Slik virker mRNA-vaksiner

Det er godt kjent at teknologiutvikling skyter fart under en krig. Bare se på jetmotoren, radaren og for den saks skyld atombomben under andre verdenskrig. På samme måte fikk vaksineutviklingen fart på seg under Covid 19-pandemien. Forskningen på bruken av mRNA var allerede kommet langt, men ble omsatt i praktiske resultater på rekordtid.

mRNA, som står for «messenger ribonucleic acid», er en kopi av instrukser for å lage proteiner som ligger i genene. DNA-spiralen kan ikke selv lage proteiner, bare lagre informasjonen om hvordan det skal gjøres. Mens DNA er lange, stabile molekyler med to spiralformede tråder, er mRNA bare én enkelt og mye kortere tråd. Den inneholder informasjon om et protein som cellen skal produsere, både hvordan genkoden er og dermed også indirekte hvordan det skal foldes sammen.

Fra oppskrift til protein

Man kan se på DNA som et slags datalager som inneholder all informasjon om det enkelte individ, helt ned til opplysninger om hvilke proteiner som kan fremstilles. Men det trengs en egen mekanisme for å hente ut informasjon og gjøre noe med den. Det er her mRNA kommer inn.

Avhengig av hvilke proteiner som trengs, produserer cellene hele tiden mRNA som er kopier av genene i en av DNA-trådene. Denne mekanismen skjer i en prosess som kalles transkripsjon. Cellene bruker så budbringeren (messenger) i RNA til å fremstille og folde proteiner som kroppen trenger, i en prosess som kalles translasjon. Alle celler i kroppen bruker denne mekanismen hele tiden. Når tilstrekkelig av proteinene er produsert, brytes mRNA-molekylene i pattedyr ned. Det tar fra noen minutter til noen dager.

Forsket lenge

Det er minst 20 år siden forskere tenkte på å utnytte den viktige mRNA-mekanismen i cellene for å bekjempe kreft. I Norge var professor Gustav Gaudernack ved Universitetet i Oslo en av de første som ønsket å bruke mRNA til dette. Han var en pioner på det vi i dag kaller immunterapi, som går ut på å få immunsystemet til å drepe kreftceller. Ved å bruke mRNA-teknologi kunne han la immunceller selv fremstille proteiner fra kreftcellene, slik at de ble identifisert som uønsket av immunforsvaret. Kreft er rett og slett muterte celler som immuncellene har oversett eller identifisert som godkjent, og som de derfor ikke angriper.

mRNA-basert immunterapi mot kreft rettes mot akkurat den krefttypen som har oppstått i det enkelte menneske. Tidligere har denne strategien vært svært kostbar, men teknologien er i ferd med å bli vesentlig billigere.

Covid

Da Covid 19, som ble betegnelsen på sykdommen forårsaket av Sars-Cov-2 viruset, bredte seg ut fra Wuhan i Kina i slutten av 2019, utviklet den seg raskt. WHO erklærte den som en pandemi 11. mars 2020. Fra kineserne hadde gensekvensert viruset og offentliggjort det i januar 2020, tok det bare et par uker før den første vaksinen basert på mRNA-teknologi var klar til klinisk utprøving.

Men som alle slike legemidler må de gjennom strenge tester. Likevel var den første godkjente vaksinen fra Pfizer-Biontech klar på under et år. Like etter kom Moderna på markedet med sin variant, også basert på mRNA.

En ufarlig del av viruset

Mens tradisjonelle vaksiner fremstilles med immobiliserte hele virus som trener opp immunsystemet til å identifisere og drepe dem, er mRNA-vaksiner basert på et helt annet prinsipp. I stedet for å bruke hele viruset, velger man ut et protein fra overflaten på viruset, slik som den såkalte spiken, eller piggen. Ved å produsere genkoden til denne som en mRNA-streng og sprøyte den inn i kroppen, finner mRNA veien til cellene. Her instruerer mRNA cellene til å produsere en stor mengde av proteinet vaksinen er rettet mot.

I tillegg har cellene et slags «brannvarslingsanlegg» som identifiserer mRNA som fremmed arvestoff, som om cellen skulle ha vært virusinfisert. Det får cellene til å påkalle immunsystemet for å sette i gang en immunreaksjon. Det kan man merke som noe ubehag på stikkstedet – og kanskje litt feber en dag eller to.

Det tar omtrent én uke før immunsystemet er «trent opp» og gjort i stand til å eliminere viruset, men fordi dette ikke dreier seg om virus, bare en liten del av det, utvikles ikke sykdom i disse dagene. Når immunsystemet først har lært å gjenkjenne spike-ene, husker det også hvordan de ser ut og vil fortsette å bekjempe slike i fremtiden. Det vil si aktive potensielt sykdomsfremkallende virus med slike på overflaten. Fordi immunsystemet slipper «treningsperioden», skjer bekjempelsen med en gang virusene kommer inn i kroppen. Da unngår man sykdom, eller reduserer effekten av den kraftig.

Cellene produserer vaksinen

Det er altså cellene selv som produserer selve vaksinen som lærer opp immunsystemet, basert på et lite antall mRNA-molekyler som koder for spiken på virusoverflaten. mRNA-molekylet har en spesiell start og slutt som cellene kjenner igjen, og så tilbyr de en «fabrikk» for å masseprodusere dem. Selve mRNA-proteinet er veldig skjørt, så for å beskytte det, pakkes det inn i en kapsel av fett som også hjelper til med selve overføringen av dem inn gjennom celleveggen.

Suksessen til mRNA-vaksiner mot covid har satt fart i utviklingen av en rekke nye vaksiner. Med mRNA-vaksiner kan man korte betydelig ned på tiden det tar å gjør vaksiner tilgjengelig. For vaksine mot et virus som influensa betyr det at man slipper å gjette om framtiden og i stedet kan overvåke hva som skjer i befolkningen. Det er raskt å sette i gang masseproduksjon mot den eller de aktuelle virusvariantene som gjelder, og det er mulig å utvikle en vaksine så raskt som ned mot én måned. Det kan også bli mulig å lage mRNA-kode for mer enn ett virusprotein, slik at man kan beskytte mot flere varianter av influensa. University of Pennsylvania har utviklet en vaksine som beskytter mus og ildere mot 20 ulike undertyper av influensa. Andre laboratorier jobber med vaksiner som kan beskytte mot alle kjente koronavirus.

Også til dyr

Det er ikke bare mennesker som får glede av den nye utviklingen. Nå testes en ny mRNA-vaksine mot H5N1-fugleinfluensa på kveg, som også rammes av den potensielt veldig alvorlige sykdommen. Resultatene oppnådd av Perelman School of Medicine ved University of Pennsylvania var svært vellykket.

Det er viktig å kontrollere slike utbrudd, for vanlige husdyr kan fungere som mellomverter mellom fugler og mennesker. Den såkalte spanskesyken var en variant av fugleinfluensa som spredte seg fra 1918 og som tok livet av mellom 50 og 100 millioner mennesker. Det gjør den siste covid-pandemien til en bagatell i sammenlikning, med mellom 7 og 15 millioner døde.

Raskere utvikling

Vi har lenge hatt tilgang på vaksiner mot influensa, og spesielt eldre og syke blir hver høst anbefalt å ta vaksinen. Til nå er slike vaksiner basert på tradisjonell vaksineutvikling som tar lang tid. For det første må forskerne i et internasjonalt samarbeid gjette på hvilke av mange ulike influensavarianter som vil spre seg i befolkningen om over et halvt år når vaksinen kan bli tilgjengelig. For å masseprodusere vaksinene dyrkes de frem i egg, og deretter immobiliseres virusene og brukes som vaksine. Tiden alle trinnene tar, fra typisk i februar til vaksinene er klare for markedet i oktober, reduserer presisjonen på gjetningen. I tillegg kan virusene mutere mens tiden går. For å gjøre vaksinen mer treffsikker inkluderes både tre og fire mulige virusvarianter. Det er sjelden slike vaksiner treffer blink, men de har likevel en viss effekt.

Ved å bruke mRNA kan man vente mye lenger før vaksineproduksjonen starter og dermed få vesentlig bedre treffsikkerhet når den typiske influensasesongen starter sent på høsten. Mange håper at det vil bli mulig å utvikle en mRNA-basert vaksine som beskytter effektivt mot mange varianter av fugleinfluensa, og som tar med seg de siste variantene av Covid og RS-virus med det samme.

Nye sykdommer

Mange farmasøytiske selskaper arbeider nå med nye mRNA-baserte vaksiner mot virus, bakterier og soppinfeksjoner, i tillegg til kreftvaksiner. Teknologien har gitt oss et effektivt og raskt verktøy for å angripe nye sykdommer som sikkert vil dukke opp i fremtiden. Likevel er det noen sykdommer det er vanskeligere å få has på enn andre, som HIV, som muterer så raskt at det er vanskelig å lage en vaksine. Likevel håper man å kunne gjøre det ved å angripe deler av viruset som ikke endrer seg. Moderna har to HIV-vaksiner i klinisk utprøving, i tillegg til en lang rekke andre mRNA-baserte vaksiner mot ulike kjente og mindre kjente sykdommer, inklusive en bedre generasjon covid-vaksiner som er enklere å distribuere, uten avansert kjøling.

Kilde: Anne Spurkland, professor og forsker ved UiO

Artikkelen ble først publisert i TU-magasinet, nr. 4/2024