3月に新型コロナウイルスに関するエッセイ第25話を配信した折、「感染を避けながら、経済と医療体制をキープし、重症化患者数を少なく抑えながら，ワクチンができるのを待つしかない」と書いた。それから9か月、ようやく、そのワクチンができたようである。ワクチンにはいろんなタイプのものがあるが、この項で紹介するのは、これまでになかったタイプのワクチンで、メッセンジャーRNAワクチン (mRNAワクチン) という。私もそうだが、RNA研究者の読者には、力強く、響くワクチンではなかろうか。厚労省では、米国のFDAが最近承認したファイザー社とモデルナ社の「mRNAワクチン」数千万人分の購入を予約したとのことであるので、明春からは投与を受けることができるようであり、大いに期待している。老生はこのほど、ついに80歳の大台に達したので、医療現場の医師・看護士の皆さんに続き、高齢者の優先的待遇で、投与してもらえそうなので、楽しみにしている。
さて、そのmRNAワクチンはーーーこれまでになかった新しい原理のワクチンだがーーー、その背景にあるサイエンスはしっかりしていて、効果のほどもNature誌やNEJM誌に発表されている臨床データを見る限り素晴らしいので、全く疑いを持たない。
今後、副作用や効果の持続期間など、多くの人で検証しなければならないところは多々あるであろうが、ーーー人は皆同じではないことや、医薬品開発にはどうしても付きまとう問題でもあり―――「多少の副作用は仕方のない」ところであろう。米国政府は、爆発的に増加している感染拡大を抑え、多くの国民の命と、経済を守るために、従来の基準を超えてまでも、この新型mRNAワクチンの製造・販売を許可したようであるが、やむを得ないことであり、大英断であると思う。一方、ひるがえってこんな時、我が国では、行政やマスコミやーーー学会や世論はーーー、そのような、国民の命を守るための重要な選択を前に、大胆な判断が下せるかどうかについて問うてみるのだが、これには、はなはだ、ネガティブな疑問が残る。
それはさておき、今回の新しいワクチンについて、興味をそそるのは、mRNAワクチンの中身と、それをどうやって作るに至ったか、それから、どうやって大量製造するのかであり、そのことについて述べたい。とりわけ、ファイザー社とモデルナ社のワクチンは、両方とも、老生の若い折の発見であるキャップ構造を5'末端に付けた構造になっているのだが、これは難しいハードルであったと思われる。実験的にはともかく、何億人分かのワクチンの需要にこたえるためーーーmRNAの大量調製や、キャッピング反応をーーー技術的にどのようにクリアするのか、大いに興味をひかれるところである。
mRNAワクチンとは
ワクチンは、従来、抗原となる不活化ウイルスや弱体化ウイルスを投与したりしてきた。あるいは遺伝子工学的に作った組み換えタンパクワクチンを、免疫補助剤であるアルミニューム塩・アジュバントでくるんだ「ウイルスもどき」を投与する方法もある。今年、早くから、国威をかけて宣伝されているシノバック (中国) やスプートニクV (ロシア) というワクチンはこのタイプであり、ウイルスの表面に突き出ているスパイク蛋白を、遺伝子組み換え技術によって作る。日本では、塩野義製薬が昆虫ウイルスを使って作ったスパイク蛋白の組み換えワクチンの第1/2相臨床試験を行っている。このほか、英国ではアストラゼネカ社がオックスフォード大と共同して、コロナウイルスのRNA遺伝子をDNAに替えて、スパイク蛋白をコードする遺伝子領域を、サルのアデノウイルスのような、人への病原性のないウイルスへ組み込んだ形のワクチンを開発中であるという。しかし、mRNAワクチンの方が先にできたことから、英国政府はファイザー社のmRNAワクチンを輸入して国民へ緊急投与すること決断し、今月から投与が開始された。
mRNAワクチンは、従来のワクチンとは形態が全く異なるものであり、RNA研究者の読者にとっては大いに興味のあるところであろう。mRNAワクチンは、ウイルスのスパイク蛋白を作るmRNAを脂肪微粒子(LNP：Lipid nanoparticle) でくるんだ懸濁液の形態をとる。そして、その脂肪微粒子が細胞の中へ取り込まれると、mRNAは細胞質中の蛋白合成工場で読み取られてスパイク蛋白を作る。スパイク蛋白は、あらかじめ細胞表面に配置されるようにデザインしてあるので、細胞表面に現われて、あたかも、ウイルスが感染したような細胞――つまり抗原提示細胞――をつくるのである。そこへ、体内を巡回している種々の免疫細胞がやってきて、それらの細胞を察知して、スパイク蛋白と結合して、細胞を排除する自然免疫と、抗体を作る獲得免疫の両方向に働き、真にウイルスが感染した場合にそなえた臨戦態勢をとるのである。
驚異的なmRNAワクチンの開発スピード
そのようなmRNAワクチンを作るには、まず最初に、正確なウイルス遺伝子の配列情報を知っていなければならない。これまで、何度も襲ってきたコロナウイルスのSARSやMERSウイルスの研究から、スパイク蛋白の遺伝子上の位置などは推定できたが、正確な塩基配列はわかってなかった。しかし、今年1月10日に中国から、武漢ウイルスのRNA塩基配列がCell誌に発表され、新型コロナウイルスへのmRNAワクチンの開発研究が始まった。武漢で、人から人へ感染するウイルスが出現したことが報告されたのが、わずか数週間前であるから、中国のウイルス学と分子生物学の力量には感心させられる。Cell誌も、事態の重要性に鑑み、破格の迅速発表を許したのであろうーーーこの判断も素晴らしい。
さて、その塩基配列をもとに、ファイザー (米国)・ビオンテック (独) 連合チームと米国のベンチャーであるモデルナ社の研究者たちがmRNAワクチンの開発を始めた。この両方のグループは、ほぼ同様のアイデアで開発研究を進め、45日後には、臨床試験に供する量の被検ワクチンを作成し、第1相試験を開始しているから驚きである145。それからあとは、これらのワクチンに対する報道が、かまびすしくなり、PCR診断に加えて、毎日ワクチンの話を聞かぬ日はなくなってしまった。そして、この項を書いている12月には、ワクチンがウイルスの同定からほぼ1年間で、臨床試験を終え、FDAなどから製造・販売の認可を受け、英国や米国ではついに投与がはじまっているから驚きだーーーワープスピードと、トランプが言っているらしいが、もっともである。従来のワクチンン開発の常識からすれば、インフルエンザ・ワクチンの場合、5～6年はかかるところが、コロナの場合、1年未満でできるようになったのであるから、RNA技術の進歩は素晴らしい。
これまで人類は、直近の半世紀の間にも、「ラッサ」、「エボラ出血熱」、「エイズ」、「SARS」など40種類もの新興感染症によるパンデミックに脅かされてきたのであるが146、mRNAワクチン技術は、今後、人類が未知の病原体と出会う時、強力な武器となって、迅速に対処できるようになると思われる。さて、そのmRNAワクチンはどのようにして、開発されたのであろうか？ここでは、その内容を探ってみよう。
mRNAワクチンはこれまでの貴重なRNA科学の集積である
mRNAワクチンの主成分は端的に示せば以下のような構造のmRNAである。
Cap----5'UTR----スパイク蛋白コーディング 配列-----3'UTR ----PolyA
以上のような構造のmRNAを大量につくる技術は、
① スパイク蛋白の配列と転写プロモーターやポリAを含むプラスミドDNAを調製し、直鎖状にする。
② T7ポリメラーゼでこのDNAを転写しRNAをつくる。
③ その際、5'末端にキャップがなければならないので付加する。 (工業的には、合成したキャップm7GpppAmpGを転写反応中にプライマ―として加え、酵素的にキャップを加える煩瑣を避けているとおもわれる (――老生の予想))。
④ m7GpppAmpGは合成するのが難しい化合物であるが、TriLinkという米国の新興ベンチャーがこのオリゴの合成を可能にした。この結果、ほとんどのmRNAはキャップで始めることができるようになった (――老生はこれにも感心)。ファイザー・ワクチンには、m7Gのリボースの3'-OHへmethyl 基を加えたキャップm27,3'GpppAmpG (TriLink) が付いている記載があるが147、その作り方は？ 通常のキャップ、m7GpppAmpGとの違いはどうなのであろうか？ (疑問と好奇心)
⑤ RNAの合成中、UTPに替えてN1-methyl-pseudo-uridine (N1mΨ) (図1) あるいはpseudo-uridineのトリリン酸体を使い、RNAの全てのUをN1mΨ (あるいはΨ) に変えた。このことにより、ワクチンRNAが自然免疫を回避し、in vivoタンパク合成を増進することを容易にしている (――老生はこれにも感心)。
図1. Uridine、Pseudouridine、N1-methyl-pseudo-uridine の構造式
⑥ スパイク蛋白は3個がつながってできるようにtrimerとして組み込んだ (――よくやったなあと、老生は感心)。ただ、このことは、相同リピート配列をmRNA分子内へ作ることになるので、予期せぬタンパクを作る危険性がある。
⑦ 蛋白合成の際に、抗原性の高いスパイク蛋白が合成され易いように、ウイルス固有のコドンをヒト細胞がよく使うコドンに変更した。多分、蛋白合成の開始点も、Kozakルールに従った最適配列を選んでいると思われる。
⑧ 5'UTR や3'UTR (蛋白合成の際の非コーディング領域) には、ｍRNAを安定化する配列を選んでいる。
⑨ 要するに、RNAの合成や、タンパク質合成のために重要な発見や、免疫学的な考察など、過去数十年の生物科学の成果をRNA分子の上に大胆に盛り込んでいるのである。
―――などであり、これまでに知られているRNA科学の重要な発見を、丁寧に、mRNA分子 (4,200 bp 超の塩基配列) の上に集積して、スパイク蛋白の合成を容易にしているのである。このようなmRNAを、約20倍量の、4種類の (カチオニック脂質を含む) 脂質からなる混合液と混ぜて、mRNA/LNP複合体を作らせ、筋肉注射剤として使える製剤にするのである。製剤化に関しては、製造過程や懸濁液の安定化は企業の重要なノウハウ (Know-How) 技術になっているので、老生の理解の及ぶところではないが、ファイザー・ワクチンがマイナス70℃を必要とし、モデルナ・ワクチンがマイナス20℃でよいというのは、保存における製剤の安定性―――主に脂質混合物の安定性が関係していると思われる。
他人事ではあるが、多くの人へ投与するのに、一体どのくらいの量のmRNAを作らねばならないのかが心配になって計算してみた。すると、mRNA/LNPの一回の注射量が、100 μg 程度とすれば、1億回分の投与には、おおよそ500 gから1 KgのmRNAが必要だから、大変な量が必要になる。実際にこれらの量のmRNAを“製造”するのは、ファイザー社のRNAはTriLink社で、モデルナ社のRNAは、スイスのロンザ社だそうであるが、技術移転して、世界のどこででも作れる簡単な代物ではなさそうである。
mRNAワクチン以前に準備されていたRNA基礎研究
先の項で述べたワクチンの製造方法は、武漢ウイルスが発見されてから直ちに発明された訳ではない。その前から、コロナmRNAワクチンを目的としない、基礎研究の蓄積があったことに触れておかねばならない。2016年頃から、ペンシルバニア大学のDrew Weissman博士の研究室では、BioNtec RNA Pharmaceuticals (独) の研究者と、細胞外から加えたmRNAの蛋白合成について研究していた。加えるmRNAに関して、メチル化など化学修飾した塩基を含むmRNAの蛋白合成能力について調べていたのだが、その結果、先の⑤で示したような、Pseudo-uridineを含むmRNAは細胞内へ導入しても、自然免疫に基づくeIF2のリン酸化などによる、蛋白合成の停止を誘導しないことを発見していた148。この発見が、コロナウイルスのRNAワクチンへの応用へ、すぐにも、結びつく訳ではないが、彼らはZikaウイルスのmRNAワクチンを作る応用研究へ乗り出した。その結果、原理的に①～⑨に至る項目の大体の技術を、Zikaウイルスの表面抗原であるGlycoproteinを生み出すmRNAへ組み上げていた。
Zikaウイルスは蚊が媒介するRNAウイルスで、妊婦が感染すると小頭症の赤ちゃんが生まれることで、数年前に、日本でも話題になったウイルスである。成人では、ギランバレー症候群の原因となり、末梢神経が障害され、脱力・しびれ・痛みが生じるなどの疾患を伴う神経病の原因となる。彼らの研究成果は、Zikaワクチンへ向けて、Nature (2017)149やJEM (2018)150に発表されたがこれらの感染症へのワクチン開発は、まだ達成されていない。モデルナ社でも、創業以来、これらの情報をインフルエンザ・ワクチンの開発に応用しようとしていた (――これもまた、コロナウイルスが優先され、まだ達成されていない)。
そこへ、2020年に入っての武漢新型コロナウイルスの出現があり、世界的なパンデミックが出来した。蓄積されたmRNAワクチン技術が、大活躍しそうな出番がやってきたのである。まさに、備えあれば憂いなしである―――、ファイザー・BioNtec RNA Pharmaceuticals連合チームも、モデルナ社も、特に後者は、トランプ政権の強力な後押しもあり、mRNAワクチンの開発は驚異的な速さで進められた。
あとがき
mRNAワクチンの発明は、医薬品開発の歴史の中で画期的な出来事となろう。そこへ、日本から参加や競争がないことがいかにも悔しい。ただひとつ、筆者の慰めとなっているは、世界に先駆けて、45年前に、三浦謹一郎先生と一緒に発見したキャップ構造 (しかも、塩基配列もコロナと同じm7GpppAmpG) がmRNAワクチンに不可欠な構造であり、これが“日本発”であることの認識である。このエッセイシリーズの第21話「45年前の野球帽」で紹介した論文 (5'-Terminal structure and mRNA stability. Nature (1976)37 )で、キャップ中のm7Gの重要性を紹介したが、それが、十分に活かされていると感じられることである。
今回脚光を浴びているモデルナ社は、優秀なRNA研究者を集めて起業し、たかだか3年前に株式上場したベンチャーであるが、現在の企業評価額はーーーコロナワクチンという魅力的な商品と今後の活躍を期待されて―――時価相場6兆円 (582億ドル) までになったそうである、そして、この先さらに、その資産評価は増大すると思われる。以前、第11話で「一品目の新薬から3.4兆円評価の製薬会社への躍進」したアクテリオン社について紹介したが、モデルナ社の場合は、それを超える、超大ホームランになり、桁違いのドラマとなった。おそらく、モデルナ社の研究者は、短期間のうちに、漏れなく、億万長者になることと思われる。
さあ、そうなると―――去るもよし、残るもよしーーー、もし、若い研究者が、基礎研究へチャレンジしたいのであれば、いっとき仲間と一緒に稼いだお金で「余生を、好きな研究で過ごして、発見を追う」という夢のような人生も可能になるであろう。そんな例は、RNAiを基盤とした創薬で成功したアルナイラム社の優秀な研究者が一仕事終えた後に見られたが、モデルナ社でもそんなことが起こるかもしれない。これは決して悪い話ではないーーー老生は、未開拓の分野が広がるRNAの分野は、研究者への期待が大きく、前途は明るいと、激励しているのである。
―――永く生きていると、面白いことがおこる。ここまでの最終原稿を編集担当の甲斐田先生へメールで送ってから、ファイザーワクチンのmRNAキャッピングが気になって、参考文献Ugur Sahin et al. Nature (2020)147を読み直してみた。この論文は臨床効果や免疫学的なことには詳しいが、mRNAの作り方には淡白だ。疑問はまだ残ったので責任・著者に質問を送って尋ねることにした。そこで、Responsible authorと思われる人を探すと、42人の著者のうち、トップauthorのSahin氏がその人であるらしい―――ふつうはLast authorが責任著者であることが多いのでーーー「変わっているな」と、チラリ思ったが、かまわず、Dear Dr. Sahin宛で質問メールを送った。もちろん、自己紹介をしてから端的に4点ほどの質問を送ったのだが―――送りながら、Ugurなんて変わった名前だなー――「アラビア系かな」など頭の隅に思いながらメールを発信した。それから、1日たって、町へ出て、産経新聞を買って読んでみるとUgur Sahin氏の記事が写真入りで出ている。なんと、Sahin氏は、コロナmRNA ワクチンで世界的に有名になったドイツのバイオ企業ビオンテック社のCEO (最高経営責任者) だったのである。奥さんも紹介されていて、二人はドイツの (トルコ系) 移民科学者夫妻であるとのことで、メルケル首相も二人と対談して「わが国にこんな研究者がいるのはすばらしい」と讃えたそうである。ちなみに、奥さんのOzlem Tureciさんは、先のNature論文をあらためて見てみると、老生も納得の、Last authorであった。
さて、この項の最後で、お金のことについて触れたが、Sahin氏の推定資産額は、ビオンテック社の株価の上昇により、約5250億円になっているそうである。それだけあれば、基礎研究はおろか、慈善事業もタップリできるに違いない。そのようなことで、私からの、mRNAキャッピングに関する質問メールは、忙しいCEOであって、ドイツの“時の人”へ行ってしまっている。さて、いつ、どのような、返事が返ってくるのか、とても楽しみである。皆さんへは、第２９話で、その結末をお伝えしたく思っている。
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