Ya, pernyataan seperti itu mungkin mengejutkan Anda. Vaksin adalah cairan yang disuntikkan ke tangan seseorang. Apa hubungannya kode sumber dengan itu?
Pertanyaan bagus. Kami akan mulai dengan sebagian kecil dari kode sumber yang sama untuk vaksin BioNTech / Pfizer, juga dikenal sebagai BNT162b2 , juga dikenal sebagai Tozinameran, juga dikenal sebagai Comirnaty .
500 karakter pertama BNT162b2 mRNA.
Inti dari vaksin adalah kode digital ini. Panjangnya 4284 karakter, sehingga dapat masuk ke dalam beberapa tweet. Pada awal proses produksi vaksin, seseorang mengunggah kode ini ke printer DNA (aha), yang kemudian mengubah byte dari perangkat penyimpanan menjadi molekul DNA yang sebenarnya.
Pencetak DNA Codex DNA BioXp 3200
Mesin semacam itu menghasilkan sejumlah kecil DNA, yang, setelah pemrosesan biologi dan kimiawi jangka panjang, berubah menjadi RNA dalam botol berisi vaksin. Dosis 30 μg sebenarnya mengandung 30 μg RNA. Ia juga memiliki sistem pengemasan lipid (lemak) pintar yang mengirimkan mRNA ke sel kita.
RNA adalah versi DNA yang berubah-ubah, seakan-akan disimpan dalam "memori kerja". DNA seperti flash drive untuk biologi. DNA dapat diandalkan, kuat, dan berlebih secara internal. Tetapi komputer juga tidak mengeksekusi kode langsung dari flash drive - sebelum semuanya dimulai, kode disalin ke sistem yang lebih cepat dan lebih fleksibel, tetapi juga lebih rapuh.
Di komputer, ini adalah RAM, dan dalam biologi, ini adalah RNA. Kemiripannya mengejutkan. Tidak seperti memori flash, RAM menurun dengan cepat jika tidak dirawat dengan benar. Alasan vaksin Pfizer / BioNTech RNA perlu disimpan pada suhu yang sangat rendah adalah sama: RNA adalah bunga yang lembut.
Setiap simbol RNA memiliki berat sekitar 0,53 × 10 -21 gram, artinya, satu dosis vaksin 30 μg mengandung 6 × 10 16 simbol. Dalam byte, ini akan menjadi sekitar 25 PB, meskipun pada kenyataannya vaksin tersebut terdiri dari 2000 miliar pengulangan dengan 4284 karakter yang sama. Isi sebenarnya dari vaksin tersebut hanya lebih dari satu kilobyte. SARS-CoV-2 sendiri memiliki volume sekitar 7,5 KB.
Referensi cepat
DNA adalah kode digital. Tapi tidak seperti komputer yang menggunakan 0 dan 1, ia menggunakan karakter A, C, G, dan U / T ("nukleotida," "nukleosida," atau "basa").
Di komputer, 0 dan 1 disimpan dalam bentuk ada / tidak adanya muatan, atau arus, atau sambungan magnet, atau tegangan, atau modulasi sinyal, atau perubahan refleksivitas. Singkatnya, 0s dan 1s bukanlah abstraksi, mereka hidup dalam bentuk elektron dan banyak inkarnasi fisik lainnya.
Di alam, A, C, G, dan U / T adalah molekul yang disimpan dalam DNA (atau RNA) dalam rantai.
Di komputer, 8 bit dikelompokkan menjadi byte, dan data biasanya diproses berdasarkan byte.
Alam mengelompokkan tiga nukleotida menjadi kodon, yang merupakan unit tipikal untuk memproses informasi genetik. Kodon berisi 6 bit informasi (2 bit per simbol DNA, 3 karakter = 6 bit). Artinya kodon dapat mengambil 2 6 = 64 nilai yang berbeda.
Sejauh ini, semuanya cukup digital. Orang yang ragu bisa melihat dokumen dari WHO yang berisi kode digital.
Jadi apa fungsi kode ini?
Ide di balik vaksin adalah untuk mengajarkan sistem kekebalan kita untuk melawan patogen tanpa benar-benar sakit. Secara historis, untuk ini, virus yang lemah atau tidak berfungsi dimasukkan ke dalam tubuh, lengkap dengan agen tambahan, untuk memperkuat sistem kekebalan dengan benar, memaksanya untuk bertindak. Itu sebagian besar adalah teknologi analog, menggunakan miliaran telur (atau serangga). Dia juga membutuhkan banyak keberuntungan dan banyak waktu. Terkadang virus yang sama sekali berbeda digunakan untuk ini.
mRNA mencapai hasil yang sama (melatih sistem kekebalan), tetapi jauh lebih pintar, seolah-olah menggunakan penglihatan laser. Dalam segala hal - fokus yang sempit, tetapi dampak yang kuat.
Begini cara kerjanya. Sediaan tersebut mengandung materi genetik yang tidak stabil yang menggambarkan “lonjakan” protein terkenal SARS-CoV-2. Melalui reaksi kimia yang cerdas, vaksin mengirimkan materi genetik ini ke beberapa sel kita.
Mereka kemudian dengan patuh mulai memproduksi protein SARS-CoV-2, yang jumlahnya cukup besar untuk memulai sistem kekebalan kita. Menghadapi protein lonjakan dan tanda-tanda karakteristik infeksi sel, ia mengembangkan respons yang kuat terhadap berbagai sifat protein lonjakan dan proses reproduksinya.
Beginilah cara kerja vaksin dengan efektivitas 95%.
Sumber!
Mari kita mulai dari tempat terbaik - dari awal. Dokumen WHO memiliki gambaran bermanfaat berikut:
Ini jenis konten. Mari kita mulai dengan item "topi", yang didesain dalam bentuk topi [eng. topi - topi, topi, topi].
Sama seperti di komputer, Anda tidak bisa hanya menulis opcode ke dalam file dan menjalankannya, sistem operasi biologis memerlukan header, linker, dan sesuatu seperti aturan penamaan variabel.
Kode vaksin dimulai dengan dua nukleotida berikut:
GA
Sebanding dengan semua DOS dan Windows yang dapat dieksekusi yang dimulai dengan karakter "MZ", atau skrip UNIX yang dimulai dengan "#!". Baik dalam kehidupan maupun dalam sistem operasi, kedua karakter ini tidak dijalankan. Tetapi mereka harus ada di sana, jika tidak tidak akan berhasil.
Header mRNA memiliki beberapa fungsi. Dia mencatat, misalnya, bahwa kode tersebut berasal dari kernel. Dalam kasus kami, ini bukan masalahnya - kode tersebut secara alami berasal dari vaksin. Tetapi sel tidak perlu mengetahui hal ini. Topi memberi kode kepercayaan, melindunginya dari kehancuran.
Juga, dua nukleotida GA asli secara kimiawi sedikit berbeda dari RNA lainnya. Dalam pengertian ini, semacam pensinyalan out-of-band dibangun ke dalam GA.
Wilayah lima baris tidak diterjemahkan
Sedikit jargon. Molekul RNA dibaca hanya dalam satu arah. Sedikit membingungkan adalah bahwa pembacaan dimulai dari bagian yang disebut 5 ' . Dan berakhir di bagian 3 '.
Hidup terbuat dari protein (dan segala sesuatu yang terbuat darinya). Protein ini dijelaskan dalam RNA. Transformasi RNA menjadi protein disebut translasi .
Selanjutnya, saya akan memberikan wilayah yang tidak diterjemahkan (UTR; wilayah tidak diterjemahkan, UTR) 5 '- yaitu, bagian ini tidak lolos ke protein:
GAAΨAAACΨAGΨAΨΨCΨΨCΨGGΨCCCCACAGACΨCAGAGAGAACCCGCCACC
Di sini kita berada untuk kejutan pertama. Simbol yang biasa untuk RNA adalah A, C, G dan U. Dalam DNA, U juga dikenal sebagai T. Tapi kemudian muncul semacam Ψ - apa yang terjadi?
Ini adalah salah satu sifat vaksin yang sangat rumit. Tubuh kita memiliki sistem anti-virus yang kuat. Berkat dia, sel sangat skeptis terhadap RNA asing dan berusaha keras untuk menghancurkannya sebelum melakukan sesuatu.
Ini adalah masalah untuk vaksin - vaksin harus melewati sistem kekebalan kita. Selama bertahun-tahun percobaan, ditemukan bahwa jika U dalam RNA diganti dengan molekul yang sedikit diubah, sistem kekebalan kita kehilangan minat padanya. Sama sekali.
Oleh karena itu, dalam vaksin BioNTech / Pfizer, setiap U diganti dengan 1-methyl-3'-pseudouridine, yang dilambangkan dengan Ψ. Triknya di sini adalah bahwa meskipun penggantian semacam itu menenangkan sistem kekebalan kita, bagian sel yang diperlukan menganggapnya sebagai U biasa.
Trik ini juga dikenal dalam keamanan komputer. Kadang-kadang dimungkinkan untuk mengirim versi pesan yang sedikit kacau, firewall dan sistem keamanan yang membingungkan, tetapi diterima oleh server backend. Dan kemudian mereka bisa diretas.
Hari ini kita menuai hasil penelitian ilmiah mendasar dari masa lalu. Orang-orang yang menemukan Ψ-teknologi ini harus berjuang untuk mendapatkan pendanaan dan mendapatkan pengakuan. Kita harus berterima kasih kepada mereka untuk ini, dan saya yakin Hadiah Nobel pada akhirnya akan menemukan mereka .
, Ψ-, ? , . , 1--3'-. , , . , Ψ .
Mari kita kembali ke 5 'NTO kita. Apa yang dilakukan 51 simbol ini? Seperti hampir semua hal di alam, mereka tidak memiliki satu fungsi yang jelas.
Ketika sel perlu menerjemahkan RNA menjadi protein, mesin yang disebut ribosom menyala. Ribosom seperti printer 3D untuk protein. Ini menyerap sepotong RNA dan, pada dasarnya, melepaskan rantai asam amino, yang kemudian dilipat menjadi protein .
Proses ini ditunjukkan dalam video. Garis gelap di bawah adalah RNA. Garis di latar belakang hijau adalah protein pembentuk. Gizmos inbound dan outbound adalah asam amino dan adaptor yang memungkinkan mereka untuk masuk ke dalam RNA.
Agar ribosom berfungsi, ribosom perlu secara fisik berada di atas sepotong RNA. Setelah itu, ia dapat mulai membentuk protein berdasarkan informasi yang berasal dari fragmen RNA selanjutnya. Artinya, ia tidak bisa membaca bagian-bagian yang pertama kali perlu mendarat. "Bimbingan" disediakan oleh NTO.
Selain itu, NTO berisi metadata: kapan siaran harus dilakukan? Berapa banyak? Untuk vaksin, para ilmuwan menemukan NTO, di mana perintah penyiaran direkam sedini mungkin. Dia berasal dari gen alfa globin . Gen ini dikenal untuk produksi protein dalam jumlah besar yang andal. Di masa lalu, para ilmuwan telah menemukan peluang untuk lebih mengoptimalkan UTR ini, jadi vaksin yang lebih baik digunakan, bukan UTR dari alpha globin.
Urutan sinyal S-glikoprotein
Sebagaimana dicatat, tujuan dari vaksin ini adalah untuk membuat sel memproduksi protein lonjakan SARS-CoV-2 pada skala industri. Sejauh ini, kita kebanyakan berurusan dengan metadata dan konvensi penamaan di kode sumber. Dan sekarang kita memasuki wilayah protein virus.
Namun, pertama-tama kita perlu melalui lapisan metadata lainnya. Setelah ribosom (dari animasi hebat di atas) membuat protein, ia masih perlu pergi ke suatu tempat. Ini dikodekan dalam urutan sinyal (peptida) dari S-glikoprotein (dalam urutan pemimpin yang diperluas ).
Pada awalnya protein adalah sesuatu seperti label alamat, dikodekan dalam bentuk yang sama dengan seluruh protein. Dalam hal ini, urutan sinyal mengatakan bahwa protein harus meninggalkan sel retikulum endoplasma . Bahkan Star Trek pun tidak memiliki jargon yang keren!
Urutan sinyal tidak terlalu panjang, tetapi contoh kode menunjukkan perbedaan antara RNA virus dan vaksin. Untuk memudahkan perbandingan, saya mengganti Ψ dengan U biasa dari RNA:
3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
Virus: AUG UUU GUU UUU CUU GUU UUA UUG CCA CUA GUC UCU AGU CAG UGU GUU
Vaksin: AUG UUC GUG UUC CUG GUG CUG CUG CCU CUG GUG UCC AGC CAG UGU GUU
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
Saya tidak secara tidak sengaja mengelompokkan RNA dengan tiga simbol. Simbol-simbol ini membentuk kodon. Dan setiap kodon menyandikan asam amino tertentu. Urutan sinyal vaksin terdiri dari asam amino yang persis sama dengan virus itu sendiri.
Mengapa RNA berbeda?
Mungkin ada 4 3 = 64 kodon , karena RNA memiliki 4 simbol, tiga di antaranya membentuk kodon. Dalam hal ini hanya terdapat 20 asam amino yang berbeda, ternyata beberapa kodon menyandi asam amino yang sama.
Kehidupan menggunakan tabel yang hampir universal berikut ini untuk memetakan kodon RNA menjadi asam amino:
Tabel tersebut menunjukkan bahwa modifikasi vaksin (UUU -> UUC) sama artinya. Kode RNA vaksin berbeda, tetapi keluarannya adalah asam amino dan protein yang sama.
Pemeriksaan yang cermat menunjukkan bahwa sebagian besar perubahan terdapat pada kodon ketiga, yang ditandai dengan 3. Dengan memeriksa tabel kodon universal, kita akan melihat bahwa posisi ketiga ini seringkali tidak mempengaruhi asam amino mana yang diperoleh pada akhirnya.
Tetapi jika perubahan itu identik, mengapa itu dibutuhkan? Jika Anda melihat lebih dekat, semua kecuali satu perubahan meningkatkan jumlah C dan G.
Mengapa ini perlu? Sebagaimana telah dicatat, sistem kekebalan kita sangat skeptis tentang RNA "eksternal" - yaitu, kode yang berasal dari luar sel. Untuk menghindari deteksi, kami telah mengganti U dengan Ψ.
Namun, ternyata RNA dengan banyak G dan C lebih sering dan lebih efisien diubah menjadi protein. Untuk tujuan ini, banyak simbol dalam vaksin RNA telah digantikan oleh G dan C jika memungkinkan.
Tupai lonjakan nyata
3777 karakter RNA berikutnya dari vaksin juga "dioptimalkan kodon" dengan tujuan menambahkan lebih banyak C dan G. Saya tidak akan memberikan keseluruhan kode di sini, tetapi kita akan mempelajari satu fragmen khusus darinya. Berkat dia, vaksin itu berfungsi - bagian inilah yang membantu kita kembali ke kehidupan normal:
* *
LDKVEAEVQIDRLITG
Virus: CUU GAC AAA GUU GAG GCU GAA GUG CAA AUU GAU AGG UUG AUC ACA GGC
Vaksin: CUG GAC CCU CCU GAG GCC GAG GUG CAG AUC GAC AGA CUG AUC ACA GGC
LDPPEAEVQIDRLITG
! !!! !! ! ! ! ! ! ! !
Di sini, sekali lagi, perubahan RNA sinonim yang biasa terlihat. Misalnya, pada kodon pertama, CUU digantikan oleh CUG. Ini menambahkan G lain ke dalam vaksin, yang membantu meningkatkan produksi protein. Kode CUU dan CUG untuk asam amino L, atau leusin, jadi tidak ada perubahan pada protein.
Dengan membandingkan protein lonjakan dengan vaksin, kita dapat melihat bahwa semua perubahan serupa - kecuali dua. Keduanya terlihat di fragmen ini.
Kodon ketiga dan keempat mengandung perubahan nyata. Asam amino K dan V digantikan oleh P, atau prolin. Dalam kasus K, dibutuhkan tiga perubahan ('!!!'), dan dalam kasus V, dua ('!!'). Ternyata kedua perubahan ini meningkatkan kemampuan vaksin secara luar biasa.
Jadi apa yang terjadi disini? Jika Anda melihat partikel nyata dari virus, Anda akan melihat bahwa protein lonjakan adalah sekumpulan paku:
Paku melekat pada tubuh virus ("protein nukleokapsid"). Tetapi vaksin kami hanya menghasilkan duri ini sendiri, dan kami tidak menempelkannya ke badan virus mana pun.
Ternyata protein lonjakan yang ada secara terpisah runtuh menjadi struktur yang sama sekali berbeda. Jika mereka diperkenalkan sebagai bagian dari vaksin, tubuh kita akan mengembangkan kekebalan terhadap mereka - tetapi hanya pada penampilan mereka yang roboh. Coronavirus yang nyata memamerkan lonjakan lurus. Dalam bentuk ini, vaksin tidak akan berhasil.
Jadi apa yang kita lakukan? Pada 2017 itu dijelaskanbagaimana substitusi ganda prolin di tempat yang tepat membuat protein SARS-CoV-1 dan MERS S mengambil bentuk "asli" mereka, bahkan tanpa keterikatan pada virus. Semua berkat kekuatan prolin. Asam amino ini bekerja seperti belat, menstabilkan protein dalam keadaan yang kita butuhkan untuk menyajikannya ke sistem kekebalan. Orang-orang yang
menemukan ini sekarang perlu terus-menerus menepuk bahu dan terus-menerus menyeringai. Dan semua ini memang pantas didapatkan. Setelah draf pertama artikel diterbitkan, saya berbicara dengan orang-orang dari lab McLeillan, dan mereka mengatakan bahwa sejauh ini tepuk tangan telah ditangguhkan karena pandemi, tetapi mereka bangga atas kontribusi mereka terhadap vaksin. Dan tekankan pentingnya kelompok dan sukarelawan lain mengerjakannya.
Ujung tupai dan langkah selanjutnya
Jika Anda menggulir kode sumber sampai akhir, kita akan melihat perubahan kecil di akhir protein lonjakan:
VLKGVKLHYT d
Virus: GUG CUC AAA GGA GUC AAA UUA CAU UAC ACA UAA
Vaksin: GUG CUG AAG GGC GUG AAA CUG CAC UAC ACA UGA UGA
VLKGVKLHYT ss
! ! ! ! ! ! ! !
Di ujung protein ada kodon stop, ditandai dengan huruf s. Ini adalah cara yang sopan untuk menunjukkan akhir protein. Virus itu sendiri menggunakan kodon UAA sebagai penghenti, dan vaksin menggunakan dua kodon UGA. Mungkin untuk berjaga-jaga.
Area yang belum diterjemahkan 3 '
Sama seperti pada akhir 5 'kami menemukan 5'-UTR, yang diperlukan untuk memandu ribosom, pada akhir protein kami menemukan konstruksi yang serupa, 3'-UTR.
Ada banyak kata untuk ditulis tentang dia, tapi saya lebih suka mengutip dari Wikipedia. “3'-UTR memainkan peran penting dalam ekspresi gen, mempengaruhi lokalisasi, stabilitas, ekspor, dan efisiensi translasi mRNA. Terlepas dari semua pengetahuan kami saat ini tentang 3'-NTO, pekerjaan mereka sebagian besar masih misterius. "
Kami tahu, bagaimanapun, bahwa 3'-UTR tertentu sangat berhasil dalam memediasi ekspresi protein. Menurut dokumen dari WHO, 3'-UTR yang terkandung dalam vaksin BioNTech / Pfizer berasal dari "amino-terminal enhancer of cleaved (AES) mRNA dan mitochondrial encoded 12S ribosomal RNA untuk memastikan stabilitas RNA dan ekspresi protein total yang tinggi." Apa yang bisa saya katakan - bagus.
Dan akhir dari segalanya, AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
Bagian paling ujung dari mRNA adalah polyadenylated . Ini adalah cara yang tepat untuk mengatakan bahwa itu diakhiri dengan sekumpulan urutan AAAAAAAAAAAAAAAA. Rupanya, 2020 bahkan mengeluarkan mRNA.
mRNA dapat digunakan kembali berkali-kali, tetapi kehilangan beberapa "A" dari ujungnya. Begitu "A" habis, mRNA akan berhenti bekerja dan akan dibuang. Dalam pengertian ini, ekor poli-A melindunginya dari degradasi. Studi khusus dilakukan untuk menentukan jumlah optimal "A" pada akhir vaksin mRNA. Dalam sumber terbuka, saya membaca bahwa jumlah mereka mencapai 120 buah atau lebih.
Vaksin BNT162b2 berakhir
****** **** UAGCAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAGCAUAU GACUAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAAAAAAAA AAAA
30 "A", lalu "penaut nukleotida-10" (GCAUAUGACU), diikuti oleh 70 "A" lainnya.
Saya menduga bahwa pengoptimalan berpemilik digunakan lagi untuk meningkatkan ekspresi protein.
Hasil
Sekarang kami tahu persis apa yang terkandung dalam vaksin BNT162b2, dan sebagian besar, kami memahami mengapa cara kerjanya seperti ini:
- CAP cap yang membuat RNA terlihat seperti mRNA normal.
- Terkenal, berhasil diuji dan dioptimalkan 5'-NTO.
- Urutan sinyal dengan kodon yang dioptimalkan mengirimkan protein lonjakan ke tempat yang benar (disalin dari virus itu sendiri).
- Varian protein lonjakan asli dengan kodon yang dioptimalkan, dengan dua substitusi prolin untuk memastikan bentuk tulang belakang yang benar.
- Terkenal, berhasil diuji dan dioptimalkan 3'-NTO.
- Ekor poli-A yang agak misterius dengan semacam "penghubung".
Mengoptimalkan kodon menambahkan banyak G dan C ke mRNA. Menggunakan Ψ (1-methyl-3'-pseudouridine) sebagai pengganti U membantu mengelabui sistem kekebalan. Berkat itu, mRNA ada cukup lama untuk melatih sistem kekebalan kita.