Viten

Slik fungerer mRNA-vaksinen. Men virker den mot muterte virus?

  • Erik Boye
    Erik Boye
    professor emeritus, Institutt for biovitenskap, Universitetet i Oslo og Oslo universitetssykehus

Virus (til venstre) kobler seg til cellen (til høyre) via piggproteiner. Vaksinen gjør at kroppen blokkerer disse «piggene» og hindrer at virus trenger inn i cellene. Foto: Shutterstock / NTB

mRNA-vaksiner er ikke brukt før nå. Her går vi i dybden av den nye teknologien.

Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Med redsel og undring følger vi nå spredningen av nye virusmutanter.

I bekjempelsen av pandemien har vi tatt i bruk 200 år gammel vaksinekunnskap, 60 år gammel viten om gener og proteiner, ny teknologi som analyserer arvemateriale i detalj og vi bruker for første gang mRNA i vaksiner.

Hvordan fungerer de nye mRNA-vaksinene? Virker de mot virus med mutasjoner? Er mutanter farlige?

For å besvare disse spørsmålene trenger vi litt grunnleggende kunnskap om arvestoff og deres informasjonssystem.

Livets språk

En mutasjon er en endring i baserekkefølgen i arvematerialet, altså i enten DNA eller RNA (se faktaboks). En mutant er en organisme som har fått en mutasjon.

Informasjonen i DNA, altså rekkefølgen av baser, blir overført til budbringer-RNA (mRNA) som igjen forteller hvordan proteiner skal settes sammen (se grafikk).

DNA overfører informasjon til mRNA. Denne informasjonen er en oppskrift på et spesifikt protein som skal lages. Foto: Grafikk: Erik Boye

I motsetning til DNA og RNA består proteiner av en kjede aminosyrer. Proteiner står for strukturen og arbeidet i en celle. Hvordan slik informasjon blir lagret og avlest, ble utforsket i bakterier og virus for 60 år siden.

Det viste seg at systemet for koding og overføring av informasjon gjaldt for alle levende organismer, fra små virus og bakterier til elefanter og mennesker.

Alle celler snakker samme språk: livets språk. Kunnskapen fra virus og bakterier kunne derfor brukes til å forstå alle levende organismer, inkludert mennesker.

Informasjonen går altså fra DNA via mRNA til protein. Gjennom millioner av år har enkle organismer lært seg å lage DNA og mRNA som resulterer i produksjon av virksomme proteiner.

Endringer (mutasjoner) i DNA kan gjøre at proteiners egenskaper endres.

Mutasjoner på godt og vondt

Ved hjelp av mutasjoner kan en organisme tilpasse seg livsbetingelsene. Noen ganger trengs én type protein, andre ganger et annet protein. Noen ganger bare få proteiner, andre ganger store mengder.

Alle celler har utviklet svært sofistikerte mekanismer for å regulere hvor og når det enkelte protein blir laget.

Rekkefølgen av baser i DNA eller RNA kalles en sekvens. Avanserte maskiner kan raskt lese slike sekvenser. Hurtig sekvensering har vært nyttig under pandemien, for nå kan vi identifisere de forskjellige virusmutantene og følge deres spredning.

Er mutasjoner skadelig? Ja, stort sett. Men først og fremst for organismen selv.

De aller fleste mutasjoner gjør at proteinet som DNA eller RNA koder for, fungerer dårligere. Men av og til gjør en mutasjon at proteinet får en ny egenskap som kan være en fordel for organismen, for eksempel at et virus smitter lettere fra en person til en annen.

Erik Boye er professor emeritus ved Institutt for biovitenskap, Universitetet i Oslo og Oslo universitetssykehus. Foto: Universitetet i Oslo

Kopierer seg selv

Også for koronaviruset oppstår mutasjoner først og fremst ved feilkopiering av DNA eller RNA. I tillegg kan stråling og kjemikalier endre på basene og dermed introdusere mutasjoner.

Mutasjoner er selve grunnlaget for utvikling av avansert liv på jorden. Derfor kan menneskeheten være takknemlige for mutasjoner selv om de ofte er skadelig for hvert enkelt individ.

Koronaviruset inneholder RNA og ikke DNA som arvemateriale. Når virusets RNA kommer inn i en celle, tar den over cellens maskineri for å lage flere viruspartikler, som vil si både RNA og protein.

Når cellen har laget mange nye virus, blir alle frigjort for å infisere nye celler. Virus og celler blir hele tiden påført nye mutasjoner.

Sars-cov-2 skyldes slike mutasjoner.

Uheldigvis kom viruset i kontakt med et menneske, og det gjorde spredning mulig. Men viruset vil fortsette å få mutasjoner, og nye mutanter som smitter lett, vil kunne overta for dem som smitter mindre.

Slik fungerer vaksinen

Vårt immunsystem kan gjenkjenne og binde seg til fremmede proteiner. Vaksinering har i mer enn 200 år vært basert på å injisere slike fremmedproteiner i kroppen.

Når immunsystemet vårt har vært i kontakt med et virusprotein, vil det lettere kunne avvise en påfølgende infeksjon av dette viruset. For snart 30 år siden ble det foreslått at vi skulle bruke mRNA i stedet for proteiner i vaksiner. Den akutte faren ved pandemien har gjort at mRNA-vaksiner blir prøvd ut nå, med stort hell.

Å lage mRNA med riktig sekvens av baser kan gjøres på et par dager i laboratoriet. Minst to av vaksinene mot sars-cov-2 inneholder mRNA som koder for et overflateprotein, også kalt «spike» eller piggprotein, i kappen som omgir viruset.

Når vaksine-mRNA kommer inn i cellen, blir det avlest og cellen starter produksjon av piggproteinet. Det blir altså ikke laget fullverdige viruspartikler, men kun dette ene proteinet. Immunsystemet vil dermed kjenne til piggproteinet og kunne stoppe senere infeksjoner av det ekte viruset.

Vil vaksinen virke mot mutasjoner?

Det er piggproteinet som gjør at viruset kan binde seg til overflaten av cellene våre og trenge inn. Det vil oppstå nye virusvarianter med mutasjoner i genet for piggproteinet, noe som igjen gjør at piggproteinet blir endret.

Vil mRNA-vaksinene virke mot muterte virus med endrede piggproteiner?

Det kommer an på hvor mye proteinet er endret. Etter en mRNA-vaksine kan immunsystemet kanskje gjenkjenne et nytt piggprotein eller kanskje slett ikke.

Hvis proteinet ikke gjenkjennes, gir ikke vaksinen noe forsvar. Dette er vanskelig å forutsi. Vi kan forvente at nye, muterte virus vil opptre i fremtiden og at disse vil kreve nye vaksiner.

Da har vi en strategi i bakhånd: Mutantvirusets RNA kan sekvenseres på noen få dager, og vi kan lage mRNA som er helt lik den muterte sekvensen på bare et par dager.

Dermed kan vi raskt lage nye og effektive vaksiner etter hvert som viruset muterer. Det som tar tid, er å prøve ut hvilke vaksiner som virker. Kampen mot sars-cov-2 har vært usedvanlig vellykket fordi foreliggende kunnskap og teknologi er blitt anvendt svært raskt.

Forskning om mutasjoner, mRNA, sekvensering og syntese av RNA har raskt etablert et effektivt og oppegående forsvar.

  1. Les også

    Oppsiktsvekkende resultat i Harvard-studie: Eldre mus fikk synet tilbake

  2. Les også

    Vaksinestrategien må begrunnes bedre

  3. Les også

    AstraZeneca-vaksinen formelt godkjent av EU

Les mer om

  1. Vaksine
  2. Koronaviruset
  3. Helse
  4. DNA
  5. Virus
  6. Viten