun parçalarına kilitlenebilir. Bu B hücreleri daha sonra yardımcı T hücreleri tarafından aktive edilirlerse, çoğalmaya ve Spike proteinini hedefleyen antikorları fabrika gibi üretmeye başlayacaklardır.
Antikorlar, koronavirüs Spike proteininin sivri uçlarına takılıp, virüsü imha için işaretleyebilir ve sivri uçların diğer hücrelere yapışmasını engelleyerek enfeksiyonu önleyebilir.
Antijen sunan hücreler, yüzeylerinde sivri protein parçalarını gösteren herhangi bir koronavirüs ile enfekte olmuş hücreleri bulmak ve yok etmek için katil T hücreleri adı verilen başka bir bağışıklık hücresi türünü de etkinleştirebilir.
Moderna’nın aşısı, bağışıklık sistemini koronavirüsle savaşacak kadar iyi hazırlamak için 28 gün arayla iki enjeksiyon gerektirir. Ancak aşı çok yeni olduğu için, araştırmacılar korumasının ne kadar süreceğini bilmiyorlar.
Aşılamadan sonraki aylarda antikorların ve katil T hücrelerinin sayısının düşmesi mümkündür. Ancak bağışıklık sistemi ayrıca, koronavirüs hakkındaki bilgileri yıllarca hatta on yıllarca saklayabilecek hafızalı B hücreleri ve hafızalı T hücreleri adı verilen özel hücreler de içerir. Erken bir çalışma, Moderna’nın aşısının en az üç ay koruma sağladığını göstermiştir.
Kaynak: NYT
mRNA aşılarının yapısı ve uygulaması
Aşılama teknolojisi olarak mRNA’nın arkasındaki temel prensip, bir veya daha fazla immünojeni (yanabancı proteini) kodlayan ilgili transkriptin, ifadesinin membran içinde, salgılanacak veya hücre içinde yer alacak çevrilmiş protein(ler)i ürettiği konakçı hücre sitoplazmasında iletilmesidir.
mRNA aşılarının yapısı esas olarak iki kategoriye ayrılır:
- kopyalanmayan mRNA (NRM)
- kendi kendini kopyalayan mRNA (SAM) (Şekil).
Hem NRM ve hem de SAM ortak bir başlık yapısı, 5′ ve 3′ çevrilmemiş bölgeleri (UTR’ler), açık okuma çerçevesi (ORF) ve 3′ poli(A) kuyruğa sahiptirler.
SAM, pozitif zincirli mRNA virüslerinden (yaygın olarak Sindbis ve Semliki-Forest virüsleri gibi alfavirüslerden) türetilen genetik replikasyon enzimlerini kodlayan genlerin dahil edilmesiyle farklılık gösterir.
Genel olarak, viral yapısal proteinleri kodlayan ORF, ilgili seçilen transkript ile değiştirilir ve viral RNA’ya bağımlı RNA polimerazı (RdRp), replikon yapısının sitoplazmik amplifikasyonunu yönlendirmek için tutulur.
Üretim süreci, T7 gibi DNA’ya bağımlı bir RNA polimeraz promotoru ve mRNA yapısı için karşılık gelen diziyi içeren bir plazmid DNA’sının (pDNA) üretilmesiyle başlar.
pDNA, DNA’ya bağımlı RNA polimerazın (DdRp) mRNA’yı kopyalaması için bir şablon görevi görecek şekilde doğrusallaştırılır (lineer hale sokulur) ve ardından bir DNaz işlem adımıyla DNA parçalanarak uzaklaştırılır.
Geriye kalan mRNA transkriptlerine 5′ başlığın ve 3′ poli(A) kuyruğunun eklenmesi, in vitro transkripsiyon adımı sırasında veya transkripsiyondan sonra enzimatik olarak gerçekleştirilebilir.
5′ ucun (şapka) enzimatik eklenmesi, sırasıyla bir Cap 0 (N7MeGpppN) veya Cap 1 (N7MeGpppN2′-OMe) yapısı elde etmek için guanilil transferaz ve 2′-O-metiltransferaz kullanılarak gerçekleştirilebilirken, poli-A kuyruğu poli-A polimeraz yoluyla enzimatik ekleme ile elde edilebilir.
Saflaştırma, yüksek basınçlı sıvı kromatografisinin (HPLC) uygulanmasıyla elde edilebilecek çok önemli bir sonraki adımdır.
Sonuçta elde edilen ilaç maddesi (yani mRNA) daha sonra ilaç ürünü halinde formüle edilir ve sterilite, kimlik, saflık ve etki testlerine tabi tutulur.
Aşılama için bir mRNA yapısının tasarımı, bir hücrenin sitoplazmasına salındıktan sonra, bağışıklık sistemine uygun şekilde sunulan yeterli miktarda kodlanmış immünojen üretmek (virüs proteini) için konakçı hücrenin translasyon makinesini (ribozom) verimli bir şekilde kullanmaktır.
Birçok kritik kalite özelliği, gen ifadesini en üst düzeye çıkarma çabalarının odağı olmuştur ve olmaya devam etmektedir (bkz. aşağıdaki Şekil).
Birincisi, mRNA’nın saflığı verimin çok önemli bir belirleyicisidir ve DNA’ya bağımlı RNA polimerazlarının, kendi kendine üretilen çift sarmallı (ds) RNA’nın yanı sıra, başarısız başlatma olaylarının bir sonucu olarak daha küçük oligoribonükleotid safsızlıkları sağladığı bilinmektedir. – tamamlayıcı 3′ uzantısı, model tanıma reseptörleri yoluyla tip I interferon ve inflamatuar sitokin üretimiyle sonuçlanabilir.
İkincisi, 5′ ve 3′ UTR bölgeleri gen ekspresyonunu maksimuma çıkarmak için önemlidir.
3′ UTR, 5′ UTR yapılarının uzunluğu ve her iki UTR’deki düzenleyici unsurların tümü verimliliği etkiler.
Üçüncüsü, bir trifosfat köprüsü yoluyla ilk kopyalanan nükleotide bağlanan mRNA molekülünün 5′ 7-metilguanozin (m7G) başlığı, etkili çeviri için gereklidir ve 5′-3′ eksonükleaz aracılı aprçalanmayı bloke eder.
Spesifik başlık yapısı, hem protein üretiminde hem de immünojenitede kritik bir rol oynar; tamamlanmamış kapaklama veya diğer bir isimle şapkalamanın (5′ trifosfat) ve Cap 0 yapılarının RIG-1’i uyardığı gösterilmiştir.
Ek olarak, 2-O’-metillenmemiş başlıklı RNA, translasyonun başlatılmasını (initiation) önleyen tetratrikopeptid tekrarlarına (IFIT1) sahip hücresel IFN ile indüklenen proteinler tarafından sekestre edilebilir veya sitoplazmik RNA sensörü MDA5 tarafından tespit edilebilir.
Dördüncüsü, poli (A) kuyruğu ve onun uzunluk gibi özellikleri, mRNA molekülünün translasyonu ve kararlı olması için çok önemlidir.
Son olarak, kodon optimizasyonu ve nükleotidlerin modifikasyonu transalsyon verimliliğine katkıda bulunur.
Örneğin, guanin ve sitozin (GC) içeriğinin optimizasyonunun önemli bir etkisi olmayabilir ve bu durum, DNA aşılarında iyi bir şekilde kanıtlanmıştır.
mRNA’ya karşı doğuştan gelen bağışıklık aktivasyonu, onun kullanımını da etkileyebilir.
Protein kinaz R (PKR) aktivasyonu için hücre içi sinyal tetikleyicilerini ortadan kaldırmak amacıyla psödouridin veya N-1-metilpsödouridin gibi modifiye edilmiş nükleosidlerin kullanımı, gelişmiş antijen ifadesi ve uyarlanabilir bağışıklık tepkileriyle sonuçlanır.
Başarılı protein üretiminin, minimum istenmeyen enflamatuar yanıtların ve sistemik adaptif immün yanıtların, kodlama dizisinin optimize edilmesi ve istenmeyen enflamatuar safsızlıkların giderilmesi kombinasyonu yoluyla değiştirilmemiş mRNA kullanılarak klinik öncesi olarak elde edilebileceği gösterilmiştir.
Yeni nesil LNP’ler, dendritik hücreler (DC) gibi profesyonel antijen sunan hücreler tarafından hedef bulma ve spesifik hedefleme motifleri içerebilir. Gelecekteki mRNA aşılarında nanopartiküllerde DC reseptörlerine yönelik ligandların kullanılması, bu hücreleri hedeflemek ve bağışıklık sistemine antijen sunumunu teşvik etmek için LNP’lerin yüzeyine yerleştirilebilir.
mRNA aşılarının üretimi: Biyoteknolojik bir süreç
Bilim Blogu: Zor Olanı Sormak! 
‘Moderna ve Pfizer/BioNTech mRNA Aşıları Nasıl Çalışıyor?’ için 3 yanıt