揭示人类抗体的秘密 推动疫苗科学的前沿

Vanderbilt大学医学中心(VUMC)和圣地亚哥超级计算机中心的研究人员利用先进的基因测序和计算技术,首次实现了人体免疫系统如何应对感染的一瞥。

他们的研究结果发表在本周的“自然”杂志上,可以帮助开发“合理的疫苗设计”,以及改善自身免疫疾病,传染病和癌症的检测,治疗和预防。

“由于最近的技术进步,我们现在有一个前所未有的机会利用人体免疫系统的力量从根本上改变人类健康,”负责研究工作的人类疫苗项目首席执行官Wayne Koff说道。新闻发布。

该研究的重点是产生抗体的白细胞,称为B细胞。这些细胞带有Y形受体,像微观天线一样,可以探测到大范围的细菌和其他外来入侵者。

他们通过随机选择和连接称为受体“克隆型”的独特核苷酸序列(DNA构建块)来实现这一目的。通过这种方式,少数基因可以产生令人难以置信的受体多样性,使免疫系统几乎可以识别任何新的病原体。

准确理解这个过程是如何运作的是令人生畏的。“在当前时代之前,人们认为做这样的项目是不可能的,因为免疫系统在理论上是如此之大,”范德比尔特疫苗中心主任,该论文的资深作者詹姆斯克劳博士说。

“这篇新论文显示可以定义很大一部分,”克劳说,“因为每个人的B细胞受体库的大小出乎意料地小。”

研究人员从三个成年人中分离出白细胞,然后对多达400亿个B细胞进行克隆和测序,以确定其克隆型。他们还对来自三个婴儿的脐带血的B细胞受体进行了测序。以前从未实现过这种测序深度。

他们发现共享克隆型的频率非常高。“在个体之间抗体序列的重叠出乎意料地高,”克劳解释说,“甚至在出生时显示成人和婴儿之间的一些相同的抗体序列。”

了解这种共性是确定可作为疫苗和治疗靶点的抗体的关键,这些疫苗和治疗在人群中更为普遍。

人类疫苗项目是一个非营利性的公私合作伙伴关系,由学术研究中心,工业,非营利组织和政府机构组成,致力于研究推进下一代疫苗和免疫疗法。该研究是人类免疫组计划的一部分,旨在解码免疫系统的遗传基础。

作为由人类疫苗项目创建的独特联盟的一部分,圣地亚哥超级计算中心利用其相当大的计算能力来处理数TB的数据。该项目的核心原则是生物医学和高级计算的合并。

“人类疫苗项目使我们能够以比单个实验室通常可能更大的规模研究问题,并且还将可能通常不合作的团体聚集在一起,”负责领导San的科学应用工作的Robert Sinkovits博士说。迭戈超级计算机中心。

目前正在开展协作工作,以扩大这项研究,以对免疫系统的其他领域,来自老年人和来自世界各地的B细胞进行测序,并应用人工智能驱动的算法来进一步挖掘数据集以获得洞察力。

研究人员希望,对免疫系统的持续审讯将最终导致更安全,高度针对性的疫苗和免疫疗法的开发,这些疫苗和免疫疗法可以在人群中发挥作用。

“解决人体免疫系统对解决传染病和非传染性疾病的全球挑战至关重要,从癌症到阿尔茨海默病到大流行性流感,”科夫说。“这项研究标志着了解人体免疫系统如何运作的关键一步,通过基因组学和免疫监测技术与机器学习和人工智能的融合,为开发下一代健康产品奠定了基础。”