RNA: ein allgegenwärtiges Molekül wird zum Heilmittel
RNA steuert viele lebenswichtige Abläufe in jeder Zelle. Fehler bei dieser Steuerung können Krankheiten verursachen. Versteht man die dabei wirksamen Mechanismen, kann «massgeschneiderte» RNA aber auch dazu dienen, fehlerhafte Prozesse zu korrigieren. Zu diesem Zweck werden RNA-basierte Technologien entwickelt, die in der Medizin, aber auch im Pflanzenschutz eingesetzt werden können. Auf diesem Portal stellen wir die akutell wichtigsten RNA-Technologien vor.
Ribonukleinsäuren (RNA) gehören zu den wichtigsten biologischen Molekülen überhaupt. Ob Mensch, Tier, Pflanze, Pilz oder Bakterium: RNA ist an praktisch allen essenziellen Funktionen ihrer Zellen beteiligt. Anders als die bekanntere Desoxyribonukleinsäure (DNA) können RNAs nicht nur genetische Information speichern und übertragen, sondern je nach ihrer Zusammensetzung und Form mit anderen Molekülen interagieren. Dadurch beeinflussen sie beispielsweise die Entstehung von Proteinen auf vielfältige Weise oder beschleunigen verschiedene chemische Reaktionen. Wissenschaftler:innen spekulieren, da RNAs so vielseitig sind, dass das frühe Leben auf unserem Planeten einmal mehrheitlich auf diesen Molekülen basierte.
Weil RNA eine solch wichtige Rolle in vielen zellulären Prozessen spielt, können defekte oder falsch regulierte RNAs dramatische Folgen haben und teilweise schwere Krankheiten verursachen. Zugleich eignen sich RNAs mit ihren diversen Funktionen aber auch als Instrumente, um Krankheiten zu therapieren. Insbesondere die Tatsache, dass die genetische Information der DNA zuerst in RNA übersetzt wird, bevor daraus ein Protein entsteht, eröffnet eine Fülle an Möglichkeiten, um genetische Defekte bereits auf dieser Ebene zu korrigieren. So können etwa mutierte RNAs, die zu einem fehlerhaften Protein führen – wie das in Krebszellen und bei vielen vererbbaren Krankheiten der Fall ist – durch künstlich hergestellte RNAs reduziert oder ausgetauscht werden (Protein-Ersatztherapien). Auch ein Überschuss oder ein Mangel an bestimmten Proteinen kann auf diese Weise korrigiert werden. Darüber hinaus ist es möglich, Körperzellen bestimmte Proteine produzieren zu lassen, die daraufhin vom Immunsystem erkannt werden und eine Immunantwort gegen Krankheitserreger oder Krebszellen auslösen (mRNA-Impfungen).
In der Landwirtschaft wiederum können RNAs genutzt werden, um wichtige biologische Prozesse von Pflanzenschädlingen zu beeinflussen und sie dadurch zu schwächen oder zu eliminieren. Das macht RNAs zu aussichtsreichen Wirkstoffen für Pflanzenschutzmittel (RNA-Sprays).
Obwohl das Potenzial der RNAs als Wirkstoffe seit langem bekannt ist, dauerte es Jahrzehnte, bis erste Anwendungen für den Menschen zugelassen wurden (Die lange Vorgeschichte der mRNA-Impfung). In vielen Fällen handelte es sich dabei um Nischenprodukte für seltene genetische Erkrankungen, für die es kaum andere Medikamente gab. Der Grund dafür war, dass sich bei der praktischen Umsetzung viele Probleme ergaben. Insbesondere die Verabreichung stellte die Forschung vor grosse Herausforderungen. Die RNA musste die Zellen erreichen, um ihre Funktion auszuführen, und dies bevor sie abgebaut oder vom Immunsystem erkannt wurde.
Fortschritte bei der Gestaltung der RNAs und besonders bei den Verabreichungsformen haben jedoch der Entwicklung von RNA-basierten Medikamenten in den letzten Jahren neuen Schwung verliehen (Verabreichung). Diese Fortschritte ermöglichten es auch, dass im Jahr 2020 innert kurzer Zeit RNA-basierte Impfstoffe gegen das Sars-CoV-2-Virus entwickelt und weltweit erfolgreich eingesetzt werden konnten. Dieser Erfolg führte seitdem zu einem sprunghaften Anstieg in Forschungstätigkeiten und Investitionen in RNA-Technologien. Auf diesem Portal stellen wir einige dieser Technologien mit Anwendungsbeispielen vor.