Messenger RNA

Zowel het Duitse biotechbedrijf BioNTech als het Amerikaanse Moderna, beide opgericht in 2010, waren voor de pandemie vooral gericht op mRNA-vaccins tegen kanker. Maar bij de eerste berichten uit China over een gevaarlijk nieuw luchtwegvirus maakten ze personeel vrij om te werken aan een vaccin tegen het coronavirus.  Nooit is de ontwikkeling van een vaccin zo snel gegaan. Wat voorheen makkelijk vijftien of zelfs veertig jaar kon duren, ging nu binnen een jaar. Het is niet meer nodig om de ziekteverwekker in het lab te hebben. De genetische code volstaat. Chinese wetenschappers deelden die van SARS-CoV-2 op 10 januari 2020 via internet. Op basis daarvan had Ugur Sahin, de oprichter van BioNTech, naar verluidt binnen een paar uur een eerste versie van een synthetisch mRNA-vaccin klaar, en wetenschappers van Moderna binnen twee dagen. In december keurden geneesmiddelenautoriteiten het vaccin van BioNTech – gemaakt met farmareus Pfizer – en dat van Moderna goed.

Massaal gebruikte mRNA-vaccins mogen gloednieuw zijn, RNA (ribonucleïnezuur) zelf is dat niet. Het is ontdekt in 1961. Iedere levende cel zit vol met mRNA, net als met dna (desoxy-ribonucleïnezuur), diep in de kern van elke cel. Als je dna beschouwt als het genetische kookboek waarin de recepten staan voor alle eiwitten die ons lijf nodig kan hebben, dan is mRNA (messenger RNA) het kladpapiertje waarop het recept wordt overgeschreven van het eiwit dat op dat moment nodig is. De chemische code waarin dat geschreven wordt, bestaat uit lange ketens van vier bouwstenen: A, C, G en U (adenine, cytosine, guanine en uracil). Voor elk eiwit staan die in een unieke volgorde. Een cel verwerkt per dag tienduizenden van zulke instructies. Aan de hand daarvan wordt het eiwit gemaakt, en daarna kan het kladje de prullenbak in. Het mRNA wordt afgebroken.

De magie van mRNA betoverde in de jaren 80 de jonge Hongaarse biochemicus Katalin Karikó. Toen er aan de universiteit van Szeged geen geld meer was voor haar onderzoek, vertrok ze in 1985 met haar man en hun tweejarige dochter Susan naar de Verenigde Staten. In een teddybeer smokkelde ze 900 Britse ponden aan spaargeld mee. In haar hoofd rees een vergelijkbaar idee: wat als je mRNA een cel in kon smokkelen, zodat die het eiwit van je keuze ging maken? Een extra kladpapiertje tussen de duizenden mRNA’s die toch al in een cel rondgingen?

Het idee van gentherapie was toen in zwang, maar vooral met dna. In het jaar van haar oversteek werden de eerste PCR-machines gepatenteerd, waarmee wetenschappers dna en RNA konden maken. Terwijl Karikó de mogelijkheden van RNA onderzocht, bewees in 1990 de geneticus Jon Wolff: hij spoot RNA-recepten in de spieren van labmuizen, en die begonnen de ‘bestelde’ eiwitten te maken. De mogelijkheden leken eindeloos. Veel ziektes worden veroorzaakt door een tekort aan een bepaald eiwit, zoals een hormoon of enzym. Je zou met mRNA het lijf kunnen instrueren om zelf dat eiwit te maken.

Karikó liep tegen al deze obstakels aan. Bij cellen in kweekschaaltjes werkte het, maar levende muizen kregen vaak hevige ontstekingsreacties en zaten ziek in een hoekje. Ze bleef het obsessief proberen. Jarenlang leurde ze met haar ideeën, dag en nacht werkte ze in het lab – soms bleef ze er zelfs slapen. Elke wetenschapper die ze ontmoette bood ze aan om RNA te maken. Maar geen geldschieter zag er brood in, en in 1995 werd ze zelfs gedegradeerd.

Een ontmoeting bij het kopieerapparaat van de universiteit van Pennsylvania, waar ze werkte, veranderde alles. De arts-onderzoeker Drew Weissman wilde een vaccin maken tegen hiv, en Karikó zei vol bravoure: „Ik kan alles maken met mRNA.” Maar het probleem van de ontstekingsreactie was nog niet opgelost, en samen ploeterden ze voort. Wat zette het immuunsysteem zo op scherp? De ontdekking die ze vervolgens samen deden, kan ze zomaar ooit de Nobelprijs opleveren: één van de bouwstenen van het mRNA lokte de ontstekingsreactie uit, de U (uracil). Door de U-codes te vervangen door een net iets andere bouwsteen, pseudo-uridine, prikkelde het mRNA het immuunsysteem veel minder, en werd de techniek bruikbaar. ModRNA heet het, gemodificeerd RNA. In de jaren erna verzonnen wetenschappers nog meer verbeteringen die mRNA stabieler maken. Karikó en Weissman patenteerden hun vinding in 2005, en bedrijven, waaronder Moderna, gebruiken het onder licentie. In 2015 vonden ze ook een oplossing voor dat andere grote probleem, de aflevering. Ze ontdekten een manier om het mRNA beter te beschermen en de cel in te smokkelen: door het te verpakken in vetdruppeltjes, ‘nanopartikels’.

Beide vindingen hebben de weg geplaveid voor de covidvaccins van Moderna en van Pfizer/BioNTech – elk bedrijf heeft zijn eigen formuleringen van het mRNA en de vetbolletjes. Toen de universiteit haar in 2013 nog steeds niet op een staffunctie wilde, vertrok Karikó naar BioNTech.

Bron: NRC