利用分子擴增指紋準確檢測抗體譜

在一項新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）生物系統科學與工程系的Sai Reddy教授及其同事們開發出一種新的方法，該方法能夠允許他們在基因水平上一舉記錄一個人體內的大量抗體。比如，他們能夠非常地追蹤免疫系統在接種疫苗或遭受感染后如何產生抗體。相關研究結果發表在2016年3月11日那期Science期刊上，論文標題為“Accurate and predictive antibody repertoire profiling by molecular amplification fingerprinting”。

這種新方法并不分析抗體蛋白，而是分析大量的指導核糖體產生抗體的mRNA分子。研究人員利用RNA測序破譯這些mRNA，并且確定它們的變化及其相對數量。

大量抗體

Reddy解釋道，“科學界過去幾年在測序技術上取得重大進展。測序變得越來越快速和廉價，而且如今能夠加工和分析大量數據。然而，在此之前，這種方法并不適合分析抗體RNA。”

一項大的挑戰就是人體含有大量的抗體，而且據估計有幾十億個不同的變異。然而，在基因水平上檢測它們的差異需要高水平的靈敏度和準確度。

準確性：一項重大挑戰

為了制備用于測序的RNA分子，科學家們需要幾十億次地拷貝它們的遺傳密碼。在這種過程中，錯誤（或者突變）會產生。在此之前，科學家們很難確定兩種差異不大的基因序列是代表著兩個不同的抗體，還是單個抗體在樣品制備期間發生突變。

再者，對RNA分子混合物進行測序所產生的關于各個分子在混合物中數量方面的信息非常不準確。原因在于：正如前面所提到的那樣，當拷貝RNA分子時，并不是所有的RNA分子都在相同程度上地發生復制。

避免98%以上的錯誤

為了解決這個問題，Reddy和他的同事們構建出一種使用基因條形碼的控制系統作為對RNA測序過程的補充。通過與計算機輔助分析測序數據相結合，這就可大規模地增加測序準確性：不論是檢測人工引入的突變，還是檢測RNA分子在混合物中的相對數量。

Reddy實驗室博士后研究員Tarik Khan說，“通過這種方式，我們能夠去除98%以上的錯誤。”

特別地，在這種新方法中，每種RNA分子在擴增前被標記上一種隨機的但又*的基因條形碼。再者，在擴增期間，這些分子也被進一步標記上*的條形碼從而能夠記錄擴增偏差。

通過對測序數據進行計算機輔助分析，研究人員能夠使用條形碼鑒定出原始的抗體RNA分子，并且能夠將它們與在測序過程中發生突變的分子區分開來。此外，利用這些條形碼和一種算法，研究人員能夠獲得抗體RNA分子真實的相對數量，因而消除了拷貝偏差。

疫苗開發和早期檢測

如今，這種新的抗體RNA測序方法已被用于免疫學研究中。比如，它可用于開發出抗體藥物和疫苗。Reddy正與多家制藥公司合作開展這方面的研究工作。Reddy說，“比如，我們的技術能夠被用來準確地（如HIV感染患者體內）追蹤免疫反應如何隨著時間推移而發生變化。在此之前，測量抗體蛋白允許科學家們發現的主要是高豐度的抗體。然而，免疫反應總是產生大量的差異不大的抗體。測序甚至允許我們非常準確地和非常快速地描述罕見的抗體。”

再者，抗體RNA測序能夠被用來在早期階段檢測少量的抗體分子，而在此階段，要進行蛋白測序需要血液含有非常高濃度的抗體。測序有助于早期檢測癌癥或自身免疫病等疾病。