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这个快速发现病毒抗体的新工具,是时候用起来了!

【字体: 时间:2020年04月01日 来源:华大科技

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  科技君以近期发表在Nature子刊Communications Biology上面的一篇文章为例,看看如何通过高通量的单细胞免疫组库测序技术,快速获得血浆中B细胞抗原决定簇克隆片段有效信息的,从分子水平上进一步认识抗体及它的基因编码序列,进而指导疫苗的研发。

“新冠”肆虐,刷新了大家对流行病毒的认知,也让人们对疫苗的研发寄予厚望。过去,疫苗研发周期都较长,高通量的单细胞免疫组库测序技术兴起,将有助于精准获得病毒刺激后B细胞或T细胞所表达的信息,为新型疫苗的开发提供至关重要的基础数据,再结合其他蛋白和构象等信息,用于指导抗原设计,助力疫苗快速开发。

科技君以近期发表在Nature子刊Communications Biology上面的一篇文章为例,看看如何通过高通量的单细胞免疫组库测序技术,快速获得血浆中B细胞抗原决定簇克隆片段有效信息的,从分子水平上进一步认识抗体及它的基因编码序列,进而指导疫苗的研发。

研究流程

高通量的单细胞免疫组库测序技术的整体研究流程,首先利用微流控技术原理,当血浆B细胞流经液相泳道,再结合带有标签的微珠,共同经过油相泳道后,形成油包水GEM结构,进而获得标记好有效目的片段,完成上机文库构建及测序。随后,对获得的数据进行生物学信息分析:片段的组装→contig进行注释→对重链和轻链的高变区进行配对→对细胞的数据质量进行过滤。


图1 高通量单细胞免疫组库测序技术流程示意图

技术优势

那么,研究人员是如何通过使用该技术,对抗原特异性的抗体进行快速定位和发现的呢?文章采用了chicken OVA(鸡的卵清蛋白)作为外源抗原刺激物,对人、小鼠、大鼠进行免疫接种,收集到25万个B细胞进行高通量的单细胞免疫组库测序,并进行了生物学信息分析。

特异性的抗原决定簇的信息,轻松获得!

文章分成两组:天然未免疫的大鼠以及OVA免疫接种的大鼠;利用高通量单细胞免疫组库技术,对天然未免疫的大鼠Rat1的15,338个细胞、Rat2的15,042个细胞以及OVA刺激的免疫接种过Rats(3只)混样后取得的3091个细胞进行测序和多克隆亚群分析,检测到了88%的OVA特异性多克隆B细胞。相比之下,天然未免疫大鼠的IgMneg B细胞几乎没有发现到此类型克隆细胞的大量增殖。


图2 OVA特异性B细胞的增殖情况分析

高于传统10倍以上的检出率,准确率高达92%!

对接受chicken OVA(鸡的卵清蛋白)免疫接种的大鼠,取其淋巴管道中产生的B细胞(IgMneg/OVApos)进行单细胞免疫组库测序,分析发现单细胞免疫组库测序技术于传统的杂交瘤技术相比,可检出81% (56/69) 独有的鸡卵清蛋白特异性B细胞克隆亚群(OVA-lineages),同时还检测出了710个潜在的OVA特异性B细胞克隆亚群(lineages)及其序列信息,并通过随机挑选了93个潜在的OVA特异性的抗体进行亲和力分析,结果显示潜在OVA特异性抗体的检测准确率可以达到92%。


图3 OVA特异B细胞克隆分析,以及通过单细胞免疫组库测序获得的潜在OVA特异B细胞克隆亚群的验证

可见,高通量的单细胞免疫组库测序技术可以获得单个免疫细胞的全长VDJ区域的基因序列信息,通过这些信息,可以帮助我们动态地、更精准地了解和认识有机体在免疫应答过程中,更深层次的遗传和分子机制。

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*数据来源:

*不同平台细胞系比较数据:2019年10月25日在bioRXiv上预印文章A portable and cost-effective microfluidic system for massive parallel single-cell transcriptome profiling

#DNBSEQ™测序系统cross-talk数据:2018年6月11日,在bioRxiv发表了文章Reliable Multiplex Sequencing with Rare Index Mis-Assignment on DNB-Based NGS Platform

参考文献:

Goldstein L D, Chen Y J J, Wu J, et al. Massively parallel single-cell B-cell receptor sequencing enables rapid discovery of diverse antigen-reactive antibodies[J]. Communications biology, 2019, 2(1): 1-10.

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