Разработать вакцины против коронавируса поможет изучение иммунного ответа и анализ единичных клеток

Разработка вакцины невозможна без предварительной работы по изучению механизмов инфицирования и иммунного ответа. Компания 10x Genomics разработала технологии для подготовки проб перед анализом генома, экзома, транскриптома и CNV методом NGS на платформе Illumina.

Задачей номер один для множества стран стала разработка вакцины против SARS-CoV-2. В числе первых появилась вакцина Спутник V вместе с вакцинами Pfizer/BioNTech и Oxford/AstraZeneca. Мы надеемся, что скоро коронавирус будет взят под контроль.

Разработка вакцины была бы невозможна без предварительной работы по изучению механизмов инфицирования и иммунного ответа. Исследователи всего мира внесли свой вклад, и теперь разрабатывать новые и лучшие вакцины будет все проще.

Особо хочется выделить работы, в которых использовались методики по анализу единичных клеток компании 10x Genomics, которая разработала технологии для подготовки проб перед анализом генома, экзома, транскриптома и CNV методом NGS на платформе Illumina. В основе этой технологии — использование баркодирования единичных молекул нуклеиновых кислот. Так, информацию об иммунном профиле исследуемого объекта можно получить с помощью наборов для изучения экспрессии генов и V(D)J-регионов единичных клеток.

Коронавирус и иммунный ответ в легких

M Liao et al., Single-cell landscape of bronchoalveolar immune cells in patients with COVID-19. Nat Med. 26, 842–844 (2020)

К счастью, большинство переносит коронавирус относительно легко, но у некоторых людей развиваются тяжелые симптомы, пневмония или даже ОРДС (острый респираторный дистресс-синдром). В чем причина?

Группа ученых из Китая под руководством доктора Минфэна Ляо исследовала, как иммунная система реагирует на вирус в легких пациентов. Был выполнен бронхоальвеолярный лаваж у людей с COVID-19. Из образцов выделили единичные клетки и определили различные клеточные популяции у пациентов с умеренным и тяжелым течением коронавируса с помощью РНК-секвенирования. У пациентов с тяжелым течением было больше нейтрофилов и макрофагов. Изучили также их провоспалительное микроокружение и экспрессию генов, делающих его возможным.

У «тяжелых» пациентов было также меньше CD8+ Т-клеток, а у «умеренных» —больше ZNF683+ CD8+ Т-клеток, которые, судя по всему, и являлись специфичными для коронавируса Т-клетками, защищающими легкие пациентов.

3682fde9a42bae79a52bcdd670cc9ac4.jpg Рисунок 1. Верхний график демонстрирует кластеры клеток БАЛ пациентов. Нижний график отражает относительное распределение кластеров. HC - контрольная группа, M - пациенты со средней степенью тяжести болезни, S - пациенты с тяжелыми симптомами COVID-19.

Изучение иммунного ответа организма на коронавирус на системном уровне помогает открыть новые пути терапии

Y Su et al., Multi-Omics Resolves a Sharp Disease-State Shift between Mild and Moderate COVID-19. Cell. 183 (6), 1479–1495.E20 (2020)

Ученые исследовали иммунный ответ не только в легких, но и во всем организме в целом, а именно, как изменения популяций иммунных клеток влияют на тяжесть протекания болезни.

Ученые из Института системной биологии в Сиэтле собрали образцы крови у 139 пациентов с коронавирусом в первую неделю после заражения и проанализировали единичные клетки. Они получили информацию об уровне экспрессии 192 белков на поверхности клеток и рецепторов B- и T-клеток методом иммунного профилирования.

Удалось показать разницу в популяциях иммунных клеток у «легких» и «умеренных» пациентов. Во-первых, у них были разные клоны CD8+ Т-клеток. Во-вторых, у «умеренных» пациентов были найдены две необычные популяции CD4+ Т-клеток, расширенная популяция моноцитов и новый профиль хемокиновых рецепторов у B-клеток.

Эта работа была важна для более глубокого понимания клеточного и молекулярного уровня глобального иммунного ответа при коронавирусе. Был сделан вывод, что при умеренном течении болезни терапевтическое вмешательство особенно эффективно.

44e5f33ccf733ef93d483e4695baf557.jpg Рисунок 2. Обзор исследования иммунного ответа на COVID-19. A - Схема исследования. B - Корреляционная матрица 34-х признаков госпитализированных пациентов с COVID-19. C, D - Анализ белков плазмы и метаболитов. E - Круговой график взаимодействий параметров. F - График, отражающий взаимодействия, рассмотренные на круговом графике E. G - График соотношения иммунных клеток.

Для терапии коронавирусной инфекции используются антитела

Y Cao et al., Potent Neutralizing Antibodies against SARS-CoV-2 Identified by High-Throughput Single-Cell Sequencing of Convalescent Patients’ B Cells. Cell. 182 (1), 73–84.E16 (2020)

Очень важную роль в борьбе с инфекцией играют антитела, специфичные к коронавирусу, и гуморальный иммунитет. Антитела могут помочь разрушению вирусных частиц иммунными клетками. Из плазмы пациентов, переболевших COVID-19, исследовательская группа Пекинского университета под руководством доктора Юньлуна Цао выделяла нейтрализующие моноклональные антитела против коронавируса в В-клетках памяти. Были выявлены 169 кандидатных нейтрализующих антител при помощи секвенирования на уровне единичных клеток и анализа V(D)J-регионов, из которых выделили 14 самых эффективных. Это исследование позволило разработать методику быстрого обнаружения антител, что важно для терапии и профилактики коронавируса.

7982d8df63adb7f4549bf4acb5bb8da8.jpg Рисунок 3. Слева представлен график кластеризации B-клеток. Справа - график отбора клонотипов.

Больше решений для анализа единичных клеток при коронавирусной инфекции — по ссылке.