Este año predecir este Nobel era fácil, porque salvar millones de vidas siempre tiene su premio. Los padres de la ciencia básica detrás de las vacunas de ARN mensajero modificado (mARNm), Katalin Karikó (68 años), BioNTech (Alemania) y Drew Weissman (64 años), Univ. Pennsylvania (EEUU), ya tienen un merecido Premio Nobel. Sus descubrimientos permitieron modificar los nucleótidos del ARN para estabilizarlo, lo que permitió su uso en el desarrollo de vacunas de ARN mensajero de gran efectividad contra la COVID-19. Por desgracia, los padres de la biotecnología de las vacunas para la COVID-19, como Uğur Şahin y Özlem Türeci, Sarah Gilbert, Philip Felgner, o Derrick Rossi, entre otras personas, se quedan sin un galardón que también merecen. Solo les queda saber que han salvado a millones de vidas y que ya son multimillonarios por su hazaña. Yo predije en 2021 que recibirían el Nobel algún día, pero que no lo obtendrían en 2021, porque era muy pronto (LCMF, 05 oct 2021). Predije que lo obtendrían en 2022, pero fallé por la sorpresa de Pääbo (LCMF, 01 oct 2022). Y volví a predecirlo este año, porque no se podía retrasar más, y acerté (LCMF, 02 oct 2023). No creo que acierte ninguno más, peo quien sabe.

La vida de la húngara Karikó merece una película (un biopic que no tardará en llegar). Tras defender su tesis doctoral en 1982 emigró a EEUU para investigar en el desarrollo de terapias basadas en el ARN mensajero (ARNm). En aquella época parecía prometedoras para tratar el SIDA, causado por un retrovirus. Tras dos postdoctorados, en 1989 empezó a obtener los primeros indicios de que el ARNm podía funcionar como estrategia terapéutica. Pero su proyecto parecía no tener futuro y ella se vio obligada a saltar de laboratorio en laboratorio como investigadora postdoctoral en la Universidad de Pensilvania, sin poder lograr una plaza permanente; incluso superó un cáncer en 1995.

En 1997 llegó Weissman a la Universidad de Pensilvania para investigar terapias contra el SIDA y tras un encuentro fortuito decidieron colaborar juntos. El éxito de esta colaboración llegó en 2005 cuando descubrieron cómo evitar la respuesta inmunitaria innata contra el ARNm, exógeno: sustituir la uridina (U) de los ARNm por un nucleósido análogo, la pseudouridina (ψ). Muy similar para los ribosomas que fabrican proteínas, pero muy diferente para el sistema inmunitario. Usar pseudouridinas en lugar de uridinas en los ARNm sintéticos aumenta su estabilidad y aumenta la expresión (la cantidad de proteína producida), todo ello sin activar la respuesta inmunitaria. Publicaron su solución en 2005 y fundaron una empresa en 2006 para desarrollar medicamentos basados en ARNm. Pero su empresa fracasó.

Otras empresas tomaron el testigo y desarrollaron la biotecnología de ARNm como para desarrollar vacunas. Todo estaba listo en 2020 para una prueba de fuego y llegó la pandemia de COVID-19. Con capital riesgo casi infinito, se hizo posible el milagro de desarrollar una vacuna de gran eficacia en menos de un año. Millones de vidas se salvaron. Miles de millones de personas disfrutaron de un retorno a la normalidad gracias a las vacunas basadas en la ciencia básica de Karikó y Weissman.

El anuncio oficial del Nobel en YouTube, Nota de Prensa [pdf], Descripción Avanzada (Scientific background: Discoveries concerning nucleoside base modifications that enabled the development of effective mRNA vaccines against COVID-19) [pdf]. Recomiendo leer la estupenda pieza de Lluis Montoliu, «Katalin Karikó: camino del Nobel», Gen-ética, 13 sep 2021; «Nobel de Medicina para Katalin Karikó y Drew Weissman por sus contribuciones a las vacunas ARNm contra la covid-19», Agencia SINC, 02 oct 2023; Yasemin Saplakoglu, «Covid-19 mRNA Vaccines Win Nobel Prize for Medicine 2023. Katalin Karikó and Drew Weissman have been awarded the 2023 Nobel Prize in Physiology or Medicine for discoveries leading to mRNA vaccines, such as those that protect against Covid-19,» Quanta Magazine, 02 Oct 2023; Ewen Callaway, Miryam Naddaf, «Pioneers of mRNA COVID vaccines win medicine Nobel. Katalin Karikó and Drew Weissman laid the groundwork for immunizations that were rolled out during the pandemic at record-breaking speed,» News, Nature, 02 Oct 2023; Catherine Offord, Jon Cohen, «mRNA discovery that paved way for COVID-19 vaccines wins Nobel Prize in Physiology or Medicine. Katalin Karikó and Drew Weissman honored for showing that modifications of mRNA could lead to a new kind of vaccine,» News Science, 02 Oct 2023; entre muchas otras.

Los artículos citados en la información Nobel más destacables son los siguientes: [1] Drew Weissman, Houping Ni, …, Katalin Karikó, «HIV Gag mRNA Transfection of Dendritic Cells (DC) Delivers Encoded Antigen to MHC Class I and II Molecules, Causes DC Maturation, and Induces a Potent Human In Vitro Primary Immune Response,» Journal of Immunology 165: 4710-4717 (2000), doi: https://doi.org/10.4049/jimmunol.165.8.4710; [2] Houping Ni, …, Katalin Karikó, Drew Weissman, «Extracellular mRNA Induces Dendritic Cell Activation by Stimulating Tumor Necrosis Factor-α Secretion and Signaling through a Nucleotide Receptor,» Journal of Biological Chemistry 277: P12689-12696 (2002), doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M110729200; [3] Katalin Karikó, Houping Ni, …, Drew Weissman, «mRNA Is an Endogenous Ligand for Toll-like Receptor 3,» Journal of Biological Chemistry 279: P12542-12550 (2004), doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M310175200; [4] Katalin Karikó, Michael Buckstein, …, Drew Weissman, «Suppression of RNA Recognition by Toll-like Receptors: The Impact of Nucleoside Modification and the Evolutionary Origin of RNA,»Immunity 23: 165-175 (2005), doi: https://doi.org/10.1016/j.immuni.2005.06.008; [5] Katalin Karikó, Hiromi Muramatsu, …, Drew Weissman, «Incorporation of Pseudouridine Into mRNA Yields Superior Nonimmunogenic Vector With Increased Translational Capacity and Biological Stability,» Molecular Therapy 16: P1833-1840 (2008), doi: https://doi.org/10.1038/mt.2008.200.

El desarrollo de vacunas basadas en ácidos nucleicos parecía prometedor a principios de la década de 1990. Se probaron en ratones tanto vacunas de ADN como de ARN mensajero. Los resultados fueron prometedores, porque estas vacunas también estimulan, además de la respuesta de los linfocitos T CD4+ inducida por otras vacunas, la respuesta de los linfocitos T CD8+ citotóxicos. Esto último tiene interés en vacunas contra el cáncer, porque los linfocitos citotóxicos podrían eliminar las células tumorales. Las vacunas de ADN parecían más prometedoras que las de ARN mensajero porque el ADN es más estable; pero el ADN tiene que al núcleo celular, transcribirse en ARN mensajero y escapar del núcleo celular para lograr la expresión de las proteínas codificadas. Un camino mucho más largo que el del ARN mensajero, cuyo gran inconveniente era su inestabilidad en el citoplasma: el sistema inmunitario lo reconoce como ARNm exógeno y lo destruye. Había que usar alguna estrategia que lo protegiera.

La investigación en las vacunas de ARN mensajero se enfrentaba a muchos problemas. Uno de ellos era la síntesis de ARNm.Se resolvió gracias al descubrimiento de la transcripción in vitro con la ARN polimerasa T7. La producción a gran escala de cualquier ARNm mensajero suscitó el interés de muchos investigadores. Otro problema era el vehiculado del ARNm hasta el citoplasma de la célula objetivo. La solución fue el uso de los liposomas, pequeñas vesículas con una membrana de fosfolípidos y colesterol (que ya se habían usado en 1978). Pero hubo que desarrollar nuevos lípidos que garantizaran un vehiculado eficaz. El mejor resultado se obtenía con nanopartículas de lípidos con cuatro componentes: un lípido catiónico ionizable, un lípido auxiliar, colesterol y polietilenglicol (PEG). Las terapias de ARNm parecían cada vez más próximas.

La respuesta inmunitaria intracelular contra el ARN mensajero seguía siendo el mayor problema de estas terapias. La colaboración entre Karikó y Weissman iniciada en 1997 fue clave en la resolución de este problema. El objetido de Weissman era desarrollar una vacuna contra el virus VIH-1 (causante de la pandemia mundial de SIDA, porque es mucho más patogénico que el VIH-2). Weissman quería usar células dendríticas y junto a Karikó demostraron que estas células estimulaban in vitro respuestas inmunitaria de los linfocitos T CD4+ y CD8+ [1]. Además, el ARN mensajero activaba la maduración de las células dendríticas [2].

Otros investigadores descubrieron que la activación de las células dendríticas era debida a que expresan receptores de Toll (TLR) en su membrana. En pocos años se identificaron la mayoría de los TLR detectan ácidos nucleicos (como TLR3 que detecta el ARN de doble cadena (dsRNA), y TLR7 y TLR8 que detectan ARN de cadena simple). En 2004, Karikó y Weissman observaron in vitro que el ARN mensajero sintético contiene dsRNA y activa TLR3 [3].

Tras muchos experimentos, Karikó y Weissman descubrieron que el contenido de nucleótidos del ARNm afectaba a la activación de TLR. Probaron con cuatro homopolinucleótidos: ácido poliuridílico (pU), ácido poliguanílico (pG), ácido policitídico (pC) y ácido poliadenílico (pA),  pero solo pU indujo una respuesta en las células dendríticas. Todo ello les llevó a su momento ¡eureka! en 2005. El ARN mensajero eucariótico (de la propia célula) y el ARN de transferencia (ARNt) usado en la síntesis de proteínas no eran reconocidos por los receptores Toll (TLR) y no activaban la respuesta inmunitaria, pero ARN mensajero procariota (de bacterias patógenas) sí lo hacía. Además, se podía suprimir esta respuesta si se usaba pseudouridina (ψ) en lugar de uracilo (U) ARN mensajero sintético. Se impedía la activación de TLR3, y con otros pseudonucleótidos también la la activación de TLR7 y TLR8 [4].

El descubrimiento de Karikó y Weissman explicaba una observación realizada más de 40 años antes por Isaacs y sus colegas, el ARN desaminado resulta en una respuesta de interferón tipo 1 más fuerte que el ARN de control. La desaminación aumenta la proporción de uridinas en el ARN; Karikó y Weissman mostraron que era crucial para la activación de las células dendríticas. Trabajos posteriores mostraron que el uso de N1-metilpseudouridina (m1ψ) mejoraba aún más la estabilidad del ARN mensajero, tanto en la reducción de su reconocimiento por los TLR, como en incrementar la expresión de proteínas [5]. Hoy en día, la m1ψ es la base modificada que más se usa en la producción de vacunas de ARN mensajero, incluidas las dos vacunas contra la COVID-19 aprobadas a fines de 2020.

El camino para el desarrollo biotecnológico de las vacunas de ARN mensajero ya estaba iniciado. En el año 2010, ya había tres empresas biotecnológicas centradas en esta tecnología emergente: CureVac, fundada en 2000, BioNTech, fundada en 2008, y Moderna, fundada en 2010. Todas con planes y objetivos similares. Estas empresas tuvieron múltiples éxitos parciales antes de 2020 para enfermedades como el Zika, MERS, SIDA (VIH-1) y virus sincitial respiratorio, entre otros. Pero fue la vacuna contra el SARS-CoV-2 en 2020 el éxito definitivo de esta tecnología.

Las vacunas de Pfizer/BioNTech y de Moderna salvaron millones de vidas. Estas vacunas no hubieran sido posibles sin la ciencia básica de Karikó y Weissman. El premio Nobel para ambos era un galardón esperado y todos los que hemos salvado nuestra vida gracias su ciencia debemos estarles agradecidos.