人类免疫系统解码

有史以来第一次，研究人员对比人类基因组大数十亿倍的人类免疫系统进行了全面测序。在《自然》杂志上发表的一项人类疫苗项目的新研究中，科学家们对这个庞大而神秘系统的关键部分进行了测序——编码循环B细胞受体库的基因。

对成人和婴儿的这些受体进行测序，科学家们发现了令人惊讶的重叠，这可能为疫苗和治疗提供潜在的新抗体靶点，这些疫苗和治疗在人群中都起作用。作为一项大型多年计划的一部分，这项工作旨在确定人类应对和适应各种疾病能力的遗传基础。

由范德比尔特大学医学中心和圣地亚哥超级计算机中心的科学家领导，由于生物研究与高性能前沿超级计算的融合，这一进展成为可能。虽然人类基因组计划对人类基因组进行了测序，并导致了新的基因组学工具的发展，但它并没有解决人类免疫系统的规模和复杂性。

“人类免疫学和疫苗开发领域的一个持续挑战是，我们没有正常健康人类免疫系统的全面参考数据，”范德比尔特大学医学中心范德比尔特疫苗中心主任James E. Crowe, Jr.医学博士说，他是这篇新论文的高级作者，该论文于2月13日在线发表在《自然》杂志上。“在当前时代之前，人们认为做这样一个项目是不可能的，因为免疫系统理论上是如此之大，但这篇新论文表明，定义很大一部分是可能的，因为每个人的B细胞受体库的大小出乎意料地小。”

这项新研究专门研究了适应性免疫系统的一部分，即循环B细胞受体，它负责产生被认为是人类免疫的主要决定因素的抗体。受体随机选择并加入基因片段，形成独特的核苷酸序列，称为受体“克隆型”。通过这种方式，少量的基因可以导致令人难以置信的受体多样性，使免疫系统能够识别几乎任何新的病原体。

通过对三个成人个体进行白细胞分离，研究人员克隆并测序了多达400亿个细胞，以对构成循环B细胞受体的基因片段组合进行测序，达到了前所未有的测序深度。他们还对三名婴儿的脐带血进行了测序。这个想法是收集少数人的大量数据，而不是传统的模式，只收集许多人的几个数据点。

“个体之间抗体序列的重叠出乎意料地高，”克罗解释说，“甚至在出生时成年人和婴儿之间显示出一些相同的抗体序列。”了解这一共性是识别抗体的关键，这些抗体可以作为疫苗和治疗的靶点，在人群中更普遍地起作用。

一个核心问题是，个体之间共享的序列是否是偶然的结果，而不是某种共有的生物或环境因素的结果。为了解决这个问题，研究人员开发了一种合成B细胞受体库，并发现“实验观察到的重叠明显大于偶然预期的重叠，”加州大学圣地亚哥超级计算机中心的罗伯特·辛科维茨博士说。

作为人类疫苗项目创建的独特联盟的一部分，圣地亚哥超级计算机中心将其强大的计算能力应用于处理数tb的数据。该项目的核心宗旨是生物医学和先进计算的结合。辛科维茨说:“人类疫苗项目使我们能够在比通常单个实验室更大的范围内研究问题，它还将通常不合作的小组聚集在一起。”

目前正在进行持续的合作工作，以扩大这项研究，包括:对适应性免疫系统的其他领域、T细胞库进行测序;增加额外的人口统计数据，如超级百岁老人和国际人口;并应用人工智能驱动的算法进一步挖掘数据集以获得见解。我们的目标是继续研究免疫系统的共同组成部分，以开发更安全、具有高度针对性的疫苗和免疫疗法，对所有人群都有效。

人类疫苗项目首席执行官Wayne Koff博士说:“由于最近的技术进步，我们现在有了一个前所未有的机会，可以利用人类免疫系统的力量从根本上改变人类健康。”“破解人类免疫系统对于应对从癌症到阿尔茨海默病再到大流行性流感等传染性和非传染性疾病的全球挑战至关重要。这项研究标志着了解人类免疫系统如何工作的关键一步，为通过基因组学和免疫监测技术与机器学习和人工智能的融合开发下一代健康产品奠定了基础。”

本文已从材料所提供的人类疫苗项目．注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。

参考
人类B细胞受体组中共享克隆型的高频率。Cinque Soto, Robin G. Bombardi, Andre Branchizio, Nurgun Kose, Pranathi Matta, Alexander M. Sevy, Robert S. Sinkovits, Pavlo Gilchuk, Jessica A. Finn和James E. Crowe Jr. Nature, 2019年2月13日，https://doi.org/10.1038/s41586-019-0934-8。