خلال النصف الأول من عام 2020، تأكد العلماء من كل أنحاء العالم أن "كوفيد-19" جاء ليبقى ويستشري في كل الكوكب، ساد التشاؤم جميع المنصات العلمية، لكن بحلول شهر يوليو/تموز ظهرت بارقة من الأمل حينما أُعلنت الخطط الأولى لبناء لقاحات خاصة بالمرض، الأهم من ذلك أن بعض هذه اللقاحات ظهر في فترة كانت الأقصر في تاريخ العلم كله!
كان أسرع لقاح نعرفه إلى وقتها هو لقاح النكاف الذي طوره عالم الميكروبيولوجيا الأميركي موريس هيلمان في أربع سنوات فقط، وفي المعدل المعتاد تأخذ اللقاحات فترة أطول من ذلك وصولا إلى 15 سنة في بعض الأحيان، أما لقاحات "كوفيد-19" الأولى فقد وصلت بعد أقل من سنة واحدة فقط، تضمن الأمر بالفعل تسريعا للاختبارات المعملية والاختبارات على الحيوانات ومن ثم البشر.
لكن كان هناك عنصر إضافي لم يعرفه الناس وقتها، وهو ما تسبب في حالة جدل وقلق تجاه اللقاح، وهو أن تلك اللقاحات لم تكن تشبه أي لقاح نعرفه، كانت شيئا جديدا تسبب في حصول كلٍّ من كاتالين كاريكو ودرو وايزمان على جائزة نوبل في الفسيولوجيا والطب لعام 2023 "لاكتشافاتهم المتعلقة بتعديلات قاعدة النيوكليوتيد التي مكَّنت من تطوير لقاحات الحمض النووي الريبي المرسال الفعالة ضد كوفيد-19".
ما الذي يعنيه اللقاح؟
حينما يهاجم فيروس ما جسمنا فإن الجهاز المناعي الخاص بنا يتعامل مع هذا الهجوم بآليتين، الأولى هي العمل المباشر على صد هذا الهجوم، والثانية هي نسخ معلومات هذا الغازي القادم من الخارج، وبناء على تلك المعلومات يقوم الجهاز المناعي ببناء خط دفاعي متجهز لأي هجوم مستقبلي من قِبَل النوع نفسه من الفيروسات.
إذا تعرضت لإصابة بفيروس ما لأول مرة، فإن جهازك المناعي يأخذ وقتا ليتكيف مع الوضع الجديد ويتعامل معه، وفي أثناء ذلك تظهر أعراض المرض، مثل الحمى أو السعال أو ارتفاع درجات الحرارة، التي هي أعراض لهذا الصراع بالداخل، لكن في المرة التالية حينما يدخل الفيروس إلى جسمك يكون الأخير متجهزا له، فيتعامل بسرعة.
يهدف اللقاح إلى خلق هذا النوع من المناعة التكيفية ضد الفيروس دون أن تتعرض لإصابة أولية به، وذلك عن طريق استثارة جهازنا المناعي لنوع محدد من الفيروسات، فيندفع لتجهيز نفسه لإصابة مستقبلية. تُنتَج معظم اللقاحات المضادة للفيروسات المتوفرة اليوم باستخدام تقنيات تقليدية تعتمد على فيروسات كاملة موهّنة مثل لقاح الحصبة والنكاف والحصبة الألمانية ولقاح فيروس الحمى الصفراء، أو فيروسات عُطِّلت تماما (تمت إماتتها) مثل لقاح التهاب الدماغ الذي يحمله القراد ولقاح التهاب الكبد أ، والفكرة ببساطة أن وجود صورة ضعيفة أو مقتولة من الفيروس سيسهل على جسمك مقاومته وبناء المناعة المستقبلية أثناء هجوم الفيروس النشط.
ومع ثورة البيولوجيا الجزيئية قبل عقود، ابتكر العلماء تقنيات جديدة مثل لقاحات البروتين المؤتلف كلقاح التهاب الكبد ب ولقاح فيروس الورم الحليمي البشري، وهذه اللقاحات لا تحتوي على فيروس كامل، بل البروتين الخاص به الذي يستثير الاستجابة المناعية نفسها، ولقاحات الفيروسات الحاملة مثل لقاح فيروس التهاب الفم الحويصلي ضد الإيبولا الذي تمت الموافقة عليه في عام 2019، وتبعه قريبا لقاح الإيبولا القائم على الفيروسات الغدية، وفي هذه اللقاحات ينقل الحمض النووي الخاص بالفيروس الذي يصيب بالمرض إلى فيروس خامل، ويتم إدخاله للجسم لاستثارة المناعة.
ما الحمض النووي أصلا؟
ولكن كانت هناك مشكلة، حيث تتطلب اللقاحات التقليدية السالف ذكرها مرافق تصنيع قائمة على زراعة الخلايا، الأمر الذي كان دائما مكلفا وبطيئا ومعقدا وغير مرن، ولذلك فقد اهتم الباحثون في مجال اللقاحات منذ ثلاثة عقود بتطوير لقاحات تتحايل على ذلك عن طريق توصيل الحمض النووي الخاص بالفيروس مباشرة إلى خلايا متلقي اللقاح، واستغلال قدرة الجسم على إنتاج البروتينات الخاصة بالفيروس. لكن دعنا هنا نتوقف قليلا لنتعلم درسا قصيرا في البيولوجيا الجزيئية.
تخيل جسمك مثل فيلم سينما معروض على الشاشة، هذا الفيلم بالأصل يتكون من شريط طويل مشفرة عليه المشاهد، هنا يلتقي البطل بحبيبته لأول مرة، وهنا يعترف لها بحبه، وفي موضع ثالث على الشريط تتركه لأحزانه وحيدا. خلايانا البشرية كذلك تحتوي على شريط طويل من الوحدات الكيميائية الممثلة للحمض النووي، كل مجموعة من تلك الوحدات تُمثِّل جينا؛ هنا جين يعبر عن لون شعرك، وهنا جين آخر يعبر عن لون عينيك، وهناك جين يعبر عن طول عظامك، إلخ، وصولا إلى أدق التشكلات الجزيئية والتفاعلات الكيميائية في أجسامنا.
إذا كان الحمض النووي هو شريط السينما، فأنت الفيلم وهو يعرض، وعملية العرض تلك (ظهور السمات) تشبه الترجمة، حيث هناك أدوات داخل خلايانا الحية تقوم بترجمة هذه المعلومات الموجودة على الحمض النووي إلى بروتينات، والبروتينات هي ما يصنع وجهك وقلبك ويديك وعينيك ووصولا إلى العضيات داخل الخلايا وجدرانها وكل شيء فيك. يجري هذا على كل الكائنات الحية، فكلٌّ منها يحوي شفيرة تترجم لتصنع الكائن الحي، بما في ذلك فيروسات مثل كورونا، الذي يحتوي على شريط واحد من الحمض النووي الريبي (RNA).
في الثمانينيات من القرن الفائت اقترح الباحثون إمكانية استخدام الأحماض النووية الخاصة بالفيروسات بوصفها لقاحا، حيث يتم إدخالها إلى الجسم البشري، ثم إلى الخلايا، وتستخدم أدوات الترجمة القابعة فيها لنحصل على بروتينات الفيروس نفسه، وفي حالة كورونا المستجد فنحن نتحدث عما يسمى بـ"بروتين الحسكة" (Spike Protein)، الذي يُمثِّل البروزات الموجودة على سطح الفيروس وتُعطيه الشكل التاجي، وظيفة هذه البروزات أن ترتبط مع أنواع محددة من المستقبلات على الخلايا البشرية بطريقة تشبه القفل والمفتاح، ثم تسحبه تلك المستقبلات إلى داخل الخلية وهناك يبدأ التكاثر والانتشار في الجسم مسببا المرض.
تاريخ طويل للمحاولات
يعود تاريخ أول إثبات على إمكانية نجاح اللقاحات المعتمدة على الحمض النووي إلى أوائل التسعينيات عندما اختُبرت هذه اللقاحات لأول مرة على الفئران، بعد ذلك عرف العلماء أن الحمض النووي الريبي المرسال (mRNA) هو ضالتهم المنشودة لإحداث ثورة في عالم اللقاحات، والحمض النووي الريبي المرسال هو ببساطة نوع من الحمض النووي، لكن له مسؤوليات محددة.
كان ذلك لعدة أسباب، حيث توقعوا أن اللقاحات المعتمدة على الحمض النووي الريبي المرسال أسهل في التصميم والإنتاج، لأنها لا تتطلب زراعة كميات كبيرة من الفيروس أو استخراج قطعة معينة من الغلاف البروتيني للفيروس، وهذا يقلل أيضا من خطر التلوث ويزيد من سرعة الإنتاج ويخفض تكلفته، أضف إلى ذلك أن هذا النوع من اللقاحات يمكنه تحفيز أنواع متعددة من المناعة في آنٍ واحد، فيحفز إنتاج الأجسام المضادة التي تحيد الفيروس، وينشط أيضا الخلايا التائية التي تدمر الخلايا المصابة.
وبالإضافة إلى ذلك فإنه يمكن تعديل أو تحديث هذا النوع من اللقاحات بسهولة لاستهداف متغيرات أو سلالات جديدة من الفيروس، لأنها تتطلب فقط تغيير تسلسل الحمض النووي الريبي المرسال، وهذا سهل نسبيا مقارنة بالأنواع الأخرى من الأحماض النووية، وبالإضافة إلى ذلك فإن الحمض النووي الريبي المرسال لا يتفاعل مع الحمض النووي للخلايا البشرية، لأن الأخير يتكون من حمض نووي ريبي منقوص الأكسجين (DNA) ويوجد في النواة، بينما يبقى الحمض النووي الريبي المرسال فقط في السيتوبلازم خارج النواة، وهذا يلغي إمكانية حدوث طفرات أو تعديل الجينات البشرية.
كاريكو ووايزمان
لكن الأمر بالطبع لم يكن بهذه البساطة، فالفكرة دائما ليست ابتكار العامل العلاجي فقط والتأكد من فاعليته، بل بالإضافة إلى ذلك تلزم تنقيته من كل شائبة ممكنة، وضمان توصيله إلى الخلايا بأفضل تركيز ودون تكسير، وتحوله في الخلايا بالطريقة المطلوبة وبإنتاجية محددة مع نسبة هدر يسيرة، وكذلك تكرار نسخه في المختبر بسهولة، ولكلٍّ من هذه العناصر تُجرى تجارب تستمر لسنوات، وقد تتوقف بسبب مشكلة ما.
وفي حالة لقاحات الحمض النووي الريبي المرسال، ظهرت مشكلتان أساسيتان كانتا العائق الرئيسي أمام تطوير هذا النوع من اللقاحات للاستخدام البشري، أولهما هي أن هذا الحمض غير مستقر ولا ينتج (يترجم إلى) الكثير من البروتين داخل الخلايا، وثانيهما كانت أنه حينما يدخل للخلايا يتسبب في استثارة عوامل التهابية تضر بالخلايا نفسها.
عند تلك النقطة تدخل كاتالين كاريكو، التي قامت في منتصف التسعينيات بتجربة أشكال مختلفة من الحمض النووي الريبي بهدف تحسين ترجمة الحمض النووي الريبي المرسال داخل الخلايا البشرية، حصلت كاريكو على درجة الدكتوراه في مركز البحوث البيولوجية في المجر في عام 1982، وبعد رحلة عمل طويلة كانت قد أنشأت مجموعتها الخاصة في قسم جراحة المخ والأعصاب في جامعة بنسلفانيا في عام 1997، توصلت كاريكو إلى أنه يمكن تحسين إنتاج (ترجمة) الحمض النووي الريبي داخل الخلايا عبر إضافة ما يشبه ذيل كيميائي في أحد جوانب شريط الحمض النووي.
في أواخر التسعينيات، تعاونت كاريكو مع درو وايزمان، وهو طبيب مهتم بعلم المناعة وتطوير اللقاحات انضم إلى جامعة بنسلفانيا في عام 1997. حصل وايزمان على درجتي الماجستير والدكتوراه من جامعة بوسطن في علم المناعة وعلم الأحياء الدقيقة في عام 1987.
الخبرة المجتمعة لكاريكو في كيمياء الحمض النووي واويزمان في علوم المناعة أوصلتهما عبر تجارب استمرت قرابة عقد من الزمن إلى سر جائزة نوبل في الطب 2023، حيث تمكّنا من تعديل الحمض النووي الريبي المرسال بإضافة جزيء كيميائي سُمي "سودويوريدين" بدلا من اليوريدين، ما حسّن من استقراره ومنع الاستجابة الالتهابية تماما، أُعطي هذا الجزيء اسم "ن1-ميثيل سودويوريدين" ((N1-) methyl pseudouridine) (اختصارا m1ψ)، والآن يُعد القاعدة الكيميائية المعدلة الأكثر شيوعا المستخدمة في إنتاج لقاحات الحمض النووي، بما في ذلك لقاحا "كوفيد-19" المعتمدان في أواخر عام 2020.
بحلول عام 2010، أُنشئت ثلاث شركات رئيسية لديها برامج تركز على تكنولوجيا الحمض النووي الريبي المرسال الناشئة: شركة كيورفاك، التي تأسست في عام 2000، وشركة بيونتيك التي تأسست في عام 2008 بهدف تطوير لقاحات خاصة بالسرطان، وشركة موديرنا التي تأسست في عام 2010 وخططت لاستخدام الحمض النووي الريبي المرسال لتوصيل البروتينات العلاجية وإصلاح الأنسجة التالفة. تعاونت الشركات الثلاث بشكل وثيق مع الباحثين الأكاديميين لتحسين التكنولوجيا وتقييم منصاتهم في مجالات الأمراض محل الاهتمام.
في عام 2012، أبلغ فريق بحثي من شركة كيورفاك عن الحصول على استجابات مناعية وقائية ضد عدوى فيروس الإنفلونزا في العديد من النماذج الحيوانية، وفي عام 2017 اختُبر أول لقاح قائم على الحمض النووي المرسال ضد مرض مُعدٍ وهو داء الكلب، في التجارب السريرية، وفي العام نفسه، أُبلغ عن نتائج ما قبل سريرية واعدة للقاحات فيروس زيكا المعتمدة على الحمض النووي الريبوزي، وكذلك أعلنت شركة موديرنا عن بدء تجربة سريرية باستخدام لقاح قائم على الحمض النووي الريبي المرسال ضد فيروس زيكا.
في وقت قريب من تجربة لقاح زيكا، بدأت موديرنا أيضا التعاون مع مركز أبحاث اللقاحات في المعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة لتطوير لقاح قائم على الحمض النووي الريبي المرسال ضد فيروس كورونا المسبب لمتلازمة الشرق الأوسط التنفسية (MERS)، الذي اكتُشف لأول مرة في المملكة العربية السعودية في عام 2012، وفي ديسمبر/كانون الأول عام 2019 ظهر فيروس كورونا المستجد في الصين وبدأ باجتياح العالم، وهنا كان العلماء متجهزين بالحمض النووي الريبي المرسال، الذي ظهر بعد عام من انتشار المرض وساهم في كبح جماحه حول العالم.
لِمَ نحن بحاجة ماسة إلى هذا النوع من اللقاحات؟
تُعد اللقاحات المعتمدة على الحمض النووي الريبي المرسال ثورة في علم اللقاحات، وقد حسّنت بقوة من إنتاجية وسرعة ودقة وفاعلية اللقاحات بحيث نقلتها إلى عصر جديد تماما سيفتح الباب للوقاية من أمراض لم نتخيل يوما أن الوقاية منها ممكنة، والأهم من ذلك أن العلماء باتوا متجهزين بأدوات أقوى في مواجهة أية قفزة فيروسية قادمة.
والعالم للأسف سيكون على موعد مع المزيد من القفزات الفيروسية مثل "كورونا المستجد"، فالمدن تتوسع والبشرية تقترب يوما بعد يوم من الغابات، وبالتبعية ترتفع احتمالات القفزات الفيروسية من عالم الحيوان. يمكن مثلا أن نتأمل عدد الذين انتقلوا إلى الحياة الحضرية في جنوب شرق آسيا وأفريقيا خلال العقد الأول من القرن الحالي وهم 200 مليون نسمة، نتحدث هنا عن دولتين بحجم مصر، ويعني الانتقال للحياة الحضرية أن تقوم الدولة بإزالة مساحات شاسعة من الغابات، ما يقرِّب بين البشر والحيوانات التي أجبرها صغر مساحة الغابة على التزاحم قريبا من البشر.
من جهة أخرى فإن هذا الاضطراب الشديد الذي يحل بالبيئة قد يخلق أضرارا وخيمة. على سبيل المثال، كانت دراسة صدرت عن الأكاديمية الوطنية للعلوم قبل عدة سنوات قد أوضحت أن هناك تهديدا ممكنا لصحة المواطنين في عدة مناطق بقارة أفريقيا جراء الأمراض المنقولة من القوارض، حدث ذلك بسبب انتشار القوارض في عدة مناطق حضرية جديدة بسبب إزالة الغابات التي تسببت في القضاء على الحيوانات التي تتغذى على تلك القوارض، ما سمح بتكاثرها بشكل أكبر، وبالتالي ارتفعت فرصة انتقال الأمراض منها للبشر.
أضف إلى ذلك خطرا جديدا يشير إليه العلماء يوما بعد يوم، حيث هناك ما لا يقل عن عشرة آلاف نوع من الفيروسات لديها القدرة على إصابة البشر، ولكن في الوقت الحاضر فإن الغالبية العظمى منها تنتشر بصمت في الثدييات البرية. ومع ذلك، فإن التغيرات في المناخ ستؤدي إلى بلبلة في هذه المنظومة بحيث تدفع بعالم الحيوان للتشابك أكثر مع عالم البشر، وفي بعض الحالات سيؤدي هذا إلى تسهيل انتشار الأمراض حيوانية المنشأ بيننا.
كل هذا ولم نتحدث بعد عن الطبيعة المختلفة للعالم الحديث، التي تمتلك سمة أساسية وهي سهولة التواصل وبشكل خاص عبر السفر جوا الذي يعد شريان الحياة المعاصرة، وبالتبعية فإن قفزة فيروسية من إحدى القطط أو أحد الخفافيش أو غيرها من الحيوانات في الصين أو ألمانيا أو المكسيك مثلا يمكن خلال أسابيع قليلة أن تصل إلى كل منزل في هذا العالم، بما في ذلك بيتك.
وبسبب كل ما سبق فقد كان من الضروري جدا أن يمتلك العلماء أدوات أسرع وأدق من المعتاد لتطوير اللقاحات، وهنا تحديدا تظهر أهمية لقاحات الحمض النووي الريبي المرسال، إلى جانب حملة واسعة من التطوير تجري حاليا في نطاقات بحثية طبية عدة، كان السبب في نشأتها هو الجائحة التي قتلت الملايين من البشر.