利用分子扩增指纹准确检测抗体谱

在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）生物系统科学与工程系的Sai Reddy教授及其同事们开发出一种新的方法，该方法能够允许他们在基因水平上一举记录一个人体内的大量抗体。比如，他们能够非常地追踪免疫系统在接种疫苗或遭受感染后如何产生抗体。相关研究结果发表在2016年3月11日那期Science期刊上，论文标题为“Accurate and predictive antibody repertoire profiling by molecular amplification fingerprinting”。

这种新方法并不分析抗体蛋白，而是分析大量的指导核糖体产生抗体的mRNA分子。研究人员利用RNA测序破译这些mRNA，并且确定它们的变化及其相对数量。

大量抗体

Reddy解释道，“科学界过去几年在测序技术上取得重大进展。测序变得越来越快速和廉价，而且如今能够加工和分析大量数据。然而，在此之前，这种方法并不适合分析抗体RNA。”

一项大的挑战就是人体含有大量的抗体，而且据估计有几十亿个不同的变异。然而，在基因水平上检测它们的差异需要高水平的灵敏度和准确度。

准确性：一项重大挑战

为了制备用于测序的RNA分子，科学家们需要几十亿次地拷贝它们的遗传密码。在这种过程中，错误（或者突变）会产生。在此之前，科学家们很难确定两种差异不大的基因序列是代表着两个不同的抗体，还是单个抗体在样品制备期间发生突变。

再者，对RNA分子混合物进行测序所产生的关于各个分子在混合物中数量方面的信息非常不准确。原因在于：正如前面所提到的那样，当拷贝RNA分子时，并不是所有的RNA分子都在相同程度上地发生复制。

避免98%以上的错误

为了解决这个问题，Reddy和他的同事们构建出一种使用基因条形码的控制系统作为对RNA测序过程的补充。通过与计算机辅助分析测序数据相结合，这就可大规模地增加测序准确性：不论是检测人工引入的突变，还是检测RNA分子在混合物中的相对数量。

Reddy实验室博士后研究员Tarik Khan说，“通过这种方式，我们能够去除98%以上的错误。”

特别地，在这种新方法中，每种RNA分子在扩增前被标记上一种随机的但又*的基因条形码。再者，在扩增期间，这些分子也被进一步标记上*的条形码从而能够记录扩增偏差。

通过对测序数据进行计算机辅助分析，研究人员能够使用条形码鉴定出原始的抗体RNA分子，并且能够将它们与在测序过程中发生突变的分子区分开来。此外，利用这些条形码和一种算法，研究人员能够获得抗体RNA分子真实的相对数量，因而消除了拷贝偏差。

疫苗开发和早期检测

如今，这种新的抗体RNA测序方法已被用于免疫学研究中。比如，它可用于开发出抗体药物和疫苗。Reddy正与多家制药公司合作开展这方面的研究工作。Reddy说，“比如，我们的技术能够被用来准确地（如HIV感染患者体内）追踪免疫反应如何随着时间推移而发生变化。在此之前，测量抗体蛋白允许科学家们发现的主要是高丰度的抗体。然而，免疫反应总是产生大量的差异不大的抗体。测序甚至允许我们非常准确地和非常快速地描述罕见的抗体。”

再者，抗体RNA测序能够被用来在早期阶段检测少量的抗体分子，而在此阶段，要进行蛋白测序需要血液含有非常高浓度的抗体。测序有助于早期检测癌症或自身免疫病等疾病。