当细胞变身蛋白工厂——mRNA疫苗凭什么拿下诺贝尔奖

 

来源公众号：师者解忧馆

想象一下，有人给你一份“菜谱”，你的身体就自动开始“做菜”。听起来像科幻，对吧？但这正是2023年诺贝尔生理学或医学奖表彰的技术——mRNA疫苗。

2023年10月，匈牙利裔科学家卡塔林·卡里科和美国科学家德鲁·韦斯曼共享诺贝尔生理学或医学奖。颁奖理由是：他们在核苷碱基修饰方面的发现，使高效mRNA疫苗的研发成为可能。这项技术，让全球在新冠疫情期间以史无前例的速度开发出疫苗，改变了人类对抗病毒的方式。

生物老师告诉你：这道“菜谱”的原理，刚好覆盖高中生物三个核心章节。不信？往下看。

一、中心法则：DNA的说明书是怎么送到工厂的

在细胞里，DNA是总部的机密文件，核糖体是生产车间。DNA住在细胞核里，核糖体住在细胞质里。两者老死不相往来——DNA出不了细胞核，更不可能跑到核糖体那里去。

那总部的指令怎么传到车间？靠的是信使RNA，英文缩写mRNA。mRNA就像一张外卖小票，上面写着“请做这道菜”，核糖体看到小票，就按指令在细胞质里合成蛋白质。

这个过程，生物课本上叫“中心法则”：DNA→RNA→蛋白质。遗传信息从DNA传出，经过RNA中转，最终在核糖体变成有功能的蛋白质。整个生物界的生命活动，都建立在这一条流水线上。

二、mRNA疫苗原理：给细胞一张“假菜单”

mRNA疫苗的思路，说穿了也很简单：人工合成一段mRNA，送进人体细胞。这段mRNA上写的是“请生产新冠病毒的刺突蛋白”。

细胞拿到这张“菜单”后，核糖体就开始按指令工作——但刺突蛋白本身不会让你生病，它只是新冠病毒身上的一个零件。你的身体检测到这些陌生的蛋白质后，免疫系统会迅速响应：

B细胞识别刺突蛋白，分化成浆细胞，分泌特异性抗体

抗体与刺突蛋白结合，中和病毒，使其失去感染能力

T细胞识别被病毒感染的细胞，将其裂解清除

等真正的病毒来袭时，免疫系统早就“认识”它的样子了。这，就是疫苗保护力的本质——让身体提前建立免疫记忆，而不需要真正经历感染。

三、诺奖为什么颁给他们：让mRNA不触发“过敏”

问题来了：早在上世纪90年代，科学家就知道mRNA能让细胞生产蛋白。那这个发现为什么等了三十年才拿诺奖？

因为天然mRNA进入人体后，会触发免疫系统的警报——炎症反应。人体把外源mRNA当成入侵者，还没等蛋白质生产出来，就先把它清除掉了。疫苗根本等不到发挥作用。

卡里科和韦斯曼的突破，是对mRNA的碱基做化学修饰。他们把尿苷（组成RNA的四种碱基之一）替换成假尿苷。改造后的mRNA，免疫系统认不出来了，炎症反应大幅降低，同时蛋白质产量反而提高了。

这个“核苷碱基修饰”发现，解决了mRNA疫苗临床应用的最大障碍。诺奖委员会说：“从根本上改变了我们对信使核糖核酸如何与免疫系统相互作用的理解。”

四、制作流程：辉瑞疫苗是怎么生产出来的

以辉瑞/BioNTech疫苗（BNT162b2）为例，生产分三大阶段：

第一阶段：DNA质粒制备

从细胞库中提取含有刺突蛋白基因的环状DNA质粒

把质粒导入大肠杆菌，大肠杆菌每20分钟分裂一次

发酵4天，可复制数万亿个DNA质粒

分解菌体细胞壁，纯化得到纯净的DNA质粒

第二阶段：体外转录

加入RNA聚合酶，以DNA为模板转录出mRNA

用酶把环状质粒切成直线段，得到纯净mRNA原料

每一升纯净DNA，可供生产约150万剂疫苗

第三阶段：脂质纳米颗粒包裹

用微流体混合器，让mRNA溶液和脂质溶液高速碰撞

形成纳米级“保护壳”——脂质纳米颗粒（LNPs）

保护壳让mRNA安全穿过细胞膜，进入细胞内部

一小瓶质粒，可生产约5000万剂疫苗。这就是mRNA疫苗可以快速规模化的秘密。

五、mRNA疫苗的A面与B面

优势——

不含病毒成分，不存在感染风险

同时激活体液免疫和T细胞免疫，双重保护机制

研发周期短：拿到病毒基因序列后，几周内可设计候选疫苗

不整合进人体基因组——人体细胞缺乏逆转录酶，mRNA无法被转写成DNA

短板——

mRNA在体内不稳定，需超低温保存（辉瑞疫苗-70℃），冷链成本高

部分接种者出现注射部位疼痛、发热、疲倦——这是免疫系统被激活的表现，说明身体正在建立保护

免疫周期相对较短，可能需要定期加强接种

下次打疫苗时，你可以骄傲地告诉同桌：刚才那一针，不光是针管里的液体，它激活的是“中心法则”、“基因表达”、“免疫应答”三个章节的知识点——四舍五入，等于提前做了一套高考大题。

参考文献

卡里科，韦斯曼。2023年诺贝尔生理学或医学奖获奖理由（核苷碱基修饰与mRNA疫苗）。瑞典卡罗琳医学院，2023年10月2日。

新浪财经。《斩获诺奖！他们让新冠mRNA疫苗快速诞生》。2023年10月2日。https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2023-10-02/doc-imzptswf5373643.shtml。

健康界。《十八步图解mRNA疫苗制造全过程》。2022年9月29日。https://www.cn-healthcare.com/articlewm/20220929/wap-content-1443292.html。

搜狗百科。《mRNA疫苗》。https://baike.sogou.com/v190515609.htm。

三知健康。《mRNA疫苗是什么意思》。https://www.3zhijk.com/kpar/article/7125169746464525312.html。

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