Dwadzieścia jeden lat. Tyle czasu oddzieliło dwa niebagatelne zdarzenia w naukowym życiu Jacka Jemielitego. Pierwsze: rozpoczęcie badań nad możliwością zmodyfikowania makrocząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA). Drugie: uhonorowanie Nagrodą Nobla technologii mRNA wykorzystanej w tworzeniu szczepionki, która unicestwia koronawirusa SARS-CoV-2 wywołującego trudną w opanowaniu chorobę układu oddechowego znaną jako Covid-19.
Pierwsze zdarzenie właściwie nie miało prawa zajść. Był 2002 rok. Jacek Jemielity miał 29 lat i gotowy doktorat. Za sobą cztery lata żmudnych i czasami frustrujących badań nad enzymami i związkami aromatycznymi, które były tematem pracy.
„Do czego mnie to doprowadzi?” – myślał w tamtym czasie wcale nierzadko, wracając późnym wieczorem z laboratorium na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego do żony i syna. Nie miał wątpliwości, że jeśli prowadzone badania przerwie, drzwi do uprawiania nauki zatrzasną się przed nim nieodwołalnie. Pytanie „czy to ma sens?” pojawiało się i dlatego, że do domowego budżetu Jacek dokładał zaledwie 800 złotych – tyle wynosiło jego stypendium doktoranckie. W Warszawie końca lat 90. za takie pieniądze nie można było utrzymać nawet siebie, tym bardziej rodziny. Przyszły dyrektor Centrum Nowych Technologii UW doprowadził doktorat do końca tylko dlatego, że był uparty jak jego rodzice. Dla gospodarzy pod Wysokim Mazowieckim było oczywiste, że pewne prace trzeba wykonać niezależnie od pogody i chęci. A to, co rozpoczęte, musi mieć zakończenie.
Współpraca z prof. Edwardem Darżynkiewiczem z Zakładu Biofizyki UW, który od ponad dwóch dekad badał strukturę messengerRNA (mRNA), czyli informacyjnego RNA, miała być epizodem. Sensownym wykorzystaniem kilku tygodni pozostałych do obrony i wyjazdu na umówiony staż podoktorski w USA, podczas którego Jacek Jemielity planował odkryć właściwe tematy pracy naukowej. Za ocean ostatecznie nie wyjechał, ponieważ nowe dla siebie i intrygujące zagadnienia znalazł na miejscu, a kolejne 11 lat wypełniło mu stawianie pytań dotyczących makrocząsteczki RNA. Najbardziej istotne brzmiało: co zrobić, żeby nietrwała z natury funkcjonowała jednak dłużej? Po co? Żeby zmienić historię medycyny, jak później się okazało. Podyktowane li tylko badawczą ciekawością pytanie doprowadziło bowiem do opracowywania nowych metod leczenia m.in. chorób nowotworowych i wirusowych.
Przeczuwane przez Jacka Jemielitego możliwości mRNA wynikały z tego, czym ono jest. Powstający w jądrze komórkowym kwas rybonukleinowy niesie w sobie skopiowany z DNA fragment kodu, w którym z kolei zawarty jest przepis na budowę każdego białka w organizmie – związku odpowiedzialnego za niemal wszystkie procesy w nim zachodzące. Kluczowy dla przekazania informacji jest kap, czyli czapeczka: niewielka struktura znajdująca się na jednym z końców mRNA, od której rozpoznania przez białko inicjujące rozpoczyna się wieloetapowy proces biosyntezy nowego białka. To od informacji tam zawartej zależy jego rodzaj i szybkość, z jaką powstaje.
Doktor Jemielity postanowił sprawdzić, czy kap można zmienić w sposób, który np. pozwoli przyspieszyć proces syntezy. A później, biorąc pod uwagę, że mRNA po odegraniu swojej roli ulega degradacji, zmodyfikować je tak, by stało się bardziej trwałe. Naukowiec był już na etapie sprawdzania z ówczesną magistrantką Joanną Kowalską (dziś po habilitacji), w którym miejscu struktury, składającej się z 85 tys. atomów, atom siarki ma zastąpić atom tlenu, by nie tylko wyraźnie ustabilizować mRNA, ale też pobudzić je do większej produkcji białka, gdy przyszło mu do głowy, że celem badania nie musi być jedynie sprawdzenie samej możliwości wykonania takiego działania. Skoro dowiedziono, że zawierające przepis na konkretne białko mRNA poddaje się modyfikacjom, dlaczego by nie stworzyć przepisu, który przez podanie szczepionki leczniczej instruowałby układ immunologiczny, w jaki sposób ma eliminować komórki nowotworowe? Albo, jak ma walczyć z wirusami i bakteriami? Albo, jak wyprodukować białko, którego nieobecność wywołuje rzadką chorobę genetyczną?
Niewielu wówczas rozumiało doktora Jemielitego, opowiadającego o ewentualnych terapeutycznych zastosowaniach mRNA. Sam nie był ich pewny. Nauczony innymi życiowymi okolicznościami stwierdził, że i tym razem po prostu się uprze, by sprawdzić, czy ustabilizowane mRNA jest tak obiecujące, jak się wydaje.
Kiedy w 2007 roku ukazała się jego praca podsumowująca badania nad stabilizacją cząsteczki mRNA, w tym kluczowe ustalenie o zastąpieniu atomu tlenu przez atom siarki, w skrzynce mailowej naukowca pojawiły się dwa listy z propozycją współpracy. Jeden pochodził od Drew Weissmana z University of Pennsylvania. Drugi napisał Uğur Şahin, uczony z uniwersytetu w Moguncji i prezes firmy BioNTech. To właśnie Şahin, z którym Jemielity zdecydował się połączyć siły, napisał mu później, że wymyślone przez niego narzędzie stabilizacji mRNA i zwiększenia ekspresji białka, w największym stopniu zdynamizowało jego pracę. Technologia jest obecnie stosowana w kilkunastu badaniach klinicznych nad stworzeniem leczniczej szczepionki przeciwnowotworowej, prowadzonych w wielu krajach. Natomiast w grudniu 2019 roku, kiedy m.in. BioNTech Şahina, współpracujący z firmą Pfizer, rozpoczął pracę nad szczepionką przeciw Covid-19, wiedza o terapeutycznych możliwościach mRNA, pozyskana także dzięki pionierskim badaniom prof. Jemielitego, okazała się na wagę życia 5,5 miliona osób. Dokładnie tyle, jak obliczyła WHO, udało się uratować dzięki szczepionkom. W tym tej, która powstała w ciągu zaledwie roku tylko dlatego, że do jej powstania wykorzystano wiedzę o nowej technologii, wywołującej odpowiedź odpornościową organizmu bez kontaktowania go z wirusem.
Gdyby zakończyć tę historię momentem przyznania Nagrody Nobla w 2023 roku za badania nad mRNA, które umożliwiły stworzenie szczepionki antycovidowej, byłaby ona niepełna. Do ostatniego aktu jeszcze daleko. Szczepionki antywirusowe to przecież, jak przypuszcza prof. Jemielity, zaledwie wierzchołek góry lodowej możliwości stwarzanych przez cząsteczkę, w której można zapisać przepis na dowolne białko.
Prof. JACEK JEMIELITY – dyrektor Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego. Laureat Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (w obszarze nauk chemicznych i o materiałach) oraz programu TEAM FNP.
Rozmawiała i opracowała tekst Anna Mateja
Nauka pomaga. Pomóż nauce!
Przekaż 1,5% podatku na #START młodych naukowców!
KRS Fundacji na rzecz Nauki Polskiej: 0000109744