利用分子擴(kuò)增指紋準(zhǔn)確檢測(cè)抗體譜

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系的Sai Reddy教授及其同事們開(kāi)發(fā)出一種新的方法，該方法能夠允許他們?cè)诨蛩缴弦慌e記錄一個(gè)人體內(nèi)的大量抗體。比如，他們能夠非常地追蹤免疫系統(tǒng)在接種疫苗或遭受感染后如何產(chǎn)生抗體。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年3月11日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“Accurate and predictive antibody repertoire profiling by molecular amplification fingerprinting”。

這種新方法并不分析抗體蛋白，而是分析大量的指導(dǎo)核糖體產(chǎn)生抗體的mRNA分子。研究人員利用RNA測(cè)序破譯這些mRNA，并且確定它們的變化及其相對(duì)數(shù)量。

大量抗體

Reddy解釋道，“科學(xué)界過(guò)去幾年在測(cè)序技術(shù)上取得重大進(jìn)展。測(cè)序變得越來(lái)越快速和廉價(jià)，而且如今能夠加工和分析大量數(shù)據(jù)。然而，在此之前，這種方法并不適合分析抗體RNA。”

一項(xiàng)大的挑戰(zhàn)就是人體含有大量的抗體，而且據(jù)估計(jì)有幾十億個(gè)不同的變異。然而，在基因水平上檢測(cè)它們的差異需要高水平的靈敏度和準(zhǔn)確度。

準(zhǔn)確性：一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)

為了制備用于測(cè)序的RNA分子，科學(xué)家們需要幾十億次地拷貝它們的遺傳密碼。在這種過(guò)程中，錯(cuò)誤（或者突變）會(huì)產(chǎn)生。在此之前，科學(xué)家們很難確定兩種差異不大的基因序列是代表著兩個(gè)不同的抗體，還是單個(gè)抗體在樣品制備期間發(fā)生突變。

再者，對(duì)RNA分子混合物進(jìn)行測(cè)序所產(chǎn)生的關(guān)于各個(gè)分子在混合物中數(shù)量方面的信息非常不準(zhǔn)確。原因在于：正如前面所提到的那樣，當(dāng)拷貝RNA分子時(shí)，并不是所有的RNA分子都在相同程度上地發(fā)生復(fù)制。

避免98%以上的錯(cuò)誤

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Reddy和他的同事們構(gòu)建出一種使用基因條形碼的控制系統(tǒng)作為對(duì)RNA測(cè)序過(guò)程的補(bǔ)充。通過(guò)與計(jì)算機(jī)輔助分析測(cè)序數(shù)據(jù)相結(jié)合，這就可大規(guī)模地增加測(cè)序準(zhǔn)確性：不論是檢測(cè)人工引入的突變，還是檢測(cè)RNA分子在混合物中的相對(duì)數(shù)量。

Reddy實(shí)驗(yàn)室博士后研究員Tarik Khan說(shuō)，“通過(guò)這種方式，我們能夠去除98%以上的錯(cuò)誤。”

特別地，在這種新方法中，每種RNA分子在擴(kuò)增前被標(biāo)記上一種隨機(jī)的但又*的基因條形碼。再者，在擴(kuò)增期間，這些分子也被進(jìn)一步標(biāo)記上*的條形碼從而能夠記錄擴(kuò)增偏差。

通過(guò)對(duì)測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，研究人員能夠使用條形碼鑒定出原始的抗體RNA分子，并且能夠?qū)⑺鼈兣c在測(cè)序過(guò)程中發(fā)生突變的分子區(qū)分開(kāi)來(lái)。此外，利用這些條形碼和一種算法，研究人員能夠獲得抗體RNA分子真實(shí)的相對(duì)數(shù)量，因而消除了拷貝偏差。

疫苗開(kāi)發(fā)和早期檢測(cè)

如今，這種新的抗體RNA測(cè)序方法已被用于免疫學(xué)研究中。比如，它可用于開(kāi)發(fā)出抗體藥物和疫苗。Reddy正與多家制藥公司合作開(kāi)展這方面的研究工作。Reddy說(shuō)，“比如，我們的技術(shù)能夠被用來(lái)準(zhǔn)確地（如HIV感染患者體內(nèi)）追蹤免疫反應(yīng)如何隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化。在此之前，測(cè)量抗體蛋白允許科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的主要是高豐度的抗體。然而，免疫反應(yīng)總是產(chǎn)生大量的差異不大的抗體。測(cè)序甚至允許我們非常準(zhǔn)確地和非?？焖俚孛枋龊币?jiàn)的抗體。”

再者，抗體RNA測(cè)序能夠被用來(lái)在早期階段檢測(cè)少量的抗體分子，而在此階段，要進(jìn)行蛋白測(cè)序需要血液含有非常高濃度的抗體。測(cè)序有助于早期檢測(cè)癌癥或自身免疫病等疾病。