L'MRNA è un importante messaggero, che trasporta le istruzioni per la vita dal DNA al resto della cellula. ktsimage / iStock tramite Getty Images Plus
Una stella sorprendente della risposta alla pandemia di coronavirus è stata la molecola chiamata mRNA. È il ingrediente chiave in Pfizer e Moderna Vaccini contro il covid19. Ma lo stesso mRNA non è una nuova invenzione del laboratorio. Si è evoluto miliardi di anni fa e si trova naturalmente in ogni cellula del corpo. Gli scienziati pensano L'RNA ha avuto origine nelle prime forme di vita, anche prima che esistesse il DNA.
Ecco un corso accelerato su cos'è l'mRNA e sull'importante lavoro che svolge.
Incontra l'intermediario genetico
Probabilmente conosci il DNA. È la molecola che contiene tutti i tuoi geni enunciati in un codice di quattro lettere: A, C, G e T.
L'RNA messaggero trasporta le informazioni genetiche dal DNA nel nucleo altamente protetto al resto della cellula, dove strutture chiamate ribosomi possono costruire proteine secondo il modello del DNA. ttsz / iStock tramite Getty Images Plus
Il DNA si trova all'interno delle cellule di ogni essere vivente. È protetto in una parte della cellula chiamata nucleo. I geni sono i dettagli nel progetto del DNA per tutte le caratteristiche fisiche che ti rendono unico.
Ma le informazioni dai tuoi geni devono arrivare dal DNA nel nucleo alla parte principale della cellula - il citoplasma - dove le proteine sono assemblate. Le cellule fanno affidamento proteine per eseguire i molti processi necessari al funzionamento del corpo. È qui che entra in gioco l'RNA messaggero, o mRNA in breve.
Le sezioni del codice del DNA vengono trascritte in messaggi abbreviati che sono istruzioni per produrre proteine. Questi messaggi - l'mRNA - vengono trasportati nella parte principale della cellula. Una volta che l'mRNA arriva, il file la cellula può produrre proteine particolari da queste istruzioni.
La sequenza di DNA a doppio filamento viene trascritta in un codice mRNA in modo che le istruzioni possano essere tradotte in proteine. Alkov / iStock tramite Getty Images Plus
La struttura dell'RNA è simile al DNA ma presenta alcune differenze importanti. L'RNA è un singolo filamento di lettere in codice (nucleotidi), mentre il DNA è a doppio filamento. Il codice RNA contiene una U invece di un T - uracile invece della timina. Entrambe le strutture dell'RNA e del DNA hanno una spina dorsale fatta di molecole di zucchero e fosfato, ma Lo zucchero dell'RNA è ribosio e il DNA è desossiribosio. Lo zucchero del DNA contiene un atomo di ossigeno in meno e questa differenza si riflette nei loro nomi: DNA è il soprannome di acido desossiribonucleico, RNA è acido ribonucleico.
Copie identiche di DNA risiedono in ogni singola cellula di un organismo, da una cellula polmonare a una cellula muscolare a un neurone. L'RNA viene prodotto secondo necessità in risposta all'ambiente cellulare dinamico e ai bisogni immediati del corpo. È compito dell'mRNA aiutare ad accendere il meccanismo cellulare per costruire le proteine, codificate dal DNA, che sono appropriate per quel tempo e luogo.
I processo che converte il DNA in mRNA in proteine è la base per il funzionamento della cellula.
Programmato per autodistruggersi
In quanto messaggero intermedio, l'mRNA è un importante meccanismo di sicurezza nella cellula. Impedisce agli invasori di dirottare il meccanismo cellulare per produrre proteine estranee perché qualsiasi RNA al di fuori della cellula viene istantaneamente mirato alla distruzione da parte di enzimi chiamati RNasi. Quando questi enzimi riconoscono la struttura e la U nel codice RNA, cancellano il messaggio, proteggendo la cellula da false istruzioni.
L'mRNA fornisce anche alla cellula un modo per controllare la velocità di produzione di proteine, attivando o disattivando i modelli secondo necessità. Nessuna cellula vuole produrre tutte le proteine descritte nell'intero genoma in una volta.
Le istruzioni dell'RNA di Messenger sono programmate per autodistruggersi, come un testo che scompare o un messaggio snapchat. Le caratteristiche strutturali dell'mRNA - la U nel codice, la sua forma a filamento singolo, lo zucchero ribosio e la sua sequenza specifica - assicurano che l'mRNA abbia una breve emivita. Queste caratteristiche si combinano per consentire al messaggio di essere "letto", tradotto in proteine e quindi rapidamente distrutto - in pochi minuti per alcune proteine che devono essere strettamente controllate, o fino a poche ore per altre.
Una volta che le istruzioni svaniscono, la produzione di proteine si interrompe fino a quando le fabbriche di proteine non ricevono un nuovo messaggio.
Sfruttare l'mRNA per la vaccinazione
Tutte le caratteristiche dell'mRNA lo hanno reso grande interesse per gli sviluppatori di vaccini. L'obiettivo di un vaccino è far sì che il tuo sistema immunitario reagisca a una versione innocua o parte di un germe, così quando incontri la cosa reale sei pronto a combatterla. I ricercatori hanno trovato un modo per farlo introdurre e proteggere un messaggio di mRNA con il codice per una porzione della proteina spike sulla superficie del virus SARS-CoV-2.
I vaccini a RNA messaggero inducono il corpo del ricevente a produrre una proteina virale che stimola quindi la risposta immunitaria desiderata. Trinset / iStock tramite Getty Images Plus
I il vaccino fornisce mRNA appena sufficiente per produrre quel tanto che basta della proteina spike per il sistema immunitario di una persona per generare anticorpi che li proteggono se vengono successivamente esposti al virus. L'mRNA nel vaccino è presto distrutto dalla cella - proprio come sarebbe qualsiasi altro mRNA. L'mRNA non può entrare nel nucleo cellulare e non può influenzare il DNA di una persona.
Sebbene si tratti di nuovi vaccini, il tecnologia di base è stato inizialmente sviluppato molti anni fa e migliorato in modo incrementale nel tempo. Di conseguenza, i vaccini sono stati ben testato per la sicurezza. Il successo di questi vaccini a mRNA contro COVID-19, in termini di sicurezza ed efficacia, predice un brillante futuro per nuove terapie vaccinali che può essere rapidamente adattato alle nuove minacce emergenti.
Sono già stati condotti studi clinici in fase iniziale che utilizzano vaccini a mRNA influenza, Zika, rabbia e citomegalovirus. Certamente, scienziati creativi stanno già valutando e sviluppando terapie per altre malattie o disturbi che potrebbero beneficiare di un approccio simile a quello utilizzato per i vaccini contro COVID-19.
L'autore
Penny Rigg, Professore Associato di Genomica Funzionale e Vicepresidente associato per la ricerca, Texas A & M University
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Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
