Katalin Karikó、Drew Weissman因发明mRNA技术获科学突破奖
9月9日晚，新一届美国科学突破奖（Breakthrough Prize）公布，授予新冠疫苗、神经疾病治疗、量子钟等领域的学者，他们共获得1575万美元。生命科学突破奖授予Shankar Balasubramanian、David Klenerman、Pascal Mayer、Katalin Karikó、Drew Weissman以及Jeffery W. Kelly。其中Katalin Karikó、Drew Weissman因发明mRNA技术而获奖，而Shankar Balasubramanian、David Klenerman和Pascal Mayer则因发明二代测序而获奖，这是因为如果没有二代测序的快速检测病毒，实时地检测基因突变，mRNA新冠疫苗的制备也不会这么快。Jeffery W. Kelly则因为提出毒蛋白对神经系统的破坏，揭示衰老性神经性疾病发病原因而获奖。数学突破奖授予京都大学教授望月拓郎（Takuro Mochizuki），奖励他在对代数变种的平连接束理论上有突破性的重大贡献。基础物理学突破奖授予东京大学教授Katori Hidetoshi以及科罗拉多大学华裔学者Jun Ye，奖励他们在对光学晶格钟的发明和发展上做出杰出贡献，能让我们精确地测试自然的基本定律。2022 Maryam Mirzakhani新前沿奖得主：在过去的一年时间里，卡里科获得了15个荣誉或奖项，而在这之前，她几乎没有任何拿得出手的荣誉。此次，卡里科与合作者获得了科学突破奖的认可，相信他们与今年10月的诺奖也只有咫尺之遥。如下旧文重发，记录卡里科当你如何在异常艰辛的环境下从事这个不被人重视的冷门领域。
2021年6月30日，卡里科在社交媒体上转发了自己同庄小威等人获得维尔切克奖（Vilcek Prize）的消息，该奖主要奖励那些在美国做出突出贡献的移民。1985年，卡里科与丈夫以及2岁的女儿从匈牙利搬到美国，几乎一贫如洗，在来美国之前他们在黑市上把自己的车子卖了，将全部的1200美元收入缝在女儿的泰迪熊娃娃中，因为当时在匈牙利出境携带的现金不得超过100美元，他们准备此次离开就再也不会回到匈牙利。然而，她的美国梦并非一帆风顺，而是充满了荆棘和坎坷。“现在每个人都明白mRNA技术的重要性，可惜那时候却没有，”卡里科感叹道。2020年4月21日之前，全球深陷新冠肺炎泥淖，当我们寄希望于一家可以生产mRNA新冠疫苗的生物技术公司Moderna身上时，《纽约时报》率先将mRNA技术背后的主要发明人挖掘出来，自此以后65岁的卡里科才被公众广泛地了解。卡里科意外走红后，收获了诸多荣誉。在此之前，她没有任何一个拿的出手的荣誉，年收入从未超过6万美元，籍籍无名，是一个接连被三次裁员的对象。1955年，卡里科出生于匈牙利东部的一个小城镇小新萨拉什，在她生活的街道里没有一户人家有自来水和电，马路泥泞，然而她就在这里“快乐地长大”。卡里科表示自己从小就对自然和科学感兴趣，然而她的这种兴趣的启蒙方式很特别。卡里科的父亲是当地的一名屠夫，在宰杀动物的时候，小卡里科就在一旁看着，她对动物内脏的不同部位饶有兴趣，“我喜欢看我父亲的工作，观察动物的内脏、心脏，也许这就是我对科学兴趣的来源”。卡里科表示。1972年，卡里科进入塞格德大学上学，这所大学国内很多人可能没有听说过，但拥有400多年历史，是匈牙利最著名的大学之一。1977年，卡里科遇见了自己未来的丈夫。1978年，卡里科在塞格德大学拿到了博士学位，之后来到了塞格德生物研究中心工作，主要研究RNA，当时她一心想用RNA来治疗疾病，但这项技术的瓶颈加上原材料的限制，使得卡里科的这一想法几乎无异于天方夜谭。1985年，塞格德生物研究中心因缺少经费，开始减员，卡里科成为被裁的对象。同年她申请到了美国天普大学的博士后职位，于是30岁的她和丈夫贝拉·弗朗西亚（Béla Francia）一起离开了匈牙利。此行是诀别而不是有朝一日再回来。 “这将是一次单程旅行，尽管我在美国没有一个人认识。”卡里科当时心想。1985年至1995年的10年里，卡里科在多家媒体的采访中很少提及这一段岁月，这恐怕是一段异常艰辛的时光。1989年，她以助理研究员的身份从天普大学来到宾夕法尼亚大学医学院埃利奥特·巴纳森（Elliot Barnathan）实验室，实际上，这是一份零时工，注定不会获得终身教职。当时她与巴纳森一起尝试将mRNA注射到细胞中，看是否能产生蛋白质，然后利用同位素技术看这些蛋白质在细胞中哪个位置以及如何发挥作用。然而当时RNA技术不被外界接受，连巴纳森回忆起这段历史都表示，“同事们都在嘲笑我们”。此后，巴纳森离开了学术界，去了一家制药公司，卡里科失去了依靠，就此彻底地失去了资金来源。
卡里科在研究实验室里，照片拍摄于 1989 年，图片来自Katalin Karikó
1990年，卡里科第一次为mRNA项目申请科研经费被拒，因为在同行学者看来，mRNA用于治疗疾病的想法过于激进，投资风险太大。事实上，这还只是开始，此后她收到了接二连三的拒绝信，“我当时一边申请基金，一边改进方法，优化出更好的RNA以及更好的递送系统。我申请政府的基金，私人的基金，但所有人都拒绝我”。卡里科回忆到。卡里科还向制药巨头公司默克写了一封信，申请10000美元的经费，同样无果而终。十余年后，当mRNA领域逐渐火起来后，默克以更大的代价来偿还当年的短视。2015年，默克与Moderna公司合作，耗费5000万美元用于传染病疫苗的研发，此后又投资5000万美元给Moderna公司。今年1月初，默克又收购了AmpTec公司，以扩大其在mRNA领域的布局。1995年，对卡里科来说简直是灾难之年，她差一点被击垮。由于她接连申请不到科研基金，宾夕法尼亚大学医学院要将她扫地出门。与此同时，她还诊断出患有癌症，就在这时他的丈夫还因为签证的问题被困在匈牙利，并在那里待了6个月，才返回至美国。面对这一窘境，卡里科没有退路。当时，卡里科想放弃这项研究，离开宾夕法尼亚大学，“也许是自己不够好，不够聪明”，她对自己当时的状态如此评价，“我也想去其他地方，或做别的事情，但一想到离开这里，在美国其他地方找工作就需要续签签证，我也就只能妥协了”，因为当时卡里科还没有拿到绿卡。于是，她接受了宾夕法尼亚大学对她降职、降薪的要求，继续在这边留任。实际上，如果她真的离开了宾夕法尼亚大学，就不会碰上日后的重要合作伙伴德鲁·魏斯曼（Drew Weissmann），而她的苦日子恐怕还会继续延续。很多人难以理解，为什么卡里科当时对mRNA的兴趣如此执着，尤其是这是一个冷门的科研方向，数年难以出成果？卡里科表示，上世纪90年代，当人类基因组计划正在进行时，很多人认为希望通过该计划未来能进行基因治疗，但在卡里科看来，很多基因与疾病并不相关，而且一旦对基因进行处理，如敲除或敲入，会造成严重的后果，疾病的出现与基因的转录表达密切相关，RNA是翻译和表达基因信息的重要载体，因此她觉得RNA是进行基因治疗的有效载体，由此一直专注于这个领域。卡里科在宾夕法尼亚大学医学院公共复印机前的一次简单谈话改变了接下来的命运。当时她碰见刚加入医学院的新教员魏斯曼。魏斯曼向她介绍自己是研究艾滋病病毒疫苗的，而卡里科则介绍说，“我是一个RNA科学家，可以做有关mRNA的任何事”。当时魏斯曼一心想研制出艾滋病疫苗，他觉得也许可以试试卡里科的mRNA技术，就这样魏斯曼将卡里科引入到自己的实验室。2015年，卡里科和魏斯曼，图片来自 Katalin Karikó于是，卡里科和魏斯曼开始专注于利用mRNA技术进行疫苗开发。实际上，有关卡里科和魏斯曼的合作主要是解决的问题是：如何抑制mRNA疫苗引起的过度免疫，相关文章发表在Immunity杂志上。2005年，他们发现通过修改RNA基因序列中的单个碱基，可以实现它不会产生炎症。“这种从尿苷到假尿苷的变化使得机体不会产生过度的免疫反应，也促进了大量的蛋白质产生。我知道它会奏效，”卡里科表示。2004年，卡里科和魏斯曼为含有修饰核苷的 mRNA 治疗用途申请了专利。从2005年至2013年，mRNA 技术逐渐被认可，它的商业价值也逐步被挖掘出来，卡里科也在尝试用mRNA 技术来治疗疾病。2005年，斯坦福大学读博士后德约克·罗西（Derrick Rossi）还在学校的时候，注意到了卡里科和魏斯曼发表在Immunity上的论文，他认为这篇文章很有开创性，但当时他主要从事干细胞方面研究，希望通过这种修饰后的mRNA来让成熟的细胞重编程，重新回到干细胞的状态。Moderna的联合创始人之一罗西，如今已淡出Moderna管理层2009年，罗西终于获得成功，于是他告诉了哈佛医学院的蒂莫西·斯普里格（Timothy Springer）这一结果，斯普里格同时是一位医药企业家，然后斯普里格告诉了更资深的学者罗伯特·兰格（Robert Langer），在长达2个小时的长谈中，兰格给罗西一些建议，并建议他可以用“这个技术来研发药物、疫苗，以及其他所有的可能”。2010年，罗西、兰格、斯普里格以及Kenneth Chien，一起成立了Moderna公司，“当时我并不知道这个领域现在会如日中天”，罗西表示。2014年，罗西从Moderna公司退休，成为公司科学顾问委员会成员之一（注：现在他在Moderna公司没有任何职务）。实际上，2006年卡里科和魏斯曼也创立了一家公司，名叫RNARx，卡里科担任这家公司的CEO，此后RNARx获得了来自政府的90万美元的资助。然而，2010年，宾夕法尼亚大学将卡里科和魏斯曼的专利卖给了实验室供应商Cellscript的老板Gary Dahl。RNARx公司尚未进入临床的项目就此夭折了。此后，Moderna的投资公司之一Flagship Pioneering找到了卡里科，只可惜当时这个专利已经被卖掉了。没有专利授权，Moderna只好自己来修饰核酸，并能重复卡里科的结果，2014年，Moderna获得了自己的专利。与此同时，Gary Dahl也将卡里科和魏斯曼的核心专利转让给了Moderna和BioNTech了。2013年，mRNA领域的竞争开始激烈起来，Moderna公司收到了阿斯利康的2.4亿美元的支持，以基于mRNA技术开发心血管和癌症方面的药物。2013年，宾夕法尼亚大学不在续聘卡里科，正好她也希望进入到mRNA领域。于是她加入了BioNTech公司，并担任公司的副总裁。彼时卡里科的同事认为她是因为不合格而被解聘的，也嘲笑BioNTech是一家连自己网站还没有的小公司。卡里科在BioNTech担任高级副总裁一职。进入公司后，卡里科继续他的研究，以改进mRNA 技术。如保护mRNA分子，使其能保存更长时间，因为mRNA很不稳定，通常情况下需要超低温下才能保存下来。2015 年，卡里科发现用脂质纳米颗粒包裹它们，可防止它们过快降解并促进它们进入细胞。2017年，她同BioNTech以及宾夕法尼亚大学的科学家发现，mRNA疫苗在小鼠和猴子身上可以保护它们免受寨卡病毒侵袭，而当时寨卡病毒当时在南美肆虐。她当时人在德国，而她的丈夫在美国，她向她的丈夫说，“只有当人们开始使用mRNA疫苗了，我才会回去”。此后mRNA真的开始在人体进行试验，有7-8个mRNA疫苗的试验项目在开展，但没有一个mRNA疫苗成功获批上市，人们不太相信这个技术能发挥很大的价值。没想到2019年年底新冠肺炎来袭，改变了这一切，并且让mRNA技术大放异彩。2020年4月，《纽约时报》长篇幅介绍了这位籍籍无名的女科学家，尽管该报发表时，mRNA新冠疫苗还正在开展临床试验，还只是一款有潜力的新冠疫苗，然而随着mRNA新冠疫苗在临床上的结果越来越好，越来越多的人关注到了mRNA技术以及它的最早发明人。当然，如何将mRNA技术从一个有潜力的技术变成救命的良方，涉及方方面面的基础研究工作，如如何让RNA在体内表达蛋白，以及如何通过向体内注射mRNA获得目标蛋白，进而能对免疫系统进行抑制。前人也做了很多基础性的工作，对这个领域的贡献并非只有卡里科和魏斯曼。卡里科是一个工作狂，工作日每天早上6点开始工作，有时她还会睡在办公室里，双休日以及节假日有时候也会去工作。“在外界看来，我是一个疯狂、拼命的人，但是我在实验室很快乐”。至于这么多年来，当卡里科遇到困境时，如何坚持下来。在一次视频访谈中，她表示，“我16岁的时候，生物老师告诉我一个道理，当我们身处在无压力的环境中，可能会无所事事，然而当我们在压力之中时，就必须要做出相应的决策，唯有这样才能改变自己不利的局面”，卡里科表示。实际上，这也是让她不轻易妥协以及在经历种种困境时仍在坚持，想办法走出困境。她还举例到，“当我的数据不好，申请基金很困难的时候，我觉得也许我需要补充更多的实验，从而让他们能够理解我做的工作。尽管我不能改变环境，但是我能够改变我自己。”mRNA 技术大热让卡里科和魏斯曼成为热门的诺奖人选。此前罗西在媒体采访时表示，卡里科和魏斯曼应该获诺贝尔奖，“如果有一天谁让我推荐诺贝尔奖推荐人选的话，我会推荐他们，因为这是一个将基础科学研究推向临床并挽救了整个世界的故事”。Moderna联合创始人Chien也表示，“包括 Moderna 在内的所有mRNA 公司都归功于卡里科和魏斯曼的原创工作。如果没有他们的发现，RNA疫苗将不会像现在这样先进。”据卡里科介绍，同样的预言也出自她妈妈的口中。数十年前，“当我还是一名年轻的科学家，还在匈牙利时，我妈妈告诉我，有一天我会获得诺贝尔奖”。当时她回答道，如果连奖学金、大学的固定职位都拿不到，这无异于天方夜谭。注：本文对卡里科的访谈内容分别来自STAT、New York Times、Business Insider、Wired、FT等文章。1.https://mujeresconciencia.com/2021/01/21/katalin-kariko-la-bioquimica-que-entendio-como-utilizar-el-arn-mensajero-para-curarnos-e-inmunizarnos/2.https://u-szeged.hu/news-and-events/2021/katalin-kariko-an-alumna3.https://www.wired.co.uk/article/mrna-vaccine-revolution-katalin-kariko4.https://www.nytimes.com/2021/04/08/health/coronavirus-mrna-kariko.html5.https://edition.cnn.com/2020/12/16/us/katalin-kariko-covid-19-vaccine-scientist-trnd/index.html6.https://en.wikipedia.org/wiki/Katalin_Karik%C3%B3
