Los investigadores del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zurich en Basilea han desarrollado un nuevo método que les permite registrar la amplia gama de anticuerpos en un individuo, genéticamente de una sola vez. Por ejemplo, pueden rastrear con mucha precisión cómoel sistema inmune produce anticuerpos después de una vacunación o una infección. El nuevo método genético, establecido por científicos liderados por Sai Reddy, profesor de ingeniería biomolecular, ofrece mucha más información que las técnicas de detección de anticuerpos anteriores.
En lugar de proteínas de anticuerpos, la técnica del científico ETH analiza una gran cantidad de moléculas de ARN mensajero, que proporcionan instrucciones a la maquinaria de producción de proteínas del cuerpo para generar anticuerpos. Los científicos usan la secuenciación de ARN para descifrar las instrucciones de ensamblaje y determinar su evolución y cantidades relativas.
una gran cantidad de anticuerpos
"La comunidad científica ha progresado enormemente en la tecnología de secuenciación en los últimos años. La secuenciación se ha vuelto más rápida y económica, y ahora se pueden procesar y analizar grandes volúmenes de datos", explica Reddy. "Sin embargo, hasta ahora, el métodofue poco adecuado para el análisis de ARN de anticuerpos "
Uno de los grandes desafíos es que el cuerpo contiene una gran cantidad de anticuerpos, con estimaciones que apuntan a varios miles de millones de variaciones diferentes. Sin embargo, detectar sus diferencias a nivel genético requiere un alto grado de sensibilidad y precisión.
La precisión es un gran desafío
Para preparar las moléculas de ARN para la secuenciación, los científicos comienzan copiando su código genético miles de millones de veces. En el proceso, se introducen errores o mutaciones. Hasta ahora, era difícil para los científicos decidir si dos secuencias genéticas ligeramente diferentes representaban dosdiferentes anticuerpos, o un solo anticuerpo que había mutado durante la preparación de la muestra.
Además, la secuenciación de una mezcla de moléculas de ARN arrojó información muy imprecisa sobre la incidencia de las moléculas respectivas en la mezcla. La razón es que cuando las moléculas de ARN se copian, como se mencionó anteriormente, no todas se duplican exactamente de la misma maneragrado.
Más del 98 por ciento de los errores evitados
Para abordar este problema, Reddy y sus colegas han complementado el proceso de secuenciación de ARN mediante la creación de un sistema de control que utiliza códigos de barras genéticos. Esto, combinado con el análisis asistido por computadora de los datos de secuenciación, les ha permitido aumentar enormemente la precisión de secuenciación,tanto con respecto a las mutaciones introducidas artificialmente como a la concentración relativa de moléculas de ARN en la mezcla. "De esta manera, pudimos eliminar más del 98 por ciento de los errores", dice Tarik Khan, un postdoc en el laboratorio de Reddy.
Específicamente, en el nuevo método, cada molécula de ARN se etiqueta con un código de barras genético aleatorio pero único antes de la amplificación. Además, durante la amplificación, las moléculas también se etiquetan con códigos de barras únicos adicionales de una manera que crea un registro del sesgo de amplificación.
Mediante el análisis por computadora de los datos de secuenciación, los científicos pueden usar los códigos de barras para identificar las moléculas de ARN del anticuerpo original y diferenciarlas de las moléculas que han mutado durante el proceso de secuenciación. Además, usando los códigos de barras y un algoritmo,los investigadores pueden recuperar las cantidades relativas reales de las moléculas de ARN del anticuerpo, eliminando así el sesgo de copia.
Desarrollo de vacunas y detección temprana
Este nuevo método de secuenciación de anticuerpos ahora se puede utilizar en la investigación inmunológica. Es útil, por ejemplo, en el desarrollo de fármacos y vacunas de anticuerpos. Reddy está llevando a cabo este trabajo en colaboración con varias compañías farmacéuticas ". Por ejemplo, nuestroLa técnica se puede utilizar para rastrear con precisión cómo cambia la respuesta inmune con el tiempo, como en pacientes humanos con una infección por VIH ", dice el profesor de ETH, que recientemente recibió una de las codiciadas subvenciones iniciales del Consejo Europeo de Investigación".las mediciones de las proteínas de los anticuerpos permitieron a los científicos descubrir principalmente los anticuerpos muy frecuentes. Sin embargo, una respuesta inmune siempre produce una gama completa de anticuerpos ligeramente diferentes. La secuenciación nos permite caracterizar incluso los más raros con mucha precisión, y muy rápidamente ".
Además, la secuenciación de anticuerpos se puede utilizar para detectar pequeñas cantidades de moléculas de anticuerpos en una etapa temprana, mientras que la medición de proteínas requiere una concentración suficientemente alta de proteínas de anticuerpos en la sangre. La secuenciación abre nuevas posibilidades en el diagnóstico; por ejemplo, en eldetección temprana de cáncer o enfermedades de autoinmunidad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Original escrito por Fabio Bergamin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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