RNA har hidtil været DNAs mindst lige så vigtige, men langt mindre kendte fætter. Men med COVID-19-pandemien er RNA kommet frem i rampelyset, har du måske bemærket.
De vacciner, der hurtigst blev udviklet til at slå COVID-19 ned, var netop de såkaldte RNA-vacciner, som medicinalfirmaerne Pfizer og Moderna stod bag. Det fortæller jeg mere om senere.
I vores kroppe er det RNA, som muliggør alt arbejdet med at få oversat vores arvemateriale til dem, vi er. At forstå RNA er faktisk nøglen til at forstå levende mennesker som de molekylære maskinerier, vi dybest set er.
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra Lundbeckfonden. Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af Lundbeckfonden. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Mennesket er molekyler
I en artikel om DNA, fortæller jeg om, hvorfor DNA kan påvirke, hvem du er som person, i sundhed og sygdom, og hvordan vi finder ud af det. Det er også spændende.
Men for at forstå, hvordan de lange genetiske koder oversættes til den, du er, er det nødvendigt at tale om RNA.
I biologi findes der noget, der hedder det centrale dogme. Det ser sådan her ud:
DNA til RNA til protein.
’Dogme’ er et frygteligt navn, for det er overhovedet ikke dogmatisk – der er intet ideologisk over det. Men det er stadig nøglen til rigtig meget forståelse af biologi. For proteiner, plus det som de laver, er faktisk alt, hvad din krop består af.
Dine muskler og bindevæv er bogstaveligt talt protein. Knogler, tænder, cellemembraner og hår kan bedre beskrives som noget, et protein har lavet – enten dit eget sæt proteiner, eller noget fra en plante eller et dyr, du har spist.
Pointen er, at vi taler om helheden dig – din krop. Maskineriet som kroppen er og som har bygget den.
Proteiner kan skære mad i stykker
De tre – DNA, RNA og proteiner – består alle af lange kæder af sammenhængende molekyler. DNA består af A, C, T, G. Det gør RNA også, men limet sammen på en lidt anden og lidt mere ustabil måde. Og T er i stedet et lignende molekyle, der kaldes U. Sådan er det bare.
Proteiner er også kæder, men det er sammensat af 20 forskellige bogstaver (G, A, L, M, F, W, K, Q, E, S, P, V, I, C, Y, H, R, N, D, og T) – igen bare nogle navne, vi mennesker selv har valgt, at de skulle hedde.
Hvert enkelt bogstav kaldes her en aminosyre. Det vigtige er forskellen, som giver de tre nogle forskellige egenskaber.
DNA er stabilt over lang tid og kan kopieres ganske præcist. RNA er pokkers ustabilt og forsvinder hurtigt, og det kan faktisk også være en gavnlig egenskab. Det kommer jeg tilbage til.
Proteiner kan foldes på et utal af forskellige måder, særligt måder der giver dem specielle kemiske egenskaber.
Det kan proteinerne, fordi de har et større udvalg af elementer at blive sammensat af, og mange af dem er mere kemisk aktive. Syrer og alkohol og vandskyende elementer og sådan noget. På den måde kan de for eksempel skære mad i stykker eller blive til stærkt bindevæv.
Kroppen kopierer, ligesom en computer kan ’copy/paste’
På grund af de egenskaber er det ikke underligt, at det er DNA, som lagrer informationen fra generation til generation, mens proteiner skaber og er ting.
Og RNA – hvad gør den så?
Jo den sender informationen fra DNA til protein, når der er brug for den – og på den måde er det jo smart, at den forsvinder hurtigt igen, så kroppen hurtigt kan ændre på sin protein-produktion.
Du læser sikkert den her tekst på en computer: Den er kopieret som data fra mit skriveprogram over til Videnskab.dk og videre ud på internettet.
At kopiere information er trivielt i dag. I computere. Noget med nogle 1 og 0’er, der ændres. Præcis hvordan ved jeg ikke, men jeg ved, at din krop ikke er en computer. Og jeg ved, at jeg synes, at det system kroppen har fundet på, er mindst lige så smart.
Det, kroppen gør, er, at den lader noget, som hedder polymeraser, bevæge sig langs DNA-strengen, mens de fanger forbipasserende enkelte bogstaver (nukleotider) og indsætter dem i nye strenge.
De nye matcher de gamle, som allerede findes. Det gør de, fordi der er dårlig plads, hvis man sætter de forkerte ind. På den måde kan DNA kopiere sig selv og også kopiere sig selv til RNA.
Polymeraserne er faktisk proteiner selv, hvilket egentlig bare illustrerer pointen om, at det er proteinerne, som kan gøre ting. Herunder altså at kopiere DNA.
Et rødt hår er en ændring i en protein-kode
Det næste trin – RNA-til-protein – er mere kompliceret. Nu skal fire bogstaver (nukleotider) jo oversættes til tyve (aminosyrer). Det har livet løst ved altid at læse tre nukleotider for hver aminosyre, den skal lave.
Dem, der er skrappe til at tælle kombinationer, kan sikkert hurtigt regne ud, at to nukleotider ad gangen ville have været for lidt til at beskrive tyve forskellige aminosyrer, og fire ville være alt for meget. Så det blev tre.
Og fair nok, hvis du ikke er skarp til at tælle kombinationer.
RNA-strengen læses tre trin ad gangen i et andet maskineri (kaldet et ribosom), og kombinationen af tre nukleotid-bogstaver afgør, hvilken aminosyre der skal indsættes for næste trin i den voksende proteinkæde.
Der findes en smart lille tabel, hvor man kan aflæse, hvad en tre-nukleotid DNA/RNA-kombination bliver til i protein-kode. I artiklen om DNA, er der et godt eksempel på, hvad konsekvenserne er for hårfarve, hvis noget af denne kode ændres.
Når læsningen er færdig, nedbrydes RNA’et, og det færdigstøbte protein begiver sig ud for at løse hvad end for en opgave, det har. Det kunne for eksempel være at være en del af et hår eller deltage i fordøjelsen af din aftensmad.
Tabellen til at oversætte tre nukleotider ad gangen er bemærkelsesværdig universel, og, tror vi, noget som har været med helt fra livets opståen. Der er dog undtagelser – både naturlige, men også når forskere forsøger at hacke koden.
RNA-molekylet et super robust og ustabilt på samme tid
Det, som jeg synes er mest fantastisk ved at tænke over ’DNA til RNA til protein’-flow, er, at det dybest set er et informations-lagring- og anvendelses-system, meget magen til det vi kender fra computere. Som jo altså trods alt blev opfundet lidt senere.
I forhold til en computer er tingene lidt mindre stringente. Der er for eksempel flere måder, man kan indkode samme aminosyre, og DNA-kopieringen er ikke helt perfekt, og i øvrigt har hver celle i din krop sin egen kopi af det hele.
Men systemet er super robust og har virket i adskillige milliarder år. Der er endda dem, der mener, at RNA var den form, som livet opstod i, hvilket der godt kunne være noget om.
Og det er egentlig meget godt gået af RNA: et molekyle, hvis særlige egenskab er at være ustabil og hurtigt kunne forsvinde.
\ RNA-vacciner vandt kapløbet mod COVID-19
Hovsa! Her skulle en video ligge. Men da du ikke har accepteret marketing-cookies, som YouTube-afspilleren bruger, kan videoen ikke blive vist.
3D-animation af hvordan RNA-vacciner bygger corona-spike-protein. (Video: Moving Science, Ann-Louise Bergström)
En spændende ny udvikling inden for vaccine-teknologi hedder RNA-vacciner, nogle gange kaldet mRNA for messenger-RNA. Det hedder de selvfølgelig, fordi de består af RNA og netop fungerer som sendebud for information.
Sat på spidsen, så virker vacciner ved at provokere kroppens immunforsvar med noget, som ligner en sygdom, men som ikke gør dig syg. Så er forsvaret oppe at køre. Det er der selvfølgelig mange flere detaljer i, men det vigtige er, at hidtil har vacciner typisk bestået af noget protein fra et inaktivt virus (det gælder f.eks. vaccinen mod kighoste, som tilbydes i børnevaccinationsprogrammet). Det fanger kroppen så, og lærer fra det. Men det er svært og kompliceret at arbejde med proteiner. Aminosyrekæden skal foldes på en helt specifik måde før proteinet virker, så derfor skal proteiner laves på en helt bestemt måde.
DNA og RNA derimod kan man stort set bare sende til en printer og få ud i et glas (en lidt speciel printer, men stadig). Når vi nu forstår at kroppen grundlæggende er skabt til at lave DNA til RNA til protein, så giver det mere mening at injicere noget fra trinnet før protein, nemlig RNA. Så laver kroppen resten af arbejdet selv.
Pfizer-BioNTech-vaccinen mod COVID-19 fra 2020 består af den RNA-kode, som virus ellers havde brugt til at lave sit såkaldte spike-protein, det protein den har på overfladen. Den tilgang var åbenbart hurtigere end dem, hvor man arbejder direkte med proteinet selv, og det var RNA-vaccinerne (for eksempel også Moderna-vaccinen), som var klar først.
Forhåbentlig kan det også give en fordel i forhold til hurtigt at modificere vacciner mod nye virus-varianter. At vaccinen så skal opbevares ved -80’C er nok en konsekvens af, at RNA er ustabilt. Men som vi nu forstår, er RNAs ustabilitet egentlig bare en del af dens rolle som sendebud mellem DNA og protein. Vi skal være glade for, at det nu kan bruges direkte i kampen mod pandemier.
