Buňka čte vakcínu jako kuchařku. Naučíme vás to také
Nesourodá změť písmenek na jedné jediné stránce. Tak vypadá největší zbraň lidstva proti koronaviru. Vědci odkryli tajemství mRNA vakcín firem Moderna i Pfizer a BioNTech. Teď do jejich struktury může nahlédnout úplně každý díky schématu přiloženém na konci článku. Pro zajímavost i pro poučení, jak pár stovek písmen dokáže zachraňovat lidské životy.
Přirozeně nadaný kuchař uvaří oběd snů jen ze surovin a vlastních nápadů. Stejně jako geniální pianista zvládne vykouzlit symfonii jen tak z hlavy. Buňky vytvářející důležité proteiny v lidském těle musí mít za všech okolností „noty“. Životně důležité proteiny bez receptu nevytvoří.
Naštěstí mají buňky jádro a v něm tajný sejf na kuchařky plné receptů (DNA). Když je čas na vaření, poslíček s přepsaným receptem (mRNA – písmeno „m“ značí anglické slovo messenger, tedy skutečně poslíček) vyskočí z jádra ven a donese důležitá lejstra do ribozomů. Do kuchyně. Ribozomy přepsaný recept secvaknou jako oboustranný skener a začnou číst a číst. A jako 3D tiskárna vyrábět a vyrábět.
Kombinace AstraZenecy a Pfizeru? Mělo by to fungovat znamenitě, myslí si mikrobiolog Šebo
Číst článek
Aminokyselinou po aminokyselině tak v lidském těle vzniká kdejaký protein – kolagen, hemoglobin a další. Tomuhle procesu se odborně říká proteosyntéza. A viry ji dokážou využít. Do buňky si totiž přinesou vlastní kuchařky plné receptů, čímž odpadá nutnost vloupat se do jaderného sejfu. Platí to i pro koronavirus.
Výrobci vakcín recept na vytvoření jednoho určitého proteinu z virové kuchařky chytře využili proti viru samotnému. Vakcínami vyrobený protein má za úkol lidské tělo chránit. Jde přitom o stejný „šperhák“, s nímž koronavirus buňky infikuje.
Už jste o něm určitě slyšeli – magický spike protein, tedy bodlinka na povrchu koronaviru, která se umí zachytit na lidských buňkách jako bodlák na svetr. A umožní tím patogenu buňku infiltrovat. Když nechá tento samý protein vyrobit v lidské buňce vakcína, je pro lidské tělo absolutně neškodný.
Lidská imunita je ovšem ve střehu a nenechá nic náhodě. Bílé krvinky si myslí, že je buňka napadená a zničí ji. Pro jistotu. Navíc, si umí „nepřítele“ zapamatovat. Tak se lidské tělo vycvičí na boj s případným skutečným nepřítelem. Nic z toho by ale nebylo, kdyby ribozomy neuměly tak perfektně číst kuchařky.
Hodně dlouhý recept
Díky vědcům z věhlasné Stanfordovy univerzity známe přesnou podobu mRNA vakcín od americko-německého konsorcia firem Pfizer a BioNTech i americké společnosti Moderna. Sekvenovali zbytky vakcín odhozených do koše a výsledky analýzy publikovali na server GitHub, který je určený pro sdílení různorodých kódů.
24 otázek ke covidu-19: pozitivní test u školáka, dezinfekce respirátoru či budoucnost Sputniku V
Číst článek
Recept na výrobu vakcín je tvořený nukleotidy, stavebními kameny nukleových kyselin jako mRNA nebo DNA, které v sobě ukrývají genetické informace. Když se na něj podívá laik, zděsí se, jak může buňka takovou hatmatilku přelouskat. Jen tisíce písmen poskládaných za sebe. Dává to smysl? Ribozomům ano. A vám bude za chvíli také.
DNA i RNA kódují vždy čtyři základní nukleotidové báze. Tři jsou pro obě nukleové kyseliny totožné: adenin (A), guanin (G) a cytosin (C). Poslední, čtvrtá báze, se v DNA (T jako thymin) a RNA (U jako uracil) liší. „Tato písmenka jsou instrukce. Je to program pro buněčnou mašinérii,“ vysvětluje přednosta Ústavu biochemie při 3. lékařské fakultě Univerzity Karlovy Jan Trnka.
„Jsou ve trojicích, v takzvaných tripletech. A každá ta trojice kóduje jednu aminokyselinu,“ pokračuje. A protože trojice písmen aminokyselinu „kóduje“, říká se tomuto tripletu také kodón. Jedna aminokyselina, jeden krok v receptu. Třeba: začnete vařit vodu. Jeden kodón, jedna stránka receptu. Jeden recept, jeden protein. V případě spike proteinu je to recept o 1273 stranách.
Kolik jazyků umíš…
Vtip je, že s písmenky se dají dělat poměrně zásadní kouzla. A ona pak mají mnohdy podobný, jindy dost jiný význam. Je to podobné jako s výslovností ve francouzštině.
Zaprvé – sekvenci, kterou tu vidíte, není v abecedě RNA, ale DNA. Proto také nikde není U jako uracil, ten se totiž v DNA nevyskytuje, místo něj tu je thymin (T). Nehledě na to, v jakém jazyce sekvenci čteme, je právě tohle naprosto kritický bod celé vakcíny. Vědci totiž tuhle bázi upravili. A díky tomu očkování funguje, jak má.
Manuál pro očkované. První dávku oslavujte nealkem a doma, na účinek vydržte čekat co nejdéle
Číst článek
Každá cizorodá mRNA, která se dostane do buňky, je totiž za normálních podmínek okamžitě zneškodněna. Ne ale vakcína. Jak to? „Když je v sekvenci vyměněno U za malinko pozměněné U, tak se tato mRNA stane pro všechny obranné systémy buňky neviditelná. Což je úplně neuvěřitelné,“ popisuje Michaela Rumlová z Ústavu biotechnologie Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.
Dalším kouzlem je, že jedno písmenko v tripletu se dá vyměnit a pořád dostanete tu stejnou aminokyselinu. „GCU je alanin. GCC je taky alanin. GCA je alanin a GCG je… taky alanin,“ vysvětluje Rumlová.
Proto i když je mezi vakcínami od firem Pfizer a Moderna de facto stoprocentní proteinová shoda, jejich sekvence se v písmenkách liší. Žádná z nich navíc nevytváří protein, který by byl absolutně totožný s tím na samotném koronaviru.
„Důvodem je jednak stabilita a pak to, aby se dobře přepisovala. A některá ta písmena vyměnili, protože naše buňky určité typy bází přepisují raději,“ objasňuje Trnka. I tak je pro vakcíny maximálně žádoucí, aby upravený protein vypadal velmi podobně jako ten koronavirový. Aby lidské tělo vědělo, s kým může mít tu čest.
Prostorové leporelo
Už víme, co písmenka znamenají, co kódují a jak je ribozomy čtou. Ne po písmenkách, ale po tripletech. Ribonukleová kyselina klouže přes skenery ribozomů, ty ji čtou a zároveň vyrábějí aminokyseliny, jako když tiskne. Všechny vytvořené části pak skládají ribozomy za sebe jako prostorové leporelo.
Když vidí ribozomy tři písmena značící tyrosin, „tak vezmou tyrosin a přilepí ho na vznikající polypeptidový řetězec“. A dál? „Posunou se o tří písmenka,“ naznačuje Trnka.
Očkování by mělo zrychlit. Ministerstvo odhaduje, že v květnu získá přes 2,3 milionu vakcín
Číst článek
Vypadá to jednoduše: jenže takhle by ribozomy vyplivly proteinové leporelo do vzduchoprázdna, nebo lépe řečeno do cytoplazmy. A co z toho. Aby vakcína fungovala, potřebuje spike proteiny vystavit na svém povrchu jako do výlohy. Aby si jich bílé krvinky všimly a zakročily. Proto tu jsou ještě další instrukce. Stejně jako v receptu máte napsáno, jak pak pokrm servírovat.
Těch instrukcí je poměrně hodně. Sekvence mRNA má dohromady sedm částí, američtí vědci je pro snadnější rozeznání barevně odlišili. První a poslední jsou konce. Začněme světle modrým polem, tedy „koncem“ na začátku. Říká se mu „pět s čarou konec“.
Celý recept začíná písmenem G. „Géčkem s čepičkou,“ podotýká Rumlová. I tady došlo k úpravě. Každý recept, který běžně opouští sejf v jádře buňky, totiž při výstupní kontrole dostane razítko v podobě jakési „čepičky“. „Buňka ví, že všechny očepičkované mRNA jsou její a že je může přepisovat,“ uvádí Rumlová. Jenže mRNA vakcína z jádra nejde, dorazila přeci z ampule. Tak ji museli vědci přišít čepičku v laboratoři.
Celá tahle azurově modrá část sekvence se zatím nepřepisuje. Ribozomy ji oskenují, ale nic z ní nevytisknou. Ví ale, že přesně tady mají se skenováním začít. Je to taková polaroidová fotka nanečisto. Dává najevo, že tady „film“ začíná. Navíc umí ribozomy vábit, takže ji rádi budou skenovat několikrát za sebou.
Po přečtení spalte
Zelený triplet ATG, který následuje, to je start. Tady to všechno začíná. „ATG kóduje methionin. To je první triplet, iniciační kodón. A je to první vytvořená aminokyselina. Následně je odstraněna, ale je to úplný začátek produkce proteinu,“ popisuje Rumlová.
Žlutá část sekvence je takzvaně signální. To je adresa proteinu: buněčná výloha. „Tady v těch prvních pár aminokyselinách je napsáno, kam ten protein patří. Tyto aminokyseliny buňce říkají: já patřím do endoplazmatického retikula. A potom mě musíte odvézt na plazmatickou membránu,“ vysvětluje Rumlová.
Česko ve čtvrtek naočkovalo rekordní počet lidí. Nárůst nakažených je nejnižší od konce září
Číst článek
To nejdůležitější ale teprve přijde: oranžový segment. Ten největší a nejdelší. To jsou instrukce pro výrobu samotného spike proteinu. Jakmile ho ribozomy vytvoří, narazí na červené stop kodóny. A odpadnou. Přestanou dál vyrábět. Ještě si ale pro jistotu naskenují úplný závěr receptu, tedy onu fialovou část, takzvaně „tři s čarou konec“. To jsou mimo jiné instrukce, kolik ve výsledku má být proteinu vytvořeno.
Na úplném konci jsou modrá „áčka“. „To je ochranný nárazník,“ uvádí biochemik Trnka a vysvětluje, že v buňce je spousta enzymů, které mají chuť jakoukoli mRNA hned ničit. Jenže buňky (ani vědci) nejsou hloupí, takže na konec každého receptu dají spoustu desítky obyčejných A, které nic nekódují a enzymy si je můžou okusovat, jak chtějí.
„Některé mRNA vydrží minuty, jiné vydrží hodiny nebo dny,“ dodává na závěr Rumlová. Pak se recept rozpadne. Jako tajná zpráva Agenta 007. A tím nadobro zmizí i návod na výrobu koronavirových proteinů z našich buněk, které stejně následně zničí bílé krvinky, protože si budou omylem myslet, že jsou nakažené koronavirem.
Tenhle falešný pocit, který se vakcíny snaží v imunitě vyvolat, je základem očkování. I bílé krvinky ale po čase můžou zapomenout, s kým se to utkali, a je fajn jim po čase připomenout, jací nepřátelé mohou lidské tělo napadnout. Ribozomům v takovou chvíli dodáme „nové čtivo“. Jinými slovy: objednáme se na přeočkování.
