科學人雜誌
教科書之外

信使奇兵

2021-02-01 陳文盛
對於人類在這個星球上的持續稱霸,唯一最大的威脅是病毒。
——賴德堡(Joshua Lederberg,1958年諾貝爾生醫獎得主)


這是史上發展最快的疫苗!傳統疫苗從病毒取樣、製造,到上市,最快也要四年多;現在新冠肺炎肆虐全球才將近一年,大家盼望的疫苗就出現了。BioNTech/輝瑞及莫德納(Moderna)生技公司研發的新疫苗都得到緊急使用授權,已經開始施打了。


疫苗的主要任務是警告我們的免疫系統,讓它知道某種病原體可能入侵,要開始擴軍備戰。傳統病毒疫苗使用的材料是減毒或無害的病毒,或只是病毒的外殼蛋白質或醣分子。這些物質打入人體後成為有效的抗原,激發免疫系統,產生對抗它們的抗體和免疫細胞,準備對付未來入侵的病毒。


這兩支新疫苗卻使用了不同於以往的材料:信使RNA(messenger RNA, mRNA)。mRNA是細胞依據DNA上基因的核?酸序列轉錄下來的RNA分子,在細胞質中,核糖體會把mRNA轉譯成特定胺基酸序列的蛋白質,進行特定的生化功能。「信使」的稱號就是指mRNA在傳達遺傳訊息中扮演的角色。


新冠肺炎疫苗中的mRNA是根據病毒表面棘蛋白的S基因設計,先化學合成DNA模板,然後在試管中用RNA聚合?進行轉錄並做特殊修飾。最後的mRNA成品用奈米脂肪粒小球包裝保護,注射入人體,在血管中會被專職抗原呈遞的樹突細胞吞噬。從小球釋出的mRNA在細胞中被轉譯成棘蛋白,然後呈遞到細胞表面,成為讓免疫系統辨認的抗原,激發免疫反應。這就好像把人體細胞當做生產抗原的工廠,不需要像傳統疫苗那樣在工廠進行繁複的步驟,省去很多時間。


利用核酸做為治療藥物和疫苗的相關研發,至少有25年的歷史,累積了相當成熟的結果,這次遭遇新冠病毒危機剛好派上用場。巨額的公眾與私人資金紛紛投入,更讓藥廠有充份財源一面製造、一面進行各期的臨床試驗,大幅縮短了時程,讓疫苗得以快速上市。


mRNA疫苗需要低溫保存,因為RNA很不穩定,比蛋白質和DNA都差。RNA的核糖比DNA的去氧核糖多了一個氧,使它容易水解;且細胞內外都有分解mRNA的?,隨時會攻擊它。疫苗的mRNA在試管中用DNA模板轉錄的時候,除了要攜帶基因本身的編碼和前後不被轉錄的序列,5’端還要用?加上特殊修飾過的G「帽子」;3’端也要加上適當長度的poly(A)(連續的腺嘌呤;直接設計在DNA模板,或轉錄後再用?加上)。這些修飾可加強mRNA在細胞中的穩定性及轉譯效率。


以mRNA做為疫苗在安全上有不少優勢:首先,mRNA沒感染性,也不會進入細胞核、不會插入染色體;其次是製程單純,完全不接觸到病原體或動物成份;此外,mRNA的輸送不必接上載體,也不需佐劑,不會有過敏或副作用等問題......



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# 關鍵字:教科書之外基因DNA病毒RNA
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