Расшифровка иммунной системы человека

иммунная система
                Кредит: CC0 Public Domain

Впервые ученые всесторонне упорядочивают иммунную систему человека, которая в миллиарды раз превосходит геном человека. В новом исследовании, опубликованном в Nature в рамках проекта по вакцинам для человека, ученые секвенировали ключевую часть этой обширной и загадочной системы — гены, кодирующие репертуар циркулирующих В-клеточных рецепторов.
                                                                                       

Секвенируя эти рецепторы как у взрослых, так и у младенцев, ученые обнаружили удивительные совпадения, которые могут обеспечить потенциальные новые мишени для антител для вакцин и терапевтических средств, которые работают в разных популяциях. В рамках большой многолетней инициативы эта работа направлена ​​на то, чтобы определить генетические основы способности людей реагировать и приспосабливаться к огромному спектру заболеваний.

Под руководством ученых из Медицинского центра Университета Вандербильта и Суперкомпьютерного центра Сан-Диего это достижение стало возможным благодаря слиянию биологических исследований с мощным пограничным суперкомпьютером. Хотя проект «Геном человека» секвенировал геном человека и привел к разработке новых инструментов геномики, он не затрагивал размер и сложность иммунной системы человека.

«Постоянная проблема в области иммунологии человека и разработки вакцин заключается в том, что у нас нет исчерпывающих справочных данных о том, как выглядит нормальная здоровая иммунная система человека», — говорит Джеймс Э. Кроу, младший, доктор медицинских наук, директор Вакцинный центр Вандербильта Медицинского центра Университета Вандербильта, старший автор новой статьи, которая была опубликована в Интернете в Nature 13 февраля. «До нынешней эры люди предполагали, что это будет невозможно такой проект, потому что теоретически иммунная система настолько велика, но эта новая статья показывает, что можно определить большую часть, потому что размер репертуара В-клеточного рецептора каждого человека неожиданно мал. «

В новом исследовании особое внимание уделяется одной части адаптивной иммунной системы — рецепторам циркулирующих В-клеток, которые отвечают за выработку антител, которые считаются основной детерминантой иммунитета у людей. Рецепторы случайным образом отбирают и объединяют генные сегменты, образуя уникальные последовательности нуклеотидов, известные как «клонотипы» рецепторов. Таким образом, небольшое количество генов может привести к невероятному разнообразию рецепторов, позволяя иммунной системе распознавать практически любой новый патоген.

Проводя лейкаферез у трех отдельных взрослых, исследователи клонировали и секвенировали до 40 миллиардов клеток, чтобы секвенировать комбинации генных сегментов, которые включают в себя циркулирующие В-клеточные рецепторы, достигая такой глубины секвенирования, которой раньше никогда не было. Они также секвенировали пуповинную кровь от трех детей. Идея заключалась в том, чтобы собрать огромное количество данных по нескольким лицам, а не по традиционной модели сбора только нескольких точек данных по многим.

«Перекрытие в последовательностях антител между индивидуумами было неожиданно высоким, — объясняет Кроу, — даже показывая некоторые идентичные последовательности антител между взрослыми и младенцами во время рождения». Понимание этой общности является ключом к выявлению антител, которые могут быть мишенями для вакцин и лечения, которые работают более универсально среди населения.

Центральный вопрос заключался в том, были ли общие последовательности между людьми результатом случайности, а не результатом какого-то общего биологического или экологического фактора. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали синтетический репертуар В-клеточных рецепторов и обнаружили, что «наблюдаемое в эксперименте перекрытие было значительно больше, чем можно было ожидать случайно», — говорит доктор философии Роберт Синковиц из Суперкомпьютерного центра Сан-Диего в Калифорнийский университет в Сан-Диего.

В рамках уникального консорциума, созданного в рамках проекта по вакцинам для людей, суперкомпьютерный центр в Сан-Диего использовал свои значительные вычислительные мощности для работы с несколькими терабайтами данных. Центральным принципом Проекта является слияние биомедицины и современных компьютерных технологий. «Проект по вакцинам для людей позволяет нам изучать проблемы в более широком масштабе, чем это обычно возможно в одной лаборатории, и он также объединяет группы, которые обычно не могут сотрудничать», — говорит Синковиц.

В настоящее время продолжается совместная работа по расширению этого исследования, включая: секвенирование других областей адаптивной иммунной системы, репертуара Т-клеток; добавление дополнительных демографических данных, таких как суперценетарианцы и международное население; и применение AI-управляемых алгоритмов для дальнейшей разработки наборов данных для понимания. Цель состоит в том, чтобы продолжать исследовать общие компоненты иммунной системы для разработки более безопасных и целенаправленных вакцин и иммунотерапевтических средств, которые работают в разных популяциях.

«Благодаря последним технологическим достижениям у нас теперь есть беспрецедентная возможность использовать возможности иммунной системы человека для фундаментального преобразования здоровья человека», — говорит Уэйн Кофф, доктор философии, генеральный директор проекта вакцин для человека. «Расшифровка иммунной системы человека имеет решающее значение для решения глобальных проблем инфекционных и неинфекционных заболеваний, от рака до болезни Альцгеймера и пандемического гриппа. Это исследование знаменует собой ключевой шаг к пониманию работы иммунной системы человека, закладывая основу для развития следующего продукты здорового поколения за счет сближения технологий геномики и иммунного мониторинга с машинным обучением и искусственным интеллектом. «

Новая статья «Высокая частота общих клонотипов в репертуарах В-клеточных рецепторов человека» была опубликована в Интернете в Nature 13 февраля 2019 г. и появится 21 февраля 2019 г. , печать номера ./p>

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *