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Was ist mRNA? Das Botenstoff-Molekül, das sich seit Milliarden von Jahren in jeder lebenden Zelle befindet, ist der Hauptbestandteil einiger COVID-19-Impfstoffe
Was ist mRNA? Das Botenstoff-Molekül, das sich seit Milliarden von Jahren in jeder lebenden Zelle befindet, ist der Hauptbestandteil einiger COVID-19-Impfstoffe
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Penny Riggs, Texas A&M University

Ein überraschender Star der Reaktion auf die Coronavirus-Pandemie war das Molekül namens mRNA. Es ist der Hauptbestandteil der COVID-19-Impfstoffe von Pfizer und Moderna. Aber mRNA selbst ist keine neue Erfindung aus dem Labor. Es hat sich vor Milliarden von Jahren entwickelt und kommt auf natürliche Weise in jeder Zelle Ihres Körpers vor. Wissenschaftler glauben, dass RNA in den frühesten Lebensformen entstanden ist, noch bevor DNA existierte.

Hier ist ein Crashkurs darüber, was mRNA ist und welche wichtige Aufgabe sie erfüllt.

Treffen Sie den genetischen Mittelsmann

Sie kennen wahrscheinlich DNA. Es ist das Molekül, das alle Ihre Gene enthält, die in einem Vier-Buchstaben-Code geschrieben sind – A, C, G und T.

DNA findet sich in den Zellen jedes Lebewesens. Es ist in einem Teil der Zelle, dem Zellkern, geschützt. Die Gene sind die Details im DNA-Bauplan für alle physischen Eigenschaften, die dich einzigartig machen.

Aber die Informationen Ihrer Gene müssen von der DNA im Zellkern zum Hauptteil der Zelle – dem Zytoplasma – gelangen, wo Proteine ​​​​zusammengebaut werden. Zellen sind auf Proteine ​​angewiesen, um die vielen Prozesse durchzuführen, die der Körper zum Funktionieren benötigt. Hier kommt Boten-RNA, kurz mRNA, ins Spiel.

Abschnitte des DNA-Codes werden in verkürzte Nachrichten transkribiert, die Anweisungen zur Herstellung von Proteinen sind. Diese Botschaften – die mRNA – werden zum Hauptteil der Zelle transportiert. Sobald die mRNA angekommen ist, kann die Zelle aus diesen Anweisungen bestimmte Proteine ​​​​produzieren.

Die Struktur der RNA ist der DNA ähnlich, weist jedoch einige wichtige Unterschiede auf. RNA ist ein einzelner Strang von Codebuchstaben (Nukleotiden), während DNA doppelsträngig ist. Der RNA-Code enthält ein U statt eines T – Uracil statt Thymin. Sowohl RNA- als auch DNA-Strukturen haben ein Rückgrat aus Zucker- und Phosphatmolekülen, aber der Zucker der RNA ist Ribose und der der DNA ist Desoxyribose. Der Zucker der DNA enthält ein Sauerstoffatom weniger und dieser Unterschied spiegelt sich in ihren Namen wider: DNA ist der Spitzname für Desoxyribonukleinsäure, RNA ist Ribonukleinsäure.

Identische DNA-Kopien befinden sich in jeder einzelnen Zelle eines Organismus, von einer Lungenzelle über eine Muskelzelle bis hin zu einem Neuron. RNA wird nach Bedarf als Reaktion auf die dynamische zelluläre Umgebung und die unmittelbaren Bedürfnisse des Körpers produziert. Es ist die Aufgabe der mRNA, die zelluläre Maschinerie in Gang zu setzen, um die Proteine ​​​​zu bauen, die von der DNA kodiert werden und für diese Zeit und an diesem Ort geeignet sind.

Der Prozess, der DNA in mRNA in Protein umwandelt, ist die Grundlage für die Funktionsweise der Zelle.

Auf Selbstzerstörung programmiert

Als vermittelnder Botenstoff ist mRNA ein wichtiger Sicherheitsmechanismus in der Zelle. Es verhindert, dass Eindringlinge die zelluläre Maschinerie entführen, um fremde Proteine ​​​​zu produzieren, da jede RNA außerhalb der Zelle sofort von Enzymen namens RNasen zerstört wird. Wenn diese Enzyme die Struktur und das U im RNA-Code erkennen, löschen sie die Nachricht und schützen die Zelle vor falschen Anweisungen.

Die mRNA gibt der Zelle auch die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Proteinproduktion zu kontrollieren – sie schaltet die Blaupausen je nach Bedarf „an“oder „aus“. Keine Zelle möchte jedes in Ihrem gesamten Genom beschriebene Protein auf einmal produzieren.

Messenger-RNA-Anweisungen werden zeitlich so gesteuert, dass sie sich selbst zerstören, wie beispielsweise ein verschwindender Text oder eine Snapchat-Nachricht. Strukturmerkmale der mRNA – das U im Code, seine einzelsträngige Form, Ribosezucker und seine spezifische Sequenz – sorgen für eine kurze Halbwertszeit der mRNA. Diese Funktionen ermöglichen es, die Botschaft „zu lesen“, in Proteine ​​zu übersetzen und dann schnell zu zerstören – innerhalb von Minuten für bestimmte Proteine, die streng kontrolliert werden müssen, oder bis zu einigen Stunden für andere.

Sobald die Anweisungen verschwinden, stoppt die Proteinproduktion, bis die Proteinfabriken eine neue Nachricht erhalten.

mRNA zur Impfung nutzen

Alle Eigenschaften der mRNA machten sie für Impfstoffentwickler von großem Interesse. Das Ziel eines Impfstoffs ist es, Ihr Immunsystem dazu zu bringen, auf eine harmlose Version oder einen Teil eines Keims zu reagieren, damit Sie, wenn Sie auf das echte Ding treffen, bereit sind, es abzuwehren. Forscher fanden einen Weg, eine mRNA-Botschaft mit dem Code für einen Teil des Spike-Proteins auf der Oberfläche des SARS-CoV-2-Virus einzuführen und zu schützen.

Der Impfstoff liefert gerade genug mRNA, um gerade genug aus dem Spike-Protein herzustellen, damit das Immunsystem einer Person Antikörper bildet, die sie schützen, wenn sie später dem Virus ausgesetzt sind. Die mRNA im Impfstoff wird bald von der Zelle zerstört – wie jede andere mRNA auch. Die mRNA kann nicht in den Zellkern gelangen und die DNA einer Person nicht beeinflussen.

Obwohl es sich um neue Impfstoffe handelt, wurde die zugrunde liegende Technologie ursprünglich vor vielen Jahren entwickelt und im Laufe der Zeit schrittweise verbessert. Als Ergebnis wurden die Impfstoffe gut auf Sicherheit getestet. Der Erfolg dieser mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19 in Bezug auf Sicherheit und Wirksamkeit sagt eine glänzende Zukunft für neue Impfstofftherapien voraus, die schnell auf neue, aufkommende Bedrohungen zugeschnitten werden können. Klinische Studien im Frühstadium mit mRNA-Impfstoffen wurden bereits für Influenza, Zika, Tollwut und Cytomegalievirus durchgeführt. Sicherlich überlegen und entwickeln kreative Wissenschaftler bereits Therapien für andere Krankheiten oder Störungen, die von einem ähnlichen Ansatz wie bei den Impfstoffen gegen COVID-19 profitieren könnten.

Die Unterhaltung

Penny Riggs, außerordentliche Professorin für Funktionelle Genomik und stellvertretende Vizepräsidentin für Forschung, Texas A&M University

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