Bei der Entschlüsselung des menschlichen Immunsystems

Zum ersten mal, Forscher umfassend Sequenzierung des menschlichen Immunsystems, die Milliarden mal größer als das menschliche Genom. In einer neuen Studie veröffentlicht in der Natur , aus der Menschlichen Impfstoffe Projekt haben die Wissenschaftler sequenzierten ein wichtiger Teil dieses riesigen und geheimnisvollen system—den Genen der zirkulierenden B-Zell-rezeptor-repertoire.

Die Sequenzierung dieser Rezeptoren in Erwachsene und Kinder, fanden die Wissenschaftler überraschende überschneidungen könnten, bieten mögliche neue Antikörper-targets für Impfstoffe und Therapeutika, die auf Populationen. Als Teil einer großen multi-Jahres-initiative, die diese Arbeit versucht zu definieren, die genetischen Grundlagen für die Fähigkeit der Menschen zu reagieren und sich an eine immense Palette von Krankheiten.

Geführt von den Wissenschaftlern an der Vanderbilt University Medical Center und dem San Diego Supercomputer Center, diese Förderung ist möglich durch die Zusammenführung der biologischen Forschung mit high-powered-Grenze supercomputing. Während das Human-Genom-Projekt sequenzierten menschlichen Genom und führte zu der Entwicklung neuer Genomik-tools, es ist nicht die Bewältigung der Größe und Komplexität des menschlichen Immunsystems.

„Eine ständige Herausforderung in der menschlichen Immunologie und Impfstoffentwicklung Felder hat, haben wir nicht die umfassende Referenz-Daten für das, was der normale, gesunde menschliche Immunsystem aussieht“, sagt James E. Crowe, Jr, MD, Direktor der Vanderbilt-Impfstoff-Zentrum der Vanderbilt University Medical Center, senior-Autor auf dem neuen Papier, veröffentlicht online in der Natur am Feb. 13. „Vor der heutigen Zeit, die Menschen nahmen an, es wäre unmöglich so ein Projekt, weil das Immunsystem ist theoretisch so groß, aber das neue Papier zeigt, dass es möglich ist, zu definieren, einen großen Teil, weil die Größe der einzelnen person, die B-Zell-rezeptor-repertoire ist unerwartet klein.“

Die neue Studie sieht speziell bei einem Teil des adaptiven Immunsystems, die zirkulierenden B-Zell-Rezeptoren, die verantwortlich sind für die Produktion von Antikörpern, die als die wichtigste Determinante von Immunität in Menschen. Die Rezeptoren nach dem Zufallsprinzip auswählen und join-gen-Segmente bilden die einzigartige Sequenzen von nukleotiden bekannt als rezeptor „clonotypes.“ Auf diese Weise, eine kleine Anzahl von Genen führen kann, die eine unglaubliche Vielfalt der Rezeptoren, wodurch das Immunsystem zu erkennen, fast jeder neue Erreger.

Durchführung von leukapheresis auf drei einzelnen Erwachsenen, die Forscher kloniert und sequenziert bis zu 40 Milliarden Zellen, um die Sequenz der Kombinationen von gen-Segmenten, aus denen sich die zirkulierenden B-Zell-Rezeptoren,—die Erreichung einer Tiefe von Sequenzierung noch nie zuvor getan. Sie sequenziert Nabelschnur Blut von drei Säuglingen. Die Idee war, sammeln eine große Menge von Daten auf ein paar Individuen, sondern als das traditionelle Modell der Erhebung nur ein paar Punkte von Daten auf viele.

„Die überlappung in der Antikörper-Sequenzen zwischen Individuen war unerwartet hoch“, Crowe erklärt, „zeigt auch einige identische Antikörper-Sequenzen zwischen Erwachsenen und Babys zum Zeitpunkt der Geburt.“ Verständnis diese gemeinsamkeit ist der Schlüssel zur Identifizierung von Antikörpern, können als Ziele für Impfstoffe und Behandlungen, die arbeiten, mehr allgemein zwischen Populationen.

Eine zentrale Frage war, ob die freigegebenen Sequenzen auf den einzelnen waren das Ergebnis des Zufalls, sondern als das Ergebnis von einigen gemeinsamen biologischen oder ökologischen Faktor. Um dieses Problem zu beheben, entwickelten die Forscher eine synthetische B-Zell-rezeptor-repertoire und fand, dass „die überschneidung experimentell beobachtet werden, war deutlich größer als das, was zu erwarten wäre durch Zufall“, sagt Robert Sinkovits, Ph. D., des San Diego Supercomputer Center an der University of California, San Diego.

Als Teil eines einzigartigen Konsortium durch den Menschen geschaffen wurden Impfstoffe Projekt, das San Diego Supercomputer Center sein erhebliche Rechenleistung auf die Zusammenarbeit mit der mehreren Terabyte Daten. Eine zentrale these des Projekts ist die Fusion von Biomedizin und fortgeschrittene-computing. „Die Menschliche Impfstoffe Projekt ermöglicht uns die Studie, Probleme in einem größeren Maßstab, als es normalerweise möglich, in einem einzigen Labor-und es bringt auch Gruppen, die gewöhnlich nicht zusammenarbeiten,“ Sinkovits sagt.

Fortgesetzte gemeinsame Arbeit nun auf den Weg zu erweitern Sie diese Studie, einschließlich: Sequenzierung anderen Bereichen des adaptiven Immunsystems, die T-Zell-Repertoires; zusätzliche Demografie wie supercentenarians und internationalen Bevölkerung; und Anwendung von KI-gesteuerte algorithmen, um weitere mine die Datensätze für die Einblicke. Das Ziel ist es, weiterhin zu befragen, die gemeinsam genutzte Komponenten des Immunsystems zu entwickeln, die sicherer und gezielter Impfstoffe und Immuntherapien, dass die Arbeit in Populationen.

„Aufgrund der jüngsten technologischen Fortschritte, wir haben jetzt eine beispiellose Gelegenheit zu nutzen, die Kraft des menschlichen Immunsystems für eine grundlegende Transformation der menschlichen Gesundheit“, sagt Wayne Koff, Ph. D., CEO der Human-Impfstoffe Projekt. „Bei der Entschlüsselung des menschlichen immun-system ist von zentraler Bedeutung für die Bewältigung der globalen Herausforderungen von Infektionskrankheiten und nicht übertragbaren Krankheiten, von Krebs bis zu Alzheimer, influenza-Pandemie. Diese Studie markiert einen wichtigen Schritt in Richtung Verständnis, wie das menschliche Immunsystem funktioniert, die Bühne für die Entwicklung der nächsten generation von Gesundheits-Produkten durch die Konvergenz von genomics -, immun-und monitoring-Technologien, machine learning und künstliche Intelligenz.“