Amerikanische Forschung
Katalin Karikó und ihre Familie auf ihrem ersten Foto in den USA
Katalin Karikó zog 1985 mit ihrer Familie in die USA, und sie konnten ihre Schwarzmarktdollars in einem Teddybären eingenäht aus dem Land schmuggeln, für ihre Einwegflugtickets haben sie alles zu Geld gemacht. Sie mussten ein völlig neues Leben beginnen. In Spanien, in Frankreich und in England warteten Stipendienmöglichkeiten auf sie, aber die vielversprechendste war die Stelle in den USA.
Ihre Familie unterstützte die Forscherin, die einen großen Teil ihrer Zeit im Labor verbrachte, wo sie wie besessen recherchierte oder die Fachliteratur durchging. Sie setzte ihre Arbeit in der Abteilung für Biochemie der Temple University in Philadelphia fort, im Labor von Robert Suhadolnik, einem Experten für modifizierte Nukleoside. Im Anschluss an ihre Forschungstätigkeit in Szeged arbeitete sie daran, antivirale synthetische Oligonukleotiden durch Modifizierung von Nukleosiden zu entwickeln und in Zellen zu transferieren. Einige ihrer Entwicklungen erreichten das Stadium der klinischen Erprobung, aber die Technik des Transfers in die Zellen war noch nicht ausreichend. Anschließend arbeitete sie für kurze Zeit in der Forschungsstation Bethesda (MD), nordöstlich von Wasthington. Dort lernte sie die Interferone kennen und vertiefte sich wahrlich in die Molekularbiologie. Diese Arbeit war mit einem langen Pendeln zwischen Bethesda und Philadelphia verbunden.
Katalin Karikó im Forschungslabor an der UPenn
Mit den gewonnenen Erfahrungen setzte sie ihre Arbeit 1989 an der Universität von Pennsylvania (School of Medicine, Department of Medicine, Cardiovascular Division) fort. Sie beschloss zu dieser Zeit, mRNA für therapeutische Zwecke nutzbar zu machen. Da die mRNA ein instabiles Molekül ist und das Problem der Übertragung in Zellen und ihre Synthese damals gerade erst gelöst wurde, gaben ihr nicht viele eine Chance. Obwohl sie einen Antrag nach dem anderen schrieb, wurde sie immer wieder abgelehnt. 1995 wurde sie auch degradiert und konnte keine volle Professur erhalten.
Trotz aller Schwierigkeiten hielt sie an dem von ihr gewählten Thema fest, obwohl sie sich manchmal fragte, ob sie es ändern sollte. Der Schwerpunkt ihrer Forschung in der kardiologischen Abteilung der Universität lag auf den Transfer des Urokinase-Rezeptors in Zellen unter Verwendung von synthetischer mRNA und Lipofectin als Transfermethode. Die Methode erwies sich in Zellkulturen als erfolgreich, wobei auch die posttranslationalen Modifikationen auf dem fertigen, funktionalen Protein vorhanden waren – ein ermutigendes Ergebnis.
Drew Weissman und Katalin Karikó
Als sie 1998 ihre Arbeit in der Neurochirurgie zusammen mit dem Immunologen Drew Weissman fortsetzte (University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine, Department of Neurosurgery, Weissman Lab), konzentrierte sich die Forschung auf die Entwicklung von Impfstoffen gegen das HIV-Virus. Weissmann versuchte es zunächst mit DNA, wechselte aber auf Anraten von Karikó zu mRNA. Zu diesem Zeitpunkt wussten sie noch nicht, wie lang und fruchtbar ihre Zusammenarbeit sein würde. Im Gegensatz zu früher verwendeten sie hier Immunzellen (menschliche dendritische Zellen) und entdeckten bald, dass die synthetische mRNA, die sie injizierten, leider eine Immunantwort auslöste (2000).
Das Forschungslabor von Katalin Karikó im Stemmler-Gebäude an der UPenn
Andere hätte dieses Ergebnis vielleicht davon abgehalten, weiterzumachen, aber Katalin Karikó war fest entschlossen, eine Lösung zu finden. Die Forschung konzentrierte sich dann auf die Ursachen dieses Phänomens und darauf, wie man eine unerwünschte Immunreaktion vermeiden kann. Der Schwerpunkt ihrer Forschung wurde auf die Untersuchung des therapeutischen Potenzials von mRNA und die Wechselwirkungen zwischen synthetischen mRNAs und dem Immunsystem, später auch auf die Rolle von RNA-bindenden Immunrezeptoren (bestimmte Toll-like-Rezeptoren) gelegt.
Katalin Karikó mit ihrem späteren Kollegen Uğur Şahin
Katalin Karikó Senior Vice President bei BioNTech RNA Pharmaceuticals, Mainz
Die Auswirkungen der verschiedenen natürlichen RNA-Isolate auf Immunzellen wurden untersucht. Unerwarteterweise erwies sich das Transfer-RNA (tRNA)-Molekül als das am wenigsten immunogene. Als Grund dafür wurde angenommen, dass letzteres eine große Anzahl modifizierter Nukleoside enthält. Es war bekannt, dass mehr als 100 Arten von Modifikationen möglich waren, aber zu diesem Zeitpunkt waren die Enzyme, die sie produzierten, nicht bekannt, und auch für die Synthese waren nur einige wenige Arten von modifizierten Nukleosiden verfügbar. Modifizierte Nukleoside, die in der Natur nicht vorkommen, wurden aufgrund früherer negativer Erfahrungen anderer Forscher nicht verwendet. Von den 10 Arten von Molekülen, die damals auf dem Markt waren, konnten sie nur 5 in das synthetische mRNA-Molekül einbauen. Glücklicherweise stellte sich heraus, dass durch 4 Modifikationen der Uridinbasis vermieden werden konnte, dass das Molekül immunogen wird (2005).
Im Jahr 2008 wurde außerdem entdeckt, dass unter den 4 Arten von modifiziertem Uridin der Einbau von Pseudouridin in das mRNA-Molekül zur Produktion großer Mengen von Protein führt. Diese Entdeckungen erwiesen sich als echter Durchbruch. Ab 2006 haben sie erfolgreiche Bewerbungen beim National Institute of Health (NIH) in den USA eingereicht. Obwohl ihre Ergebnisse zunächst kaum beachtet wurden, wurden bereits 2008 und 2010 zwei Unternehmen gegründet, die auf dieser Technologie basieren: BioNTech und Moderna. auch Karikó und Weissmann gründeten 2005 ein Unternehmen namens RNARx, sie konnten aber die Patentrechte nicht erwerben. Diese sind in den Besitz der Universität Pennsylvania gelangt und wurden danach von Moderna und BioNTech über CellScript LLC erworben.
Im Jahr 2011 trat Norbert Pardi, der ebenfalls in Szeged studiert und promoviert hatte, in die Forschungsgruppe von Katalin Karikó ein. 2012 wurde in In-vivo-Tierversuchen nachgewiesen, dass das Verfahren keine Immunreaktion auslöst und die Produktion von funktionalen Proteinen anregt. 2013 bot BioNTech, Europas größtes Biotechnologieunternehmen in Privatbesitz, Katalin Karikó die Position des Senior Vice President an. Sie schloss sich dem Unternehmen mit ihrem Kollegen Hiromi Muramatsu an, mit dem sie zuvor im Labor viel gemeinsam gearbeitet hatten. Sie wollten mit einem Unternehmen zusammenarbeiten, das über ein klinisches Programm verfügte und bereits mRNA für den therapeutischen Einsatz produziert hatte. Das Programm für modifizierte mRNA des Unternehmens wurde von ihnen gestartet. Die Leitung des Labors in Philadelphia wurde von Norbert Pardi übernommen.
Katalin Karikó mit Norbert Pardi in ihrem Labor an der UPenn
Zusammen mit Norbert Pardi haben sie 2017 den ersten Impfstoff entwickelt, der modifizierte mRNA in einer Lipidhülle enthält. Es wurde gegen das Zika-Virus entwickelt. Und im Jahr 2020 brachte die COVID-19-Pandemie der Professorin weltweiten Ruhm für die gemeinsame Entwicklung eines Impfstoffs mit BioNTech und Pfizer.