COVID-19 pandeemia taustal on meedias laiemat kõlapinda leidnud uudseid vaktsiine pakkuv tehnoloogia: mRNA-terapeutika (ingl mRNA therapeutics), mille arendamisega on maailmas tegeletud juba aastakümneid. Üldsusele on aga vähe teada fakt, et läbimurde selle tehnoloogia kasutusvõimalustesse tõi ühe teatud RNA komponendi kasutamine.

Just nagu DNA, on ka RNA sisuliselt väikeste molekulide ahel, mis õpikutarkuse järgi koosneb neljast "ehituskivist" ehk nukleotiididest A, U, G, C. Tegelikult sisaldab meie rakkudes leiduv RNA lisaks eelmainitud komponentidele ka teisi, keerukamaid ühendeid, mida nimetatakse modifikatsioonideks.

Mullu 30-aastaseks saanud Tartu Ülikooli molekulaar- ja rakubioloogia instituudi (TÜMRI) molekulaarbioloogia õppetoolis on tänaseks juba kaks põlvkonda teadlasi tegelenud nendesamade RNA modifikatsioonide ja nende funktsioonide uurimisega. Üks hiljutisemaid uurimissuundi on seotud mRNA-terapeutika kasutamiseks vajalike alusteadmiste väljaselgitamisega, mille raames Tartu Ülikooli molekulaarbioloogid Margus Leppik ja Ermo Leuska kasutavad looduses olemasolevaid molekule, mis tõotavad suurt potentsiaali tulevikumeditsiinis.

Isemoodi saatusega kullerid

Bioloogilised juhised on rakkudes talletatud DNA kujul, kuid selle info realiseerumiseks valgusünteesiaparaadis ehk ribosoomis on vaja kullerit, mida nimetatakse mRNA-ks (ingl messenger RNA). Sellise kulleri elu pole lihtne, sest kui ta piisavalt kiiresti ja ühes tükis sihtkohta ei jõua, siis tema sõnum kustub ehk molekul lagundatakse.

Selleks, et mRNA kuller saaks eluslooduses õigesti oma tööd teha, on see meie rakkudes erinevat moodi modifitseeritud. Lisaks infole, mida ta edastama läheb, on kulleril kaasas tema saatust määravad juhised. Sedasorti juhised ei ole kirjas tavapärases järjestuses, vaid pigem RNA järjestuse modifikatsioonide kogumis.

"Piltlikult öeldes on tegemist nagu QR-koodiga, mille kiirel lugemisel saab rakk aru, kuidas sellise kulleriga käituma peab," selgitab TÜMRI teadur Margus Leppik.

Leppik ja tema juhendatav doktorant Ermo Leuska on varasemalt uurinud modifikatsioonide rolli mitmetes teistes RNA molekulides, kuid viimasel kahel aastal on tegeletud just mRNA-ga. Tartu teadlased soovivad mõista, kuidas üks kindel modifikatsioon nimega pseudouridiin võib mõjutada mRNA-s leiduvat infot ja selle edastamist. Täpsemalt soovitakse välja selgitada, kuidas loodus neid modifikatsioone informatsiooni ülekandes ära kasutab ja kuidas neid teadmist rakendada terapeutilistes molekulides.

Tulevikumeditsiini võti?

Sellesama pseudouridiini kasutamine tegi võimalikuks COVID-19 vastu suunatud mRNA põhiste vaktsiinide rakendamise meditsiinis. Ilma vastava modifikatsioonita ei suudaks vaktsiini infot kandev kuller vajaliku sõnumit rakule edastada ja immuunsust tekitada, sest teel sihtpunkti see info hävineks.

Kirjeldatud tehnoloogias võib peituda tulevikumeditsiini võti. Oskus viia juhtnööre rakkudele väljastpoolt ehk modifikatsioone sisaldava mRNA abiga ilma raku enda pärilikkusainesse ehk DNAsse sekkumata, võimaldab väga täpselt kontrollida molekulaarseid protsesse näiteks vähiravis või haruldaste geneetiliste haiguste puhul.

Potentsiaal sekkuda meie immuunsüsteemi töösse annab teoreetilise võimaluse võidelda ka erinevate autoimmuunhaigustega. Praeguses valguses on mRNA terapeutika muutunud intrigeerivaks teemaks ka avalikkuse silmis, meelitades ligi investoreid ja lähikümnendil on alust oodata suuremat arenguhüpet.

Kas uus ravimikood hakkab inimmasinas tööle?

Arusaadavalt kaasnevad iga uue meditsiinitehnoloogia kasutuselevõtuga ka riskid selle tarbijatele. Kuigi oht, et täna müügilolevate mRNA vaktsiinidega sisse süstitud info inimese enda pärilikkusainesse salvestub, on pigem olematu, on uute vaktsiinide kasutamisel oluliseks ohutusküsimuseks pigem see, kuidas vaktsineeritud inimesed kaitsesüste taluvad.

Siinkohal on oluline mõista, et praegu kasutusloa saanud mRNA vaktsiinid osutusid kiiresti müügikõlbulikuks suure nõudluse tõttu. Paraku täielikku teadmist sellise tehnoloogia koosmõjust teiste organismis toimuvate protsessidega veel pole. Seepärast ongi teadlastel oluline välja selgitada sedasorti molekulide täpsed toimemehhanismid, et mõistaksime ka neid aspekte, mis jäävad esialgsest sihtmärgist ehk praegu COVID-19 vastu immuunsuse tekitamisest väljaspoole.

Võrdlusena võib tuua arvutiprogrammi loomise protsessi: uue programmi kood kirjutatakse valmis kindlas programmeerimiskeeles, võttes arvesse seadet, kus rakendust kasutama hakatakse. Seejärel läbib tarkvara ulatusliku testimise, mis näitab, kas toode on töökõlbulik. Paraku, nagu teame IT-maailmast, ei pruugi reaalses elus alati kõik toimida nii nagu programmi loojatel algselt planeeritud oli.

Moodsa mRNA terapeutika puhul teeb olukorra keerukamaks veel see, et funktsionaalne lõpp-produkt pannakse koodi (mRNA) põhjal kokku alles patsiendi raku spetsiaalses masinavärgis ehk ribosoomis. Seega tekitatakse iga kord kasutamisvalmis toode "töö käigus", mis võib segaselt kirjutatud juhiste korral muuta produkti edasise saatuse ennustamatuks.

Seetõttu on bioloogilise info programmeerijatel ehk mRNA-terapeutika loojatel eeskätt vaja väga täpset alginfot, millist koodi kirjutada võib ja millist mitte. See on aga väljakutse valgusünteesi uurijatele ning siin teevad Tartu Ülikooli molekulaar-ja rakubioloogia instituudi teadlased koostööd selle ala tippspetsialistidega üle maailma. Nagu teaduses ikka, tulevad läbimurded aja ja tööga: Ermo Leuska leiab, et oleme paljulubava uue ajastu lävel.