Katalin Karikó: la scienziata declassata che vinse il Nobel

Nel 1985 l’Ungheria aveva un governo comunista. Il governo limitava rigidamente la somma di denaro che i cittadini potevano portare all’estero. Katalin Karikó ha raccontato che la famiglia poté partire con soli 100 dollari. Karikó e il marito, Béla Francia, vendettero l’auto al mercato nero. Karikó nascose il denaro nell’orsacchiotto della figlia, Susan, perché i funzionari di frontiera non lo trovassero. I racconti parlano di circa 1200 dollari. La famiglia raggiunse gli Stati Uniti con biglietti di sola andata. A Filadelfia, Karikó iniziò a lavorare alla Temple University.

Alla Temple University, Katalin Karikó lavorava come ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Robert Suhadolnik. Nel 1988 Karikó accettò un’offerta di lavoro altrove, e questo irritò Suhadolnik, come ha raccontato poi Karikó. Il giornalista Gregory Zuckerman descrisse la vicenda nel suo libro del 2021, «A Shot to Save the World». La CNBC riferì che, secondo Zuckerman, Suhadolnik aveva detto alle autorità dell’immigrazione che Karikó viveva illegalmente nel Paese. Karikó prese un avvocato per opporsi all’espulsione, e a causa della battaglia legale il nuovo datore di lavoro ritirò l’offerta. Wired riferì, in base al racconto della stessa Karikó, che il suo capo aveva cercato di farla espellere. Karikó passò quindi alla Uniformed Services University of the Health Sciences, a Bethesda, nel Maryland.

La facoltà di medicina dell’Università della Pennsylvania (Penn) oggi si chiama Perelman School of Medicine. Nelle facoltà di medicina statunitensi, i ricercatori non di ruolo di solito finanziano le proprie ricerche con i fondi dei bandi. Chi resta senza fondi rischia di perdere lo spazio in laboratorio. Il posto di Katalin Karikó alla Penn non era di ruolo. Il cardiologo Elliot Barnathan pagava lo stipendio di Karikó con i propri fondi, quindi il lavoro dipendeva da quei soldi. Karikó e Barnathan cercarono di usare l’mRNA per far produrre nuove proteine alle cellule. All’epoca molti scienziati non credevano che l’mRNA potesse diventare un farmaco.

Intorno al 1990, l’mRNA era una molecola difficile da usare come farmaco. L’mRNA di laboratorio era instabile e difficile da portare dentro le cellule. L’mRNA di laboratorio provocava anche forti reazioni infiammatorie. Per questo l’entusiasmo scientifico per i farmaci a mRNA era limitato. I finanziatori respinsero molte richieste di fondi di Katalin Karikó. Il Comitato Nobel sottolineò in seguito la difficoltà di Karikó nel convincere i finanziatori dell’importanza del progetto. Alla Penn, la mancanza di fondi indebolì la posizione di Karikó, perché lo stipendio e lo spazio di laboratorio dipendevano da denaro esterno.

Nelle università statunitensi, i posti di ricerca non di ruolo dipendono dai fondi dei bandi. Nel 1995 Katalin Karikó non aveva fondi per il proprio lavoro. La Penn mise Karikó davanti a una scelta: lasciare l’università o accettare un declassamento. Più o meno nello stesso periodo, a Karikó fu diagnosticato un cancro. Un problema di visto trattenne inoltre il marito, Béla Francia, in Ungheria. Karikó accettò il declassamento. Il declassamento pose fine alle possibilità di Karikó di diventare professoressa ordinaria. La decisione permise però a Karikó di continuare la ricerca sull’mRNA.

Alla Penn, un ricercatore senza fondi dipendeva da scienziati più anziani per avere spazio in laboratorio. Katalin Karikó aveva lavorato nel laboratorio del cardiologo Elliot Barnathan. Barnathan lasciò poi la Penn per un’azienda biotecnologica. David Langer, specializzando in neurochirurgia, aveva lavorato con Karikó nel laboratorio di Barnathan. Langer convinse il direttore di neurochirurgia ad accogliere Karikó nel dipartimento. Il dipartimento diede a Karikó un laboratorio e uno stipendio. Karikó e Langer cercarono allora di usare l’mRNA per aiutare i pazienti dopo un intervento al cervello. L’idea era far produrre ai vasi sanguigni ossido nitrico, una sostanza che dilata i vasi.

Drew Weissman è medico e immunologo. Nel 1997 Weissman arrivò alla Penn dai National Institutes of Health (NIH) statunitensi, dove aveva lavorato nel laboratorio di Anthony Fauci. Weissman voleva sviluppare un vaccino contro l’HIV. Negli anni Novanta gli scienziati leggevano ancora quasi tutte le riviste su carta. I ricercatori leggevano i nuovi articoli fotocopiandoli dalle riviste stampate in biblioteca o in dipartimento. Katalin Karikó conobbe Weissman davanti a una fotocopiatrice del dipartimento, alla Penn. Il loro primo progetto comune usava l’mRNA per portare una parte dell’HIV nelle cellule immunitarie.

Le cellule dendritiche sono cellule immunitarie che sorvegliano l’arrivo di invasori e avviano le risposte immunitarie. Sono importanti per i vaccini. Katalin Karikó e Drew Weissman scoprirono che le cellule dendritiche riconoscevano l’mRNA di laboratorio come estraneo. Le cellule rilasciavano allora molecole di segnalazione infiammatorie. L’RNA di mammifero, proveniente dall’interno delle cellule, non provocava la stessa reazione. Karikó provò a modificare altre parti strutturali dell’mRNA: il cappuccio all’inizio della molecola e la coda alla fine. Queste modifiche non fermarono l’infiammazione. L’infiammazione indesiderata era uno dei principali ostacoli per i farmaci a mRNA, scrisse in seguito il Comitato Nobel.

L’RNA è formato da quattro lettere chimiche, chiamate nucleosidi. Nelle cellule, alcune di queste lettere sono modificate chimicamente. L’RNA delle cellule di mammifero contiene molte lettere modificate, mentre l’mRNA di laboratorio non ne contiene nessuna. L’RNA di trasferimento, o tRNA, aiuta le cellule a costruire le proteine e contiene molte lettere modificate di questo tipo. Katalin Karikó e Drew Weissman produssero mRNA con lettere modificate, tra cui la pseudouridina, una forma modificata della lettera uridina. L’mRNA modificato non causava quasi più infiammazione. Karikó e Weissman individuarono anche due sensori immunitari, i recettori Toll-like 7 e 8, che reagivano all’RNA non modificato.

Katalin Karikó e Drew Weissman inviarono il loro articolo prima alla rivista Nature. Nature lo restituì senza mandarlo in revisione. Karikó ha poi ricordato che la risposta definiva il lavoro «incrementale». Karikó ha raccontato di aver dovuto cercare la parola sul dizionario. Secondo Weissman, anche Science e Cell rifiutarono di valutare l’articolo. L’articolo uscì sulla rivista Immunity nell’agosto 2005. Il titolo conteneva l’espressione «the impact of nucleoside modification» (l’effetto della modificazione dei nucleosidi).

Dopo l’uscita dell’articolo su Immunity, Drew Weissman disse a Katalin Karikó che il telefono avrebbe squillato per gli inviti a tenere conferenze. Non successe nulla, hanno raccontato Karikó e Weissman. Secondo Weissman, i due scienziati parlarono con aziende farmaceutiche e investitori di venture capital, ma nessuno si interessò. L’articolo del 2005 mostrava che l’mRNA modificato causava molta meno infiammazione nelle cellule immunitarie. Karikó e Weissman continuarono a lavorare sul metodo. I due scienziati si impegnarono a eliminare le impurità dal loro mRNA.

Di solito un’università è titolare dei brevetti sulle scoperte del proprio personale. La Penn era titolare dei brevetti sul lavoro di Katalin Karikó e Drew Weissman con l’mRNA modificato. Nel 2006 Karikó e Weissman fondarono un’azienda, RNARx, per sviluppare l’mRNA modificato come farmaco. RNARx chiese un finanziamento al programma Small Business Technology Transfer dei National Institutes of Health (NIH) statunitensi. Il programma finanzia piccole aziende che fanno ricerca in collaborazione con un’università. RNARx propose di usare l’mRNA modificato per produrre eritropoietina negli animali. L’eritropoietina è un ormone che aumenta il numero dei globuli rossi.

Un farmaco a mRNA utile deve far produrre al corpo abbastanza proteine. L’mRNA di laboratorio non modificato ne produceva solo piccole quantità. Nel 2008 Katalin Karikó, Drew Weissman e alcuni colleghi pubblicarono uno studio sulla rivista Molecular Therapy. Lo studio mostrava che l’mRNA contenente pseudouridina produceva molte più proteine dell’mRNA normale. I ricercatori testarono l’mRNA su cellule e su topi. L’mRNA modificato era anche più stabile e attivava meno il sistema immunitario. Il Comitato Nobel indicò in seguito questo aumento della produzione di proteine come un passo chiave verso i vaccini a mRNA.

Susan Francia è nata in Ungheria. Francia arrivò negli Stati Uniti con i genitori all’età di due anni. La madre di Francia è la biochimica Katalin Karikó. Francia studiò all’Università della Pennsylvania e remò per la squadra dell’università. La gara dell’otto femminile ai Giochi olimpici del 2008 si svolse su un campo di regata a Shunyi, vicino a Pechino. Ai Giochi, Francia remò nell’otto femminile degli Stati Uniti. L’equipaggio vinse la finale e la medaglia d’oro.

Una licenza dà a un’azienda il diritto di usare un’invenzione brevettata, di solito in cambio di compensi e royalty. La Penn era titolare dei brevetti sull’mRNA modificato, quindi RNARx aveva bisogno di una licenza della Penn. Katalin Karikó e Drew Weissman non ottennero la licenza per la loro azienda, secondo i due scienziati e il giornalista Gregory Zuckerman. La Penn concesse una licenza esclusiva a mRNA RiboTherapeutics, un’azienda di Madison, nel Wisconsin. mRNA RiboTherapeutics concesse poi un’ulteriore licenza, detta sublicenza, a una società collegata, Cellscript.

Derrick Rossi era un biologo delle cellule staminali alla Harvard University. Rossi voleva trasformare cellule adulte in cellule staminali usando l’mRNA. L’mRNA normale provocava una risposta antivirale nelle cellule. Il laboratorio di Rossi usò mRNA modificato, sulla base del lavoro di Katalin Karikó e Drew Weissman, per evitare questa risposta. Nel 2010 Rossi, Kenneth Chien e Robert Langer fondarono un’azienda per sviluppare il metodo, con il sostegno di Flagship Ventures. L’azienda fu chiamata Moderna. Il nome è un gioco di parole tra «modified» (modificato) e «RNA».

Il 21 marzo 2013 AstraZeneca si impegnò a pagare a Moderna 240 milioni di dollari in anticipo per sviluppare farmaci a mRNA. Moderna poteva ricevere altri 180 milioni di dollari al raggiungimento di tre obiettivi tecnici. Katalin Karikó ha raccontato che l’accordo fu uno dei motivi per cui lasciò la ricerca universitaria. La Penn rifiutò di restituire a Karikó il precedente posto da docente. Karikó ha raccontato di essere stata costretta al pensionamento dalla Penn. Karikó mantenne alla Penn un titolo di professoressa aggiunta ed entrò in BioNTech, a Magonza, in Germania. All’epoca BioNTech lavorava soprattutto su terapie contro il cancro. Karikó iniziò in BioNTech come vicepresidente.

Nel febbraio 2017 la rivista Nature pubblicò uno studio di Norbert Pardi, Drew Weissman e colleghi su un vaccino contro Zika. Lo studio riferiva che una sola dose bassa di mRNA modificato, racchiuso in nanoparticelle lipidiche, aveva protetto topi e scimmie dal virus Zika. Katalin Karikó presentò Weissman a Uğur Şahin, amministratore delegato di BioNTech, hanno raccontato i due scienziati. BioNTech iniziò quindi a finanziare il laboratorio di Weissman alla Penn, e nel 2018 BioNTech e la Penn firmarono un accordo di ricerca formale.

Una sublicenza trasferisce diritti che un’azienda detiene a sua volta in base a una licenza. Cellscript concesse in sublicenza i brevetti sull’mRNA modificato a Moderna con effetto dal 26 giugno 2017. Cellscript e mRNA RiboTherapeutics concessero diritti a BioNTech con effetto dal 14 luglio 2017. Entrambe le sublicenze erano non esclusive, quindi anche altre aziende potevano ottenere diritti. Gli accordi diventarono pubblici attraverso documenti depositati presso la SEC, l’autorità statunitense di vigilanza sulla Borsa. Le sublicenze diedero diritti che le due aziende usarono tre anni dopo per i loro vaccini contro il Covid.

L’11 gennaio 2020 il virologo Edward Holmes pubblicò il genoma del nuovo coronavirus sul sito Virological. Holmes, virologo dell’Università di Sydney, lo pubblicò per conto di un consorzio guidato da Zhang Yongzhen, dell’Università Fudan di Shanghai. Con il genoma, i produttori di vaccini potevano progettare un mRNA che codificasse una proteina del virus. Il consorzio depositò la sequenza anche in GenBank, una banca dati genetica pubblica.

L’11 marzo 2020 il governo degli Stati Uniti vietò l’ingresso alla maggior parte dei viaggiatori stranieri che erano stati nell’area Schengen. La restrizione entrò in vigore alle 23:59, ora della costa orientale, del 13 marzo. Il divieto non riguardava i cittadini statunitensi, i residenti permanenti e i loro familiari stretti. Il 13 marzo il presidente Donald Trump dichiarò l’emergenza nazionale per il Covid-19. Katalin Karikó aveva lavorato per anni a Magonza, mentre la famiglia viveva in Pennsylvania. Karikó ha raccontato di essere tornata negli Stati Uniti il 13 marzo, giorno del compleanno del marito.

BioNTech era un’azienda con sede a Magonza, in Germania. Pfizer era una grande casa farmaceutica con sede a New York. Uğur Şahin, cofondatore di BioNTech, ne era l’amministratore delegato. A fine gennaio BioNTech aveva avviato un proprio programma per un vaccino contro il Covid, Project Lightspeed. Le due aziende collaboravano dal 2018 su vaccini antinfluenzali a mRNA. Il 17 marzo 2020 le aziende firmarono una lettera d’intenti, un primo accordo scritto per lavorare insieme al vaccino, con il nome in codice BNT162. Il lavoro iniziò subito, negli Stati Uniti e in Germania. Le condizioni finanziarie erano ancora da definire.

Pfizer e BioNTech confrontarono il vaccino con un placebo in una grande sperimentazione di fase 3. La sperimentazione aveva arruolato circa 43.500 partecipanti. Katalin Karikó ha raccontato che Uğur Şahin, amministratore delegato di BioNTech, la chiamò con i primi risultati domenica 8 novembre 2020. Nella prima analisi, che le aziende annunciarono il giorno dopo, il vaccino mostrò un’efficacia superiore al 90% contro il Covid-19. Karikó festeggiò mangiando Goobers, arachidi ricoperte di cioccolato.

La Medicines and Healthcare products Regulatory Agency, o MHRA, regola i farmaci nel Regno Unito. La MHRA esaminò i dati della sperimentazione per fasi, man mano che arrivavano. Il governo chiese alla MHRA di valutare il vaccino in base alla Regulation 174 delle Human Medicines Regulations. Questa norma consente la fornitura temporanea di un farmaco per rispondere a un’esigenza di salute pubblica. Il vaccino doveva essere conservato a temperature molto basse. Il governo britannico presentò il Paese come il primo del mondo occidentale ad autorizzare un vaccino contro il Covid. Pfizer e BioNTech definirono la decisione la prima autorizzazione al mondo.

Margaret Keenan ricevette l’iniezione alle 6:31 allo University Hospital di Coventry. A fare l’iniezione fu l’infermiera caposala May Parsons. Keenan aveva 90 anni e ne compì 91 la settimana successiva. Quel giorno iniziò la campagna di vaccinazione di massa del Regno Unito. Il vaccino Pfizer-BioNTech non usa la pseudouridina vera e propria. Usa una lettera modificata affine, la N1-metilpseudouridina, che studi successivi hanno trovato ancora più efficace. I ricercatori descrivono questo approccio come uno sviluppo diretto del lavoro di Katalin Karikó e Drew Weissman.

Katalin Karikó e Drew Weissman erano i due scienziati dietro l’mRNA modificato. Venerdì 18 dicembre 2020 i due scienziati ricevettero insieme alla Penn la prima dose del vaccino Pfizer-BioNTech. Penn Medicine pubblicò la notizia il 23 dicembre. La Penn diffuse anche video e foto dei due scienziati durante le iniezioni. All’epoca Karikó aveva un incarico di professoressa aggiunta alla Penn ed era vicepresidente senior di BioNTech. Weissman era professore di malattie infettive alla facoltà di medicina della Penn. Nel suo libro di memorie del 2023, Karikó ricordò un’ovazione nel corridoio.

L’Assemblea Nobel del Karolinska Institutet di Stoccolma assegna il premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina. La telefonata raggiunse la casa di Katalin Karikó, vicino a Filadelfia, prima delle 4 del mattino, ora locale. A chiamare era Thomas Perlmann, segretario dell’Assemblea. Il marito di Karikó, Béla Francia, rispose e passò il telefono a Karikó. Il Comitato Nobel non riusciva a raggiungere Drew Weissman, così Karikó diede a Perlmann il numero di Weissman. Karikó e Weissman attesero poi l’annuncio pubblico da Stoccolma. Il premio riconobbe le scoperte sui cambiamenti alle lettere chimiche dell’mRNA. Quei cambiamenti resero possibili vaccini a mRNA efficaci contro il Covid-19.

Il 10 dicembre 2023 il re Carlo XVI Gustavo di Svezia consegnò i premi Nobel nella Sala dei concerti di Stoccolma. Gunilla Karlsson Hedestam, presidente del Comitato Nobel per la Fisiologia o la Medicina, presentò Katalin Karikó e Drew Weissman. Karikó e Weissman ricevettero poi i premi dalle mani del re. L’Organizzazione mondiale della sanità riferì che entro giugno 2023 nel mondo erano state somministrate oltre 13 miliardi di dosi di vaccino contro il Covid-19. Quelle dosi comprendevano vaccini a mRNA e vaccini di altro tipo.