2023年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎授予卡塔琳·卡里科、德魯·韋斯曼，“他們在核苷堿基修飾方面的發(fā)現(xiàn)使得開發(fā)有效的針對 COVID-19 的 mRNA 疫苗成為可能”。
兩位諾貝爾獎獲得者的發(fā)現(xiàn)對于在2020年初開始的新冠肺炎大流行期間開發(fā)有效的針對 COVID-19的mRNA疫苗至關(guān)重要。他們的突破性發(fā)現(xiàn)從根本上改變了我們對 mRNA 如何與免疫系統(tǒng)相互作用的理解。在現(xiàn)代人類健康面臨的最大威脅之一期間，為疫苗的前所未有的開發(fā)速度做出了貢獻。
但是這位研發(fā)新冠肺炎疫苗的英雄之一卡里科的故事卻不是那么的一帆風(fēng)順的。20多歲遷居美國，但幾十年都沒有固定職位，一直游走于學(xué)術(shù)界邊緣。
1955年1月17日，卡里科出生于匈牙利東部小鎮(zhèn)小新薩拉什，她的父親每日屠宰的豬，開啟了她研究屠刀下生物的構(gòu)造的啟蒙。
18歲的卡里科考入匈牙利塞格德大學(xué)，在一次講座上，她了解到了mRNA，對這種神奇的分子產(chǎn)生了濃厚的興趣。隨后，她選擇攻讀博士學(xué)位，重點研究mRNA的應(yīng)用。
1982年在賽格德大學(xué)獲得博士學(xué)位，并在那里的生物研究中心擔(dān)任博士后研究員，直到1985年，她被解雇了。20世紀七十年代，基因工程誕生，不久基因治療的概念也應(yīng)運而生，但這些操作均是以DNA為目標，而卡里科卻認為mRNA更有前途。不符合主流研究，無路可退的她和丈夫帶著兩歲的女兒破釜沉舟的賣掉了車，因為匈牙利政府只允許他們帶 100 美元出境，于是他們把900英鎊縫在女兒的泰迪熊里偷偷帶出境，來到了美國。
隨后，她在美國天普大學(xué)開啟科研工作，因為對mRNA觀念有差異。1989年，她來到了賓夕法尼亞大學(xué)，在賓夕法尼亞大學(xué)的心臟病專家埃利奧特·巴納森那里找到了一個低級別的研究助理的職位，本來可以得到補助金的她，也沒有收到。
但一直缺乏科研經(jīng)費，mRNA領(lǐng)域一片沉寂，屢次申請卻沒有得到支持，但她還在一直專注于研究信使核糖核酸（mRNA）。多次身邊的同事的離開，既沒有帶走她，也沒有給她帶來持續(xù)的支持。1995年，因為拿不到經(jīng)費，沒有項目或成果，她走向了人生低潮，卡里科在賓夕法尼亞大學(xué)的教職被降至最低級別，她的職位還不如一個技術(shù)人員。同時，她還確診了癌癥，需要兩次手術(shù)，而自己的丈夫卻因為簽證原因被困在了匈牙利。多年來她在賓夕法尼亞大學(xué)的職業(yè)生涯一直很脆弱，她從一個實驗室搬到另一個實驗室，依靠一位又一位資深科學(xué)家的照顧。她一年的收入從未超過60,000美元。
1997年，她去復(fù)印店復(fù)印文獻時，遇到了科研生涯中最重要的合作伙伴——賓夕法尼亞大學(xué)教授、免疫學(xué)家德魯·韋斯曼。
韋斯曼畢業(yè)于波士頓大學(xué)，他在哈佛醫(yī)學(xué)院貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)療中心接受臨床培訓(xùn)，并在美國國立衛(wèi)生研究院進行博士后研究。1997年，韋斯曼在賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院成立了他的研究小組。他是羅伯茨家族疫苗研究教授和賓夕法尼亞大學(xué) RNA 創(chuàng)新研究所所長。
卡塔琳回憶說：“我是RNA科學(xué)家，我可以用mRNA造出一切。
韋斯曼博士告訴她，他想制造一種針對艾滋病毒的疫苗?？ㄋ照f：“是的，我能做到”。對mRNA技術(shù)的共同興趣，讓兩人一拍即合，成為了科研上的長期搭檔。德魯·韋斯曼很快發(fā)現(xiàn)，這位級別很低的學(xué)者，對mRNA療法的看法與他不謀而合，兩人隨即開始了合作。
1953年，DNA雙螺旋模型的提出，在證明DNA是遺傳信息攜帶者的同時也確立了DNA的重要地位。1958年，克里克提出“中心法則”，詳細闡明了遺傳信息流動方向: 首先以DNA為模板，通過轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生RNA，再以mRNA為模板，通過翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)是生物學(xué)功能的直接執(zhí)行者。
1961年，研究人員正式發(fā)現(xiàn)mRNA，從而開啟對這種生物大分子的系統(tǒng)研究。不久，研究人員破譯了mRNA遺傳密碼，從而在mRNA與蛋白質(zhì)之間建立了線性關(guān)系，即知道m(xù)RNA序列就可確定蛋白質(zhì)的信息，而知道蛋白質(zhì)序列在一定程度上也可以推測mRNA信息。這一發(fā)現(xiàn)極大推動了mRNA的發(fā)展和應(yīng)用。
應(yīng)用mRNA的想法可追溯到20世紀70年代末，但到90年代才開始研究。科研人員直接為動物注射mRNA后發(fā)現(xiàn)，這些mRNA可產(chǎn)生活性蛋白質(zhì)，發(fā)揮特定生物學(xué)功能，這意味著 傳統(tǒng)使用蛋白質(zhì)可以實現(xiàn)的目標，mRNA也可以完成。
但將mRNA應(yīng)用于疫苗的嘗試遇到許多挑戰(zhàn)。合格疫苗需滿足兩個基本條件:首先是安全性，由于疫苗是為健康人所用，故對安全性要求極為嚴格;其次是有效性，只有達到一定保護率才能真正遏制疾病的傳播。而mRNA作為疫苗在這兩方面都有問題。
首先，將mRNA直接注射到實驗動物體內(nèi)可引發(fā)強烈的非特異性免疫反應(yīng)，嚴重造成死亡；其次 ，mRNA穩(wěn)定性差（對保存條件要求較為嚴格），在體內(nèi)表達效率低（無法產(chǎn)生足量蛋白質(zhì)），無法真正激發(fā)抗病毒能力。因此科學(xué)界和制藥界對mRNA應(yīng)用前景并不看好，許多研究人員在經(jīng)過嘗試后紛紛放棄。
但當時作為生物化學(xué)家的卡里科堅持了下來，她最終與韋斯曼合作解決了mRNA疫苗應(yīng)用過程中的諸多問題。比如：通過對體外合成的mRNA進行堿基修飾而大大減弱免疫原性，從而減少非特異毒性反應(yīng)發(fā)生;通過去除mRNA混雜的雙鏈RNA而進一步降低毒性，同時提高蛋白質(zhì)翻譯效率，使特異性免疫應(yīng)答增加。
但正如卡里科在接受采訪時感嘆道，“現(xiàn)在每個人都明白mRNA技術(shù)的重要性，可惜那時候卻沒有?！?/p>
免疫系統(tǒng)具有識別“自我” 和 “非我” 的能力，而體外合成的mRNA可被固有免疫系統(tǒng)作為“非我”的外界入侵物對待將其破壞，因此無法到達細胞內(nèi)發(fā)揮作用。mRNA是一種由4種核苷酸按照不同排列順序形成的單鏈結(jié)構(gòu)，四種核苷酸差別在于堿基不同，分別對應(yīng)腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和尿嘧啶（U）。魏斯曼和克里克研究的向就轉(zhuǎn)化為如何能操作RNA以逃過免疫系統(tǒng)的監(jiān)視。
結(jié)果幾年試錯和改進完善，二人終于在2005年發(fā)現(xiàn)mRNA引發(fā)免疫應(yīng)答的問題所在，那就是尿嘧啶（U）惹的禍，它與核糖有兩種連接方式，正常情況下形成尿苷（下圖左），但特殊情況下還形成假尿苷（Ψ）（下圖右），恰恰就是這個微小差別則產(chǎn)生不同后果。魏斯曼和克里克發(fā)現(xiàn)使用Ψ代替U后形成的堿基修飾mRNA，可有效躲避免疫系統(tǒng)的識別而不再出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，并在mRNA遞送至細胞。與未修飾的mRNA 相比，堿基修飾生成的 mRNA 的遞送顯著增加了蛋白質(zhì)產(chǎn)量。這種效應(yīng)是由于調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)產(chǎn)生的酶的活性降低所致。通過發(fā)現(xiàn)堿基修飾既能減少炎癥反應(yīng)又能增加蛋白質(zhì)產(chǎn)量，卡里科和韋斯曼消除了mRNA 臨床應(yīng)用道路上的關(guān)鍵障礙。
2013年，賓夕法尼亞大學(xué)不再續(xù)聘卡里科，于是她加入了BioNTech公司，并擔(dān)任公司的副總裁。
人們對mRNA技術(shù)的興趣開始升溫，2010 年，多家公司開始致力于開發(fā)該方法。研發(fā)針對寨卡病毒和中東呼吸綜合征冠狀病毒的疫苗；后者與SARS-CoV-2密切相關(guān)。
2018年，BioNTech與輝瑞公司合作開發(fā)流感mRNA疫苗。市場一般，公司艱難度日。
COVID-19 大流行爆發(fā)后，兩種編碼 SARS-CoV-2 表面蛋白的堿基修飾 mRNA 疫苗以創(chuàng)紀錄的速度開發(fā)出來。據(jù)報道，保護效果約為95%，這兩種疫苗早在2020年12月就獲得了批準。
后來，發(fā)生的事情，我們都知道了，疫苗開發(fā)的速度和接種速度，我們每個人都深有感觸。
mRNA 疫苗的開發(fā)具有令人印象深刻的靈活性和速度，為使用新平臺開發(fā)針對其他傳染病的疫苗鋪平了道路。未來，該技術(shù)還可用于輸送治療性蛋白質(zhì)并治療某些癌癥類型。
基于不同方法的其他幾種針對SARS-CoV-2 的疫苗也迅速推出，全球總共已接種超過 130 億劑 COVID-19 疫苗。這些疫苗挽救了數(shù)百萬人的生命，并預(yù)防了更多人的嚴重疾病，使社會得以開放并恢復(fù)正常狀態(tài)。今年的諾貝爾獎獲得者通過對 mRNA 堿基修飾重要性的基本發(fā)現(xiàn)，在我們這個時代最大的健康危機之一期間為這一變革性發(fā)展做出了重要貢獻。
今年她68歲了。而此時距離她最初開始研究mRNA已有40多年，距離她的關(guān)鍵技術(shù)突破也有了18年。
在這沉默苦悶的研究歲月中，比卡里科出名更早的是她的女兒祖薩娜·弗朗西亞。也許是繼承了母親堅忍不拔的精神，祖薩娜在2008年北京奧運會和2012年倫敦奧運會上連續(xù)奪得了劃船比賽冠軍。
在這個陰冷的日子，謹和所有走在創(chuàng)業(yè)路上的朋友們，分享這位女性創(chuàng)業(yè)者的故事。
