2023 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü Katalin Karikó ve Drew Weissma'ya verildi. Katalin Karikó ve Drew Weissman eşi benzeri görülmemiş bir aşı geliştirme sürecine katkıda bulundu. Onların keşifleri, 2020'nin başlarında başlayan salgın sırasında COVID-19'a karşı etkili mRNA aşıları geliştirmek için kritik öneme sahipti. Bu yazımızda mRNA aşılarının önemi hakkında bilgileneceğiz.
Aşılar, vücudumuzun patojenlere karşı savunma mekanizmasını güçlendirerek hastalıklardan koruyan yapılardır. Uzun yıllar boyunca, ölü veya zayıflatılmış virüsler içeren aşılar insanlığı, kızamık gibi son derece bulaşıcı hastalıklardan korumayı başardı. Bu virüse, daha sonra maruz kalma durumunda vücuda hastalıkla mücadelede bir avantaj sağlar. 1951'de Max Theiler, sarı humma aşısını geliştirdiği için Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'ne layık görüldü.
Son yıllarda moleküler biyolojideki ilerlemeler sayesinde, yeni tür aşılar ortaya çıktı. Yeni aşılar, hastalık yapan virüslerin bütününü değil, sadece virüslerin dış yüzeyinde bulunan ve onları tanımamızı sağlayan protein parçalarını içeriyor. Bu proteinleri içeren aşılar, vücudumuza verildiğinde, bağışıklık sistemimiz virüsleri tanıyor ve onlara karşı savunma yapmaya başlıyor. Böylece hastalığa yakalanmamızı önlüyor. Örneğin, HPV ve hepatit-B aşıları, bu yaklaşımın örnekleridir.
Aşı üretme konusunda başka bir strateji, patojenin genetik kodunun bir bölümünü, genellikle "vektör" olarak adlandırılan zararsız bir taşıyıcı virüse aktarmaktır. Bu vektörler vücuda enjekte edildiğinde, viral proteinlerin üretimini başlatır ve bu sayede bağışıklık sistemi uyarılır. Bu yöntem, patojenin etkili bir şekilde tanıtılmasını sağlarken, aynı zamanda vektör virüsün zararsızlığı sayesinde güvenli bir aşı stratejisi sunar. Bu sayede, hedeflenen patojene karşı bağışıklık kazanılır ve hastalığın önlenmesi veya hafifletilmesi amaçlanır. Bu strateji, özellikle Ebola ve diğer virüslere karşı geliştirilen aşıların üretiminde etkili bir rol oynamıştır.
Bütün virüs, protein ve vektör tabanlı aşıların üretimi, geniş çaplı hücre kültürünü gerektirir. Hücre kültürüne bağımlı aşı üretimi, büyük miktarlarda hücre kültürü gerektirdiği için maliyetli ve zaman alıcı bir süreçtir. Bu durum, bir salgın veya pandemi durumunda hızlı bir aşı üretimine olanak tanımaz. Bu zorluklar, araştırmacıları hücre kültürüne bağımlı olmayan ve daha hızlı tepki verilebilen aşı üretim yöntemleri üzerinde çalışmaya yönlendirmiştir.
mRNA aşıları, vücudumuzun doğal protein sentez mekanizmasını kullanarak hastalıklara karşı koruma sağlayan yenilikçi bir aşı türüdür. Proteinler, hücrelerimizin temel yapı taşları ve işlevsel molekülleridir, bu nedenle sağlıklı bir biyolojik sistem için hayati öneme sahiptirler. Bu aşı türü, vücuda zararlı olan virüslerin veya bakterilerin belirli proteinlerini hedef alarak bağışıklık sistemini güçlendirir. mRNA aşıları, genetik bilginin taşınmasında rol oynayan mRNA moleküllerini kullanır. Normalde, genetik bilgi DNA moleküllerinde saklıdır ve bu bilgi, protein üretimi için mRNA'ya transfer edilir. 1980’lerde bulunan bir yöntemle, hücrelere ihtiyaç duymadan laboratuvarda mRNA üretmek mümkün oldu. Bu yöntem, mRNA teknolojisinin başlangıcı oldu.
mRNA aşılarının üretimi sürecinde bir dizi zorluklarla karşılaşıldı. İlk olarak, in vitro transkripsiyon yoluyla üretilen mRNA'lar oldukça kararsızdı, bu da bu mRNA'ların vücuda aktarılabilmesi için karmaşık taşıyıcı sistemlerin kullanılmasını gerektiriyordu. İkinci olarak, laboratuvar ortamında üretilen bu mRNA'lar vücutta iltihaplanmaya yol açabiliyordu.
Bu sorunları çözmek için Karikó ve Weissman, mRNA'nın hücrelere daha etkili bir şekilde girmesini sağlamak amacıyla yağlı taşıyıcılar(lipozomlar) üzerinde çalıştılar. Bu taşıyıcılar, mRNA moleküllerini hücre zarından geçirerek içeri alınmalarını kolaylaştırarak hücrelere daha etkili bir şekilde ulaşmalarını sağlar.
Laboratuvar ortamında üretilen mRNA hücrelerde iltihaplanmaya yol açıyordu. Bu durum, vücudun bu mRNA'yı yabancı bir madde olarak algılaması ve bağışıklık sistemini harekete geçirmesi anlamına gelir. Bu inflamatuar reaksiyon, potansiyel olarak istenmeyen etkilere neden olabilir ve aşı geliştirme sürecinde önemli bir engel teşkil edebilirdi. Tam bu noktada Karikó ve Weissman kendilerine Nobel Ödülü kazandıracak çok önemli bir keşif yaptılar: Baz Değişiklikleri. Araştırmacılar, laboratuvarda üretilen mRNA'nın hücrelerde bulunan doğal mRNA'dan farklı olduğunu tespit ettiler. Doğal mRNA'nın bazlarında (nükleotidlerin yapı taşları) kimyasal değişiklikler olduğunu fark ettiler; ancak laboratuvarda üretilen mRNA'da bu değişiklikler bulunmuyordu.
Bu keşif, baz değişiklikleri içeren mRNA çeşitlerinin, hücreler tarafından daha iyi kabul edilmesini sağladığını ortaya koydu. Bu modifikasyonlar, mRNA'nın hücrelere daha az iltihaplanma ve daha iyi bir biçimde entegrasyonu anlamına geliyordu. Dolayısıyla, baz değişiklikleri içeren mRNA türleri, hücrelerdeki yanıtları azaltarak mRNA'nın daha etkili bir şekilde kullanılmasını sağladı.
Katalin Karikó ve Drew Weissman'ın bu keşfi, mRNA'nın tedavi amaçlı kullanımının önünü açtı. Özellikle, baz değişikliklerinin iltihaplanmayı azaltma özelliği, mRNA temelli tedavilerin geliştirilmesi ve özellikle de mRNA aşılarının ortaya çıkmasında büyük bir dönüm noktasıydı. Bu keşif, 2020'de başlayan COVID-19 salgını sırasında mRNA tabanlı aşıların hızla geliştirilmesinde kilit bir rol oynadı.
Bu teknoloji sadece COVID-19’a karşı değil, aynı zamanda diğer enfeksiyonlar ve hastalıklarla savaşta da umut verici bir araç haline geldi. mRNA’nın gelecekteki potansiyeli sadece aşılarla sınırlı değil; tedavi edici proteinlerin verilmesi ve bazı kanser türlerinin tedavisi gibi birçok uygulamada büyük bir rol oynayabilir.