寻找mRNA的研究人员被同事嘲笑

六十年前，开创了使今天的COVID-19疫苗成为可能的技术的科学家遭到嘲笑并被驳回

圣诞节前几天，哈佛大学现年90岁的教授Matthew Meselson致电他所在大学的卫生服务部门，询问是否接受了针对COVID-19的疫苗接种。他渴望投篮。梅瑟森（Meselson）在他位于剑桥的公寓里感到监禁，该公寓距离他工作了六十年的校园仅几步之遥。他已于2020年初正式从教学中退休，但在大流行期间，他尽可能戴着K95口罩在实验室工作，继续他的研究。

他渴望重新融入他周围的世界。他错过了在波士顿最好的法国餐厅共进午餐时与亲密朋友的每周约会；他们已切换为“缩放”，但凝视着计算机屏幕并不能代替在被亚麻覆盖的桌子上徘徊。他渴望拥有32岁的妻子珍妮·居里敏（Jeanne Guillemin），他于2019年底因癌症去世。梅瑟森仍在弄清楚自己的世界在没有她的情况下如何工作，而孤独使这项艰巨的任务更加艰巨。

电话另一端的人向教授道歉。她告诉他：“我们还没有疫苗时间表。”

在许多司法管辖区弄清楚如何进行管理之前，已开发，测试并批准了首批两种在北美获准使用的COVID-19疫苗，并已将其送入冰柜。辉瑞-BioNTech和Moderna的疫苗是有史以来首批获得批准的，采用修饰的mRNA的疫苗，该mRNA密封包装在脂质壳中。 mRNA进入我们的细胞，携带指导以SARS-CoV-2为靶标的抗体。疫苗的功能几乎就像是通缉的海报：如果您看到这些家伙，那就来吧。然后，mRNA降解，不留痕迹。

mRNA是这些疫苗的基础这一事实有助于其快速发展。 11月，《纽约时报》报道说，在中国释放SARS-CoV-2的基因序列后的两天内，总部位于离剑桥梅塞尔森家不远的一家拥有10年历史的公司Moderna Inc.将数据输入计算机，然后设计出一种mRNA疫苗设计。”同时，德国的一家小型生物技术公司BioNTech一直在与制药巨头辉瑞公司合作开发mRNA流感疫苗，不久之后类似地将其资源转向了生产mRNA COVID疫苗。

但是历史上这些最快的疫苗已经制造了数十年。它们是几代科学家的产物，他们接连提出一个想法，尽管实验失败，遭到拒绝，遭到驱逐出境的威胁，缺乏资金和当代人的怀疑，但仍坚持这一想法。他们的灵感来自DNA的发现：1951年，一位年轻的英国物理化学家罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）拍摄了X射线照片，捕捉了DNA的螺旋形。两年后，剑桥大学的詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）发表了第一份描述DNA双螺旋结构的报告，并因此获得了诺贝尔奖。 （富兰克林于1958年死于卵巢癌；在她的一生中，她的贡献被大大忽略了。）它们的产生不是因为制止顽固病原体的竞赛或获得数十亿美元药物专利的机会，而是因为，不可抗拒的问题：是什么造就了生活？

“这些不是想要解决小问题的人，”梅塞尔森说。 “这些人想解决一个很大的问题。”

梅瑟森（Meselson）于1930年出生于科罗拉多州，他从小就熟悉科学。 16岁时，他就读于芝加哥大学。 1957年，梅塞尔森（Meselson）和弗兰克·斯塔尔（Frank Stahl）在加州理工学院（Caltech）从事博士后工作时，演示了DNA如何自我复制，这一模型曾被提出但从未被证实。科学史学家弗雷德里克·劳伦斯·福尔摩斯（Frederic Lawrence Holmes）随后揭示了生命的运作方式，将他们的工作描述为“生物学上最美丽的实验”。

但是，关于细胞内部发生了什么，许多悬而未决的问题仍然存在。 Meselson和同事知道DNA驻留在细胞核中，该细胞隔着膜与细胞的其余部分隔开。膜的另一侧是细胞质，一种胶状液体，充满细胞的其余部分。这是称为RNA的微小颗粒核糖体的所在地。

在梅塞尔森和斯塔尔发表有关DNA的开创性成果的同时，法国科学家发现细胞通过核糖体制造蛋白质。尽管拥有生命的关键密码，但DNA是一个相对被动的分子。核糖体从事繁重的劳动，构建蛋白质以​​进行生存的生物学过程。问题是如何？

法国科学家之一弗朗索瓦·雅各布（FrançoisJacob）博士认为，在DNA和RNA之间一定存在“不稳定的中介”，即从DNA到RNA发送信息，然后消失。

雅各布（Jacob）是一名理论上的中介人，他是1940年德国入侵法国时被迫离开医学院的，当时他与戴高乐（Charles de Gaulle）的法国解放军（Free France Forces）战斗了多年，他将此理论称为“ X”。雅各布在他的回忆录《内心的雕像》中回忆说，其他研究人员在提出理论时“惊恐万分”。他写道：“只要稍加鼓励，我的听众就会高兴而离开。”

1960年春季，雅各布给梅塞尔森写了一个建议：他和剑桥大学的南非生物学家悉尼·布伦纳（Sydney Brenner）会在加州理工学院梅塞尔森实验室见面，当时他在学院任职的第一年就已经找到了X.梅塞尔森。开发了一种跟踪细胞内较小分子的技术。雅各布认为该技术将有助于识别X。那个夏天，梅瑟森在雅各布和布伦纳的实验室中建立了最初的文化和测试。梅瑟森说，布伦纳接手了手术，而雅各布坐在椅子上做笔记-加利福尼亚的湿度使他腿上炸弹碎片造成的疼痛加剧了。三个星期以来，他们一次又一次的失败。核糖体不断散开。其他科学家则定期打着头，讽刺地询问X的消息。雅各布写道，“他们来参观是因为参观动物园。”在实验室三人定下的最后一天，放弃了X的Meselson离开了。他飞到波士顿向他的第一任妻子求婚。

沮丧的雅各布和布伦纳去了马里布海滩。二人躺在沙滩上，看着太平洋上的巨浪撞到沙滩上，想着他们的想法出了错。雅各布在他的回忆录中写道：“突然之间，悉尼发出了喧闹声。他跳起来大喊，‘镁！是镁！’”他们最后一次回到实验室进行了实验，并添加了镁。结果是惊人的。 X存在。

两人当天在加州理工学院举行了一次研讨会，以演示X。即使如此，也没人相信他们。他们那天晚上联系了波士顿的梅塞尔森，告诉他。他很高兴。他说：“在我看来，他们并没有想到最后一天出了什么问题。”当三人在1961年发表他们的发现时，他们将X重命名为Messenger RNA。

他们没有想到他们的发现将被用于治疗或疫苗。他们的问题更具哲学性。 Meselson说：“我们想知道是什么使您可以将普通周期图的原子放在一起并最终得到还存在的东西？”

他们的工作成为分子生物学的中心宗旨：DNA使RNA使蛋白质使生命得以发展。一代又一代的科学家找到了一种利用RNA来治疗和预防疾病的方法。

小时候，在匈牙利Kisújszállás，KatalinKarikó看着她的父亲（一名屠夫）将猪的尸体分解。这是她第一次介绍科学。 1970年代，卡里科（Karikó）在塞格德大学（Szeged University）学习生物化学时，听到伦敦的一份新报告：干扰素是一种由人体产生的，能够抵抗病毒的蛋白质，是由一种称为2-5A的RNA介导的。卡里科（Karikó）记得一位导师与她谈论这项发现，并对这种可能性感到兴奋。他向她建议，如果他们可以制造2-5A分子的合成版本，他们也许能够治疗癌症或病毒性疾病。她说：“我立即想到我所做的事情非常重要。”这是40年来寻求制造可以治愈疾病的合成RNA的开始。

但是她无法在匈牙利获得资金。嫁给了一个两岁的女儿，卡里科（Karikó）没有办法继续在自己的祖国工作。她写信给整个欧洲的教授关于加入他们的实验室的信息，但没人能雇用她。 1985年，她获得了费城天普大学的录取通知书。如果她能去美国，那么一份工作正在等待她。

当时，匈牙利的货币无法合法地转换为另一种货币并带出该国。卡里科（Karikó）和她的丈夫贝拉·弗朗西亚（Bela Francia）担心自己的家人在第一笔工资之前将如何生存，他们卖掉了俄罗斯制造的汽车，并在黑市上将所得收益总计900英镑兑换成英镑。他们将这笔钱缝入了女儿的玩具熊，以将其走私到国外。泰迪熊的主人，他们的女儿苏珊·弗朗西亚（Susan Francia），长大后成为美国划船比赛的两届奥运会金牌得主。

在他们的新家里，事情没有按计划进行。 Karikó的老板改变了，她无法获得资金，她失去了工作。她的主管引用了她驱逐出境。当她的女儿进入美国的一年级时，渴望留在美国，在马里兰州的Bethesda接受了一名研究员帖子。她周一早上3点从费城从费城喊声。周五晚些时候回来。在贝塞斯达，她睡在同事的房子或办公室，而不是租自己的地方。在周末，她为她的丈夫带来了家庭实验室设备。 “从外面，如果有人看着我，他们会闻到汗水和斗争，”她说。

对于所有承诺，合成RNA被证明是头痛。在世界各地，科学家们遇到了同样的问题：细胞在培养皿中消亡。

在人体中，当像冠状病毒这样的病毒将其核酸-DNA或RNA-进入细胞时，核酸使蛋白质产生更多的病毒。这样，病毒继续感染整个动物或人。当细胞通过各种免疫细胞识别侵入并叠加其抗病毒力时，可以停止感染。 “免疫细胞认识到，”我的上帝，我们受到攻击，“Karikó解释道”，他们会提醒所有其他细胞。 “来吧，这里有一个敌人。”在最极端的反应中，一个细胞通过犯下一种利他自杀来响应，杀死自己，以防止感染在生物体内运行猖獗。当研究人员注射了合成RNA时，这就是实验室发生的事情。

搬到宾夕法尼亚大学1990年的Karikó确信有一个解决方法，可以让她制作可以在不触发来自细胞的国防部队的攻击的情况下加入细胞的RNA。有证据表明它是可能的 - 1990年，威斯康星大学的研究人员成功地将RNA注入小鼠。同年，Karikó提交了基于mRNA的基因治疗的授予申请。它被拒绝了。她以下的应用程序也是如此。没有资金，她被降级了。

但她仍然相信。 “我总是有一个Cassandra的感觉，”她说，参考希腊神话的女祭司，他拥有预言的礼物，但被诅咒永远不被认为。她承认，Karikó不是良好的销售人员。 “我无法赚钱。我无法说服别人。“

到1997年，Karikó在办公室的Xerox机器上花了几个小时，复印科学期刊，带回家阅读。在那里，她遇到了Drew Weissman，医生和免疫医生。这对开始聊天他们的工作。 Weissman刚刚加入了该教师，在Anthony Fauci博士下的国家卫生研究院休息一下。 Weissman正在使用树突状细胞，人体细胞，这些人体细胞，其消化外来侵略者的部分，并将残余物作为免疫系统的证据。他们决定合作。

在未来十年中，Karikó和Weissman发现实验室中的细胞正在染色，因为合成mRNA引起炎症反应。但是，如果它们修改了RNA的四个结构块中的一个，称为核苷，则细胞不再将合成RNA标记为外来侵略者。它可以递送到细胞中而不会引起炎症。 “这是该领域的一款游戏，”宾夕法尼亚大学的研究助理教授诺伯特Pardi博士说。

帕尔迪（Pardi）的祖父与卡里科（Karikó）的父亲在匈牙利一起当屠夫，他寻求学生的指导。最终，他凭自己的能力成为了一名有成就的mRNA研究人员，并跟随Karikó前往美国。 Pardi与Karikó和Weissman一起工​​作后发现，如果将mRNA包装在脂质纳米颗粒的涂层内，则可以防止mRNA在递送后迅速消失，从而使其更加有效。

魏斯曼和卡里科立即意识到他们的发现具有巨大潜力。魏斯曼说，通常，当有人发明了一种新药时，该药就可以治疗一种疾病。他说：“但是RNA有可能对许多不同的疾病起作用。”他们认为它可以用作疫苗，疗法或基因编辑系统。 “它可以治疗数百种甚至数千种不同的疾病。”

他们的发现发表在2005年的《免疫》杂志上。令他们感到沮丧的是，该报告并未在科学界引起关注。他们不为所动，成立了一家名为RNARx的公司，该公司从美国政府那里获得了近100万美元的小企业赠款。但是它从来没有真正起过作用，因为大学对知识产权许可的限制使它受阻。

当被问到他是否对业务成果感到生气时，韦斯曼耸了耸肩。 “对过去进行思考是没有用的，因为您无法更改它，也无法修复它。事情就是这样发生的。”他说。

在多伦多大学获得前两个学位后，出生于加拿大的德里克·罗西（Derrick Rossi）即将完成博士学位。当他向同事宣布他要搬去巴黎时。 “他们以为我疯了，”他说。他在法国呆了一年，在研究实验室工作到很晚，不工作时开派对。当他再也无法保持步伐时，他就离开了。他在欧洲各地搭便车，花时间在得克萨斯州进行研究，并在博士学位获得第三名的情况下搬到了芬兰，并于30年代末完成。到那个时候，干细胞研究已经成为一个热门的政治问题，美国保守派呼吁使用新获得的胚胎干细胞的研究经费获得联邦资助。

日本研究员山中伸弥（Shinya Yamanaka）的工作吸引了罗西，这似乎为使用胚胎干细胞提供了一种方法。 Yamanaka发现，成熟的细胞可以通过添加四个称为Yamanaka因子的转录因子转化为干细胞，这一发现使他获得了诺贝尔奖。但是有一个陷阱，一个令人沮丧的。山中利用逆转录病毒将这些转录因子传递到细胞中。该策略不适用于人类。 Rossi解释说，逆转录病毒虽然擅长传递转录因子等货物，但可以整合到细胞的DNA中并永远存在。他想知道他是否可以使用mRNA作为递送服务。同样，同样的问题又回来了：细胞在盘子中死亡。

在寻找解决方案时，罗西遇到了Karikó和Weissman的发现，当时他已经快三岁了。在他们使用这种方法进行的第一个实验中，罗西和博士后生科夫·朗伊（Lior Zangi）为萤光素酶（萤火虫中的一种使它们发光的酶）制造了一种修饰的mRNA。他们将经过修饰的mRNA注入麻醉小鼠的大腿肌肉中，然后将它们置于没有光照的机器中。正如研究人员所看到的，老鼠的腿发光了。

“它在第一枪就起作用了。这告诉您有关[技术]健壮性的一些信息。” Rossi说。含义很明显：修饰的mRNA可用于表达蛋白质，可能是任何蛋白质-无论是治疗疾病，治愈还是预防疾病都需要。

罗西（Rossi）于2010年与他人共同创立了Moderna。他是一位具有超凡魅力的讲故事的人，擅长以易于理解的方式解释复杂的科学概念，并说服了美国生物技术行业的巨头进行投资。 2013年，经过两年的运作，Moderna宣布即将将全新的药物类别引入制药厂，以抗击疾病。在两年内，Moderna Therapeutics从投资者和公司合作伙伴那里带来了超过9.5亿美元的收入-对于尚未在临床试验中使用实验药物的公司，《纽约时报》称这个数字“有些惊人”。

每个人体内都有数亿个mRNA拷贝，发送有关我们细胞中重要生命活动的指令。疫苗中的mRNA与常规mRNA有两种不同：一种是机器制造的，而不是我们细胞核的。还有两个是从单元外部引入的。一旦进入内部，它就会完成mRNA的工作。核糖体读取mRNA并开始工作，构建相应的蛋白质。

就COVID-19疫苗而言，细胞构建了SARS-CoV-2病毒的刺突蛋白。我们的身体学会了识别刺突蛋白是一种入侵者，使我们的免疫系统处于警戒状态。当我们走遍世界，走进杂货店，教堂和学校时，我们许多人将在不知不觉中第一次遇到这种病毒。如果我们接种了疫苗，我们的免疫系统已经准备好对其作出反应。

位于温哥华的Acuitas Therapeutics生产的脂质输送系统可用于多种治疗方法，包括辉瑞BioNTech生产的mRNA疫苗和德国CureVac仍在试验中的第二种药物。 Acuitas首席执行官托马斯·马登（Thomas Madden）将mRNA周围的脂质包装比作精致的圣诞节装饰品周围的保护性包装。理想情况下，包裹会在装饰品挂在树上之前就脱落。对于mRNA疫苗，坚固的输送系统意味着完成工作所需的mRNA较少，换句话说，剂量较小。 Madden说：“如果输送系统非常有效，我们可以从给定数量的疫苗中为更多的人接种疫苗。”

mRNA疫苗的优势非常明显：没有病毒感染或基因组永久改变的感染风险，并且mRNA在正常细胞过程中迅速降解，因此几乎没有残留。可以在计算机上设计疫苗，并迅速扩大规模以进行生产。在过去的四年中，对mRNA疫苗的兴趣激增，针对癌症，流感，埃博拉和Zika的疫苗也在研究中。也有问题。保护将持续多长时间？可以消除传播风险吗？究竟谁有副作用风险，我们知道所有副作用吗？

当开始搜寻COVID疫苗时，由于世界各地政府的基础设施和资金支持，数月之内的研究就结出了硕果。到11月，Moderna和辉瑞-BioNTech都报告了3期试验的结果，表明该疫苗在预防SARS-CoV-2严重疾病方面有效超过90％。辉瑞-BioNTech于11月9日与Maclean进行了交谈，当天科学家报告了试验数据，这是本来糟糕的一年的亮点。韦斯曼说：“结果简直让每个人都大吃一惊。”在温哥华，Madden早上和早上在BBC上听到了结果

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