Giải Nobel Y sinh học 2023 và vắc xin mRNA

Tiến sĩ Karikó hiện là phó chủ tịch Công ty sinh học BioNTech (Đức), còn Drew Weissman là giáo sư về miễn dịch học thuộc Đại học Pennsylvania (Mỹ). Họ đã có công ứng dụng mRNA trong việc bào chế vắc xin chống Covid.

Hành trình khám phá của hai người, nhất là bà Karikó, rất tiêu biểu ở những người tiền phong. Bà là một di dân Hungary, khi đến Mỹ đã phải vất vả tồn tại và phấn đấu trong thế giới khoa học đầy cạnh tranh. Đọc qua quá trình đi đến mRNA của bà, tôi chợt nghĩ đến thân phận các nhà khoa học gốc di dân chịu nhiều thiệt thòi trong thế giới khoa học phương Tây.

Bà Karikó sanh năm 1955 ở Hungary trong một gia đình lao động. Thân phụ của bà làm nghề hàng thịt. Bà tốt nghiệp tiến sĩ ở Đại học Szeged (Hungary), rồi làm nghiên sau tiến sĩ ở một viện sinh hóa của Hungary. 

Năm 1985, bà mất việc và cùng chồng di cư sang Mỹ. Ở Mỹ, bà làm nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Temple (Philadelphia) và một trung tâm quân y ở Bethesda. Năm 1990, bà được bổ nhiệm làm phó giáo sư Đại học Pennsylvania, nơi bà bắt đầu nghiên cứu ứng dụng mRNA trong điều trị bệnh. 

Bà không lên nổi chức danh giáo sư thực thụ vì đơn xin tài trợ bị từ chối hết năm này sang năm khác. Chẳng những thế, bà còn bị giáng chức, mất ghế phó giáo sư vào năm 1995.

Năm 1997, bà gặp giáo sư Weissman, chuyên gia về miễn dịch học cũng ở Đại học Pennsylvania. Hai người hợp tác với nhau và bà kiên trì theo đuổi ý tưởng dùng mRNA để điều trị bệnh. 

Trong một loạt bài báo từ 2005, Karikó và Weissman mô tả cách biến đổi mRNA để tăng cường hệ miễn dịch. Họ đăng ký bằng sáng chế nhưng đại học sau này bán bản quyền cho một công ty khác. 

Khi được một nhà đầu tư đằng sau Công ty Moderna liên lạc mua lại bản quyền, bà Karikó nói "chúng tôi làm gì có bản quyền". Bà nghĩ mình khó có cơ hội trong môi trường học thuật nên đã chuyển sang lĩnh vực tư nhân và dần lên tới phó chủ tịch Công ty BioNTech ở Đức.

Vắc xin mRNA là gì?

Trong cơ thể chúng ta, mRNA cung cấp "chỉ thị" cho DNA sản xuất protein để điều phối tế bào và mô. Nhưng mRNA trong vi rút vì không có bộ máy để nhân bản nên phải xâm nhập vào tế bào của con người để nhân bản. Chẳng hạn, SARS-Cov-2 có cái "protein dùi cui" giúp chúng xâm nhập tế bào, đặc biệt tế bào phổi (triệu chứng lâm sàng là làm nạn nhân khó thở).

Thường trước đây vắc xin chứa tác nhân giống như vi rút gây bệnh được bào chế từ vi sinh vật, các độc tố của vi sinh vật hoặc các protein bề mặt của chúng. Các vắc xin này thành công mỹ mãn với các bệnh như sởi hay đậu mùa. Nhưng khi đối phó với các bệnh do vi rút mới và biến hóa liên tục như Ebola, Zika hay Corona, thì các vắc xin truyền thống không hiệu quả như mong muốn.

Thời gian gần đây, một thế hệ vắc xin mới ra đời dựa trên hiểu biết cơ chế vận hành của RNA. (Nói đúng ra, các vắc xin này từng được bào chế và sử dụng trong phòng chống một số bệnh ung thư). 

Không giống vắc xin truyền thống, vắc xin mới đưa vào một mảng mRNA và mã hóa cho một kháng nguyên. Khi kháng nguyên được sản xuất trong cơ thể, hệ thống miễn dịch của cơ thể sẽ nhận ra chúng và chuẩn bị chống lại vi rút xâm nhập.

Vắc xin mRNA được đánh giá là rẻ hơn vắc xin truyền thống, có thể sản xuất nhanh và đại trà. Ngoài ra, vắc xin mRNA cũng an toàn hơn với người sử dụng vì không sản sinh ra những yếu tố gây bệnh truyền nhiễm. 

Cơ chế của vắc xin truyền thống là bắt chước vi rút gây bệnh. Khi được tiêm vào cơ thể, vắc xin sẽ kích hoạt hệ thống miễn dịch sản xuất ra kháng nguyên nhằm chuẩn bị chống trả vi rút thật.

Cơ chế của vắc xin mRNA là lợi dụng quy trình sản xuất protein của tế bào. Tế bào dùng DNA làm khuôn mẫu để sản xuất phân tử RNA tín hiệu (mRNA hay messenger RNA), và mRNA sẽ sản xuất ra protein. 

Một khi vắc xin mRNA đã vào tế bào trong cơ thể, tế bào sẽ dùng chất liệu di truyền để sản xuất ra kháng nguyên. Kháng nguyên này được phơi bày trên bề mặt tế bào, nơi mà hệ miễn dịch có thể nhận dạng được.

Gian nan không nản

Câu chuyện vắc xin mRNA bắt đầu từ năm 2005, khi tiến sĩ Karikó và giáo sư Weissman công bố một phát hiện đột phá: họ cho biết có thể dùng mRNA để sản xuất protein. Đại khái là khi họ thêm mRNA vào tế bào thì tế bào lập tức tiêu diệt mRNA, nhưng khi họ thay đổi một chút mRNA thì tế bào sản xuất ra protein mà họ chọn. Nói cách khác, họ có thể dùng mRNA để "chỉ thị" tế bào sản xuất protein mà họ muốn.

Đó là một khám phá độc đáo nhưng thời đó giới khoa học không tin hay không mấy quan tâm. Đa số các nhà khoa học hàng đầu lúc bấy giờ đều nghĩ đến tiêm chủng, chứ không nghĩ đến vắc xin mRNA. Do đó khi họ gởi bản thảo bài báo khoa học đến các tập san lớn thì đều bị từ chối. Cuối cùng, tập san Immunity chấp nhận công bố bài báo.

Dù bài báo được công bố, Weissman và Karikó vẫn còn gặp khó khăn. Họ viết đề cương xin tài trợ để làm nghiên cứu tiếp nhưng bị từ chối liên tục. May mắn thay có hai công ty sinh học quan tâm: Moderna ở Mỹ và BioNTech ở Đức.

Hai công ty này sản xuất vắc xin mRNA cho cúm mùa và vài bệnh khác nhưng chưa làm thử nghiệm lâm sàng. Thế rồi, dịch Covid-19 bùng phát và cơ hội đã đến. Moderna và BioNTech dựa vào khám phá của Karikó và Weissman để sản xuất vắc xin có hiệu quả rất cao mà chúng ta sử dụng ngày nay.■