Nature Protocols：创新技术PepSeq的使用

医学方面的一个大问题是，哪种抗体提供了抵抗感染的保护？一种名为PepSeq的创新方案正在改变研究人员检测传染病的方法——这一知识应该会改变人类应对未来流行病的方式。

　　

NAU教授在开发一种新的血清学测试中发挥了重要作用，它不仅可以帮助人类准备和应对下一次大流行，而且在寻找糖尿病和乳糜泻等疾病的病毒触发因素方面也具有关键作用。NAU研究员Jason Ladner和来自TGen的合作者团队刚刚发表了一项关于PepSeq的全面研究，列出了该过程、工具以及如何解释结果，目的是为下一次疫情提供更多、更好和更快的信息。

Jason Ladner是生物科学系和病原体与微生物组研究所(PMI)的助理教授，是PepSeq技术的主要创新者，该技术允许科学家一次测试抗体与数十万个蛋白质目标的结合，而不是一次测试一个。当我们试图追踪冠状病毒这样的传染性病毒，并找出如何应对它时，迅速获得答案可能是生与死的答案。

11月初发表在《Nature Protocols》上的一篇文章详细阐述了这一协议。

“PepSeq:使用可定制的DNA-编码肽库的高度复用血清学的完全体外平台”描述了进行高度复用血清学分析的新方法，详细描述了团队设计和合成定制PepSeq库的方法，以及如何使用这些库进行分析和解释数据。Ladner说，希望为世界各地的科学家在自己的研究中使用该协议提供路线图，使我们更接近一些主要传染病的答案。

这是向前迈出的重要一步，因为人们对生物恐怖主义、人畜共患疾病和下一次大流行的担忧从未遥远，了解这些病原体将有助于科学家开发疫苗，并跟踪它们的运动和进化。

他说:“血清学检测对于诊断许多人类和动物感染非常重要。然而，传统的检测方法往往缺乏敏感性和/或特异性。我们的方法可以帮助识别在感染过程中，哪些蛋白质最常刺激抗体反应，哪些抗原表位对感兴趣的病原体是特异性的，而不是在相关病原体之间交叉反应。”

什么是PepSeq?

最基本的是，该方案允许科学家们测试蛋白质靶标或抗原如何一次与数十万抗体结合。抗原是病原体(如病毒或细菌)的组成部分，是宿主血液中抗体的目标。每一次新的感染都会产生新的抗体，这些抗体对特定的抗原具有高度特异性，可以持续数月甚至数年。因此，抗体有助于防止未来感染类似的病原体，但它们也提供了过去接触的记录。

那么，医学方面的一个大问题是，哪种抗体提供了抵抗感染的保护。这就是2020年人类的处境——不知道身体需要产生哪些正确的抗体来应对COVID-19。需要这些信息来创建有效的疫苗，并在未来帮助开发疫苗接种方法，广泛预防像SARS-CoV-2这样的冠状病毒，包括那些我们尚未确定的病毒。

那么，医学方面的大问题是，确定哪些抗体需要攻击病原体的抗原。这就是2020年人类的处境——不知道身体需要产生哪些正确的抗体来应对COVID-19。研制有效疫苗需要这些信息。

PepSeq最初是由一个团队开发的，其中包John Altin，他现在是TGen的研究员，Ladner的合作者，也是这项研究的合著者。PepSeq在两个关键方面对这一过程做出了贡献。首先，它允许科学家们同时评估大量不同抗原之间的抗体结合。因为抗体是宿主过去感染的证据，知道一个人有什么抗体可以提供他们过去接触过什么病原体的线索。这种检测方法允许研究人员通过检测过去被所有已知感染人类的病毒感染的证据，广泛探索接触史。

Ladner说:“这可以帮助我们更好地了解传染病的流行病学，也使我们能够寻找糖尿病和乳糜泻等非传染性疾病的潜在病毒触发因素。”

其次，PepSeq中使用的抗原是短肽，这意味着它们的长度通常不超过64个氨基酸。这意味着，每当抗体与PepSeq抗原结合时，信号就会针对蛋白质的某个特定区域，这就使得Ladner和他的团队能够详细分析抗体反应。它有助于弄清病原体的哪些部分是抗体最常针对的，哪些抗体针对特定的病原体，比如导致COVID-19的新型冠状病毒，以及哪些抗体可以交叉识别并潜在地交叉保护与密切相关的病原体，比如可能导致普通感冒的冠状病毒。

他说:“特别是，我们对SARS-CoV-2和‘地方性’人类冠状病毒之间高度保守的几个表位非常感兴趣，这种病毒已经感染人类几十年，通常只导致普通感冒。我们发现，抗体对这些表位的反应是不同的，针对这些区域的反应可以对冠状病毒提供广泛的保护。”

第3个关键因素是:PepSeq使这些检测能够快速运行，而且比其他检测的样本量小得多——这很重要，因为这些样品往往很珍贵，而且供应不足。

现在发生了什么?

这项研究为任何研究人员使用PepSeq提供了所需的信息。它还为他们在过程中所做的决策提供了基本原理，以便其他人可以在该技术的基础上进行开发。尽管该协议具有创新性，但研究人员的目标是让其他人进一步创新。Ladner的团队正在领导生物信息学协议和定制软件包的开发，这些协议将创建PepSeq库，并允许对通过协议收集的数据进行解释。

Ladner表示，从大局来看，开展此类对话有助于该领域的整体进步。它有助于在过程和结果中建立信任。

他说:“即使除了PMI和TGen之外没有人最终使用PepSeq，我们也希望更广泛的科学界相信，结果是可靠的，而实现这一点的最佳方式是通过过程的透明度。在这种类型的协议手稿中，我们可以更详细地介绍方法，而不是专注于使用PepSeq的特定研究项目的结果的手稿。”

Ladner还在完善新的样本类型的协议，包括人类唾液、尿液和吸血蚊子。他还使用PepSeq更好地了解病毒的分布和生态，这些病毒会影响其他动物，但还不会影响人类。这将允许他的团队探索抗体在其他动物中的反应性，如蝙蝠，这将证明什么类型的病毒通常感染这些宿主物种。

虽然这一研究的大部分是针对调查过程中事实部分的问题，但它应奠定基础，以便在未来爆发疫情期间采取更有效的应对措施，以及研制病毒疾病的疫苗和治疗方法。Ladner的团队获得了美国国防部国防威胁减少局的资助，使用PepSeq更好地了解不同疫苗交付平台的优缺点。

Ladner说:“疫苗接种的主要目标之一是刺激保护性抗体反应的产生，PepSeq可以帮助我们了解抗体对疫苗接种的反应。PepSeq分析的结果肯定有助于为与疫情准备和应对更直接相关的战略和方法提供信息。”

PepSeq: a fully in vitro platform for highly multiplexed serology using customizable DNA-barcoded peptide libraries