Me këtë molekulë mund të arrihen shumë gjëra, shkruan The Economist
Biologjia molekulare nuk është një garë popullariteti. Por nëse do të ishte, ajo do të ishte një garë e njëanshme. Biologët që studiojnë evolucionin i janë përkushtuar tërësisht rëndësisë së ADN-së. Sekuencat në mbështjelljet e saj të rregullta mbartin së bashku historinë e gjithë jetës në planet. Farmakologët, duke qenë më të prirë ndaj anës praktike, e vënë theksin tek rëndësia e proteinave.
Proteinat nuk kanë të bëjnë me sekuencën, por me formën; format e tyre komplekse, të parregullta dhe mënyrat se si ato mund të ndryshojnë, i lejojnë proteinat të kryejnë pothuajse të gjithë punën biologjike që bëhet në qeliza. Dhe efikasiteti i ilaçeve ka të bëjë pikërisht me mënyrën sesi molekulat e ilaçeve hyjnë në këto forma proteinike.
Vetëm një numër i vogël biologësh do të zgjidhnin si molekulë kryesore acidin ribonukleik (ARN), që konsiderohet në përgjithësi si një molekulë ndihmëse. Mund të argumentohet se qëllimi kryesor i ADN-së është prodhimi i ARN-së. Është e vërtetë se prodhimi i proteinave nuk do të kryhej dot aspak pa ARN-në. Por ARN-ja është një operator në prapaskenë, jo një aktor qendror. Ajo kryen punë të domosdoshme dhe të vështira, por që nuk tërheqin vëmendjen kryesore dhe vlerësohen shumë pak.
Ose të paktën kjo ishte e vërtetë derisa vaksinat e prodhuara nga ARN nisën të mbronin kundër Covid-19 me miliona njerëz nëpër botë. Tani, më në fund, ARN-ja është kthyer në qendër të vëmendjes. Vaksinat e ARN-së jo vetëm që po konsiderohen për të gjitha llojet e sëmundjeve të tjera, por ARN-ja mund të shfrytëzohet për shumë përdorime të tjera farmaceutike. Mënyra se si biologjia molekulare zbatohet në mjekësi duket se do të ndryshojë rrënjësisht.
Një ndryshim i madh
E vërteta e madhe e biologjisë molekulare, e zbuluar gjatë revolucionit intelektual që ndoqi zbulimin e strukturës së spirales së dyfishtë të ADN-së, është mënyra sipas së cilës lidhen së bashku forma dhe sekuenca. Forma e një proteine varet nga mënyra e ndërlikuar në të cilën shpaloset zinxhiri i aminoacideve nga të cilat ajo përbëhet. Kjo varet nga radha në të cilën aminoacidet e llojeve të ndryshme bashkohen në atë zinxhir. Dhe renditja e aminoacideve është një pjesë thelbësore e informacionit gjenetik të ruajtur në sekuencat e ADN-së së gjenomit të qelizës.
Kalimi i informacionit nga forma e papërpunuar që merr në gjenomë, në formën e tij aktive fizike në makineritë e qelizës, varet pikërisht nga ARN-ja, një molekulë ku sekuenca dhe forma luajnë role thelbësore. Sekuenca e gjenit kopjohet së pari nga ADN-ja në ARN; ky transkript i ARN-së transformohet më pas për të formuar një molekulë të quajtur ARN përçuese, ose mRNA.
Fundi i molekulës mRNA formatohet në një formë unike, e cila njihet nga ribozomet, pjesë komplekse të përbëra nga dhjetëra proteina të mbështjella rreth një grupi tjetër molekulash të ARN-së. Me ndihmën e më shumë molekulash ARN-je (disa molekula të vogla të quajtura tARN), ribozomi përkthen mesazhin gjenetik në proteinën që i referohet duke krijuar një zinxhir aminoacidesh.
Ky është mekanizmi i shfrytëzuar nga vaksinat e ARN-së të zhvilluara nga BioNTech, kompani gjermane bioteknologjike me qendër në Mainz dhe kompania amerikane Moderna, në Cambridge, Massachusetts, për t’u mbrojtur kundër sars-cov-2, virusit që shkakton Covid-19. Kompanitë prodhojnë në masë sekuencën e ARN-së me kornizën e proteinës “gjembore”, e cila karakterizon membranën e jashtme të virusit, formatuar në një mënyrë që të duket si një mARN natyrale.
Këto molekula të ARN-së, të mbështjella me flluska të vogla yndyrore të quajtura lipozome, injektohen te pacientët, dhe lipozomet e ndihmojnë mARN-në të hyjë brenda në qeliza. Ribozomet vijnë në kontakt me formatin e mARN-së dhe regjistrojnë sekuencën e saj, duke prodhuar proteinën gjembore. Sistemi imunitar mëson të njohë formën gjembore proteinike që po prodhojnë qelizat e vaksinuara dhe e ruan në kujtesë mënyrën sesi ajo prodhohet. Kjo e lejon atë të reagojë me shpejtësi nëse më vonë has të njëjtën proteinë në sipërfaqet e grimcave virale dhe qelizave të infektuara.
Kjo aftësi për t’i nxitur qelizat të prodhojnë proteina për të cilat ADN-ja e tyre nuk përmban gjen, është e mjaftueshme për të hapur rrugën për terapi të reja. Por kjo nuk është e gjitha. Qelizat prodhojnë sasi të mëdha ARN-je. Aftësia e saj për të njohur sekuenca specifike gjenetike, e bën atë të dobishme për të gjitha llojet e proceseve, duke përfshirë aktivizimin dhe çaktivizimin e transformimit të gjeneve. Aftësia e saj për të shpalosur veten në forma të ndryshme (si në formë shkopi, sythi etj.) e bën atë efikase në bashkëveprimin me proteinat.
Kjo larmi molekulash ARN është e ngjashme me sistemin operativ të një kompjuteri, duke ndërmjetësuar marrëdhënien midis sistemit qelizor hardware dhe software. Shumë nga detajet se si funksionon ky ndërmjetësim mbeten të paqarta. Por disa elemente janë kuptuar mjaft mirë dhe janë investuar shumë para në përpjekjen për të shfrytëzuar sistemin operativ për qëllime terapeutike.
Këto aftësi duhet t’u mundësojnë prodhuesve të ilaçeve që të shfrytëzojnë proteinat, format e të cilave i kanë studiuar gjatë. Nëse më parë ata kishin në shënjestër proteinat që ishin tashmë të pranishme, tani mund të synojnë vetë proceset që kontrollojnë se cilat proteina prodhohen, duke shtuar proteina të reja të dobishme dhe duke eliminuar të vjetrat e dëmshme. Po eksperimentohen ilaçe të bazuara në ARN në provat klinike për trajtimin e kancerit, sëmundjeve të zemrës dhe sëmundjeve të trashëgueshme – si dhe sëmundjeve të trurit si Alzheimer dhe Parkinson.
Për më tepër, përzierja e sekuencës dhe formës së ARN-së nënkupton se procesi dikur i rastësishëm i zbulimit të ilaçeve, i varur prej shumë kohësh nga përputhja e formës së molekulave të vogla sintetike me konturet e jashtme të proteinave, tashmë mund të sistematizohet. Një sekuencë e cila njeh ose formon një pjesë të një gjeni, mund të ndërrohet me një sekuencë tjetër. Kur efikasiteti i një ilaçi i bazuar në ARN varet nga sekuenca e tij, synimi dhe veprimi i tij mund të modifikohen në mënyrë shumë të thjeshtë.
Ilaçi është mesazhi
Të dyja firmat që kanë prodhuar vaksinat mARN kishin vaksina të tjera në pritje para se të shfaqej Covid-19. Falë avancimit teknologjik, ato ishin në gjendje t’i përqendronin përpjekjet tek sars-cov-2 sapo u bë e njohur sekuenca për gjenin e tij janarin e kaluar.
Tani kompanitë po vazhdojnë me planet që kishin lënë përgjysmë. Moderna po përpiqet të prodhojë vaksina për të shmangur infeksionin nga citomegalovirusi (një virus herpes që shkakton probleme neurologjike tek të porsalindurit), tre viruse të mushkërive që shkaktojnë sëmundje të frymëmarrjes te fëmijët e vegjël dhe Zika, një virus i lindur nga mushkonjat kryesisht në zonat tropikale. BioNTech po përqendrohet në zhvillimin e vaksinave dhe trajtimeve të tjera, me të cilat mund të kurohen sëmundjet kancerogjene.
Qelizat kancerogjene zakonisht kanë konstelacione të veçanta proteinash në sipërfaqet e tyre, duke përfshirë edhe ato normale dhe forma më të ndërlikuara mutante. Krahasimi i gjeneve në qelizat e shëndetshme të një pacienti me ato të përdorura nga qelizat kancerogjene, zbulon se cilat proteina mutante po prodhojnë qelizat kancerogjene; mARN-të për ato proteina mund të përfshihen më pas në një vaksinë.
Duke u prodhuar si rezultat i vaksinimit, proteinat mund të nxisin një përgjigje të fuqishme imunitare nga organizmi, gjë që kanceri vetë nuk e shkakton, sepse tumoret e rrezikshme kanë mekanizma që i mundësojnë të mos vihen re nga sistemi imunitar. Sipas Ozlem Tureci, bashkëthemeluesi i BioNTech, firma ka 500 pacientë të regjistruar në provat klinike për kancerin. Moderna po ndjek ide të ngjashme.
BioNTech po teston gjithashtu vaksina mARN që synojnë proteina të mbidalluara por që nuk kanë pësuar mutacion. Ndërkohë, Moderna po punon në vaksinat që stërvisin sistemin imunitar që të njohë proteinat e krijuara nga mutacionet e zakonshme në kras, një gjen i implikuar në rreth 20% të kancereve njerëzore. CureVac, me qendër në Tübingen, një firmë e cila gjithashtu po kryen prova për një vaksinë sars-cov-2, po zhvillon edhe prova për një vaksinë kundër kancerit të mushkërive.
Vaksinimi nuk është mënyra e vetme me anë të së cilës injeksioni mARN mund të luftojë viruset dhe tumoret. Teknika mund të përdoret për të nxitur qelizat të prodhojnë proteina terapeutike që aktualisht administrohen përmes injeksionit ose infuzionit: këto janë interleukinat dhe antitrupat. Antitrupat artificialë janë shumë të vështira për t’u prodhuar në sasi industriale; ndërsa nxitja e qelizave të pacientëve për t’i prodhuar ato vetë do të ishte një hap i madh përpara nëse do të rezultonte praktik.
Ka shumë lloje të tjera proteinash të cilat mund të stimulohen për efekt terapeutik. Një projekt mbi të cilin po bashkëpunon Moderna me gjigandin farmaceutik AstraZeneca, synon të përdorë mARN-në për të prodhuar një proteinë e cila nxit rigjenerimin e enëve të gjakut. Kjo terapi, tani në provat klinike të fazës 2, mund të stimulojë rritjen e enëve të reja të gjakut pas një ataku kardiak.
Të nxisësh trupin që të prodhojë një proteinë që i nevojitet vetëm për një kohë të shkurtër, është e rëndësishme. Por çfarë mund të thuhet për një proteinë që i nevojitet trupit çdo ditë, por për prodhimin e së cilës trupit i mungon gjeni? Sëmundje të tilla gjenetike kanë qenë gjithmonë objektivat kryesore në terapinë e gjeneve – trajtime të cilat shtojnë një gjen që mungon në qelizat e një pacienti, ose riparojnë një gjen të prishur, duke u lejuar qelizave të prodhojnë një proteinë e cila u ka munguar deri tani. Disa probleme të tilla mund të trajtohen me mARN. Vendosja e një gjeni mund të jetë më efikase – por rregullimi i tij, në mënyrën dhe vendin e duhur, është i vështirë. Nëse trajtimet me mARN dalin efikase, ato mund të ofrojnë një alternativë të dobishme.
Po studiohen disa trajtime me mARN për sëmundje të ndryshme si, fenilketonuria, një çrregullim metabolik i cili kërkon që të sëmurët të kufizojnë dietat e tyre për tërë jetën; sëmundja e ruajtjes së glikogjenit, e cila zmadhon mëlçinë dhe veshkat dhe pengon rritjen e fëmijëve; dhe acidemitë propionike dhe metilmalonike, dy sëmundje që e pengojnë trupin të ndajë siç duhet proteinat dhe yndyrat. Të gjitha këto janë sëmundje që po studiohen edhe nga terapistët e gjeneve.
BioNTech, Curevac, Moderna dhe disa kompani të tjera po përparojnë me këto projekte sepse kanë kaluar shumë vite duke zhvilluar bazat e platformave të tyre. Duhej të kaloheshin shumë pengesa para se të arrihej që të nxiteshin qelizat për të vepruar sipas mesazheve të jashtme. Për shembull, ARN-ja duhej të forcohej disi në mënyrë që ajo të mos binte pre e sistemit imunitar ose të çmontohej brenda qelizave; duheshin gjetur lipidet e duhura për të mundësuar hyrjen e proteinave në qeliza, ndonjëherë ato duheshin përshtatur edhe për inde të veçanta si ato të mëlçisë ose nyjeve limfatike.
Por puna e këtyre kompanive gjatë kësaj kohe nuk është shpërfillur. Në vitin 2018, IPO parashikoi se vlera e firmës Moderna arrinte në 7.5 miliardë dollarë, një rekord për sektorin e bioteknologjisë. Por bioteknologjia ka treguar prej kohësh se biologjia është gjithnjë më e çrregullt dhe më e ndërlikuar se ç’duket.
Gjetja e kuptimit
Skepticizmi është gjithashtu i justifikuar, sepse përpjekjet për të shfrytëzuar ARN-në nuk janë aspak të reja, por kanë qenë të njohura edhe më parë. Një nga kompanitë më të vjetra në këtë fushë, Ionis Pharmaceutials (e njohur më parë si Isis, derisa ky emër u përvetësua nga një kalifat i ardhshëm), u themelua në vitin 1989. Qëllimi i saj, si atëherë dhe tani, nuk është përdorimi i mARN-së, por ndryshimi i saj.
Sekuenca e një molekule mARN mbart të njëjtin informacion që mund të gjendet në gjenin që shërbeu si shablloni i saj, por mënyra e përbërjes së ARN-së e bën atë të veçantë. Aty ku ADN-ja ka nukleotidin citozinë (që simbolizohet me shkronjën C), ARN-ja do të ketë guaninën, me simbolin G, e kështu me radhë. Sekuencat plotësuese ngjiten së bashku dhe kjo formon molekulën e ADN-së në formën e një helike të dyfishtë. Nëse vendosen së bashku një mARN me një molekulë me një sekuencë plotësuese, të dyja do të ngjiten, duke e bërë mARN-në të padobishme.
Gjetja e ideve për të punuar në mënyra të dobishme ishte e vështirë. Kompanisë Ionis iu desh një çerek shekulli për të shpërndarë rregullisht në treg ilaçet e saj “antisens”. Tani ka tre ilaçe: nusinersen, të miratuar në Amerikë në vitin 2016 dhe në Europë në vitin 2017, për përdorim kundër atrofisë muskulare kurrizore tek fëmijët, një sëmundje që dobëson muskujt; inotersen, i miratuar në vitin 2018 për amiloidozën e trashëguar nga transtretina (ATTR), e cila dëmton sistemin nervor periferik; dhe volanesorsen, i miratuar në Europë në vitin 2019, i cili ul nivelet e yndyrnave trigliceride në gjakun e njerëzve me çrregullime metabolike.
Ionis aktualisht ka edhe 37 molekula të tjera antisens në provat klinike për të kuruar sëmundje si Huntington (një studim që po kryhet në bashkëpunim me Roche, një kompani e madhe farmaceutike zvicerane); skleroza amiotrofike laterale, sëmundja Alzheimer dhe sëmundja Parkinson (në bashkëpunim me Biogen, specialist në trajtimet për sëmundjet neurologjike); beta talasemia, një çrregullim i gjakut i ngjashëm me aneminë; dhe fibroza cistike.
Firma gjithashtu po zhvillon në bashkëpunim me Novartis, një kompani tjetër zvicerane, një mënyrë për të ulur nivelet e lipoproteinës(a), një formë veçanërisht e dëmshme e lipoproteinës me densitet të ulët. Nivelet e lipoproteinës(a) nuk mund të korrigjohen dot nga ilaçet ekzistuese. Ilaçi i ri Pelacarsen, që është tashmë në provat klinike të fazës 3, shihet nga mjekët si një mundësi për trajtimin e sëmundjes.
Ndryshe nga molekulat mARN, të cilat mund të tolerojnë shumë pak ndryshime kimike që të mos kthehen në armiqësore ndaj ribozomeve, molekulat antisens mund të ndryshohen më lehtësisht. Studiuesit e Ionis po përpiqen t’i stabilizojnë ato në mënyrë që këto molekula të qëndrojnë brenda qelizave për disa muaj. Kjo është e rëndësishme sepse Ionis fokusohet kryesisht tek sëmundjet kronike që kërkojnë trajtim të vazhdueshëm. Sa më pak injeksione në vit, aq më mirë.
Ndërsa kompanitë e bioteknologjisë po studionin molekulat antisens në vitet 1990, studiues të tjerë zbuluan se natyra kishte një teknologji të ngjashme të vetën: heshtja e gjeneve, një proces i udhëhequr nga ARN të vogla interferuese (siARN). Në fillim të viteve 2000, ndodhi një bum bioteknologjik në heshtjen e gjeneve, me në krye kompaninë Alnylam, themeluar në Cambridge, Massachusetts në vitin 2002 dhe Sirna Therapy në San Francisko.
Kompani të njohura farmaceutike, si Abbott, Merck, Novartis, Pfizer, Roche dhe Takeda, u përfshinë gjithashtu dhe Merck e bleu teknologjinë siARN për më shumë se 1 miliard dollarë në vitin 2006. Për gati një dekadë, kjo fushë fitoi mjaft vëmendje dhe para. Por megjithëse kishte shumë perspektiva premtuese, kërkimet nuk arritën të shndërroheshin në ilaçe. Nga fillimi i viteve 2010 dukej se vrulli kishte rënë.
Jolineare, jovizuale dhe përfshirëse
Megjithatë, kompania Alnylam, vazhdoi të këmbëngulte. Në vitin 2014, ajo bleu teknologjinë siARN nga firma Merck me një çmim shumë më të ulët. Kompania prezantoi produktin e saj të parë, Patisiran, një trajtim për sëmundjen ATTR, në vitin 2018. Tani ka dy ilaçe të tjerë, givosiran dhe lumasiran, të cilët synojnë të kurojnë gjithashtu çrregullime të rralla gjenetike.
Një substancë e katërt e prodhuar nga kompania, ka tërhequr vëmendje më të gjerë. Ky është inclisiran, një ilaç i prodhuar për të kuruar një sëmundje të trashëgueshme që rrit përqendrimin e kolesterolit LDL në gjak në nivele të rrezikshme; rreth 30 milionë njerëz në të gjithë botën vuajnë nga kjo sëmundje. Një firmë e quajtur Medicines Company, licencoi ilaçin Inclisiran nga kompania Alnylam për ta shpërndarë atë në treg. Novartis bleu kompaninë Medicines për 9.7 miliardë dollarë në janar 2020.
Sipas Akshay Vaishnaw, kreu i Kërkimeve & Zhvillimeve në Alnylam, firma ka edhe 14 barna të tjera siARN në provat klinike. Këto përfshijnë trajtime të mundshme për hemofilinë, hepatitin B dhe gurët në veshka. Arrowhead Pharmaceuticals, në Pasadena, Kaliforni, ka tetë medikamente të mundshme siARN në prova, përfshirë një për fibrozën cistike. Dicerna Pharmaceuticals, në Lexington, Massachusetts, ka tre të tilla.
Këto ilaçe siARN funksionojnë duke manipuluar me formën dhe sekuencën. Forma e tyre i mundëson të hyjnë brenda një grupi proteinash të quajtura “kompleksi i fjetur i induktuar nga ARN” (ose shkurt me emrin RISC). Por një pjesë e siARN-së del jashtë këtij kompleksi; ky bisht përmban një sekuencë plotësuese me atë të ARN-së që duhet të bëhet aktiv. Kur siARN dhe mARN takohen, proteinat në RISC e copëtojnë mesazherin në copa. (Një mekanizëm konceptualisht i ngjashëm me copëtimin e gjeneve të gjetura në baktere).
Te bimët dhe jovertebrorët, funksioni natyror i mekanizmit siARN është i qartë: të copëtohet mARN-ja që lidhet me viruset. Ndërsa te vertebrorët, nuk dihet ende me saktësi funksioni i këtij mekanizmi, por kjo nuk do të thotë se nga ai nuk mund të prodhohen ilaçe potenciale.
I njëjti proces ndodh edhe me një grup tjetër të ARN-ve të lidhura me RISC: këto janë mikro-ARN-të, të cilat nuk i përdorin sekuencat e tyre plotësuese për të shkatërruar mARN-të, por për t’i rregulluar ato. Gjenomi njerëzor përmban rreth 2,600 mikro-ARN të tilla ose miARN, dhe mendohet se ato përfshihen në rregullimin e shpejtësisë me të cilën transkriptohen rreth 60% e gjeneve që kodojnë proteina. Disa duket se mund të përdoren si metoda terapeutike premtuese.
Meqenëse pjesa aktive e një miARN-je është një bisht me sekuencë me një fije, mënyra e qartë për t’i shënjestruar ato është me antisens. Regulus Pharmaceuticals, një firmë që nisi si një bashkëpunim midis Ionis dhe Alnylam, po përpiqet të zhvillojë molekula antisens që synojnë miARN-21 për të kuruar dy sëmundje gjenetike të lidhura me veshkat, ku kjo miARN luan një rol të caktuar. Santaris Pharma, një firmë daneze, ka zhvilluar Miravirsen, një supresor antisens për miARN-122 të cilin virusi i hepatitit C e përdor për qëllimet e veta. Ilaçi tani është blerë nga Roche.
Inovacioni vazhdon. Mina Therapeutics, një kompani startup në Londër, po punon për potencialin e sarnave, të cilat aktivizojnë gjene të heshtura. Të tjerë janë duke hetuar sisteme për ilaçe “vetë-amplifikuese” me mARN. Këto mARN do të nxisnin ribozomet e një qelize për të prodhuar jo vetëm proteinën që duhej të shpërndahej, por edhe një proteinë të dytë, të quajtur ARN-replikaza. Me siguri do të ketë edhe inovacione të tjera.
Një e ardhme optimiste
Edhe nëse shfaqet vetëm një pjesë e vogël e këtyre mundësive, në të ardhmen, trajtimet me mARN do të fitojnë gjithnjë e më shumë vëmendje. Mbështetja e kësaj teknologjie do të mirëpritet nga grupi i vogël i biologëve me një interes në historinë më të hershme të jetës që ka formuar prej kohësh bërthamën unike të kësaj molekule. Jeta ka nevojë për një mënyrë për t’i bërë gjërat në të tashmen – duke katalizuar reaksionet nga të cilat varet metabolizmi i saj – dhe për të kaluar informacionin në të ardhmen.
Nga molekulat e njohura sot, vetëm ARN-ja, falë zhdërvjelltësisë së formës dhe sekuencës së saj, mund t’i bëjë të dyja këto gjëra, duke u marrë në të njëjtën kohë me nevojat e jetës së përditshme dhe me kodimin e udhëzimeve për riprodhimin e vetvetes në formën e një sekuence të lexueshme. Kjo sipas disa studiuesve, tregon se jeta e hershme ka funksionuar për njëfarë kohe si “bota e ARN-së” para se të përcaktohej ndarja e punës për proteinat dhe ruajtja e të dhënave në ADN, duke e zvogëluar ARN-në në një rol ndihmës.
Aplikimi i ARN-së është përballur me shumë pengesa gjatë dekadave të kaluara, dhe fakti që ajo ka rezultuar efikase në vaksina, nuk do të thotë se nuk do të ketë më shumë pengesa në të ardhmen. Por duket se tani mjekësia ka gjetur një mënyrë për t’i shënjestruar ilaçet jo vetëm në proteina, por edhe në proceset që i prodhojnë ato, dhe kjo hap sfera të reja mundësie. Bota tjetër e ARN-së na pret.
Bota tjetër e ARN-së na pret.
Aplikimi i ARN-së është përballur me shumë pengesa gjatë dekadave të kaluara, dhe fakti që ajo ka rezultuar efikase në vaksina, nuk do të thotë se nuk do të ketë më shumë pengesa në të ardhmen. Por duket se tani mjekësia ka gjetur një mënyrë për t’i shënjestruar ilaçet jo vetëm në proteina, por edhe në proceset që i prodhojnë ato, dhe kjo hap sfera të reja mundësie.