细胞分析技术可以帮助对抗结核病

一种新方法,分析个体免疫细胞如何反应导致结核病的细菌可能为新疫苗铺平道路的策略在这种致命的疾病,并提供洞察世界其他传染病而战。

尖端技术开发在大卫·罗素博士的实验室感染的威廉·卡普兰教授生物学系的大学兽医微生物学和免疫学,并在新的研究发表在《详细实验医学杂志7月22日。

多年来,罗素的实验室已经试图解开如何结核分枝杆菌(Mtb),导致结核病的细菌感染,坚持他们的宿主细胞,这通常称为巨噬细胞的免疫细胞。

实验室的最新创新结合了两种分析工具,每个目标宿植病原体的不同方面的关系:“记者”Mtb细菌发光不同的颜色取决于强调他们在环境;单细胞测序RNA (scRNA-seq),收益率单个宿主巨噬细胞细胞的RNA转录。

大卫。Pisu博士“有史以来第一次,在我的实验室结合这两种方法来分析Mtb-infected免疫细胞从一个在活的有机体内感染,”拉塞尔说。

结核分枝杆菌感染小鼠后荧光记者细菌,罗素的团队能够收集和变化个人Mtb-infected从小鼠肺巨噬细胞。之后,研究人员确定哪些巨噬细胞促进Mtb增长(体育快乐,试图细菌)或含有结核分枝杆菌强调不可能成长(不开心,绿幽幽的细菌)。

接下来,他们把两个排序,被感染的巨噬细胞的数量和它们穿过RNA单细胞测序分析,从而产生转录资料每个宿主细胞的数量。

当科学家们比较了巨噬细胞单细胞测序数据与记者细菌的表型,他们发现一个几乎完美的一对一的健康状态之间的相关性细菌和宿主细胞的转录概况。巨噬细胞,有不快乐的绿色细菌也表达基因,抑制细菌生长,而那些快乐红细菌表达基因促进细菌生长。

科学实验很少打这么好。

“绝对震惊了我们是如何工作的,”拉塞尔说。“当大卫Pisu给我分析我几乎差点从椅子上跌落下来。”

通常,表型和转录概况两个特征很少聚在一起在一个完美的匹配,而这几乎从未发生在活的有机体内数据。

这近乎完美的比赛显示新的细微差别。

“虽然我们之前的结果确定居民肺泡巨噬细胞(AM)宽容和血液monocyte-derived招募巨噬细胞(IM)结核分枝杆菌控制感染是正确的广义上说,我们发现,毫无疑问,这是一个简化,”拉塞尔说。

有变化即使在这两种不同的巨噬细胞类型:一些是结核分枝杆菌细胞控制增长,而IMs是允许细菌扩张。研究小组发现,类似的子集的免疫细胞出现在人类和小鼠肺样本。

额外的一步研究看看我的反应是否和IM结核分枝杆菌细胞epigenetically控制——这意味着细胞的特征是由于某些基因被关闭或分子开关这可能解释两组巨噬细胞有不同的反应。使用一个读出一个细胞的表观遗传景观,他们发现,就是如此。

“分析显示,当这些细胞暴露于Mtb或疫苗株通过感染或疫苗接种,分别——他们的表观遗传编程有一个很大的影响他们的反应是否会导致疾病控制或进展,”拉塞尔说。

有了这个身体的新信息,罗素旗开得胜的实验室计划来识别新的疗法。“我们将首先筛选库看到哪些已知的表观遗传抑制剂化合物可能是有用的在修改免疫反应,”拉塞尔说。

如果他们找到有前途的化合物——那些促使巨噬细胞anti-Mtb行为——他们可能与疫苗结合使用来帮助防止肺结核病人的免疫系统。

更强大的发现奠定了基础研究病原体如何影响单个细胞,允许系统的全面检查。

“这是一个路线图,让我们看整个人口的细胞,看看一个扰动影响细胞在人口,”拉塞尔说。“我们可以测试药物功效在活的有机体内感染没有任何先入为主的化合物如何限制功能”。

这种方法非常灵活,可以用于任何细胞内病原体的研究,包括病毒,很容易适用于任何动物挑战模式。

参考:黄Pisu D, L,纳V, et al。单细胞分析结核分枝杆菌表型,在受感染的肺巨噬细胞谱系。实验医学杂志。2021;218 (9):e20210615。doi:10.1084 / jem.20210615

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