Die COVID-19-Impfstoffe haben die Boten-RNA (mRNA) zu einem Star der Biotechnologie gemacht. Diese Biomoleküle tragen die Anweisungen, die es Zellen ermöglichen, die benötigten Proteine als "Artillerie" zu produzieren. Man sagt, sie "kodieren" für ein bestimmtes Protein.
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Über die natürlicherweise in der Zelle vorhandene mRNA hinaus haben die Biotechnologien in den letzten Jahren künstliche mRNA entwickelt, die die zelluläre Maschinerie zwingt, andere Proteine, beispielsweise therapeutische, zu produzieren. So kodiert der COVID-19-Impfstoff für das Spike-Protein, das es der Zelle ermöglicht, sich gegen das Eindringen dieses Virus zu verteidigen.
Die Herstellung einer wirksamen therapeutischen mRNA ist jedoch nicht so einfach. Zunächst muss eine Strategie gefunden werden, um dieses sehr fragile Molekül in die Zellen zu bringen, ohne dass es im Organismus sofort abgebaut wird. Wissenschaftler des CNRS haben kürzlich gezeigt, dass Liposomen, kleine hohle Kapseln aus Lipiden, eine sehr vielseitige Lösung sind, um dies zu erreichen. Sobald die mRNA in die Zelle aufgenommen wurde, muss sie korrekt und effizient in das gewünschte Protein "übersetzt" werden.
Neben der Sequenz des Moleküls, die die wesentliche Information für die Produktion dieses Proteins trägt, müssen auch die sogenannten "nicht translatierten Regionen" und der "poly(A)-Schwanz" der mRNA optimiert werden - die terminale Nukleotidsequenz, die für die Stabilität und Lesbarkeit der mRNA in unseren Zellen sorgt. Diese unsichtbaren Elemente spielen eine Schlüsselrolle, die schwer zu kontrollieren und zu bewerten ist.
In diesem Zusammenhang hat das Team des Centre de biophysique moléculaire in Orléans (CNRS) eine neue Studie begonnen, um verschiedene Kombinationen von nicht translatierten Sequenzen zu testen, und eine Innovation eingeführt: einen hybriden Schwanz, der aus zwei Nukleotiden besteht, Adenosin und Guanosin (A/G-Schwanz). Diese Version erweist sich während der Herstellungsschritte der mRNA als stabiler als die klassischen, ausschließlich aus Adenosin bestehenden Schwänze, ohne die spätere Proteinproduktion zu beeinträchtigen, sowohl in Zellkulturen als auch bei Mäusen. Mit anderen Worten: Sie stellt eine robuste Alternative zu den in aktuellen Impfstoffen verwendeten Schwänzen dar.
Die Wissenschaftler haben auch mehrere nicht translatierte Sequenzen untersucht, diese Regionen vor und nach dem kodierenden Teil. Das Ergebnis: Zwei neue Kombinationen erweisen sich als besonders leistungsfähig. Diese Anpassungen verbessern die Menge der produzierten Proteine, ohne die Gesamtstabilität der mRNA zu verändern.
Um diese Entdeckungen zu validieren, formulierte das Team mRNA, die für das Spike-Protein von SARS-CoV-2 kodiert, in Lipid-Nanopartikeln, wie in den Impfstoffen. Wenn sie Mäusen injiziert werden, lösen diese optimierten mRNA-Sequenzen eine Immunantwort aus, die der mit den im Pfizer-BioNTech-Impfstoff verwendeten Sequenzen erzielten vergleichbar ist.
Diese Ergebnisse, die patentiert und in der Zeitschrift Molecular Therapy Nucleic Acids veröffentlicht wurden, eröffnen Perspektiven über Impfstoffe hinaus: Sie könnten auch die Entwicklung therapeutischer mRNA gegen Krebs, seltene Krankheiten oder für die regenerative Medizin beschleunigen. Ein weiterer Schritt hin zu einem stabileren und flexibleren "Werkzeugkasten" der Boten-RNA, um die medizinischen Herausforderungen von morgen zu bewältigen.