未来低温电镜技术和结构-序列算法的改进能更快地识别抗体 而不需要对B细胞进行DNA测
发布时间：
2022-01-20
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斯克里普斯研究所的科学家们发明了一种新方法，可以在对疫苗接种或感染的免疫反应中识别出特定的抗体，相比传统方法所需的时间，新方法相当节能。
斯克里普斯研究所开发的一种新方法使用冷冻电镜技术，更快地识别用于疫苗开发的抗体。在这个例子中，算法从数据库中筛选了大约100,000到1,000,000个可能的抗体序列，以确定序列(左)与在cryoEM图像(透明灰色表面)中观察到的抗体最匹配。
斯克里普斯研究中心的科学家们发明了一种方法，或许可以缩短现代疫苗开发的一大步。
这些研究人员的工作发表在当地时间2022年1月19日的《科学进展》（Science Advances）杂志上，他们表明，他们可以使用高分辨率、低温电子显微镜(cryoo -EM)快速描述疫苗或感染引发的抗体，这些抗体在原子水平上与病毒上的目标结合。
该研究的资深作者、斯克里普斯研究所综合结构和计算生物学教授 Andrew Ward博士说:“COVID-19大流行凸显了对强大和快速的疫苗和抗病毒技术的需求。我们很乐观地认为，我们的新方法将通过大大简化抗体发现来帮助满足这一需求。”
“传统上，识别对病毒有用的抗体需要对产生抗体的B细胞进行费力的分类和测试，以找到正确的抗体——这个过程需要几个月的时间，”博士后研究助理和该研究的第一作者Aleksandar Antanasijevic博士说。
“有了这种新方法，我们可以在大约10天的时间里，从从受感染或免疫的患者的血样采集到识别所有引起的感兴趣的抗体，”该研究的共同第一作者、工作人员科学家Charles Bowman补充说。
研究人员的成就部分得益于最近低温电子显微镜技术的改进。低温电子显微镜是一种利用电子束照射远低于普通光学显微镜的目标并为其成像的技术。例如，在8月份发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的一项研究中，研究人员使用高分辨率低温电子显微镜(cryo-EM)快速、精确地绘制出恒河猴体内的抗体与HIV包膜蛋白合成版本结合的位置，这些合成版本正在被开发用于潜在的HIV疫苗。
在这项新研究中，该团队将这一研究方向进一步推进。他们采用了一种“结构-序列”的计算机算法，可以将通过低温电子显微镜确定的抗体结构与产生该结构的DNA序列联系起来。为此，他们从猴子身上组装了一个包含所有抗体编码DNA序列的文库——通过快速批量测序动物淋巴结中产生抗体的B细胞的遗传物质获得。将该算法应用于低温电镜数据和抗体序列库，科学家可以可靠地将低温电镜图像中感兴趣的抗体与序列数据库中定义的唯一抗体进行匹配。
研究人员表示，他们可以通过使用序列数据复制这种独特的“单克隆”抗体，并用低温电镜验证抗体与原始成像的抗体以相同的方式结合，从而确认结果的准确性。
科学家们现在正在改进他们的技术，以优化其速度和可用性，并将其应用于几个领域:快速评估人类抗体对实验性艾滋病毒疫苗的反应;开发针对自身免疫性疾病的抗体阻断疗法;并发现能够治疗细胞上的其他蛋白质目标的抗体。
他们预计，未来低温电镜技术和结构-序列算法的改进，将使仅使用高分辨率结构图像就能更快地识别抗体，而不需要对B细胞进行DNA测序。
Antanasijevic说:“这种从结构到序列的方法在免疫学和其他领域有很大的潜力。我们设想有一天可以用它来研究蛋白质之间的相互作用，例如，发现特定蛋白质的结合伙伴。”
From structure to sequence: Antibody discovery using cryoEM
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