MRNA是重要的信使,可以承載從DNA到細胞其餘部分的生命指示. ktsimage / iStock通過Getty Images Plus
冠狀病毒大流行反應的一個令人驚訝的明星是稱為mRNA的分子。 這是 輝瑞和Moderna中的關鍵成分 19冠狀病毒病疫苗。 但是,mRNA本身並不是實驗室的新發明。 它在數十億年前發展 並且自然存在於您體內的每個細胞中。 科學家認為 RNA起源於最早的生命形式, 甚至在DNA存在之前.
這是什麼是mRNA及其重要工作的速成課程。
認識遺傳中間人
您可能了解DNA。 它是包含以四個字母的代碼(A,C,G和T)闡明的所有基因的分子。
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DNA被發現在每個生物的細胞內。 它被保護在細胞核的一部分中。 基因是DNA藍圖中的細節,具有使您與眾不同的所有物理特徵。
但是,來自基因的信息必須從細胞核中的DNA傳遞到細胞的主要部分-細胞質-組裝蛋白質的地方。 細胞依賴 蛋白質 進行身體運作所需的許多過程。 這就是信使RNA(簡稱為mRNA)出現的地方。
DNA編碼的各個部分被轉錄 縮短了信息,這些信息是製造蛋白質的說明。 這些信息-mRNA-被轉運到細胞的主要部分。 一旦mRNA到達, 細胞可以產生特定的蛋白質 從這些說明中。
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RNA的結構與DNA相似,但有一些重要的區別。 RNA是一條單鏈的編碼字母(核苷酸),而DNA是雙鏈的。 RNA代碼包含U而不是T –尿嘧啶而不是胸腺嘧啶。 RNA和DNA結構都具有由糖和磷酸鹽分子組成的主鏈,但是 RNA的糖是核糖,DNA的是脫氧核糖。 DNA的糖中的氧原子少了一個,這種差異體現在它們的名稱中:DNA是脫氧核糖核酸的暱稱,RNA是核糖核酸的暱稱。
相同的DNA拷貝存在於生物體的每個單個細胞中,從肺細胞到肌肉細胞再到神經元。 根據動態細胞環境和人體的即時需求,根據需要生產RNA。 mRNA的工作是幫助激發細胞機制以構建適合該時間和地點的,由DNA編碼的蛋白質。
將DNA轉化為mRNA從而轉化為蛋白質的過程 是細胞功能的基礎。
編程自毀
作為中間信使,mRNA是細胞中重要的安全機制。 它可以防止入侵者劫持細胞機制以產生外源蛋白質,因為細胞外的任何RNA都會立即被破壞,從而被細胞破壞。 稱為RNase的酶。 當這些酶識別RNA編碼中的結構和U時,它們會刪除該信息,從而保護細胞免受錯誤指令的侵害。
mRNA還為細胞提供了一種控制蛋白質產生速率的方法-根據需要將藍圖“打開”或“關閉”。 沒有一個細胞想要一次產生整個基因組中描述的每種蛋白質。
Messenger RNA指令會定時自動銷毀,例如消失的文本或snapchat消息。 mRNA的結構特徵-代碼中的U,單鏈形狀,核糖和特定序列-確保mRNA具有 半衰期短。 這些功能相結合,使消息能夠被“讀取”,翻譯成蛋白質,然後迅速銷毀-對於需要嚴格控制的某些蛋白質,幾分鐘之內即可完成,而對於其他蛋白質,則長達數小時之內。
一旦指令消失,蛋白質生產就會停止,直到蛋白質工廠收到新的消息為止。
利用mRNA進行疫苗接種
mRNA的所有特性使其成為 疫苗開發人員非常感興趣。 疫苗的目標是使您的免疫系統對無害版本或細菌的一部分產生反應,因此,當您遇到真實的東西時,您就可以將其擊退。 研究人員找到了一種方法 介紹和保護 mRNA消息,帶有SARS-CoV-2病毒表面上部分刺突蛋白的代碼。
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疫苗可提供足夠的mRNA 足以使一個人的免疫系統產生足夠的刺突蛋白,從而生成抗體,以防它們在以後暴露於病毒中時得到保護。 疫苗中的mRNA是 很快被細胞摧毀 –就像其他任何mRNA一樣。 mRNA無法進入細胞核,也不會影響人的DNA。
儘管這些是新疫苗, 基礎技術 最初是在多年前開發的, 隨著時間的推移逐步改善。 結果,疫苗已經被 經過安全測試。 這些針對COVID-19的mRNA疫苗在安全性和有效性方面的成功預示著光明的前景 新疫苗療法的未來 可以快速針對新出現的威脅進行調整。
已經進行了使用mRNA疫苗的早期臨床試驗,用於 流感,寨卡病毒,狂犬病和鉅細胞病毒。 當然,有創造力的科學家已經在考慮和開發針對其他疾病或病症的療法,這些療法可能會受益於與抗COVID-19疫苗相似的方法。
關於作者
潘妮·里格斯(Penny Riggs),功能基因組學副教授和研究副總裁, 德克薩斯A&M大學
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