Die Sequenzierung des Immunrepertoires beschleunigt die Impfstoffentwicklung.

Mit dem Aufkommen von Antibiotika ist die Pandemie oder lokale Epidemie, die durch pathogene Bakterien verursacht wird, erheblich zurückgegangen. Allerdings hat der Missbrauch von Antibiotika das Auftreten von antibiotikaresistenten Bakterien beschleunigt, und die Zahl der Todesfälle durch antibiotikaresistente Bakterien nimmt weltweit von Jahr zu Jahr zu. Die mikrobielle Arzneimittelresistenz ist zu einer zunehmend ernsten globalen Krise geworden, die eine große Bedrohung für die menschliche Gesundheit darstellt. Neben der Regulierung des Einsatzes von Antibiotika und der Beschleunigung der Entwicklung neuer Antibiotika werden Impfstoffe als effektives Mittel zur Minderung der Krise der Arzneimittelresistenz angesehen, und es werden dringend neue Methoden benötigt, die eine Antibiotikabehandlung ersetzen können.

Aufgrund der rasant fortschreitenden Technologie der Next-Generation-Sequenzierung und der zunehmenden Anwendung von Immunisierung in der Krankheitsdiagnose und -behandlung wurde die Sequenzierung des Immunrepertoires umfassend untersucht. Immunspektrum-Sequenzierung bezieht sich darauf, T/B-Lymphozyten als Forschungsziel zu nehmen und mehrere PCR-Technologien zu verwenden, um die komplementäre Determinantenregion (CDR3-Region), die die Vielfalt des B-Zell-Rezeptors (BCR) oder T-Zell-Rezeptors (TCR) bestimmt, zu amplifizieren. Anschließend wird die Hochdurchsatz-Sequenzierungstechnologie kombiniert, um die Vielfalt des Immunsystems umfassend zu bewerten. Derzeit wurde die Technologie der Hochdurchsatz-Sequenzierung der Immunglobulinbibliothek auf die Forschung vieler Krankheiten angewendet, einschließlich Impfstoffdesign und -bewertung, Biomarker für Tumordiagnose, Klassifikation und Prognose, Nachweis von minimaler Resterkrankung (MRD), Autoimmunerkrankungen, Tumorforschung und Überwachung nach Transplantationen.

Die Sequenzierung des Immunrepertoires erleichtert das Studium der durch den COVID-19-Impfstoff induzierten Antikörper.

Die COVID-19-Pandemie dauert seit Ende 2019 an, was große Herausforderungen für die globale öffentliche Gesundheitssicherheit mit sich brachte und weltweit zu einer Wirtschaftskrise führte. Unter den genehmigten Impfstoffen und Impfstoffkandidaten in klinischer Prüfung nutzen, abgesehen von inaktivierten Virusimpfstoffen, die anderen SARS-CoV-2-Rezeptorbindungsdomäne (RBD) oder das Spike-Protein (S) als Impfstoff-Immunogen. Es gibt jedoch nur wenige Studien, die systematisch die Antikörperbibliotheken vergleichen, die durch RBD- und S-Immunogene induziert werden. Forscher verwendeten die 10×Genomics Immune Repertoire-Sequenzierung, um wichtige Einblicke in die Antikörperantworten auf verschiedene SARS-CoV-2-Antigene zu gewinnen. Die Ergebnisse zeigten, dass das S-Immunogen im Gegensatz zu RBD vielfältige neutralisierende monoklonale Antikörper (mAbs) hervorrief, die nicht nur RBD, sondern auch NTD anvisierten. Diese vielfältigen mAbs haben das Potenzial, eine starke neutralisierende Aktivität gegen SARS-CoV-2 durch synergistische Effekte auszuüben und sind im Allgemeinen vorteilhaft im Kampf gegen Virusvarianten. Am wichtigsten ist, dass diese unterschiedlichen Antikörper bis zu einem gewissen Grad das Risiko eines Impfversagens aufgrund von Virusmutationen durch Synergie verringern können.

Unterscheidbare BCR-Repertoires, die durch SARS-CoV-2 RBD- und S-Impfungen bei Mäusen hervorgerufen werden

Die Anwendung der B-Zell-Sequenzierung bei genesenden Patienten

Ein aktueller Bericht zeigt die schnelle und effiziente Identifizierung von SARS-CoV-2-neutralisierenden Antikörpern, die durch Hochdurchsatz-Einzelzell-RNA- und VDJ-Sequenzierung von antigenbindenden B-Zellen aus genesenen COVID-19-Patienten erreicht wurde. Über 8.500 antigenbindende B-Zell-Klonotypen, die Immunoglobulin G1 (IgG1) Antikörper exprimieren, wurden bei 60 genesenen Patienten identifiziert. Die BCR-Sequenzierung könnte zur Identifizierung von hochpotenten neutralisierenden monoklonalen Antikörpern führen, die eine starke therapeutische und prophylaktische Wirksamkeit aufweisen, und sie ist von großer Bedeutung für die Prognose der Krankheit und das Design von Impfstoffen, was erheblich zur Intervention bei bestehenden und aufkommenden Infektionskrankheiten wie COVID-19 beitragen könnte.

Hochdurchsatz-Einzellsequenzierung von B-Zellen genesener Patienten

Die Sequenzierung des Immunspektrums hat sich zu einer leistungsstarken Technologie für die Antigendiskoverie entwickelt. In den kommenden Jahren sind weitere Studien zu erwarten, die Licht auf drängende Fragen in diesem Bereich werfen. Durch diese Methode entdeckte Antigene können direkt in nucleinsäurebasierten Impfstoffen kodiert werden, was eine vielseitige und leistungsstarke Pipeline für die Impfstoffentwicklung darstellt. In Zukunft kann die Technologie der Immunspektrumssequenzierung nicht nur die rasche Entwicklung von bakteriellen Impfstoffen (insbesondere Impfstoffen, die auf intrazelluläre Bakterien abzielen) fördern, sondern auch größere Anstrengungen bei der Entdeckung neuer Tumorantigene unternehmen, um mRNA-Impfstoffe auf eine anspruchsvollere Entwicklung zuzuleiten. Weitere Verbesserungen werden erwartet, um die Anzahl der identifizierten Antigene zu erhöhen und die goldene Allianz mit viralen Vektor- und mRNA-Impfstoffplattformen zu stärken, was die Entwicklung effektiver, neuartiger antibakterieller Impfstoffe erleichtert.

Referenzen:

1. Lavinder JJ, Wine Y, Giesecke C, u. a. Identifizierung und Charakterisierung der im menschlichen Serum durch Impfung hervorgerufenen Antikörper. Proc Natl Acad Sci U S A. 2014;111(6):2259-2264.
2. Sureshchandra, Suhas u. a. Einzelzell-Profilierung von T- und B-Zell-Repertoires nach SARS-CoV-2 mRNA-Impfung. JCI Einblick Bd. 6,24 e153201. 22. Dez. 2021.
3. Tian, Siyu et al. Unterscheidliche BCR-Repertoires, die durch SARS-CoV-2 RBD- und S-Impfungen bei Mäusen hervorgerufen werden. Zellentdeckung Bd. 7,1 91. 7. Oktober 2021.
4. Cao, Yunlong u. a. Potente neutralisierende Antikörper gegen SARS-CoV-2 identifiziert durch Hochdurchsatz-Einzelzell-Sequenzierung von B-Zellen genesener Patienten. Zellvolumen182,1 (2020): 73-84.e16.