Szczepionki DNA kontra mRNA: podobieństwa i różnice

Szczepionki DNA i RNA wykorzystują materiał genetyczny do dostarczania informacji do komórek ludzkich i wywoływania odpowiedzi immunologicznej. Szczepionki DNA są bezpieczne, łatwe, niedrogie w produkcji i, w przeciwieństwie do szczepionek RNA, są stabilne w temperaturze pokojowej. Atrybuty te czynią je bardziej obiecującymi dla szybko uodporniających się populacji, zwłaszcza w warunkach ograniczonych zasobów.

6a55e2d1ea58f9f9f5f8c67eef7cb9a7 - December 3, 2021

Szczepionki DNA wykorzystują małe, okrągłe cząsteczki DNA, zwane plazmidami, w celu wprowadzenia genu z bakterii lub wirusa w celu wywołania odpowiedzi immunologicznej.

Na przykład ZyCoV-D, niedawno opracowana szczepionka DNA COVID-19 dopuszczona w Indiach, składa się z plazmidu, który zawiera gen kodujący białko wypustek SARS-CoV-2.

Po wejściu do komórki ludzkiej plazmid musi przejść przez cytoplazmę, przejść przez błonę jądra i wejść do jądra komórkowego.

Bądź na bieżąco z aktualizacjami na żywo na temat aktualnej epidemii COVID-19 i odwiedź nasze centrum koronawirusa, aby uzyskać więcej porad dotyczących zapobiegania i leczenia.

Enzymy w jądrze komórkowym przekształcają wirusowy lub bakteryjny gen niesiony przez plazmid w informacyjny RNA (mRNA). mRNA musi następnie dotrzeć do cytoplazmy, gdzie enzymy przekształcają się w białko bakteryjne lub wirusowe.

Układ odpornościowy identyfikuje białko bakteryjne lub wirusowe jako ciało obce i wywołuje odpowiedź immunologiczną.

Reakcja jest zwykle stopniowa, ponieważ układ odpornościowy nie napotkał wcześniej białka bakteryjnego lub wirusowego.

Szczepienie powoduje powstawanie komórek odpornościowych pamięci. Kiedy pojawia się infekcja, komórki te szybko rozpoznają bakterię lub wirusa i zapobiegają ciężkiej chorobie.

Plazmidowy DNA ulega degradacji w ciągu kilku tygodni, ale te komórki odpornościowe na pamięć zapewniają ciągłą odporność na patogen.

Szczepionki DNA vs. mRNA: czym się różnią

Podobnie jak szczepionki DNA, szczepionki mRNA dostarczają materiał genetyczny do komórek ludzkich w celu syntezy jednego lub więcej białek wirusowych lub bakteryjnych.

Chociaż szczepionki DNA i mRNA mają kilka podobieństw, istnieją znaczące różnice między tymi szczepionkami genetycznymi.

Aby szczepionki DNA były skuteczne, plazmidowy DNA musi przejść przez błonę komórkową, wejść do cytoplazmy, a następnie dotrzeć do jądra komórkowego przez błonę jądra.

W przeciwieństwie do tego, szczepionka RNA musi tylko przejść przez błonę komórkową, aby dostać się do cytoplazmy. Cytoplazma zawiera enzymy, które wykorzystują informację genetyczną w cząsteczkach mRNA do syntezy białek bakteryjnych lub wirusowych.

Ponieważ szczepionki DNA muszą przejść przez dodatkowy etap wchodzenia do jądra komórkowego, wytwarzają znacznie słabszą odpowiedź immunologiczną niż szczepionki mRNA.

Jednak pojedynczy plazmidowy DNA może wytwarzać liczne kopie mRNA. Gdy plazmidowy DNA dostanie się do jądra, może wytworzyć więcej białka bakteryjnego lub wirusowego niż pojedyncza cząsteczka szczepionki mRNA.

W rozmowie z "Detonic.shop", dr Margaret Liu, przewodnicząca zarządu Międzynarodowego Towarzystwa Szczepionek, zauważyła, że ​​szczepionki DNA „z natury nie są tak immunostymulujące jak mRNA [szczepionki], ale [nie jest] jasne [że] to jest wadą, ponieważ stan zapalny szczepionek mRNA może ograniczać ich zastosowanie”.

Chociaż ludzie mogą tolerować stany zapalne mięśni i inne skutki uboczne wywoływane przez szczepionki RNA w kontekście pandemii COVID-19, te skutki uboczne mogą ograniczać ich stosowanie w przypadku chorób niepandemicznych, wyjaśnił dr Liu.

Szczepionki mRNA są kruche i wymagają przechowywania i transportu w niskich lub bardzo niskich temperaturach. W przeciwieństwie do tego, szczepionki DNA mają większą stabilność i są łatwiejsze do przechowywania i transportu niż szczepionki mRNA.

Dr Liu zauważył, że logistyka przechowywania i transportu szczepionek mRNA utrudniała dystrybucję szczepionek do krajów o niskich dochodach. Stabilne temperaturowo szczepionki DNA stanowią realną alternatywę.

Na przykład szczepionka DNA COVID-19 ZyCoV-D pozostaje stabilna w temperaturze pokojowej przez co najmniej 3 miesiące, a nawet dłużej w temperaturze 2–8°C (35.6–46.4°F), co czyni ją nieocenioną w miejscach o ograniczonych zasobach.

Istnieją jednak pewne obawy dotyczące bezpieczeństwa szczepionek DNA. Dr Jeremy Kamil, profesor nadzwyczajny na Louisiana State University Health Shreveport: zauważył:

„Istnieją obawy regulacyjne, że obce DNA zrekombinuje lub zintegruje się z naszym własnym DNA. W ostatecznym rozrachunku obecna technologia szczepionek mRNA ma znacznie prostszą drogę do sukcesu, ponieważ można ją bezpośrednio przełożyć na białko i nie musi docierać do jądra, aby tak się stało”.

Przewaga nad konwencjonalnymi szczepionkami

Zarówno szczepionki DNA, jak i mRNA są szczepionkami genetycznymi, które mają liczne zalety w porównaniu z innymi konwencjonalnymi szczepionkami.

Niektóre konwencjonalne szczepionki wykorzystują osłabione lub inaktywowane wirusy lub bakterie do stymulacji układu odpornościowego. Zastosowanie inaktywowanych lub zabitych patogenów może skutkować słabszą niż pożądaną odpowiedzią immunologiczną.

Rekombinowane szczepionki podjednostkowe wykorzystują białka wirusowe lub bakteryjne syntetyzowane przez drożdże lub bakterie. Szczepionki podjednostkowe nie wywołują silnej odpowiedzi immunologicznej i często wymagają wielokrotnych zastrzyków przypominających. Ponadto projektowanie i produkcja szczepionek podjednostkowych może być czasochłonne i trudne.

W przeciwieństwie do szczepionek wykorzystujących osłabione patogeny, szczepionki DNA i RNA zawierają tylko informacje potrzebne do wytworzenia jednego lub więcej białek bakteryjnych lub wirusowych i nie mogą wygenerować całego patogenu. Co więcej, szczepionki genetyczne aktywują wszystkie elementy układu odpornościowego, zapewniając lepszą ochronę niż inaktywowane patogeny i szczepionki podjednostkowe.

Ponadto proces wytwarzania szczepionek DNA i RNA jest tani i prostszy niż w przypadku podjednostek i innych konwencjonalnych szczepionek. Ponadto możliwa jest produkcja na dużą skalę szczepionek DNA i RNA.

Szczepionki DNA i RNA wykorzystują nici DNA lub RNA, które zawierają informacje o pożądanym białku bakteryjnym lub wirusowym. Producenci mogą zsyntetyzować je od podstaw za pomocą procesu chemicznego, co oznacza, że ​​mogą szybko dostosować proces wytwarzania szczepionek DNA i RNA, aby zareagować na pojawienie się nowego wariantu lub wirusa.

Szczepionki DNA: Perspektywy 

Naukowcy przeprowadzili znaczne badania w ciągu ostatnich 3 dekad, aby rozwiać obawy dotyczące ograniczonej odpowiedzi immunologicznej wywołanej przez szczepionki DNA. Podejścia te obejmują poprawę stabilności plazmidu w celu spowolnienia jego degradacji, zmianę sekwencji DNA w celu zwiększenia poziomu ekspresji białka oraz zastosowanie adiuwantów w celu wzmocnienia odpowiedzi immunologicznej wytwarzanej przez szczepionkę.

Znaczna część badań koncentrowała się również na ulepszaniu metod dostarczania szczepionek DNA w celu uzyskania silniejszej odpowiedzi immunologicznej. Podczas gdy konwencjonalne podejścia obejmują wstrzykiwanie szczepionki DNA pod skórę lub do mięśnia, naukowcy badają niektóre metody bez wstrzyknięć.

Do niedawna szczepionki DNA były dopuszczone do użytku weterynaryjnego tylko ze względu na ograniczoną odpowiedź immunologiczną generowaną u ludzi. Szczepionka DNA COVID-19 opracowana przez Zydus Cadila jest pierwszą szczepionką DNA, która została zatwierdzona do stosowania u ludzi i stanowi znaczący krok naprzód w zakresie szczepionek DNA.

Warto zauważyć, że podanie szczepionki ZyCoV-D polega na użyciu prostego, bezigłowego urządzenia, które wykorzystuje wysokie ciśnienie, aby pomóc szczepionce przeniknąć przez powierzchnię skóry.

Obecnie trwa kilka prób na ludziach w celu oceny potencjału kandydatów na szczepionki DNA przeciwko różnym chorobom zakaźnym. Należą do nich szczepionki przeciwko chorobom zakaźnym wywołanym przez HIV, wirus Ebola, wirus Zika, grypę, wirus opryszczki i wirus brodawczaka ludzkiego.

Naukowcy badają również szczepionki DNA przeciwko różnym typom raka, w tym rakowi trzustki, piersi i szyjki macicy. Komórki nowotworowe wyrażają inne białka niż zdrowe komórki, a szczepionki DNA mogą nauczyć układ odpornościowy rozpoznawania i eliminowania komórek nowotworowych.

Aby otrzymywać aktualne informacje na temat najnowszych wydarzeń dotyczących nowego koronawirusa i COVID-19, kliknij tutaj.