有史以來第一次，科學(xué)家們對(duì)人體免疫系統(tǒng)進(jìn)行了全面測(cè)序，人體免疫系統(tǒng)比人類基因組大數(shù)十億倍，要想全面解析絕不是件容易的事情。2月14日來自范德比爾特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究人員報(bào)道了最新成果，這個(gè)龐大而神秘的系統(tǒng)的關(guān)鍵部分進(jìn)行了測(cè)序，這一研究成果公布在Nature雜志上。

通過對(duì)成人和嬰兒中對(duì)免疫系統(tǒng)中關(guān)鍵的B細(xì)胞受體進(jìn)行測(cè)序，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的重疊，這為研發(fā)跨人群的疫苗和疾病治療提供新抗體靶標(biāo)。

這項(xiàng)研究是人類疫苗計(jì)劃（Human Vaccines Project）的組成部分，2014年，來自政府、學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界35名專家組成的“人類疫苗計(jì)劃工作組”，聯(lián)合撰文“呼吁開展人類疫苗計(jì)劃”（Toward a Human Vaccines Project），之后整個(gè)計(jì)劃在2015年啟動(dòng)，旨在確定人們應(yīng)對(duì)和適應(yīng)疾病能力的基因基礎(chǔ)。

范德比爾特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心和加州大學(xué)圣地亞哥分校超級(jí)計(jì)算機(jī)中心的科學(xué)家們將生物研究與高功率前沿超級(jí)計(jì)算結(jié)合在一起，解決了人類免疫系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性問題。

文章通訊作者，范德比爾特大學(xué)疫苗主任James E. Crowe博士說，“人類免疫學(xué)和疫苗開發(fā)領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)就是我們沒有關(guān)于正常健康人體免疫系統(tǒng)的全面參考數(shù)據(jù)。之前，人們認(rèn)為不可能完成這樣的項(xiàng)目，因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)理論上非常巨大，但這篇新論文表明可以定義其中的很大一部分，因?yàn)槊總€(gè)人的B細(xì)胞受體庫出乎意料地小?！?/p>

循環(huán)B細(xì)胞受體是適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的一部分，它們負(fù)責(zé)產(chǎn)生抗體，這些抗體被認(rèn)為是人體免疫力的主要決定因素。受體隨機(jī)選擇并連接基因片段，形成獨(dú)特核苷酸序列：“克隆型”（clonotypes，生物通注）。通過這種方式，少數(shù)基因就可以形成令人難以置信的受體多樣性，使免疫系統(tǒng)幾乎可以識(shí)別任何新的病原體。

在這篇文章中，研究人員分離了三位成年人的白細(xì)胞，克隆并測(cè)序了多達(dá)400億個(gè)細(xì)胞，并對(duì)包含循環(huán)B細(xì)胞受體的基因片段組合進(jìn)行測(cè)序，這實(shí)現(xiàn)了前所未有的測(cè)序深度。此外，他們還對(duì)來自三個(gè)嬰兒的臍帶血進(jìn)行了測(cè)序。這個(gè)思路與傳統(tǒng)收集數(shù)據(jù)的思路不同。

“在個(gè)體之間抗體序列出現(xiàn)的重疊出乎意料地高，”Crowe解釋說，“甚至成人和新生嬰兒之間的一些抗體序列都是一樣的。”了解這種共性是研發(fā)疫苗和治療靶點(diǎn)的關(guān)鍵。

一個(gè)核心問題是，個(gè)體之間的共享序列是否是偶然出現(xiàn)，而不是某些共同的生物或環(huán)境因素造成的結(jié)果。為了解決這個(gè)問題，研究人員開發(fā)了一種合成的B細(xì)胞受體庫，從中發(fā)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)觀察到的重疊要比偶然發(fā)生的重疊大得多”，加州大學(xué)圣地亞哥分校超級(jí)計(jì)算機(jī)中心的Robert Sinkovits博士說。

目前這項(xiàng)研究還在繼續(xù)中，科學(xué)家們希望能測(cè)序適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的其他領(lǐng)域，T細(xì)胞庫；增加更多人統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如人瑞和其它國家人群；應(yīng)用AI驅(qū)動(dòng)的算法來進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)集等等，從而能開發(fā)更安全，高度針對(duì)性的疫苗和免疫療法。

“隨著近年來的的技術(shù)進(jìn)步，我們現(xiàn)在有了一個(gè)前所未有的機(jī)會(huì)，可以利用人體免疫系統(tǒng)從根本上改變?nèi)祟惤】?，”人類疫苗?xiàng)目首席執(zhí)行官Wayne Koff博士說，“解決人體免疫系統(tǒng)對(duì)解決傳染病和非傳染性疾病的全球挑戰(zhàn)至關(guān)重要，包括從癌癥到阿爾茨海默病，再到大流行性流感。這項(xiàng)研究標(biāo)志著了解人體免疫系統(tǒng)如何運(yùn)作的關(guān)鍵一步，為下一步的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。通過基因組學(xué)和免疫監(jiān)測(cè)技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的融合，發(fā)展新一代健康產(chǎn)品?！?/p>

來源：生物通

原文標(biāo)題：

High frequency of shared clonotypes in human B cell receptor repertoires