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马斯克看好的mRNA疫苗,让人类免疫系统实现OTA在线打补丁

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黑洞科技观察 2021-01-21 09:49

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大家好,今天我们聊一聊最近热议的疫苗话题。

近期,中国和美国的新冠疫苗都已经上市,在给大家带来希望的同时,也给大家带来很多疑问。尤其是关于中美疫苗的技术路线区别:中国的疫苗是灭活疫苗,而美国的是mRNA疫苗。

上周马斯克在接受欧洲媒体采访时也表达了对mRNA疫苗的期待:

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来源:南都周刊

在马斯克这个工程师的角度看,mRNA疫苗可以治疗一切,代表了医学的未来。

mRNA疫苗真的有这么神奇么?未来的某一天,人类真的能像机器人一样,通过mRNA在线编程,让人体执行任何操作?

今天我们就一起看看,这个mRNA疫苗到底有多神奇?

让我们简单回顾一下高中生物知识。

大家都知道,细胞是构成人体的基本单元。肝脏有肝脏细胞,骨骼有骨骼细胞,大脑有神经元细胞,皮肤有皮肤细胞,就连大家最讨厌的脂肪也是由脂肪细胞构成的......。不同的细胞形成了不同的器官,实现人体不同的功能。

构成细胞的最主要有机物是蛋白质核酸

蛋白质分为结构蛋白和功能蛋白,结构蛋白形成细胞的结构。功能蛋白实现了细胞的功能,如物质运输、催化功能、信息交流和免疫功能。人体已知蛋白质有几万种,他们一起实现了人体的复杂功能。

而构成人体蛋白质的基本物质是21种氨基酸,这些氨基酸根据不同的规则连接起来形成肽链,肽链在经过折叠形成立体结构的蛋白质。比氨基酸更小的就是氢氧碳等元素,它们作为原子不在我们的讨论范围。

21种氨基酸能够形成几万种功能各异的蛋白质,其秘密就在于核酸,也就是人体的遗传基因密码。

核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),DNA是双链螺旋结构,RNA是单链结构。DNA的双链结构非常稳定,让它具有保存遗传信息的功能,在细胞分裂的过程中能够产生相同的细胞。DNA存储的就是ACGT四种碱基的排列信息,三个一组的碱基排列对应着不同的氨基酸。

RNA分为mRNA、tRNA和rRNA。在细胞分裂的时候,DNA双螺旋结构在酶的作用下分开,mRNA和DNA其中一条链作用,将DNA信息拷贝下来。tRNA运输各种氨基酸,rRNA将tRNA运来的氨基酸按照mRNA的排列顺序组装起来,形成不同功能的肽链,肽链再折叠成不同的蛋白质。

mRNA的作用

从细胞分裂的过程看,mRNA起着基因信息表达的关键作用

我们举一个生动的例子,整个过程就好比是做菜,各种氨基酸是食材,DNA是菜谱,rRNA是厨师,tRNA是厨师的小工负责打下手,蛋白质是做出来的菜肴。

mRNA在整个过程中最关键,因为厨师不识字,看不懂菜谱,mRNA就是那个帮厨师读菜谱的人。厨师按照菜谱做出来的菜,就是人类基因决定的人体基本功能。如果mRNA不按照菜谱读,自己编一个菜谱,rRNA这个厨师一样会做这道菜,因为食材都是那21种氨基酸,rRNA只管做,不管菜谱是哪来的。

病毒能够在人体中复制,就是利用了mRNA的这个特性。有些病毒在进入人体细胞质内后,其携带的RNA直接起到mRAN的作用,指导人体的rRNA复制。有些病毒的RNA和转录酶作用产生互补的RNA,这个互补的RNA作为mRNA指导rRNA复制。最厉害的一种病毒(如艾滋病病毒)进入人体后,能够将自身的RNA反转成人体新的DNA,再通过正常的转录形成新的mRNA,而且新的DNA会长期持续下去并传给子代细胞。

人体的免疫系统,有两个重要作用:

一是保证人体能够和细菌病毒和谐共处。大家都知道,人体是一个细菌病毒的大容器,细菌本质上就是人体的组成部分。不管是我们吃的食物,还是喝的水,还是接触的空气,都不是完全纯净的。免疫系统不是要杀死所有细菌和病毒,而是要控制一个合理的度。

二是及时清除人体内的衰老的、死亡的、损伤的细胞,以及异常细胞(如肿瘤细胞),保证人体处于最佳状态。即使是正常的人体,也会产生癌细胞,但是在免疫系统工作正常的情况下,这些异常细胞很快会被消灭掉。

免疫系统的工作模式有两种:

一种是非特异性免疫,人一生下来就具有。比如人类的炎症反应,就是免疫系统对抗大量细菌感染的快速反应。

另一种是特异性免疫,是针对特定抗原的免疫反应,人体需要经历一个过程才能获得。

免疫系统工作的原理我们在这里就不展开了,主要就是各种免疫细胞在抗体的帮助下和细菌、病毒以及人体不需要的细胞战斗,将它们消灭掉。

虽然人体的免疫系统是强大的,但是很多细菌、病毒和异常细胞对于人体来说还很陌生。非特异性免疫对它们不起作用,有的时候甚至起反作用(杀死被感染的人体细胞)。特异免疫则需要很长时间产生抗体,如果它们数量太多,或者是免疫系统效率低,就会产生严重后果。

疫苗的作用就是让人体免疫系统接触到大量的细菌病毒前,有计划地提前产生特异性免疫。疫苗是用各类病原微生物制作的用于预防接种的生物制品。

疫苗包括灭活苗、减毒苗和mRNA疫苗的区别在哪呢?

灭活苗和减毒苗是传统疫苗,都是由病原微生物直接制成,灭活苗的微生物丧失了活性,减毒苗保留复制活性,但是没有致病性。

mRNA疫苗的原理在用它能指导蛋白质合成,所以只要制作出和病毒RNA一样的mRNA,将mRNA放入脂质纳米颗粒内并导入人体细胞,就会在细胞中产生病毒的抗原蛋白。

mRNA疫苗可以通过mRNA的编辑,控制疫苗能否完成自我复制。

举个形象的例子,免疫系统就像是人体的警察局,免疫细胞就是各警种的警察,抗体就是警察的武器。然而,很多犯罪分子(细菌、病毒和异常细胞)警察是不认识的,也不知道怎么对付。疫苗的作用就是提前训练警察,并提前准备好有针对性的武器。

传统灭活和减毒疫苗就是抓住少数犯罪分子,然后丢给警察进行训练,灭活疫苗就是把这些犯罪分子五花大绑起来,减毒疫苗就是戴上手铐但是还能行动。警察和这些犯罪分子实战,在战斗中积累经验,以后真的有犯罪分子来了就可以对付了。

mRNA疫苗就更神奇了,相当于只收集了犯罪分子的口音、外貌、生活习惯、行动方式等信息,然后通过数字化的形式训练警察,整个训练过程中都没有真的犯罪分子出现。

从上面例子中我们能看出来,mRNA疫苗相比传统疫苗,研发周期更短,成本更低。

有这么多优点,我国为什么不直接采用mRNA生产新冠疫苗呢?

首先,mRNA疫苗是新生事物,虽然是技术前沿,但是研发风险也更大。从我国对疫情的态度也能知道,我们的疫苗只准成功不准失败,所以选择技术更成熟的传统疫苗也就不奇怪了。

其次,由于我国疫情控制力度大,效果好,进行III临床实验缺乏研究样本,这也减缓了mRNA疫苗的研发脚步。我们不首先使用,但是mRAN疫苗的研发工作一直在做。

最后,美国选择mRNA疫苗,更多的是私有制药公司基于自身成本、周期等考虑,尤其是传统疫苗的生产需要生物安全三级防护,对生产效率影响很大,我国是把P3实验室临时用于疫苗生产。

至少在现阶段,传统疫苗风险更低,更有把握。

但是mRNA疫苗代表着科技的发展方向,不管是基因工程,还是纳米技术都已经发展很久了,相比信息技术日新月异的发展速度,实在是太慢了,也是时候用来造福人类了。

马斯克说得没错,未来的10年-20年是mRNA疫苗爆发的时期。

随着技术的进步,我预计不远的将来,会研发出小型化可植入人体的疫苗发生装置。通过在线的方式接收最新的病毒RNA数据,并直接生成mRNA疫苗导入人体。

人体的免疫系统就像杀毒软件一样,可以在线升级更新。

不管是未知细菌、病毒还是异常细胞,都可以通过升级人体的免疫系统进行彻底的查杀!

未来充满希望!

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