(english follows dutch)
Om een vaccin te maken moeten moleculen verdubbeld, overgeschreven en vertaald worden. Daarom deze korte inleiding:
In alle biologische cellen is erfelijke informatie vastgelegd in de volgorde van de bouwstenen van het DNA-molecuul. Specifieke informatie kan daarvan worden overgeschreven in de vorm van RNA en vervolgens worden vertaald in eiwitten. Deze “informatie stroom” noemt men “Het centrale dogma van de moleculaire biologie” (1958): de genetische informatie “stroomt” van DNA naar RNA naar eiwit in 3 processen. Deze processen kunnen niet zomaar worden omgekeerd.
DNA en RNA zijn nucleïnezuren. De gekleurde streepjes staan voor de bouwstenen (basen; nucleotiden). In hun volgorde op de dubbele helix van het DNA (rood), ligt de genetische informatie opgeslagen, als de letters in een boek. De volgorde wordt overgeschreven naar mRNA (zwart) en vervolgens vertaald door ribosomen in een sequentie van aminozuren, de bouwstenen van eiwit (blauw).
Drie processen: replicatie, transcriptie, translatie
Het mooie van DNA is dat het een stabiel molecuul is dat zichzelf kan verdubbelen in een zogenaamd replicatie-proces. Het bestaat uit 2 strengen (rood) die een dubbele helix vormen met een dikte van 2 nm (nanometer; een duizendste micrometer). De gekleurde streepjes zijn de bouwstenen (basen); hun volgorde bepaalt de genetische code, net zoals de achtereenvolgende letters de tekst in een boek bepalen.
Door een enzym (polymerase) kan de code worden overgeschreven naar het “boodschapper-RNA” of mRNA (van “messenger”-RNA; zwarte lijn), in het zogenaamde transcriptie-proces.
Vervolgens wordt het mRNA vertaald of omgezet in eiwit (blauw) in het translatie-proces, dat uitgevoerd wordt door “eiwit-fabriekjes” of ribosomen.
Een dierlijke cel bevat een kern met de DNA-bevattende chromosomen (rood).
De celdiameter is hier 10 µm (micrometer of een duizendste millimeter). De kern is omgeven door een kern-membraan (wit). Bacteriën hebben geen membraan om hun DNA. Beide cellen bevatten cytoplasma met ribosomen (blauw). Het virus bevat geen cytoplasma. Het is omgeven door een membraan. Het verlaat de cel via uitstulpingen van de plasmamembraan van de cel.
Waar worden de processen uitgevoerd?
Het DNA zit in de celkern in de vorm van chromosomen (rood gekleurd), omgeven door membranen (wit gekleurd). In de kern vinden zowel de replicatie of verdubbeling van de chromosomen, als de transcriptie naar mRNA plaats.
Het grootste gedeelte van de cel bestaat uit het cytoplasma (blauw gekleurd), omgeven door een plasma-membraan bestaande uit twee lagen van vetmoleculen en eiwitten (dubbele zwarte lijn). Het mRNA van de cel beweegt uit de kern naar het cytoplasma. Daar bevinden zich de ribosomen die de volgorde van de basen van het mRNA vertalen in een volgorde van aminozuren. Aminozuren zijn bouwstenen die door een ribosoom in het translatie-proces met elkaar worden verbonden tot een eiwit.
In de kleinere bacteriecel (~2 µm, micrometer) ligt het DNA (rood) “vrij” in het cytoplasma (blauw) met de ribosomen. Een bacterie kan net als een cel met kern groeien en delen.
In het Corona-virus dat véél kleiner is (0.1 µm of 100 nanometer) zit RNA (en geen DNA, zoals bij vele andere virussen). Het RNA zit ingepakt in een membraan van vetmoleculen en eiwitten. Er is géén cytoplasma! Een virus kan niet groeien of delen. Maar het kan met behulp van eiwitten aan de buitenkant (“spike-eiwit”) een cel binnendringen en zich vervolgens in het cytoplasma van die cel vermenigvuldigen.
https://www.news-medical.net/health/What-are-Coronaviruses.aspx
Ingekleurde scanning-electronenmicroscopische opname van Corona-virussen (geel gekleurd) die door de geinfecteerde cel (blauw) worden uitgestulpt en afgesnoerd (NIAID Integrated Research Facility in Fort Detrick, Maryland).
Het virus
Het genetische materiaal van het Coronavirus bestaat uit een
lang RNA-molecuul (30,000 basen). Dit virusRNA bevat als mRNA de genetische
informatie voor 10 genen, die de informatie bevatten voor het maken van 26
verschillende eiwitten. Een belangrijk eiwit is het S- of spike-eiwit, waarmee
het onze lichaamscellen kan binnendringen (infecteren). Men noemt het spike-eiwit daarom wel de sleutel waarmee het virus zich toegang kan verschaffen tot onze cellen. Die toegang wordt gevormd door de zgn. Ace2-receptor, een eiwit dat op de buitenkant van veel van onze lichaamscellen zit. Vooral in onze neus en longen zitten veel van die "Ace2-toegangspoortjes".
3D-model van het Corona-virus, diameter ~100 nm. Aan de buitenkant zitten de spike-eiwit (roze), waarmee het eerste contact gemaakt wordt tussen het virus en het toeganspoortje (Ace2-eiwit) op onze lichaamscellen.
https://www.biovendor.com/sars-cov-2-2019-ncov-proteins?utm_source=google&utm_medium=organic
In de geinfecteerde cel wordt het virusRNA gerepliceerd en wordt de informatie vertaald in eiwitten. Waarom deze replicatie-, transcriptie- en translatie-processen van het virus de normale processen in de cel overtroeven is een vraag die eerder door fysici dan door biologen zal worden beantwoord. Uiteindelijk wordt het virusRNA ingekapseld waarna de virusdeeltjes de cel verlaten via uitstulpingen van de plasma-membraan die zich afsnoeren. De geinfecteerde cel gaat hierbij niet kapot en kan in 10 uur wel 1000 nieuwe virussen produceren.
Het vaccin
Het mRNA-vaccin bevat een kort stukje virusRNA dat de informatie bevat voor een gedeelte van het spike-eiwit. Dit mRNA-stukje wordt verpakt in een klein druppeltje van vetmoleculen (diameter 80 nm). Als dit druppeltje door vaccinatie in een lichaamscel komt, wordt door de ribosomen het stukje van het spike-eiwit gemaakt. Dit vormt het zogenaamde SARS-CoV-2 antigen.
Deze antigenen verlaten de cel weer en stimuleren een immuunrespons in het lichaam waardoor antilichamen worden gemaakt tegen het spike eiwit. Corona-virussen, die door infectie het lichaam binnenkomen, worden door de antilichamen geïnactiveerd zodat ze de cel niet kunnen binnendringen en zich niet kunnen vermenigvuldigen. Het is alsof de cel een foto (het antigen) maakt van de toekomstige vijand (het virus), waarmee het immuunsysteem zich kan voorbereiden op een eventuele aanval (infectie).
Links: een druppeltje vetmoleculen plus RNA uit een publicatie van Fang et al. (2012).
Rechts: electronenmicroscopische opname van de druppeltjes.
Zie: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/la303012x)
De antigenen en de antilichamen zijn onschadelijk en kunnen geen ziekte veroorzaken. Het vaccin bevat geen levende, veranderde of dode virussen, alleen een stukje mRNA. Ook kan het vaccin het DNA dat zich in de chromosomen van onze cellen bevindt, niet veranderen, omdat de “informatie-stroom” van DNA-naar-RNA-naar eiwit, niet zomaar omkeerbaar is.
19 december 2020 – Met dank aan Lidie, Frits Bienfait, Norbert Vischer. Jan Groenendaal en Boudewijn. Gebruikte gegevens zijn o.a. uit de “Sceptical raptor”, een blog over stalken met pseudowetenschap in de internet jungle:
https://www.skepticalraptor.com/skepticalraptorblog.php/
------------------------------------------------------------------------------------------------
Dogma, virus and vaccine
In order to make a vaccine, molecules need to be doubled, transcribed and translated. That is why a brief introduction is given:
In all biological cells, hereditary information is stored in the order of the bases of the DNA. Specific information can be transcribed into mRNA and then converted into proteins. This "information flow" is called “the central dogma of molecular biology" (1958): the genetic information "flows" from DNA to RNA to protein. This process cannot easily be reversed!
DNA and RNA are nucleic acids. The colored dashes represent the building blocks (bases; nucleotides). In their sequence on the DNA double helix (red), the genetic information is stored. The sequence is transcribed into mRNA (black) and subsequently translated by ribosomes into a sequence of amino acids, the building blocks of protein (blue).
Three processes: replication, transcription, translation
The beauty of DNA is that it is a stable molecule that can replicate itself in the so-called replication process. It consists of 2 strands (red) that form a double helix with a thickness of 2 nm (nanometer; one thousandth of a micrometer). The colored dashes are the building block (bases); their sequence determines the genetic code, just like the consecutive letters determine the text in a book.
An enzyme (polymerase) can transfer the code to the "messenger-RNA" or mRNA (black) in the so-called transcription process.
Subsequently, the mRNA is converted or translated into protein (blue) in the translation process, which is performed by small "protein factories" or ribosomes.
An animal cell contains a nucleus with the DNA-containing chromosomes (red).
The nucleus is surrounded by a nuclear membrane (white). Bacteria do not have a membrane around their DNA. Both cell types contain cytoplasm with ribosomes (blue). The virus does not contain cytoplasm. It is surrounded by a membrane. It leaves the cell through bulges of the cell's plasma membrane.
Where are the processes being executed?
The DNA is in the cell nucleus in the form of chromosomes (red color), surrounded by membranes (white color). In the nucleus both replication of the chromosomes and transcription to mRNA take place.
The largest part of the cell consists of the cytoplasm (blue color), surrounded by a plasma membrane consisting of two layers of lipids and proteins (double black line). The mRNA of the cell moves from the nucleus to the cytoplasm. There are the ribosomes that translate the order of the bases of the mRNA into a sequence of amino acids. Amino acids are building blocks that are connected to each other by a ribosome in the translation process to form a protein.
In the smaller bacterial cell (~2 µm; micrometer) the DNA (red) is "free" in the cytoplasm (blue) with the ribosomes. A bacterium can grow and divide just like a cell.
In the Corona virus that is much smaller (0.1 µm), there is RNA (not DNA as in many other virusses). The RNA is wrapped in a lipid-protein membrane. There is no cytoplasm! A virus cannot grow or divide. But it can enter a cell with the proteins on its outside ("spike protein") and then multiply in that cell's cytoplasm.
https://www.news-medical.net/health/What-are-Coronaviruses.aspx
Colored scan-electron microscopic recording of Corona viruses (yellow colored) protruded and pinched-off by the infected cell (blue) (NIAID Integrated Research Facility in Fort Detrick, Maryland).
The virus
The
genetic material of the Coronavirus consists of a long RNA molecule (30,000
bases). This RNA contains as mRNA the genetic information for 10 genes, which have
the information to make 26 different proteins. An important protein is the S-
or spike protein, with which it can penetrate (infect) our body cells. The spike protein can therefore be called the key with which the virus can access our body cells. That access is formed by the so-called Ace2-receptor, a protein that is on the outside of many of our body cells. Especially in our nose and lungs there are many of those "Ace2- access gates".
3D-model van het Corona-virus, diameter ~100 nm. On the outside the spike-protein (lila), with which the virus makes the first contact with our body cells via the Ace2-receptor.
https://www.biovendor.com/sars-cov-2-2019-ncov-proteins?utm_source=google&utm_medium=organic
In the infected cell, the virusRNA is replicated and the information is translated into proteins. Why these replication, transcription and translation processes of the virus trump the normal processes in the cell, is a question that will be answered by physicists rather than biologists. Ultimately, the virus RNA is encapsulated after which the virus particles leave the cell via protrusions of the plasma membrane that are pinched off. The infected cell does not break down, but stays alive and can produce up to 1000 new viruses in 10 hours.
The vaccine
The mRNA vaccine contains a short piece of virusRNA that contains the information for a part of the spike protein. This mRNA piece is packed in a small lipid droplet (diameter 80 nm). When this droplet, through vaccination, enters a cell, the ribosomes make that piece of the spike protein. This forms the so-called SARS-CoV-2 antigen.
These antigens leave the cell and stimulate an immune response in the body, making antibodies against the spike protein. Corona viruses, which enter the body through infection, are inactivated by the antibodies so that they cannot enter the cell and multiply. It is as if the cell takes a picture (the antigen) of the future enemy (the virus), with which the immune system can prepare itself for a possible attack (infection).
Left: Figure of a lipid-RNA drop from a publication by Fang et al. (2012).
Right: electron microscope image of lipid-RNA droplets.
See: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/la303012x)
The antigens and antibodies are harmless and cannot cause disease. The vaccine contains no live, altered or dead viruses, only a piece of mRNA. Nor can the vaccine change the DNA contained in the chromosomes of our cells, because the "information flow" from DNA to RNA to protein is not easily reversible.
20 December 2020 - Thanks to Lidie, Frits Bienfait, Norbert Vischer, Jan Groenendaal and Boudewijn. Data were used from the "Sceptical raptor", a blog about stalking with pseudoscience in the internet jungle:
https://www.skepticalraptor.com/skepticalraptorblog.php/.
