DNA- en mRNA-vaccins
Bijgewerkt opMartina Feichter studeerde biologie met een keuzevak farmacie in Innsbruck en verdiepte zich ook in de wereld van geneeskrachtige planten. Van daaruit was het niet ver meer naar andere medische onderwerpen die haar tot op de dag van vandaag boeien. Ze volgde een opleiding tot journalist aan de Axel Springer Academy in Hamburg en werkt sinds 2007 voor - eerst als redacteur en sinds 2012 als freelance schrijver.
Meer over de experts Alle inhoud van wordt gecontroleerd door medische journalisten.
DNA- en mRNA-vaccins vertegenwoordigen een nieuwe generatie vaccins, die op een heel andere manier werken dan de bekende levende en dode vaccins. Ontdek hier hoe dat eruit ziet en welke voordelen en mogelijke risico's DNA- en mRNA-vaccins met zich meebrengen!
Wat zijn mRNA- en DNA-vaccins?
De zogenaamde mRNA-vaccins (kortweg: RNA-vaccins) en DNA-vaccins behoren tot de nieuwe klasse van op genen gebaseerde vaccins. Ze zijn jarenlang intensief onderzocht en getest. In de nasleep van de coronapandemie werden voor het eerst mRNA-vaccins goedgekeurd voor de immunisatie van mensen. Hun werkingsprincipe verschilt van dat van eerdere actieve ingrediënten.
Klassieke levende en dode vaccins brengen verzwakte of gedode of geïnactiveerde ziekteverwekkers of delen ervan in het lichaam.Het immuunsysteem reageert door specifieke antilichamen te vormen tegen deze vreemde stoffen, die bekend staan als antigenen. De gevaccineerde persoon ontwikkelt dan een immuniteit tegen de ziekteverwekker in kwestie.
De nieuwe op genen gebaseerde vaccins (DNA- en mRNA-vaccins) zijn anders: ze smokkelen alleen de genetische blauwdruk voor pathogene antigenen naar menselijke cellen. De cellen gebruiken deze instructies vervolgens om de antigenen zelf te assembleren, die vervolgens een specifieke immuunrespons veroorzaken. Kortom: bij op genen gebaseerde vaccins wordt een deel van de complexe vaccinproductie - de extractie van de antigenen - verschoven van het laboratorium naar de menselijke cellen.
Naast DNA- en mRNA-vaccins omvatten de op genen gebaseerde vaccins ook de zogenaamde vectorvaccins.
Wat zijn DNA en mRNA?
De afkorting DNA staat voor desoxyribonucleïnezuur. Het is de drager van genetische informatie in de meeste organismen, inclusief de mens. Het DNA is een dubbelstrengs ketting van vier bouwstenen (basen genaamd) die in paren zijn gerangschikt - vergelijkbaar met een touwladder. De rangschikking van de basenparen is een code voor de blauwdruk, op basis waarvan duizenden eiwitten worden geproduceerd. Ze vormen de basis voor de structuur en functie van het hele lichaam.
Om een bepaald eiwit te produceren, maakt de cel eerst met bepaalde enzymen (polymerasen) een "kopie" van het DNA-segment met de bijbehorende montage-instructies (gen) in de vorm van enkelstrengs mRNA (messenger ribonucleic acid). Dit proces wordt transcriptie genoemd. Het mRNA verlaat de kern en wordt afgelezen in het celplasma (cytoplasma). Aan de hand van deze montagehandleiding wordt het betreffende eiwit samengesteld. Deze "vertaling" van een genetische blauwdruk in een eiwit wordt vertaling genoemd.
Hoe werken DNA- en mRNA-vaccins?
DNA-vaccins bevatten de DNA-blauwdruk (gen) voor een antigeen in een pathogeen. In het geval van mRNA-vaccins is deze antigeenblauwdruk al beschikbaar in de vorm van mRNA. En zo werkt immunisatie met een DNA- of mRNA-vaccin:
mRNA-vaccin
Het mRNA kan "naakt" in het vaccin aanwezig zijn. Het onverpakte mRNA is echter erg gevoelig en kwetsbaar. Het lichaam breekt ze ook snel af, vooral als het vaccin in de spier wordt geïnjecteerd. Daarom wordt het mRNA in ieder geval gestabiliseerd, bijvoorbeeld door speciale eiwitmoleculen.
Meestal zit de mRNA-blauwdruk voor een pathogeen antigeen echter in een verpakking. Dit beschermt enerzijds het fragiele mRNA en anderzijds vergemakkelijkt het de opname van het vreemde genetische materiaal in een lichaamscel. De verpakking kan bijvoorbeeld bestaan uit lipide nanodeeltjes, of kortweg LNP (lipiden = vetten). Soms is het vreemde mRNA ook verpakt in liposomen. Dit zijn kleine blaasjes met een waterige fase erin, die wordt omgeven door een lipide dubbellaag. Deze schaal lijkt chemisch op een celmembraan.
Nadat het vreemde mRNA in een cel is opgenomen, wordt het direct in het cytoplasma "gelezen". De cel produceert dan het overeenkomstige pathogene eiwit (antigeen) en presenteert dit vervolgens op zijn eigen celoppervlak. Het immuunsysteem herkent dan de vreemde structuur en initieert de immuunrespons. Het lichaam maakt nu onder andere passende antistoffen aan. Hierdoor kan het lichaam bij een "echte" infectie snel reageren op de ziekteverwekker zelf. Het gevaccineerde messenger-RNA wordt op zijn beurt relatief snel weer afgebroken.
DNA-vaccin
De DNA-blauwdruk van een pathogeen antigeen wordt meestal eerst ingebouwd in een plasmide dat zich niet kan vermenigvuldigen. Een plasmide is een klein, circulair DNA-molecuul dat typisch in bacteriën wordt aangetroffen.
Het plasmide dringt samen met de antigeenblauwdruk de lichaamscellen binnen. Bij sommige DNA-vaccins wordt dit ondersteund door elektroporatie: op de prikplaats worden korte elektrische pulsen gebruikt om de doorlaatbaarheid van het celmembraan kort te vergroten, zodat grotere moleculen zoals vreemd DNA gemakkelijker kunnen passeren.
De DNA-antigeenblauwdruk wordt vervolgens getranscribeerd in mRNA in de celkern. Dit verlaat de kern en wordt vertaald in het overeenkomstige antigeen in het cytoplasma. Vaak is het een oppervlakte-eiwit van de ziekteverwekker. Het wordt dan ingebouwd in de schil van de cel. Dit vreemde eiwit op het celoppervlak roept uiteindelijk het immuunsysteem ter plaatse. Het zet een specifieke afweerreactie in gang. Als de gevaccineerde persoon vervolgens besmet raakt met de eigenlijke ziekteverwekker, kan het lichaam het sneller bestrijden.
Besparen vaccins risico's?
De grootste zorg van sommige mensen is dat mRNA- en DNA-vaccins het menselijk genoom kunnen beschadigen of veranderen. Maar daar is tot nu toe geen bewijs voor. Er is ook geen bewijs dat de vaccinaties ziekten zoals kanker kunnen veroorzaken.
Kunnen mRNA-vaccins het menselijk genoom veranderen?
Het is bijna onmogelijk dat mRNA-vaccins het menselijk genoom kunnen beschadigen of veranderen. Hier zijn verschillende redenen voor:
>> mRNA komt niet in de celkern: Aan de ene kant bevindt het vreemde mRNA dat de cellen is binnengesmokkeld en het menselijk DNA zich op verschillende plaatsen - het mRNA blijft in het celplasma, terwijl het menselijke DNA in de cel ligt kern. Dit wordt door een membraan van de cel gescheiden. Het is waar dat er kernporiën zijn waardoor mRNA uit de celkern het celplasma binnenkomt. Dit is echter een complex proces dat maar in één richting verloopt. Er is geen weg terug.
>> mRNA kan niet in DNA worden geïntegreerd: Aan de andere kant hebben mRNA en DNA verschillende chemische structuren. Daarom kan een mRNA helemaal niet in het menselijk genoom worden ingebouwd. Om dit te doen, zou het eerst in DNA moeten worden herschreven. Voor deze stap zijn speciale enzymen nodig die al lang bekend zijn van bepaalde virussen (retrovirussen), maar ook in menselijke cellen voorkomen, zoals al langer bekend is. Zou het dus denkbaar zijn dat mRNA dat als vaccin wordt toegediend, kan worden omgezet in DNA en vervolgens in het menselijk genoom kan worden ingebouwd?
Laten we eerst kijken naar de enzymen van retrovirussen: deze typen virussen (waaronder ook de aids-pathogeen HIV) hebben de enzymen reverse transcriptase en integrase. Met hun hulp kunnen de virussen hun RNA-genoom in DNA transcriberen en het vervolgens integreren in het DNA-genoom van een geïnfecteerde menselijke cel.
Theoretisch zou het volgende denkbaar zijn: Als een persoon die is geïnfecteerd met een dergelijk RNA-virus (bijv. HIV) toevallig vaccin-mRNA en het virus in een lichaamscel heeft, kunnen de virale enzymen tussen de vele menselijke mRNA-stukken die in een cel aanwezig zijn op elk moment 'vissen' ze het mRNA dat als vaccin is geïntroduceerd eruit en transcriberen het in DNA.
Om dit te laten gebeuren, wat sowieso zeer onwaarschijnlijk is, zou er nog een factor nodig zijn: de transcriptie van mRNA in DNA vereist een genetische startsequentie ("primer"), die de RNA-virussen zelf met zich meebrengen. Deze primer is echter zo ontworpen dat alleen het eigen RNA-genoom van het virus wordt getranscribeerd in DNA - en niet enig ander mRNA dat in de cel aanwezig is. En mRNA-vaccins zelf bevatten geen "primer".
Het is daarom praktisch onmogelijk dat een vaccin-mRNA op deze manier in DNA wordt getranscribeerd en vervolgens in het menselijk genoom wordt ingebouwd.
Dezelfde conclusie kan worden getrokken als men kijkt naar menselijke enzymen die RNA in DNA kunnen transcriberen: zoals in het begin vermeld, kan de cel polymerase-enzymen gebruiken om DNA om te zetten in mRNA, dat vervolgens dient als een sjabloon voor eiwitsynthese in het celplasma . Polymerasen hebben echter ook andere taken: vóór de celdeling dupliceren ze het menselijk DNA-genoom, zodat elke dochtercel die wordt gecreëerd dan een complete set genetische informatie ontvangt. Polymerasen kunnen ook DNA-schade herstellen.
Lange tijd werd gedacht dat polymerasen alleen DNA in mRNA en DNA in DNA konden herschrijven. Het is nu echter bekend dat sommige polymerasen ook RNA in DNA kunnen transcriberen (zoals de reverse transcriptase van retrovirussen). Vooral de zogenaamde polymerase-thèta heeft dit vermogen. De taak van dit enzym is om DNA-schade te herstellen. Als er bijvoorbeeld een stuk ontbreekt in een van de twee strengen van een DNA-segment, kan polymerase thèta het ontbrekende stuk opnieuw samenstellen met behulp van de complementaire tweede enkele DNA-streng (d.w.z. DNA-DNA-translatie).
Zoals onlangs is ontdekt, kan dit enzym ook RNA als sjabloon gebruiken en vertalen in DNA - nog efficiënter en met minder fouten dan het DNA kan kopiëren. De polymerase thèta kan er zelfs de voorkeur aan geven mRNA-transcripten te gebruiken als een sjabloon om DNA-schade te herstellen.
Zou het enzym dus ook het als vaccin toegediende mRNA in DNA kunnen transcriberen? Vanuit het oogpunt van experts is dit onwaarschijnlijk, en om dezelfde reden waarom het virusenzym reverse transcriptase dit niet kan doen - ontbreekt de noodzakelijke genetische startsequentie ("primer").
Kunnen DNA-vaccins het menselijk genoom veranderen?
Bij zogenaamde DNA-vaccins is de situatie enigszins anders. De structuur komt overeen met die van het menselijk DNA. Deskundigen achten het echter uiterst onwaarschijnlijk dat ze per ongeluk in het menselijk genoom kunnen worden opgenomen: jarenlange experimenten en ervaring met DNA-vaccins die al zijn goedgekeurd in de diergeneeskunde hebben hiervoor geen bewijs geleverd.
Kunnen mRNA- en DNA-vaccins auto-immuunziekten veroorzaken?
Het gevaar lijkt hier niet groter te zijn dan bij klassieke levende en dode vaccins. Elke vorm van vaccinatie heeft een activerend effect op het immuunsysteem. In zeer zeldzame gevallen kan dit zelfs leiden tot een auto-immuunreactie. Na de varkensgriepvaccinatie ontwikkelden later ongeveer 1.600 mensen narcolepsie. Gezien de vele miljoenen geïnoculeerde doses van het vaccin lijkt het risico verwaarloosbaar. Bovendien kunnen virale ziekten zelf leiden tot een auto-immuunziekte.
Kunnen mRNA- en DNA-vaccins de kiembaan beschadigen?
Nee. Volgens de huidige stand van de kennis bereiken de actieve ingrediënten van de vaccinatie de eicellen en het sperma niet.
De voordelen van DNA- en mRNA-vaccins
Dat de farmaceutische industrie jarenlang veel werk en geld heeft geïnvesteerd in de ontwikkeling van DNA- en mRNA-vaccins heeft onder meer te maken met het feit dat deze goedkoper en vooral veel sneller te produceren zijn dan conventionele levende en dode vaccins. Voor dit laatste is het eerst nodig om ziekteverwekkers moeizaam en in grote hoeveelheden te kweken en vervolgens hun antigenen te verkrijgen.
In het geval van op genen gebaseerde vaccins zoals DNA- en mRNA-vaccins, is de persoon die wordt gevaccineerd verantwoordelijk voor de productie van het antigeen zelf. De genetische antigeenblauwdrukken die als vaccinatie worden toegediend, kunnen relatief snel en eenvoudig in voldoende hoeveelheden worden geproduceerd en - als de ziekteverwekker genetisch gemodificeerd (gemuteerd) is - snel worden aangepast.
Een ander voordeel is dat het overgedragen vreemde genetische materiaal niet permanent in het lichaam blijft. Het wordt door het lichaam afgebroken of verdwijnt wanneer de cellen op natuurlijke wijze afbreken. De vreemde antigenen worden daarom slechts voor een korte tijd geproduceerd. Deze periode is echter voldoende voor een immuunrespons.
Als je DNA- en mRNA-vaccins met elkaar vergelijkt, hebben de laatste meerdere voordelen: Toevallige opname in het menselijk genoom is zelfs minder waarschijnlijk dan bij DNA-vaccins. Bovendien moeten aan DNA-vaccins meestal sterke versterkers (adjuvantia) worden toegevoegd om een effectieve immuunrespons teweeg te brengen.
DNA- en mRNA-vaccins: lopend onderzoek
Wetenschappers doen al enkele jaren of zelfs decennia onderzoek naar de ontwikkeling van DNA- en mRNA-vaccins. Als onderdeel van de coronaviruspandemie hebben de verantwoordelijke autoriteiten - in de EU is dit het Europees Geneesmiddelenbureau EMA - eindelijk voor het eerst mRNA-vaccins goedgekeurd voor gebruik op mensen.
Naast de vaccins die al verkrijgbaar zijn bij BioNTech/Pfizer en Moderna, worden er ook andere op mRNA gebaseerde vaccins getest. Sommige projecten richten zich weer op een DNA-vaccin tegen corona.
Maar niet alleen DNA- en mRNA-vaccins staan op de lijst van potentiële vaccinkandidaten tegen Sars-CoV-2. Wetenschappers en farmaceutische bedrijven werken ook aan vectorvaccins, evenals conventionele levende en dode vaccins. U kunt ook alles vinden wat u moet weten in ons artikel "Coronavirusvaccinatie".
Daarnaast werken farmaceutische bedrijven momenteel aan DNA-vaccins tegen zo'n 20 verschillende ziekten, waaronder griep, aids, hepatitis B, hepatitis C en baarmoederhalskanker (meestal veroorzaakt door infectie met HPV-virussen). Hieronder vallen ook therapeutische vaccinkandidaten, d.w.z. diegene die al aan zieke mensen (bijvoorbeeld kankerpatiënten) kunnen worden toegediend.
Ook wordt intensief gewerkt aan verschillende mRNA-vaccins, bijvoorbeeld tegen griep, hondsdolheid en het zikavirus.
Tags: interview alcohol drugs slaap
