Используя сложные методы секвенирования генов и вычисления, исследователи из Медицинского центра Университета Вандербильта (VUMC) и Суперкомпьютерного центра Сан-Диего впервые в своем роде узнали, как иммунная система организма готовится к борьбе с инфекцией.
Их результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Nature, могут помочь в разработке «рационального дизайна вакцины», а также улучшить выявление, лечение и профилактику аутоиммунных заболеваний, инфекционных заболеваний и рака.
«Благодаря последним технологическим достижениям, у нас теперь есть беспрецедентная возможность использовать возможности иммунной системы человека для коренного преобразования здоровья человека», - сказал доктор наук Уэйн Кофф, генеральный директор проекта вакцин для человека, который руководил исследовательской работой.
Исследование было сосредоточено на антителопродуцирующих лейкоцитах, называемых В-клетками. Эти клетки несут Y-образные рецепторы, которые, подобно микроскопической антенне, могут обнаруживать огромный спектр микробов и других чужеродных захватчиков.
Они делают это путем случайного выбора и объединения уникальных последовательностей нуклеотидов (строительных блоков ДНК), известных как «клонотипы» рецепторов. Таким образом, небольшое количество генов может привести к невероятному разнообразию рецепторов, позволяя иммунной системе распознавать практически любой новый патоген.
Понимание того, как этот процесс работает, было непростым делом. «До сегодняшнего времени люди предполагали, что сделать такой проект невозможно, поскольку теоретически иммунная система велика», - сказал Джеймс Кроу-младший, доктор медицинских наук, директор центра вакцин Вандербильта и старший автор газеты.
«Эта новая статья показывает, что можно определить большую часть, - сказал Кроу, - потому что размер р В-клеточного рецептора каждого человека неожиданно мал».
Исследователи взяли лейкоциты от трех взрослых, а затем клонировали и секвенировали до 40 миллиардов В-клеток, чтобы определить их клонотипы. Они также секвенировали В-клеточные рецепторы из пуповинной крови трех младенцев. Эта глубина последовательности никогда не была достигнута раньше.
Они обнаружили удивительно высокую частоту общих клонотипов. «Перекрытие в последовательностях антител между индивидуумами было неожиданно высоким, - пояснил 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.
Проект по вакцинам для человека - это некоммерческое государственно-частное партнерство академических исследовательских центров, промышленности, некоммерческих организаций и государственных учреждений, занимающихся исследованиями по разработке вакцин и иммунотерапии нового поколения. Это исследование было частью его программы, целью которой является расшифровка генетических основ иммунной системы.
В рамках уникального консорциума, созданного в рамках проекта по вакцинам для человека, 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 человека 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 доктор философии Роберт Синьковиц, возглавляющий научно-исследовательские работы в Сан Диего Суперкомпьютерный Центр.
В настоящее время ведется совместная работа по расширению этого исследования для охвата других областей иммунной системы, В-клеток пожилых людей и из разных уголков мира, а также по применению алгоритмов, управляемых искусственным интеллектом, для дальнейшей разработки наборов данных для понимания.
Ученые надеются, что дальнейшие исследования иммунной системы в конечном итоге приведут к разработке более безопасных и целенаправленных вакцин и иммунотерапевтических средств, которые будут работать в разных популяциях.
«Расшифровка иммунной системы человека имеет решающее значение для решения глобальных проблем инфекционных и неинфекционных заболеваний, от рака до болезни Альцгеймера до пандемического гриппа», - сказал Кофф. «Это исследование знаменует собой ключевой шаг к пониманию того, как работает иммунная система человека, закладывая основу для разработки продуктов для здоровья следующего поколения путем сближения технологий геномики и иммунного мониторинга с машинным обучением и искусственным интеллектом».
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190213132155.htm
Комментарии
Пока комментариев нет
Новый комментарий