MRNA ist ein wichtiger Bote, der die Anweisungen für das Leben von der DNA zum Rest der Zelle überträgt. ktsimage / iStock über Getty Images Plus 

Ein überraschender Stern der Coronavirus-Pandemie-Reaktion war das Molekül namens mRNA. Es ist das Hauptbestandteil in der Pfizer und Moderna Covid19 Impfungen. Aber mRNA selbst ist keine neue Erfindung aus dem Labor. Es hat sich vor Milliarden von Jahren entwickelt und ist natürlich in jeder Zelle Ihres Körpers zu finden. Wissenschaftler denken RNA entstand in den frühesten Lebensformen, 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 sich wahrscheinlich mit DNA aus. Es ist das Molekül, das alle Ihre Gene enthält, die in einem aus vier Buchstaben bestehenden Code geschrieben sind - A, C, G und T.

Messenger-RNA transportiert genetische Informationen von der DNA im hochgeschützten Kern zum Rest der Zelle, wo Strukturen, die als Ribosomen bezeichnet werden, Proteine ​​gemäß der DNA-Blaupause bilden können. ttsz / iStock über Getty Images Plus

DNA befindet sich in den Zellen jedes Lebewesens. Es ist in einem Teil der Zelle geschützt, der als Kern bezeichnet wird. Die Gene sind die Details in der DNA-Blaupause für alle physikalischen Eigenschaften, die Sie einzigartig machen.

Aber die Informationen von Ihren Genen müssen von der DNA im Zellkern zum Hauptteil der Zelle - dem Zytoplasma - gelangen, wo Proteine ​​zusammengesetzt werden. Zellen verlassen sich auf proteiny die vielen Prozesse auszuführen, die notwendig sind, damit der Körper funktioniert. Hier kommt Messenger-RNA, kurz mRNA, ins Spiel.

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

Die doppelsträngige DNA-Sequenz wird in einen mRNA-Code transkribiert, damit die Anweisungen in Proteine ​​übersetzt werden können. Alkov / iStock über Getty Images Plus

Die Struktur der RNA ähnelt der der DNA, weist jedoch einige wichtige Unterschiede auf. RNA ist ein einzelner Strang von Codebuchstaben (Nukleotiden), während DNA doppelsträngig ist. Der RNA-Code enthält ein U anstelle eines T-Uracil anstelle von Thymin. Sowohl RNA- als auch DNA-Strukturen haben ein Rückgrat aus Zucker- und Phosphatmolekülen, aber Der Zucker der RNA ist Ribose und 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 Kopien von DNA 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 von mRNA, die zelluläre Maschinerie in Gang zu setzen, um die Proteine ​​aufzubauen, die von der DNA kodiert werden und für diese Zeit und diesen Ort geeignet sind.

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

Programmiert zur Selbstzerstörung

Als intermediärer 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 zerstört werden kann Enzyme genannt RNasen. 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 steuern - indem sie die Blaupausen nach Bedarf ein- oder ausschaltet. Keine Zelle möchte jedes in Ihrem gesamten Genom beschriebene Protein auf einmal produzieren.

Messenger-RNA-Anweisungen sind zeitgesteuert, um sich selbst zu zerstören, wie z. B. ein verschwindender Text oder eine Snapchat-Nachricht. Strukturmerkmale der mRNA - das U im Code, seine einzelsträngige Form, Ribosezucker und ihre spezifische Sequenz - stellen sicher, dass die mRNA hat eine kurze Halbwertszeit. Diese Funktionen ermöglichen es, die Nachricht 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, wird die Proteinproduktion gestoppt, bis die Proteinfabriken eine neue Nachricht erhalten.

Nutzung von mRNA zur Impfung

Alle Eigenschaften der mRNA machten es aus großes Interesse für Impfstoffentwickler. Das Ziel eines Impfstoffs ist es, Ihr Immunsystem dazu zu bringen, auf eine harmlose Version oder einen Teil eines Keims zu reagieren. Wenn Sie also auf die Realität stoßen, sind Sie bereit, sie abzuwehren. Forscher fanden einen Weg zu einführen und schützen eine mRNA-Nachricht mit dem Code für einen Teil des Spike-Proteins auf der Oberfläche des SARS-CoV-2-Virus.

Messenger-RNA-Impfstoffe bringen den Körper des Empfängers dazu, ein virales Protein zu produzieren, das dann die gewünschte Immunantwort stimuliert. Trinset / iStock über Getty Images Plus

Das Impfstoff liefert gerade genug mRNA gerade genug aus dem Spike-Protein zu machen, damit das Immunsystem einer Person Antikörper erzeugt, die sie schützen, wenn sie später dem Virus ausgesetzt werden. Die mRNA im Impfstoff ist bald von der Zelle zerstört - genau wie jede andere mRNA. Die mRNA kann nicht in den Zellkern gelangen und die DNA einer Person nicht beeinflussen.

Obwohl dies neue Impfstoffe sind, ist die zugrunde liegende Technologie wurde ursprünglich vor vielen Jahren entwickelt und im Laufe der Zeit schrittweise verbessert. Infolgedessen wurden die Impfstoffe gut auf Sicherheit getestet. Der Erfolg dieser mRNA-Impfstoffe gegen COVID-19 in Bezug auf Sicherheit und Wirksamkeit sagt eine gute Prognose voraus Zukunft für neue Impfstofftherapien Das kann schnell auf neue, aufkommende Bedrohungen zugeschnitten werden.

Klinische Studien im Frühstadium mit mRNA-Impfstoffen wurden bereits für durchgeführt Influenza, Zika, Tollwut und Cytomegalievirus. Kreative Wissenschaftler erwägen und entwickeln bereits Therapien für andere Krankheiten oder Störungen, die von einem ähnlichen Ansatz wie bei den Impfstoffen gegen COVID-19 profitieren könnten.

Über den Autor

Penny Rigg, Außerordentlicher Professor für funktionelle Genomik und außerordentlicher Vizepräsident für Forschung, Texas A & M Universität

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