15.02.2021 • 9 minút na prečítanie

Ako funguje očkovanie? Čo je to DNA, RNA a aký je medzi nimi rozdiel? Prečo nie je nutné báť sa mRNA vakcíny?

Ochorenia

V tomto článku sa dozviete

Novodobý trend anti-vax sa rozmohol nielen v iných krajinách, ale dorazil už aj na Slovensko. Dá sa povedať, že každým dňom rastie a následky tohto hnutia negatívne ovplyvňujú nielen samotných odporcov vakcíny, ale aj tú časť populácie, ktorá doposiaľ hnutiu nepodľahla. Internet a najmä sociálne siete nás každý deň bombardujú novými informáciami a pre väčšinu ľudí je ťažké odlíšiť fakty od dezinformácií, nakoľko prirodzene, nie každý je odborník v danej oblasti – či už medicíny, farmácie alebo iných príbuzných odborov.

V článku sa dozviete:

  • čo je to bunka a z čoho sa skladá,
  • DNA a RNA – aký je medzi nimi rozdiel a načo slúžia,
  • proces tvorby bielkovín,
  • imunizácia – pasívna vs. aktívna, prirodzená vs. umelá,
  • čo je primárna a sekundárna imunitná odpoveď,
  • mRNA vakcína a ako prebieha proces očkovania.

Ľudská bunka vs. vírus

Pre pochopenie celého procesu vakcinácie je dôležité poznať základnú stavebnú jednotku všetkých živých organizmov, ktorou je bunka. Čo sa týka rozdelenia typov buniek poznáme 2 typy, a to:

  • bunku prokaryotickú – bakteriálnu
  • bunku eukaryotickú – bunku rastlín, húb a živočíchov.

V tomto článku sa budeme venovať výlučne živočíšnej bunke – konkrétne ľudskej.

Vírus

Vírus  je organizmus na prechode medzi živou a neživou prírodou. Je to len akási častica, ktorá sa nedá definovať ako bunka, keďže neobsahuje žiadne organely, iba nukleovú kyselinu (DNA/RNA), slúžiacu na prenos a uchovanie genetickej informácie, obalenú proteínovým (bielkovinovým), prípadne aj lipidovým (tukovým) obalom. Na svoje prežitie a rozmnožovanie potrebuje nájsť vhodného hostiteľa – bunku. V prípade, že vírus nájde vhodnú bunku, priľne na jej povrch a dostane sa dovnútra. Táto bunka je tým pádom infikovaná a dochádza v nej k rozmnožovaniu vírusu, k tvobre nových vírusových častíc a k ich vypúšťaniu do okolia. Tieto procesy infekcie a rozmnožovania vedú k manifestácii jednotlivých vírusových ochorení (podľa typu vírusu) a k typickým klinických príznakom.

Stavba koronavírusu
ZDROJ:Veronika By/Shutterstock.com

Stavba živočišnej bunky, bunkové organely

Bunku na povrchu chráni cytoplazmatická membrána. Pre lepšie pochopenie bunku môžeme prirovnať k človeku a bunkovú membránu k ľudskej koži – chráni bunku pred negatívnymi vplyvmi vonkajšieho prostredia, pred vysychaním, zabraňuje prestupu škodlivých látok atď. Obsah vody v tele človeka pri narodení je približne 75% a zvyšujúcim sa vekom toto číslo klesá. Rovnako to platí aj pre bunku – čím je staršia, tým menej vody obsahuje. Tekutina tvoriaca vnútorné prostredie bunky sa nazýva cytoplazma. Tak ako človek má v tele uložené rôzne orgány, ktoré slúžia na vykonávanie  určitých funkcií, tak aj každá bunka má v cytoplazme uložené organely plniace úlohy, ktoré sú nevyhnutné pre jej prežitie. Medzi tieto organely patria mitochondrie, Golgiho aparát, Endoplazmatické retikulum, vakuoly, ribozómy a bunkové jadro.

Jadro bunky a jeho obsah

Jadro je riadiacim centrom bunky a tou časťou, kde je uskladnená genetická informácia práve vo forme DNA – deoxyribonukleovej kyseliny, ktorá s istými bielkovinami tvorí väčšie celky –chromozómy (u ľudí je ich 23 párov). DNA a v nej zapísaná genetická informácia je súbor génov, ktoré jedinec zdedil od svojich rodičov a je jedinečná. Udáva rôzne charakteristiky, či už to ako bude jedinec vyzerať, aké znaky bude mať, ako sa bude správať, prípadne obsahuje aj rôzne defekty vyúsťujúce do dedičných chorôb. Na bunkovej úrovni je v DNA zakódované ako sa bude daná bunka správať, ako sa bude špecializovať alebo aké bielkoviny bude produkovať.

eukaryotická bunka
ZDROJ:Christoph Burgstedt/Shutterstock.com

DNA vs. RNA

Deoxyribonukleová (DNA) a ribonukleová (RNA) kyselina sú obe nositeľkami genetickej informácie. Ich využitie a stavba sú však odlišné.

Stavba DNA

Pre správne pochopenie súvislostí DNA – RNA – syntéza bielkovín je potrebné poznať stavbu DNA. Je to dvojzávitnica – znamená to že ju tvoria dva reťazce, obtáčajúce sa okolo seba, spojené akýmsi tmelom (vodíkovými mostíkmi). Každý jeden reťazec je, samozrejme, tvorený z menších pojednotiek nazývaných nukleotidy. Jeden nukleotid má 3 časti – kyslú (zvyšok kyseliny fosforečnej), cukrovú (deoxyribózu) a zásaditú (dusíkatú bázu). V DNA sa uplatňujú 4 typy dusíkatých báz, a to:

  • C – cytozín
  • G – guanín
  • A – adenín
  • T – tymín

Keďže kyselina fosforečná a cukrová zložka sú identické pre všetky nukleotidy, rozlišujeme ich práve na základe rôznych typov báz. Poradie týchto nukleotidov v molekule DNA vytvára jedinečnú genetickú informáciu a vo väčšine ľudských buniek sa ich náchádza 6 miliárd párov (3 miliardy nukleotidov v každom reťazci). Toto párovanie však nie je náhodné a funguje na princípe komplementarity (vzájomného doplnenia). Cytozín z jedného reťazca sa páruje s guanínom z druhého reťazca a naopak. Adenín sa rovnakým princípom páruje s tymínom, a tak nám vznikajú komplementárne dvojice C-GA-T.

Funkcia DNA, replikácia

Hlavnou funkciou DNA v ľudských bunkách je uchovanie genetickej informácie a jej prenos na potomstvo (nové bunky). Pomocou mnohých mechanizmov a s pomocou mnohých enzýmov sa každé jedno vlákno osobitne na princípe komplementarity v jadre bunky zreplikuje (zdvojí). Novovzniknuté vlákna (reťazce) sa spoja, a tak vznikne identická kópia DNA. Tento proces zabezečí, že po konečnom rozdelení bunky bude materská bunka totožná s dcérskou (novovzniknutou).

Stavba RNA

Ako už z názvu vyplýva deoxyribonukleová (DNA) a ribonukleová (RNA) kyselina sa budú líšiť v stavbe svojej molekuly. RNA narozdiel od DNA tvorí iba jeden reťazec – netvorí tak dvojzávitnicu. Ten má taktiež menšie podjednotky – nukleotidy, ktoré však ako cukrovú zložku obsahujú ribózu (namiesto deoxyribózy). Líši sa aj v typoch dusíkatých báz, kde tymín nahrádza uracil. Tým sa mení aj vzájomná komplementarita, zatiaľ čo v DNA to boli páry C-GA-T, v RNA sú to C-GA-U.

Typy a funkcia RNA

Genetickú informáciu obsiahnutú v molekule DNA bunka nepoužíva priamo, ale vo forme jej kópií – molekúl RNA. Molekuly RNA majú obmedzenú životnosťšpeciálne určenie (po istom času sú bunkou degradované – rozložené).

Rozoznávame 3 typy molekúl RNA, a to:

  • rRNA – ribozómovú RNA, je stavebnou zložkou ribozómov
  • tRNA – transferovú RNA, slúži na prenos aminokyselín pri proteosyntéze – tvorbe bielkovín
  • mRNA – mediátorovú RNA, je prepisom genetickej informácie zo štruktúry DNA, kóduje bielkoviny

Genetická informácia tak vyúsťuje do tvorby bielkovín – tie sú zakládnou stavebnou zložkou ľudského tela, ale zároveň tvoria aj enzýmyhormóny, ktoré sa uplatňujú najmä pri regulácii ľudského organizmu. V prípade, že bunka potrebuje vytvoriť nejakú bielkovinu, nie je nutné prepisovať celú molekulu DNA – stačí vziať určitý úsek, kde je táto bielkovina zapísaná (zakódovaná) a ten prepísať do štruktúry mRNA. Táto molekula mRNA sa následne z bunkového jadra dostane cez jadrové póry do cytoplazmy, naviaže na ribozóm a nasledújú procesy proteosyntézy – tvorby bielkovín.

Rozdiely medzi DNA a RNA
ZDROJ:freaktor/Shutterstock.com

Proteosyntéza – tvorba bielkovín

Proteosyntéza ako z názvu vyplýva je tvorba proteínov – bielkovín. Celý tento proces začína v jadre bunky, kde je uložená DNA a v nej je v poradí nukleotidov zakódovaná genetická informácia. Keď bunka potrebuje nasyntetizovať určitú bielkovinu, vezme sa istý úsek DNA, kde je stavba tejto bielkoviny zakódovaná a následne sa prepíše do štruktúry molekuly mRNA. Prepis tejto informácie sa uskutočňuje na princípe komplementarity – to znamená, že ak poradie báz nukleotidov v reťazci DNA je napr. CGGATT, prepíše sa tento kód do reťazca mRNA ako GCCUAA (U namiesto T pretože je to RNA, kde tymín nahrádza uracil).

Genetický kód je spôsob zápisu genetickej informácie. Najmenšou jednotkou genetického kódu je nukleotid, ktorý predstavuje „písmeno“ (napr. A). 3 takéto za sebou idúce nukleotidy (napr. CGG) tvoria „slovo“ a kódujú tak jednu aminokyselinu, resp. určujú jej zaradenie do polypeptidového reťazca (napr. trojica nukleotidov AUG kóduje aminokyselinu zvanú metionín). Aminokyseliny sú základnou stavebnou zložkou bielkovín. Poradie takýchto trojíc nukleotidov (kodónov) tvorí „vetu“ a takýto úsek DNA/mRNA kóduje všetky aminokyseliny potrebné pre vytvorenie určitej bielkoviny.

Úprava bielkovín

Postaviť dom však nestačí, treba postaviť aj strechu, vymaľovať, zariadiť ho. Rovnako je to aj s bielkovinou, ktorú treba upraviť, na čo slúži endoplazmatické retikulum, kam bielkovina po svojej syntéze putuje. Následne ho opustí kompletná a pripravená vykonávať svoju funkciu v organizme.

Proteosyntéza – tvorba bielkovín
ZDROJ:Moving Science/Shutterstock.com

Imunizácia

Imunita predstavuje ochranu pred vonkajšími ale i vnútornými patogénmi, ktoré by mohli poškodiť ľudský organizmus. Z hľadiska pôvodu rozoznávame 2 typy imunity a to nešpecifickú – vrodenúšpecifickú – získanú počas života. Imunizácia je spôsob navodenia špecifickej ochrany proti mikroorganizmom, vyvolávajúcich nebezpečné a prenosné ochorenia. Jej cieľom je predísť klinickým prejavom mikrobiálnej infekcie.

Bunky imunitného systému

Za imunitnú odpoveď organizmu sú zodpovedné bunky imunitného systému, ktoré sa volajú leukocyty – biele krvinky. Slúžia na ochranu ľudského organizmu. Rozlišujeme rôzne typy týchto buniek podľa funkcie, stavby a zaradenia k vrodenej alebo získanej imunite. Patria sem:

  • lymfocyty (T, B, NK-bunky)
  • makrofágy
  • monocyty
  • neutrofily, bazofily, eozinofily
Bunky imunitného systému
ZDROJ:extender_01/Shutterstock.com

Pasívna vs. aktívna imunizácia

Navodenie špecifickej imunity môžeme dosiahnuť 2 spôsobmi, a to pasívne alebo aktívne a v oboch prípadoch prirodzene aj umelo. Pasívne je to:

  • prirodzene – pri prechode protilátok z matky na dieťa ešte počas vnútromaternicového vývinu alebo počas dojčenia
  • umelo – podaním hotových protilátok človeku kedykoľvek počas života (okamžitý, ale krátkodobý nástup ochrany)

Pri aktívnej imunizácii dochádza k expozícii (vystaveniu) patogénu a k tvobre vlastných protilátok:

  • prirodzene – po expozícii infekcii v bežnom živote (prekonanie ochorenia)
  • umelo – vakcináciou

Umelá aktívna imunizácia

Je to navodenie špecifickej imunity pomocou vakcinácie – očkovania. Pointou je navodenie imunitnej odpovede bez toho, aby vznikla infekcia, resp. jej klinické prejavy – symptómy. Poznáme rôzne typy očkovacích látok, medzi ktoré patria:

  • živý oslabený mikroorganizmus
  • usmrtený mikroorganizmus
  • fragmenty mikroorganizmu (napr. povrchové proteíny)
  • toxíny mikroorganizmu

Keďže takýto mikroorganizmus nie je schopný rozmnožovania, tým pádom ani prežitia, nie je schopný vyvolať ochorenie a typické klinické príznaky. Po jeho vložení do organizmu ho však rozpoznajú bunky imunitného systému a následne vytvárajú protilátky. Rizikom očkovania sú možné vedľajšie reakcie ako napr.:

  • začervenanie,
  • bolesť,
  • stvrdnutie,
  • horúčka,
  • alergická reakcia.

Tieto neželané reakcie majú však väčšinou svoje opodstatnenie, nakoľko imunitný systém sa sústreďuje do miesta podania vakcíny – patogénu – vyvoláva imunitnú odpoveď. Samozrejme, v prípade, že sa objavia, sú oveľa menej nebezpečné ako je samotný priebeh ochorenia, ktorý vyvoláva živý mikroorganizmus.

Protilátky napádajúce vírus
ZDROJ:Lightspring/Shutterstock.com

Imunitná odpoveď – primárna vs. sekundárna

Primárna imunitná odpoveď nastáva vo chvíli, keď organizmus príde do kontaktu s mikroorganizmom po prvý krát. Trvá oveľa dlhšie, nakoľko mikroorganizmus je telu cudzí a imunitný systém naň nebol pripravený – dochádza k manifestácii ochorenia a k typickým symptómom. Telo si vytvára protilátky a špecializované bunky, ktoré pri ďalšom opakovanom styku s týmto patogénom ho okamžite rozpoznávajú a ničia – môžu tak zahájiť imunitnú odpoveď oveľa skôr a vo väčšej sile = sekundárna imunitná odpoveď. Protilátky tak ostávajú v tele po zvyšok života a môžu poskytnúť doživotnú imunitu. Je to však veľmi individuálne a záleží od druhu mikroorganizmu (baktérie alebo vírusu) a tiež od stavu imunitného systému daného jedinca.

Na princípe sekundárnej imunitnej odpovede funguje aj očkovanie. Procesy primárnej imunitnej odpovede zabezpečí vakcína, kedy sa vytvoria protilátky, jedinec sa tak vyhne ochoreniu a pri styku s nebezpečným patogénom u neho nastupujú rovno procesy sekundárnej imunitnej odpovede.

Strašiak – mRNA vakcína

Koronavírus je častica, ktorá má na svojom povrchu výbežky tzv. S-proteíny. S-proteíny sú imunogénne, čo znamená, že bunky imunitného systému majú na svojom porvchu receptory, ktoré dané S-proteíny rozpoznávajú – zapadnú do nich ako kľúč do zámky. Nastáva primárna imunitná odpoveď a tvorba protilátok. Princíp mRNA vakcíny spočíva v tom, že do ľudského tela namiesto vpravenia tohto imunogénneho S-proteínu vpravíme mRNA – plánik podľa, ktorého si túto bielkovinu ľudské telo samo nasyntetizuje. mRNA sa dostane do bunky, kde sa napojí na ribozómy a procesmi proteosyntézy sa vytvorí S proteín, ktorý môže indukovať imunitnú odpoveď a následnú tvorbu protilátok podľa princípov klasickej umelej aktívnej imunizácie. Po pár hodinách je táto mRNA degradovaná a vylúčená z tela.

mRNA vakcína
ZDROJ:CROCOTHERY/Shutterstock.com

Na záver je vhodné poznamenať, že mRNA v žiadnom prípade nezasahuje do štruktúry DNA, a to z 2 dôvodov. Prvým je, že táto mRNA sa k ľudskej DNA ani nedostane – DNA je uložená v jadre bunky a mRNA kódujúca S-proteín koronavírusu sa dostane iba do cytoplazmy bunky, tým pádom nedôjde k ich styku. Druhým faktom je to, že ľudský organizmus má enzymatickú výbavu na prepis DNA do štruktúry RNA, no nemá enzýmy, ktoré by zabezpečili opačný prepis – RNA do štruktúry DNA. Takouto schopnosťou disponujú iba RNA vírusy – konkrétne retrovírusy (napr. HIV), ktoré vo svojej enzymatickej výbave obsahujú enzým reverznú transkriptázu, ktorá dokáže prepísať RNA do štruktúry DNA a tak interferovať s ľudskou DNA a spôsobovať jej zmeny. Je to enzým, ktorý nemá žiadna živočíšna bunka, a preto si ho tento vírus musí niesť so sebou vo svojom „tele“. Je to výnimočný a jedinečný prípad, ktorý robí tieto vírusy veľmi nebezpečnými.

 

Pri písaní tohto článku boli použité tieto zdroje: 

Mapping and Sequencing the Human Genome

Imunizácia a vakcinológia

Redakcia portálu Lekar.sk
Ochorenia
covid-19dýchacie cestydýchavičnosťhorúčkainfekciakašeľnevoľnostpľúcastrata čuchutráviace problémy