Wie wird mRNA hergestellt? In der Natur entsteht mRNA im Zellkern, indem sie von der Erbinformation DNA abgeschrieben (transkribiert) wird. In der künstlichen RNA-Synthese wird der natürliche Transkriptionsprozess im Reagenzglas (in-vitro) nachgebaut. Die In-vitro- Transkription richtet sich also nach biologischem Vorbild, wird aber nicht in Bakterien oder Hefen durchgeführt. Es handelt sich um eine zellfreie Reaktion aus definierten Komponenten, die gut skalierbar ist und aus der die fertige mRNA ohne großen Aufwand extrahiert werden kann. Diese Vorteile werden nicht nur in der Grundlagenforschung genutzt, sondern sie erleichtern auch die pharmazeutische Herstellung.
Rezept der Transkription
Die wichtigsten drei Zutaten sind: erstens eine Vorlage aus DNA, die die Erbinformation vorgibt, zweitens Nukleotide als Bausteine der RNA und Buchstaben des genetischen Codes und drittens Enzyme, die die Reaktion überhaupt erst ermöglichen.
Das zentrale Enzym ist die T7-RNA-Polymerase: Sie gleitet an der DNA-Vorlage entlang und stellt eine komplementäre mRNA-Kopie her. Weitere Enzyme dienen zur Vorbereitung der DNA-Vorlage, unterstützen die Transkription oder Reifung der mRNA, um sie letztlich in naturidentische Form zu bringen.
Die mRNA-Synthese ist eine Plattformtechnologie: Sobald der Prozess etabliert ist, kann die genetische Information der mRNA durch Veränderung der DNA-Vorlage beliebig angepasst werden. Ein gängiges Beispiel ist, einen Impfstoff an eine neue Virusvariante anzupassen oder eine personalisierte Tumortherapie. Die In-vitro-Transkription selbst ändert sich nicht, nur der Informationsgehalt der mRNA.
Mittlerweile beflügelt der Erfolg der mRNA-basierten Corona-Vakzine nicht nur neue Impfstoffentwicklungen: Neue Anwendungen in der Krebsbehandlung und der Gentherapie werden klinisch erforscht und auch die Grundlagenforschung nutzt mRNA für Krankheitsmodelle oder den Einsatz von CRISPR-Genscheren. Sie alle werden durch die universelle Plattformtechnologie der mRNA-Synthese ermöglicht.