2019 yılının son aylarında dikkat çeken şüpheli vakaların arkasında yeni koronavirüs SARS-CoV-2 olduğunun anlaşılmasının ardından 11 Mart 2020 tarihinde Dünya Sağlık Örgütü (WHO) COVID-19 pandemisini duyurdu. O günden bu yana dünya genelinde üç milyondan fazla insan hayatını kaybetti. Fazla değil, 9 Kasım 2020’de Pfizer ile BioNTech, ardından Moderna, tarihimizde geliştirdiğimiz en hızlı aşıları duyurdu. Messenger RNA (mRNA) aşılarının gösterdiği başarı karşısında herkes etkilenmişti fakat bu başarı Katalin Karikó için sürpriz olmamıştı.
Yazının devamında kaybolunmaması için başlamadan önce biyolojiye dair kısa notlar alalım. Rosalind Franklin’in deneysel çalışmaları sayesinde öğrendiğimiz çift sarmal DNA’ya aşinasınızdır. Sarmalın iki zinciri dört DNA nükleotidiyle birbirini tamamlar. Bu nükleotidleri DNA’nın harfleri olarak düşünebiliriz: A (Adenin), T (Timin), G (Guanin) ve C (Sitozin). Bir diğer nükleik asit RNA (ribonükleik asit) molekülü, DNA (deoksiribonükleik asit) ile birbirlerine çok benzer moleküllerdir. Farkları ise RNA, riboz; DNA ise deoksiriboz şekerine sahiptir ve RNA alfabesinde T nükleoititi yerine U (Urasil) nükleotiti vardır. DNA’da C harfi G ile, A harfi T ile eşleşir; RNA’da C harfi G ile, A harfi U ile eşleşir. Böylece DNA’nın bilgisini RNA’ya aktarabilirsiniz (transkripsiyon).
Moleküler yapısı açısından RNA molekülüne kıyasla daha kararlı yapıdaki DNA, hücre içinde çekirdektedir (nukleus). Çift iplikli DNA’nın kopyalanan (transkripsiyon) bilgisi tek iplikli messenger RNA’ya (mRNA) aktarılıp sitoplazmada hücrenin protein elde eden kompartmanı ribozomda çevrilmesinin (translasyon) ardından bilgi akışı sağlanır.
mRNA aşılarının temel çalışma prensibi
Hücre zarının “yağlı” yapısı nedeniyle içine her şeyin kolayca girebilmesi pek mümkün olmadığından mRNA temelli aşılarda modifiye edilmiş moleküller hücreye çıplak halde değil, lipid partikül (LNP) içinde verilir. Şimdi yağlı derken neyi kastettiğimizi açalım.
Yağ ile suyu karıştırmayı denerseniz karışmadığını göreceksiniz. Bunun sebebi yağın hidrofobik olmasıdır. Su iki hidrojen, bir oksijen atomundan meydana gelen polaritesi yüksek bir moleküldür. Hidrojen atomları pozitif, oksijen negatiftir. Bununla birlikte yağlar ise uzun ve apolar hidrokarbon zincirlerden oluşan, hidrofobik karaktere sahip moleküllerdir. Eğer fosfolipid yapıdaki hücre zarlarımızı toplu iğne gibi gözümüzde canlandırırsak, toplu iğnenin başını fosfat grubu, iğne kısmını yağ kuyrukları gibi düşünebiliriz. İşte bu sebeple mRNAların hücre içine alınımının kolaylaşması için lipid nanopartiküller kullanılır. Koronavirüsün reseptöre bağlandığı S (Spike) proteini mRNA kullanarak immün sisteme “tanıtılır”. Pfizer ile BioNTech ve Moderna’nın mRNA aşılarının temel çalışma prensibi budur.
Yüksek başarıyla elde edilen aşılar büyük bir yankı uyandırdı. Geleneksel aşılara alternatif olan mRNA aşıları birçok insan tarafından ilk kez duyulsa da aslında RNA çalışmaları uzun bir geçmişe sahip. Messenger RNA (mRNA) tam 60 yıl önce, 1961 yılında kararsız bir molekül olarak keşfedilmişti(8)(9), fakat hücre içi bilgi aktarım mekanizması tam olarak anlaşılamamıştı. Daha iyi anlayabilmemiz için in vitro çalışmaların kapısını 1984 yılında aralayacaktık(10). 1970’li ve 80’li yıllar biyoloji için heyecan verici yıllardı: Taq polimeraz, Science dergisi tarafından yılın molekülü seçilmişti.
Messenger RNA çalışmaları kullanışlı görülmediğinden ikinci plana atılmıştı. Katalin Karikó ise messenger RNA’nın potansiyeline her zaman inanıyordu ve Drew Weissman ile birlikte RNA’nın istenmeyen tepkisini engelleyecek çığır açan yöntemi buldu. Bir tip immün hücresine (Spesifik olmak gerekirse, MDDC – Monocyte-Derived Dendritic Cell) bakteri ve memeli RNA tipleri eklendiğinde RNA, istenmeyen immünojenik yanıtlarındaki zıtlığı fark ediyor: Memeli mitokondriyal RNA yanıtı immünojenite gösterirken, total RNA’nın göstermemesi gibi. Tam buraya geldiğimizde bilgilerimiz arasında gerekli bağlantıyı kurmamız gerekiyor. Mitokondri kendi genomuna sahip bir hücre kompartmanı. Bu, mitokondrilerin de RNA’ları olduğu anlamına geliyor. Biyoloji bölümüne adım atar atmaz her öğrencinin öğrendiği üzere, mitokondri bakteri “yutan” bir hücreden evrimleşmiştir. Gördükleri mitokondrial RNA’nın yüksek immünojeniteye sahip olması buna dayanıyordu, bakteri gibi davranıyordu. Hipotezlerini modifikasyona dayandırarak çalışmalarını sürdürdüler.
Sıra hipotezlerini deneyle göstermeye gelmişti. Karikó’nun, RNA modifikasyonunun immünojenik yanıtı engelleyebileceğini göstermesi gerekiyordu. Denemelerin ardından en iyi modifikasyonun Pseudouridine olduğunu göstererek modifiye ettikleri RNAların immünojenitesini engellediklerini gösterdi.
Katalin Karikó kimdir?
Katalin Karikó, 17 Ocak 1955 Macaristan doğumlu. Szeged Üniversitesi’nde biyokimya eğitimini tamamlamasının ardından 1985 yılında eşi ve -daha sonra iki altın madalyalı olimpiyat sporcusu olan- iki yaşındaki kızları Susan Francia ile beraber, sattıkları arabalarından gelen nakit parayı kızlarının oyuncak ayısının içine saklayarak, Philadelphia Temple Üniversitesi’nde çalışmak üzere ABD’ye yerleşiyorlar.
Karikó, 1990 yılında tam zamanlı pozisyon (tenure track) teklifi gelmesinin üzerine çalışmalarına Pennsylvania Üniversitesi’nde devam ediyor; 1995 yılında, çalışmalarını arka plana atmak isteyen üniversite yönetimi Karikó’nun bir seçim yapmasını istiyor. Çalışma projesini değiştirip pozisyonunda kalmasını ya da mRNA çalışmalarına devam ederek kesintileri kabul etmesini istiyor. Karikó için o günler gerçekten zor geçmiş. Aynı dönemde Karikó’ya kanser teşhisi konuluyor ve eşi vize problemleri nedeniyle altı ay boyunca ülkeye giremiyor. Ne yazık ki kesintiyi kabul etmek zorunda bırakılarak istediği çalışmaları ancak o şekilde yürütebiliyor. O günlerden bahsederken durumunu şöyle özetliyor: “Sürekli fon almak için mektuplar yazıyordum: fon, fon, fon… Sonra da cevaplar geliyordu: red, red, red.”
1997 yılına kadar türlü zorluğa rağmen çalışarak ilerleyen Karikó bir gün, işe yeni başlayan ve HIV aşısı üzerine çalışan immünolog Drew Weissman ile tanışıyor. 2000 yılına geldiğimizde Karikó, alanında saygı duyulan bir immünolog olan Drew Weismann’la immünojenite çalışmalarına yoğunlaşıyor ve ikili önemli sonuçlara ulaşıyor. Bunun sonucunda RNARx isimli bir şirket kursalar da, bu şirket uzun ömürlü olmuyor. Geliştirdikleri yöntemi Pennsylvania Üniversitesi lisanslıyor; yeni kurulan BioNTech ve Moderna isimli iki genç şirket ile birlikte…
Moderna
Karikó’nun çalışmalarını fark edenlerden biri daha sonra Moderna’nın kurucularından olan fakat daha sonra şirketten ayrılan Derrick Rossi, diğeri ise BioNTech. Derrick Rossi 2005 yılında Stanford Üniversitesi’nde kök hücre biyolojisi üzerine çalışan bir bilim insanı. Karikó ve Weissman’ın makalesini ilk kez okuduğunda çığır açacak nitelikte bir keşif olarak değerlendirerek ikilinin Nobel Ödülü alması gerektiğini söylüyor. Ardından modifiye edilmiş messenger RNA uygulamasının embriyonik kök hücre çalışmaları için ne anlama gelebileceği üzerine yoğunlaşıyor. İsminden de anlaşılacağı üzere bu kök hücreler embriyolardan alınabildiği için biyoloji etiğinde tartışmalı bir konu, Derrick Rossi’nin de ilgisini çekmesinin sebebi tam olarak bu.
Deneylerde istedikleri hücreleri gördükten sonra Rossi heyecanla Harvard Medical School’da çalışma arkadaşı Timothy Springer’i bilgilendiriyor. Timothy Springer aynı zamanda bir “girişimci”. Rossi’nin çalışmasında kârlı bir koku alan Springer, ardından MIT’de çalışan 400 civarında patent lisansı olan biyomedikal mühendisi Robert Langer’i durumdan haberdar ediyor. 2010 yılında Rossi ve Springer, Langer’i Massachusetts’teki laboratuvarında ziyaret ediyor. Bu toplantının sonunda Langer’in kârlı olarak gördüğü nokta Rossi’nin modifiye edilmiş RNAların kök hücre biyolojisindeki kullanımı değil, yeni ilaçlar ya da aşılar için kullanımı olmuş.
Birkaç gün sonra Rossi, “girişimci” Noubar Afeyan’a da bir sunum yapıyor. Afeyan da Langer ile benzer tepki vererek çok heyecanlanıyor. Birkaç ay içinde “modified and RNA” (kısaca: Moderna) isimli şirket kuruluyor. İşte işler tam da buradan itibaren karışmaya başlıyor… Moderna’nın her bir kurucusunun hesaplarındaki para artmaya devam ederken, aralarında çalışan tek araştırmacı Rossi’yi çalışmasının potansiyelini anlamamakla suçluyorlar. O sırada şirketin kurucuları mRNA uygulamalarının karmaşıklığını ve olasılıklarını anlamaya çalışan biliminsanları gibi davranmak yerine, iş adamı kimlikleriyle hareket ediyorlar. Tüm bu gelişmelerin sonucunda 2014 yılında Derrick Rossi, Moderna’dan ayrılıyor. Bir röportajında Rossi “onlar adına utandığını” aktarıyor.
BioNTech
O sırada Almanya’nın Mainz şehrinde teknolojinin -ilk sırada aşılar olmasa da- hastalıklar üzerine potansiyelini gören bir çift tarafından yeni bir şirket kuruluyor. Uğur Şahin ve Özlem Türeci, 1990 yılında Saarland’da bir klinikte doktor olarak çalışırken tanışmışlar. İkisi de uzun süre boyunca immünoloji ve immünoterapi, hastaya özel kanser aşıları ile ilgilenmiş. Ardından, Thomas ve Andreas Strungmann isimli ikiz kardeşleri mRNA’ya dayalı kanser aşısına yoğunlaşacak bir şirket kurmaları için yatırım yapmaları için ikna etmişler: Biopharmaceutical New Technologies (kısaca: BioNTech). Moderna gibi, BioNTech de Karikó ve Weissman’ın geliştirdiği teknolojinin lisansına sahip.
2011 yılında Moderna, işe başlayan yeni CEO Stephane Bancel’in dâhil olmasıyla, hiçbir tescilli bilimsel çalışmaları olmamasına rağmen kapitalistlerden yüklü miktarda para toplayarak sıçrama yapıyor. Ödeme yapanlar arasında AstraZeneca da var. Tekrar altını çizmek istiyorum, tamamen para kazanmaya ve kazandırmaya odaklanmış bu şirketin hâlâ tek bir yayını ya da halka açık bir çalışması yok. Hatta bu noktada Karikó’nun sonraki yıllarda aştığı sorunları dahi AR-GE yaparak aşabilmiş değiller.
BioNTech ise aynı yıllarda sadece bilimsel çalışmaya odaklanmış halde. Her açıdan Moderna’nın zıddı gibi hareket etmiş, neredeyse 150 bilimsel makale yayınlıyor. 2013 yılında Senior Vice President (kıdemli başkanvekili) olması için teklif gelmesinin ardından Karikó teklifi kabul ediyor, günümüzde çalışmalarını hâlâ BioNTech’te sürdürmekte.
İçinde bulunduğumuz pandemide kullandığımız messenger RNA (mRNA) temelli aşılar tek bir insan ya da tek bir ülke tarafından bir anda geliştirilmedi. 1961 yılından bu yana süren çalışmalarda yer alan her bir araştırmacı, özellikle Katalin Karikó’nun tutkusu ve inancı, Drew Weissman ile yaptıkları muhteşem çalışmalar sayesinde, bilimsel çalışmanın ne olduğunu bilmeyen kafası sadece kâr marjı hesaplarına basan iş adamlarına rağmen, olduğumuz yere geldik.
Kaynakça:
1) https://science.sciencemag.org/content/246/4937/1543
2) https://www.advancedsciencenews.com/pioneers-in-science-katalin-kariko/
3) https://www.cas.org/blog/covid-mrna-vaccine
4) https://www.pasteur.fr/en/home/research-journal/news/discovery-messenger-rna-1961
5) https://www.nytimes.com/2021/04/08/health/coronavirus-mrna-kariko.html
6) https://nypost.com/2020/12/05/this-scientists-decades-of-mrna-research-led-to-covid-vaccines/
7) https://www.statnews.com/2020/11/10/the-story-of-mrna-how-a-once-dismissed-idea-became-a-leading-technology-in-the-covid-vaccine-race/
8) Brenner S., Jacob F. and Meselson M, “An Unstable Intermediate Carrying Information from Genes to Ribosomes for Protein Synthesis,” Nature, 190, 576–81 (1961).
9) Gros F., Hiatt H., Gilbert W., Kurland C.G., Risebrough R.W. and Watson J.D., “Unstable Ribonucleic Acid Revealed by Pulse Labelling of Escherichia Coli,” Nature, 190, 581-585 (1961).
10) https://doi.org/10.1093/nar/12.18.7035
11) https://www.nature.com/articles/nrd4278 (mRNA temelli terapiler üzerine Karikó, Şahin ve Türeci’nin makalesi)
