mRNA-technologie veranderde het zich ontwikkelende Coronavirus-vaccin. Slechts twee dagen; zo lang duurde het de teams van Moderna om hun coronavirusvaccin te ontwerpen, en sinds het cijfer werd onthuld in een rapport van de New York Times, blijft het verbazen. Geen wonder: we hebben het over een van de belangrijkste technologische ontwikkelingen van het decennium, een belangrijke stap voor wat een van de grote mijlpalen in de geschiedenis van de wetenschap zou kunnen zijn, en het werd gedaan in slechts 48 uur. Hoe hebben ze dat gedaan?
Welkom in de wereld van mRNA-technologie
Deze vaccins zijn gebaseerd op boodschapper-RNA. Het mRNA is een stukje ribonucleïnezuur dat informatie over de aminozuursequentie van een bepaald eiwit van het DNA, waar al die informatie is opgeslagen, naar het ribosoom draagt, de plek in de cel waar de verschillende eiwitten worden gesynthetiseerd. Om een parallel te trekken: het mRNA zou de ‘pendrive’ zijn die de cellen gebruiken om de informatie van de computer (DNA) naar de printer (ribosoom) over te brengen.
Toen ons vermogen om synthetisch RNA te produceren verbeterde, vroegen wetenschappers zich af of we de cel konden ‘schakelen’ met een door ons gemaakte pendrive. Dat is als we een ribonucleïnezuurketen zouden kunnen “infiltreren” en de ribosomen zouden kunnen misleiden om de eiwitten te produceren die we wilden. Dit werd voor het eerst bereikt bij muizen in de laboratoria van de Universiteit van Wisconsin in 1990.
Het opende de deur om ons eigen lichaam te gebruiken om “antilichamen te maken om te vaccineren tegen infecties, enzymen om zeldzame ziekten ongedaan te maken, of groeimiddelen om beschadigd hartweefsel te herstellen. Het idee in praktijk brengen was echter veel moeilijker dan het leek. We kunnen tenslotte niet cel voor cel in het lichaam het synthetische RNA injecteren om te maken wat we willen, en grote hoeveelheden van dat RNA in de bloedbaan gieten zou een enorme en zeer gevaarlijke immuunrespons kunnen veroorzaken.
In 2005 ontdekten Katalin Karikó en Drew Weissman een manier om RNA te ‘maskeren’ van het immuunsysteem. De synthetische instructies zouden dus door het lichaam en de cellen kunnen reizen zonder immuunreacties te veroorzaken. Twee van de meest succesvolle vaccins tegen coronavirus werken aan dit patent: Moderna’s en Pfizer’s.
Hoe eenvoudig een vaccin programmeren?
Toen Moderna opkwam, waren onderzoekers gewoon op zoek naar een snelle manier om volwassen cellen te herprogrammeren en ze in stamcellen te veranderen. Maar ze beseften al snel dat ze een veel krachtiger hulpmiddel bij de hand hadden. Het probleem is nu dat ze te veel mogelijkheden hadden. Plots hadden ze de macht om de moleculaire machinerie van cellen te programmeren; er moest echter van alles worden gedaan.
En dat was in een industrie als de biotechnologie, die een zeer lange geschiedenis kent, een enorm probleem. Het zou niet de eerste keer zijn dat een bedrijf een succesvolle technologie begon te ontwikkelen en failliet ging voordat het kon zien dat het werkelijkheid werd. Dus toen ze aan het werk gingen, deden ze wat elke computerwetenschapper zou doen in het licht van een nieuwe programmeertaal: een bibliotheek.
Dat wil zeggen, ze creëerden een reeks “gecodeerde functionele implementaties” waarmee ze snel en gemakkelijk kleine genomische programma’s (het synthetische mRNA) konden schrijven en ontwerpen. Dit vereiste weten hoe ribosomen eiwitten lezen en synthetiseren; het leren van de “machinetaal” van mRNA, en het vinden van een manier om de instructies te schrijven die we willen en deze te “compileren” in synthetisch RNA.
Ze hebben het gedaan, en het beste voorbeeld is hun coronavirusvaccin. Op 10 januari 2020 werd de eerste sequentiebepaling van het SARS-CoV-2-genoom openbaar gemaakt en de beschrijving van het spike-eiwit was er al. Vanwege zijn specifieke kenmerken zou dat eiwit het doelwit van het vaccin zijn: als ze de cellen ertoe konden brengen het aan te maken, zou het immuunsysteem het kunnen identificeren en immuniteit kunnen genereren.
Moderna “alleen” moest aan het werk. En, zoals ik in de inleiding al zei, het duurde twee dagen om de RNA-instructie te ontwerpen die de cellen het coronavirus-spike-eiwit zou laten produceren. Het moeilijkste deel bleef, het deel dat hen de rest van het jaar bezighield: controleren of dit kleine “gemaskeerde” mRNA-programma veilig en effectief kon worden toegediend. En juist daardoor gaat het veel verder dan het coronavirus. Als ze daarin slagen, zullen ze de kracht testen van een systeem dat de geneeskunde zoals wij die kennen kan veranderen.