Miliaran orang di seluruh dunia telah menerima vaksin COVID-19 Pfizer atau Moderna. Pesatnya pengembangan vaksin-vaksin ini mengubah arah pandemi, memberikan perlindungan untuk melawan virus SARS-CoV-2.
Namun vaksin ini tidak akan mungkin terwujud jika bukan karena karya perintis dari pemenang hadiah Nobel tahun ini di bidang fisiologi atau kedokteran beberapa dekade sebelumnya.
Dr Katalin Karikó dan Dr Drew Weissman, peneliti dari University of Pennsylvania, telah diberikan penghargaan bergengsi atas penemuan mereka dalam biologi mRNA. Pasangan ini adalah orang pertama yang menemukan cara memodifikasi mRNA yang memungkinkannya berhasil dikirim ke sel dan direplikasi oleh sel tersebut.
Penemuan mereka tidak hanya merupakan bagian integral dari pengembangan vaksin COVID-19, tapi juga dapat mengarah pada pengembangan banyak terapi lain–seperti vaksin untuk kanker.
Pekerjaan seumur hidup
Karikó adalah seorang ahli biokimia Hongaria dan Weissman seorang ilmuwan dokter Amerika. Keduanya mulai bekerja sama pada 1985 ketika Karikó menjadi peneliti pascadoktoral di Universitas Pennsylvania, tempat Weissman sudah bekerja sebagai ahli imunologi. Mereka mempunyai ketertarikan yang sama mengenai bagaimana mRNA dapat digunakan untuk membuat terapi baru.
Messenger RNA (lebih dikenal sebagai mRNA) adalah molekul penting bagi kehidupan. Molekul ini dibuat di dalam tubuh dari DNA kita sendiri dalam proses yang disebut translasi. DNA adalah buku pegangan instruksi khusus yang dikodekan untuk pembuatan protein, bahan penyusun materi dalam tubuh.
MRNA kita menyalin dan membawa instruksi genetik ini dari DNA ke sel kita. Sel-sel kemudian membuat protein apa pun yang diperintahkan, seperti hemoglobin yang membantu sel darah merah membawa oksigen ke seluruh tubuh.
Karikó dan Weissman saat itu berpikir bahwa jika proses ini dapat dikendalikan, mRNA dapat digunakan untuk menginstruksikan sel agar membuat obatnya sendiri. Namun, pada saat mereka mulai bekerja sama, upaya peneliti lain untuk melakukan hal ini tidak berhasil.
Para peneliti kala itu menghadapi dua tantangan besar saat mereka memulai pekerjaan mereka. Yang pertama adalah mampu mencegah inang meningkatkan respons imun terhadap mRNA yang dimodifikasi. Yang kedua adalah mampu mengirimkan mRNA ke inang dengan aman tanpa menurunkannya.
Untuk memahami bagaimana mereka mengatasi hambatan pertama, penting untuk memahami struktur mRNA. Biasanya, molekul mRNA mengandung empat jenis molekul kecil yang dikenal sebagai basa (nukleosida): A (adenin), U (uridin), G (guanin), dan C (sitosin). Urutan berbeda dari basa ini dapat dirangkai untuk menghasilkan dasar molekul mRNA.
Dalam percobaan awal, Karikó dan Weismann menemukan bahwa penyuntikan molekul mRNA normal ke tikus menyebabkan respons imun. Ini berarti sistem kekebalan tubuh tikus melihat mRNA baru sebagai patogen yang menyerang dan sel-sel kekebalan akan menghancurkannya, bukannya mereplikasinya.
Jadi para peneliti memodifikasi nukleosida U untuk membuat pseudouridine, senyawa kimia yang menstabilkan struktur RNA. Ketika mereka mengulangi percobaan dengan mRNA yang dimodifikasi, tubuh tikus tersebut ternyata menunjukkan tidak ada respons imun.
Namun, Karikó dan Weismann masih menghadapi tantangan kedua untuk dapat menghadirkan mRNA yang dipesan lebih dahulu tanpa menurunkan kualitasnya.
Mereka memutuskan untuk menggunakan lipid (nanopartikel) untuk mengirimkannya. Senyawa kimia lemak ini merupakan bagian penting dari membran sel, mengontrol apa yang masuk dan keluar sel.
Lipid yang dibuat secara khusus memungkinkan molekul mRNA dikirimkan tanpa terdegradasi atau dipecah oleh sistem kekebalan.
Penelitian Karikó dan Weissman telah berhasil menghilangkan hambatan yang sebelumnya menghalangi penggunaan mRNA secara klinis. mRNA Mampu menginstruksikan tubuh untuk mereplikasi hampir semua protein yang tidak berbahaya berpotensi mengobati berbagai penyakit dan bahkan melindungi dari infeksi virus.
Vaksin COVID
Saat penelitian mereka pertama kali dipublikasikan, penelitian tersebut tidak menarik banyak perhatian. Namun pada 2011, dua perusahaan bioteknologi – Moderna dan BioNTech – memperhatikan dan memulai penelitian terhadap obat-obatan mRNA.
Itu tidak mengherankan. Metode produksi vaksin tradisional memakan waktu, mahal, dan tidak berhasil untuk semua vaksin. Namun penelitian Karikó dan Weissman menunjukkan bahwa mRNA sintetik dapat dibuat dalam skala besar.
Para peneliti telah berupaya mengembangkan vaksin mRNA sebelum pandemi, seperti vaksin untuk Ebola yang tidak menerima banyak minat komersial. Namun pada 2020, ketika COVID-19 mulai menyebar ke seluruh dunia, vaksin dibutuhkan dengan cepat untuk memberikan perlindungan.
Dengan menggunakan karya dasar Karikó dan Weissman, para ilmuwan mengembangkan rangkaian mRNA khusus yang meniru protein spike (yang memungkinkan virus memasuki sel kita). Hal ini menghasilkan partikel COVID yang tidak berbahaya yang kemudian direplikasi oleh sel-sel kita, sehingga memungkinkan tubuh kita melindungi kita dari infeksi COVID yang parah ketika bertemu dengan virus yang sebenarnya.
Penemuan Karikó dan Weissman beberapa tahun sebelumnya sangat penting dalam memungkinkan pembuatan vaksin mRNA COVID-19. Namun ini bukanlah satu-satunya cara penerapan karya mereka.
Para peneliti sekarang berharap untuk mengembangkan vaksin mRNA untuk penyakit seperti HIV dan virus Zika. Penelitian juga menunjukkan bahwa vaksin mRNA mungkin berguna dalam mengobati jenis kanker tertentu .