基因测序的质量控制

巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的研究人员开发了一种新方法，使他们能够一次性地记录个体中的大量抗体。例如，他们可以非常准确地跟踪免疫系统在接种疫苗或感染后如何产生抗体。由生物分子工程教授Sai Reddy领导的科学家建立的新遗传方法比以前几十年前的抗体检测技术提供了更多的信息。ETH科学家的技术不是使用抗体蛋白，而是分析大量的信使RNA 分子，这些分子为人体的蛋白质生产机器提供指导以产生抗体。科学家使用RNA测序来破译装配说明并确定其演变和相对量。

大量抗体

“科学界在过去几年中在测序技术方面取得了巨大进步。测序变得更快，更便宜，现在可以处理和分析大量数据，”Reddy解释说。“然而，到目前为止，该方法还不适合分析抗体RNA。”其中一个重大挑战是身体含有大量抗体 - 据估计有数十亿种不同的抗体。然而，检测它们在遗传水平上的差异需要高度的灵敏度和精确度。

准确性是一项重大挑战

为了准备RNA分子进行测序，科学家们首先要复制他们的遗传密码数十亿次。在这个过程中，错误(或突变)蔓延。到目前为止，科学家很难决定两个略有不同的基因序列是代表两种不同的抗体，还是一种在样品制备过程中发生突变的单一抗体。

此外，RNA分子混合物的测序仅产生关于混合物中各个分子的发生率的非常不精确的信息。原因是当RNA分子被复制时，如前所述，并非所有RNA分子都被复制到完全相同的程度。

超过98%的错误被避免

为了解决这个问题，Reddy和他的同事通过创建一个使用遗传条形码的控制系统来补充RNA测序过程。这与测序数据的计算机辅助分析相结合，使得它们大大提高了测序精确度，包括人工引入的突变和混合物中RNA分子的相对浓度。“通过这种方式，我们能够消除超过98%的错误，”Reddy实验室的博士后Tarik Khan说。

具体地，在新方法中，每个RNA分子在扩增前用随机但唯一的遗传条形码标记。此外，在扩增过程中，分子还以另外的独特条形码标记，产生扩增偏差的记录。

通过基于计算机的测序数据分析，科学家们可以使用条形码识别原始抗体RNA分子(并将这些分子与测序过程中突变的分子区分开来)。此外，使用条形码和算法，研究人员能够恢复抗体RNA分子的实际相对量，从而消除复制偏差。

疫苗开发和早期检测

这种新的抗体测序方法现在可用于免疫学研究。例如，它可用于开发抗体药物和疫苗。Reddy正在与各种制药公司合作开展此类工作。“例如，我们的技术可用于准确追踪免疫反应如何随时间变化，例如艾滋病病毒感染的人类患者，”ETH教授说，他最近获得了欧洲研究中令人垂涎的首发奖学金之一委员会。“以前，抗体蛋白质的测量使科学家们能够主要发现非常频繁的抗体。然而，免疫反应总会产生一系列略有不同的抗体。

此外，抗体测序可用于在早期检测少量抗体分子，而蛋白质测量需要血液中足够高浓度的抗体蛋白质。因此，测序为诊断开辟了新的可能性; 例如，在癌症或自身免疫疾病的早期检测中。