Vaccini a DNA e mRNA
Aggiornato ilMartina Feichter ha studiato biologia con una materia elettiva farmacia a Innsbruck e si è anche immersa nel mondo delle piante medicinali. Da lì non era lontano da altri argomenti medici che la affascinano ancora oggi. Si è formata come giornalista presso l'Axel Springer Academy di Amburgo e lavora per dal 2007 - prima come redattrice e dal 2012 come scrittrice freelance.
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I vaccini a DNA e mRNA rappresentano una nuova generazione di vaccini e funzionano in modo completamente diverso dai ben noti vaccini vivi e morti. Scopri che aspetto ha e quali vantaggi e potenziali rischi portano con sé i vaccini a DNA e mRNA!
Cosa sono i vaccini mRNA e DNA?
I cosiddetti vaccini mRNA (in breve: vaccini a RNA) e vaccini a DNA appartengono alla nuova classe di vaccini basati sui geni. Sono stati studiati e testati intensamente per diversi anni. Sulla scia della pandemia di corona, i vaccini mRNA sono stati approvati per la prima volta per l'immunizzazione degli esseri umani. Il loro principio d'azione differisce da quello dei precedenti principi attivi.
I classici vaccini vivi e morti portano nel corpo agenti patogeni indeboliti o uccisi o inattivati o parti di essi.Il sistema immunitario reagisce formando anticorpi specifici contro queste sostanze estranee, note come antigeni. La persona vaccinata sviluppa quindi un'immunità all'agente patogeno in questione.
I nuovi vaccini basati sui geni (vaccini DNA e mRNA) sono diversi: contrabbandano solo il progetto genetico per gli antigeni patogeni nelle cellule umane. Le cellule quindi utilizzano queste istruzioni per assemblare gli antigeni stessi, che quindi innescano una risposta immunitaria specifica. In breve: con i vaccini basati sui geni, parte della complessa produzione del vaccino - l'estrazione degli antigeni - viene spostata dal laboratorio alle cellule umane.
Oltre ai vaccini a DNA e mRNA, i vaccini basati sui geni includono anche i cosiddetti vaccini vettoriali.
Cosa sono il DNA e l'mRNA?
L'abbreviazione DNA sta per acido desossiribonucleico. È il portatore di informazioni genetiche nella maggior parte degli organismi, inclusi gli esseri umani. Il DNA è una catena a doppio filamento di quattro elementi costitutivi (chiamati basi) disposti a coppie, simili a una scala di corda. La disposizione delle coppie di basi è un codice per il progetto, sulla base del quale vengono prodotte migliaia di proteine. Sono la base per la struttura e la funzione di tutto il corpo.
Per produrre una determinata proteina, la cellula utilizza prima determinati enzimi (polimerasi) per creare una "copia" del segmento di DNA con le corrispondenti istruzioni di assemblaggio (gene) sotto forma di mRNA a filamento singolo (acido ribonucleico messaggero). Questo processo è chiamato trascrizione. L'mRNA lascia il nucleo e viene letto nel plasma cellulare (citoplasma). La proteina in questione viene assemblata sulla base di queste istruzioni di montaggio. Questa "traduzione" di un progetto genetico in una proteina è chiamata traduzione.
Come funzionano i vaccini a DNA e mRNA?
I vaccini a DNA contengono il progetto del DNA (gene) per un antigene in un agente patogeno. Nel caso dei vaccini mRNA, questo modello di antigene è già disponibile sotto forma di mRNA. Ed è così che funziona l'immunizzazione utilizzando un vaccino a DNA o mRNA:
vaccino mRNA
L'mRNA può essere presente "nudo" nel vaccino. Tuttavia, l'mRNA non confezionato è molto sensibile e fragile. Anche il corpo li scompone rapidamente, soprattutto se il vaccino viene iniettato nel muscolo. Pertanto, l'mRNA è almeno stabilizzato, ad esempio da speciali molecole proteiche.
Di solito, tuttavia, il progetto dell'mRNA per un antigene patogeno è in una confezione. Da un lato, questo protegge il fragile mRNA e, dall'altro, facilita l'assorbimento del materiale genetico estraneo in una cellula del corpo. La confezione può consistere, ad esempio, di nanoparticelle lipidiche, o LNP in breve (lipidi = grassi). A volte l'mRNA estraneo è anche confezionato in liposomi. Si tratta di piccole vescicole con all'interno una fase acquosa, che è circondata da un doppio strato lipidico. Questo guscio assomiglia chimicamente a una membrana cellulare.
Dopo che l'mRNA estraneo è stato assorbito in una cellula, viene "letto" direttamente nel citoplasma. La cellula quindi produce la corrispondente proteina patogena (antigene) e quindi la presenta sulla propria superficie cellulare. Il sistema immunitario riconosce quindi la struttura estranea e avvia la risposta immunitaria. Tra le altre cose, il corpo ora produce anticorpi appropriati. Ciò consente al corpo di reagire rapidamente all'agente patogeno stesso in caso di infezione "reale". L'RNA messaggero vaccinato, a sua volta, viene nuovamente scomposto in tempi relativamente brevi.
vaccino a DNA
Il progetto del DNA di un antigene patogeno viene solitamente incorporato per la prima volta in un plasmide che non può moltiplicarsi. Un plasmide è una piccola molecola di DNA circolare che si trova tipicamente nei batteri.
Il plasmide penetra nelle cellule del corpo insieme al progetto dell'antigene. Con alcuni vaccini a DNA, questo è supportato dall'elettroporazione: nel sito di puntura, vengono utilizzati brevi impulsi elettrici per aumentare brevemente la permeabilità della membrana cellulare in modo che molecole più grandi come il DNA estraneo possano passare più facilmente.
Il modello DNA-antigene viene quindi trascritto in mRNA nel nucleo cellulare. Questo lascia il nucleo e viene tradotto nell'antigene corrispondente nel citoplasma. Spesso è una proteina di superficie del patogeno. Viene quindi incorporato nel guscio della cellula. Questa proteina estranea sulla superficie cellulare chiama infine il sistema immunitario sulla scena. Dà inizio a una specifica reazione di difesa. Se la persona vaccinata viene infettata dall'agente patogeno vero e proprio, il corpo può combatterlo più velocemente.
I vaccini salvano i rischi?
La principale preoccupazione di alcune persone è che i vaccini a mRNA e DNA possano danneggiare o alterare il genoma umano. Ma finora non ci sono state prove di ciò. Non ci sono inoltre prove che le vaccinazioni possano causare malattie come il cancro.
I vaccini mRNA possono cambiare il genoma umano?
È quasi impossibile che i vaccini a mRNA possano danneggiare o modificare il genoma umano. Ci sono diverse ragioni per questo:
>> L'mRNA non entra nel nucleo cellulare: da un lato, l'mRNA estraneo che è stato contrabbandato nelle cellule e il DNA umano risiedono in luoghi diversi: l'mRNA rimane nel plasma cellulare, mentre il DNA umano si trova nella cellula nucleo. Questo è separato dalla cellula da una membrana. È vero che ci sono pori nucleari attraverso i quali l'mRNA dal nucleo cellulare entra nel plasma cellulare. Tuttavia, questo è un processo complesso che funziona solo in una direzione. Non c'è modo di tornare indietro.
>> mRNA non può essere integrato nel DNA: d'altra parte, mRNA e DNA hanno strutture chimiche diverse. Pertanto, un mRNA non può essere affatto incorporato nel genoma umano. Per fare ciò, dovrebbe prima essere riscritto nel DNA. Questo passaggio richiede enzimi speciali che sono noti da tempo da alcuni virus (retrovirus), ma si verificano anche nelle cellule umane, come è noto da tempo. Quindi sarebbe concepibile che l'mRNA somministrato come vaccino possa essere convertito in DNA e quindi incorporato nel genoma umano?
Consideriamo prima gli enzimi dei retrovirus: questi tipi di virus (che includono anche il patogeno dell'AIDS HIV) hanno gli enzimi trascrittasi inversa e integrasi. Con il loro aiuto, i virus possono trascrivere il loro genoma di RNA in DNA e poi integrarlo nel genoma di DNA di una cellula umana infetta.
Teoricamente, sarebbe concepibile quanto segue: se una persona infettata da un tale virus a RNA (ad es. in qualsiasi momento, di tutte le cose "pescare" l'mRNA introdotto come vaccino e trascriverlo in DNA.
Affinché ciò avvenga, cosa comunque molto improbabile, sarebbe necessario un altro fattore: la trascrizione dell'mRNA in DNA richiede una sequenza genetica iniziale (chiamata "primer"), che gli stessi virus a RNA portano con sé. Tuttavia, questo primer è progettato in modo tale che solo il genoma dell'RNA del virus venga trascritto nel DNA e non qualsiasi altro mRNA presente nella cellula. E gli stessi vaccini mRNA non contengono un "innesco".
È quindi praticamente impossibile che un mRNA di un vaccino venga trascritto in questo modo nel DNA e poi incorporato nel genoma umano.
La stessa conclusione può essere raggiunta se si guarda agli enzimi umani che possono trascrivere l'RNA in DNA: come accennato all'inizio, la cellula può utilizzare gli enzimi della polimerasi per tradurre il DNA in mRNA, che poi funge da stampo per la sintesi proteica nel plasma cellulare . Tuttavia, le polimerasi hanno anche altri compiti: prima della divisione cellulare, duplicano il genoma del DNA umano in modo che ogni cellula figlia creata riceva un set completo di informazioni genetiche. Le polimerasi possono anche riparare i danni al DNA.
Per molto tempo si è pensato che le polimerasi potessero solo riscrivere il DNA in mRNA e il DNA in DNA. È ormai noto, tuttavia, che alcune polimerasi possono anche trascrivere l'RNA in DNA (come la trascrittasi inversa dei retrovirus). Soprattutto, la cosiddetta polimerasi theta ha questa capacità. Il compito di questo enzima è riparare i danni al DNA. Se, ad esempio, manca un pezzo in uno dei due filamenti di un segmento di DNA, la polimerasi theta può riassemblare il pezzo mancante utilizzando il secondo filamento singolo complementare di DNA (cioè la traduzione DNA-DNA).
Come è stato recentemente scoperto, questo enzima può anche utilizzare l'RNA come stampo e tradurlo in DNA, in modo ancora più efficiente e con meno errori di quanto non possa copiare il DNA. La polimerasi theta potrebbe anche preferire l'uso di trascritti di mRNA come stampo per riparare il danno al DNA.
Quindi l'enzima potrebbe anche trascrivere nel DNA l'mRNA somministrato come vaccino? Dal punto di vista degli esperti, questo è improbabile, e per lo stesso motivo per cui l'enzima virale trascrittasi inversa non è in grado di farlo: manca la sequenza di inizio genetica necessaria ("primer").
I vaccini a DNA possono cambiare il genoma umano?
La situazione è leggermente diversa con i cosiddetti vaccini a DNA. La struttura corrisponde a quella del DNA umano. Tuttavia, gli esperti considerano estremamente improbabile che possano essere effettivamente incorporati accidentalmente nel genoma umano: anni di esperimenti ed esperienze con vaccini a DNA già approvati in medicina veterinaria non hanno fornito prove di ciò.
I vaccini a mRNA e DNA possono causare malattie autoimmuni?
Il pericolo qui non sembra essere più alto che con i classici vaccini vivi e morti. Qualsiasi forma di vaccinazione ha un effetto attivante sul sistema immunitario. In casi molto rari questo può effettivamente provocare una reazione autoimmune. Dopo la vaccinazione contro l'influenza suina, circa 1.600 persone hanno successivamente sviluppato la narcolessia. In considerazione dei molti milioni di dosi inoculate del vaccino, il rischio sembra trascurabile. Inoltre, le malattie virali possono esse stesse portare a una malattia autoimmune.
I vaccini a mRNA e DNA possono danneggiare la linea germinale?
No. Secondo lo stato attuale delle conoscenze, i principi attivi della vaccinazione non raggiungono ovociti e spermatozoi.
I vantaggi dei vaccini a DNA e mRNA
Il fatto che l'industria farmaceutica abbia investito per anni molto lavoro e denaro nello sviluppo di vaccini a DNA e mRNA è dovuto, tra l'altro, al fatto che possono essere prodotti in modo più economico e, soprattutto, molto più veloce di quelli convenzionali vaccini vivi e morti. Per quest'ultime è necessario prima coltivare i patogeni in maniera laboriosa e in grandi quantità, per poi ricavarne gli antigeni.
Nel caso dei vaccini basati sui geni come i vaccini a DNA e mRNA, la persona vaccinata è responsabile della produzione dell'antigene stesso. I modelli genetici dell'antigene somministrati come vaccinazione possono essere prodotti in modo relativamente rapido e semplice in quantità sufficienti e, se l'agente patogeno è geneticamente modificato (mutato) - adattati rapidamente.
Un altro vantaggio è che il materiale genetico estraneo trasferito non rimane nel corpo in modo permanente. Viene scomposto dal corpo o scompare quando le cellule si degradano naturalmente. Gli antigeni estranei vengono quindi prodotti solo per un breve periodo. Tuttavia, questo periodo di tempo è sufficiente per una risposta immunitaria.
Se si confrontano tra loro i vaccini a DNA e mRNA, questi ultimi presentano diversi vantaggi: l'incorporazione accidentale nel genoma umano è ancora meno probabile rispetto ai vaccini a DNA. Inoltre, ai vaccini a DNA devono essere solitamente aggiunti forti potenziatori (adiuvanti) in modo che possano innescare una risposta immunitaria efficace.
Vaccini a DNA e mRNA: ricerca attuale
Gli scienziati hanno studiato lo sviluppo di vaccini a DNA e mRNA per diversi anni o addirittura decenni. Nell'ambito della pandemia di coronavirus, le autorità responsabili - nell'UE questa è l'Agenzia europea per i medicinali EMA - hanno finalmente approvato per la prima volta i vaccini mRNA per l'uso sull'uomo.
Oltre ai vaccini già disponibili da BioNTech/Pfizer e Moderna, sono in fase di sperimentazione anche altri vaccini a base di mRNA. Alcuni progetti si concentrano nuovamente su un vaccino a DNA contro la corona.
Ma non solo i vaccini a DNA e mRNA sono nell'elenco dei potenziali candidati al vaccino contro Sars-CoV-2. Scienziati e aziende farmaceutiche stanno anche lavorando su vaccini vettoriali, oltre a vaccini vivi e morti convenzionali. Puoi anche scoprire tutto quello che c'è da sapere nel nostro articolo "Vaccinazioni contro il Coronavirus".
Inoltre, le aziende farmaceutiche stanno attualmente lavorando su vaccini a DNA contro circa 20 diverse malattie, tra cui influenza, AIDS, epatite B, epatite C e cancro del collo dell'utero (generalmente causato dall'infezione da virus HPV). Ciò include anche i candidati vaccini terapeutici, cioè quelli che possono già essere somministrati a persone malate (ad esempio malati di cancro).
Si stanno lavorando intensamente anche su vari vaccini mRNA, ad esempio contro l'influenza, la rabbia e il virus Zika.
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