资料来源：

苏黎世联邦理工学院

摘要：

    基因测序在今天得到了广泛使用，但是到目前为止其还没有精确到能够识别抗体免疫反应。目前，由于基于遗传条形码的新型控制系统，该技术更加可靠——并且准备好用于疫苗和抗体药物的开发。

    巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物科学与工程系的研究人员已经开发出一种新方法，其能够令他们记录大量个体中的抗体，在遗传学上一举两得。例如，他们能够非常精确地追踪免疫系统是如何在接种或感染之后产生抗体的。由生物分子工程系教授西·雷迪的科学家们建立的新的基因方法提供了比之前几十年历史的抗体检测技术更多的信息。

    不同于抗体蛋白，ETH科学家的技术分析了大量的信使RNA分子，这对身体产生抗体的蛋白质的生产机制提供了说明。科学家们利用RNA测序破译了汇编指令并且确定了它们的演变和相对量。

    大量的抗体。

    “科学家界在过去几年中在测序技术领域取得了巨大的进步。测序变得更快、更便宜，并且目前能够处理和分析大量的数据，”雷迪解释称。“不过，到目前为止，该方法并不适合抗体RNA的分析。”

    其中一个最大的挑战是，体内含有大量的抗体——据估计有数十亿不同的种类。然而，在基因水平上检测它们的差异性需要高度的灵敏度和精确度。

精度是一个重大挑战

    为了测序准备RNA分子，科学家们开始数十亿次地复制它们的遗传密码。在这个过程中，会悄悄产生错误（或突变）。到目前为止，科学家仍然很难确定两个略有不同的基因序列是否代表着两个不同的抗体或是单一抗体是否在样品制备过程中产生了突变。

    此外，RNA分子混合物的测序仅对该混合物各分子的发生率产生非常不精确的信息。其原因在于，RNA分子在复制时，正如上文提到的，并且所有的分子都得到了完全一致的复制。

98%以上的错误得到了避免

    为了解决这个问题，雷迪和他的同事们通过创造使用遗传条形码的控制系统实现了RNA的测序程序。这点一，与测序数据的计算机辅助分析相结合，令他们能够极大地增加测序的准确度，无论是对于人为引起的突变还是混合物中RNA分子的相对集中。“通过这种方式，我们能够消除98%以上的错误，”雷迪实验室的一位博士后塔里克汗表示。

    具体而言，在新的方法中，每个RNA分子在扩增之前被一种随机但是独特的基因条形码标记。此外，在扩增过程中，该分子也会以一种创造出该扩增偏见的记录的方式来标记着独特的条形码。

    通过测序数据的计算机分析，科学家们能够使用条形码来识别原始的抗体RNA分子（并且区分那些在测序过程中产生突变的分子）。此外，使用条形码和一种算法，研究人员能够恢复该抗体RNA分子的实际相对量，从而消除复制偏差。

疫苗的开发和早期检测

    这种新的抗体测序方法目前能够用于免疫学研究。例如，它在抗体药物和疫苗的开发方面特别有用。雷迪将于各个制药公司合作来开展此类工作。“例如，我们的技术能够用于精确地追踪在一段时间内免疫的反应变化，诸如患有HIV感染的患者体内的抗体，”最近从欧洲研究委员会获得了梦寐以求的启动资助的ETH教授表示。“此前，抗体蛋白测量令科学家们能够主要发现非常频繁的抗体。但是，免疫应答通常会产生大量略微不同的抗体。测序令我们能够非常准确——并且非常迅速地——描述出罕见的抗体。”

    此外，抗体测序能够用于在早期阶段检测少量的抗体分子，而蛋白质测量需要血液中达到高浓度的抗体蛋白。测序因此在诊断方面开辟了新的可能性；例如，癌症或自身免疫性疾病的早期诊断。

材料来源：

    上述资料转自苏黎世联邦理工学院提供的资料。原始资料由法比奥·贝尔加曼编著。注：材料的内容及长度可能得到了改编。

参考文献：

T. A. Khan, S. Friedensohn, A. R. G. de Vries, J. Straszewski, H.-J. Ruscheweyh, S. T. Reddy. Accurate and predictive antibody repertoire profiling by molecular amplification fingerprinting. Science Advances, 2016; 2 (3): e1501371 DOI: 10.1126/sciadv.1501371