Контроль качества для генетического секвенирования антител

Исследователи из ETH Zurich разработали новый метод, позволяющий регистрировать весь спектр антител человека на генетическом уровне. Метод отслеживает, как иммунная система производит антитела после вакцинации или инфекции, предоставляя значительно больше информации, чем традиционные десятилетиями используемые методы обнаружения антител.

Вместо анализа белков антител метод анализирует множество молекул матричной РНК (mRNA), которые несут инструкции для производства антител. Ученые используют секвенирование РНК для расшифровки этих инструкций, определения их эволюции и относительного количества.

Высокая точность как главная задача

Основная сложность заключается в огромном разнообразии антител (несколько миллиардов вариаций) и необходимости высокой чувствительности и точности для их генетического различения. При подготовке к секвенированию РНК многократно копируются, что приводит к ошибкам (мутациям). Ранее было сложно определить, представляют ли два слегка разных генетических варианта два разных антитела или одно антитело, мутировавшее при подготовке образца. Кроме того, секвенирование смеси РНК давало неточную информацию об относительной представленности каждой молекулы из-за неравномерного копирования.

Устранение более 98% ошибок

Для решения проблемы ученые дополнили процесс секвенирования РНК системой контроля с использованием генетических штрихкодов. Это в сочетании с компьютерным анализом данных позволило значительно повысить точность секвенирования как в отношении искусственно внесенных мутаций, так и в определении относительной концентрации молекул РНК в смеси. "Таким образом мы смогли устранить более 98% ошибок", — говорит постдок Тарик Хан.

В новом методе каждая молекула РНК маркируется уникальным случайным генетическим штрихкодом перед амплификацией. Во время амплификации молекулы также помечаются дополнительными уникальными штрихкодами, что создает запись о систематической ошибке копирования. С помощью компьютерного анализа данных ученые могут использовать штрихкоды для идентификации исходных молекул РНК антител (отделяя их от молекул, мутировавших в процессе) и восстанавливать их фактические относительные количества, устраняя смещение, вызванное копированием.

Применение: разработка вакцин и ранняя диагностика

Новый метод можно использовать в иммунологических исследованиях, например, при разработке антительных препаратов и вакцин. "Наша методика позволяет точно отслеживать, как иммунный ответ меняется со временем, например, у пациентов с ВИЧ-инфекцией", — говорит профессор Сай Редди. Раньше измерения белков антител позволяли обнаруживать в основном самые частые антитела. Секвенирование же позволяет очень точно и быстро охарактеризовать даже редкие варианты из всего спектра слегка различающихся антител, возникающих в иммунном ответе.

Кроме того, секвенирование антител можно использовать для обнаружения малых количеств антител на ранней стадии, в то время как измерение белка требует достаточно высокой концентрации антител в крови. Это открывает новые возможности в диагностике, например, для раннего выявления рака или аутоиммунных заболеваний.