Крупное исследование вакцины для крупного рогатого скота раскрывает роль генетики в иммунном ответе

Вакцины — ключевой инструмент защиты людей и животных от патогенов, но главная проблема при их разработке — понять, почему они работают лучше для одних особей, чем для других.

Чтобы ответить на этот вопрос, исследовательская группа под руководством Яны Сафоновой, доцента кафедры компьютерных наук в Школе инженерии Университета Джонса Хопкинса, изучила черных абердин-ангусских коров и их различную реакцию на вакцину против респираторного заболевания крупного рогатого скота (Bovine Respiratory Disease, BRD). Результаты опубликованы в журнале Genome Research.

BRD — основная причина естественной смерти коров, которая обходится индустрии примерно в $900 млн в год. Лекарства дороги, поэтому производители полагаются на вакцинацию.

Работая на Министерство сельского хозяйства США, Сафонова и исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего изучали, как уникальная генетическая структура коров и других полорогих (например, бизонов, буйволов и антилоп) создает антитела в ответ на вакцину против BRD.

Исследователи изучили отличительную черту иммунитета полорогих: длинные петли в третьем гипервариабельном участке тяжелой цепи антител (CDR H3). Антитела с такими сверхдлинными петлями CDR H3 способны нейтрализовать некоторые штаммы ВИЧ, и команда обнаружила, что они также играют ключевую роль в выработке антител против BRD.

Используя новый вычислительный инструмент, команда проанализировала данные секвенирования антител, произведенных популяцией черных ангусов, и выявила генетические вариации антител, связанные с иммунными ответами.

Исследователи обнаружили, что хотя создание этих уникальных структур антител запускается каждой дозой вакцины, ее эффективность определяется задолго до начала иммунного ответа. Сегменты ДНК, называемые вариабельными, разнообразными и соединяющими генами иммуноглобулинов (IG гены), производят антитела и контролируют индивидуальный ответ на вакцину.

Это означает, что эффективность вакцины для конкретной особи предопределена еще до ее введения.

Поскольку метод команды может выявлять эти генетические маркеры, производители скота потенциально могут использовать эту информацию для селективного разведения коров, менее восприимчивых к BRD, на основе их генетической предрасположенности.

Исследователи заявляют, что их работа — крупнейшее на сегодня персонализированное иммуногенетическое исследование среди всех видов. Результаты открывают путь к применению иммуносеквенирования в исследованиях человеческих вакцин. Углубленное иммуногенетическое исследование позволило бы ученым обнаружить паттерны в геноме человека, определяющие запрограммированный ответ организма на вакцины. По словам Сафоновой, крупномасштабное исследование иммуногенетики человека могло бы помочь понять вариации в ответе на вакцины до следующей пандемии.