新算法分析免疫的遗传构件

这可能有助于确定为什么一种潜在的COVID-19疫苗可能对某些人有效，而对另一些人无效

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加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院和高通研究所的科学家们开发了一种新的基因预测算法，名为MINING-D，可以帮助研究人员调查COVID-19患者症状变化背后的遗传线索——这些信息是制造一种通用而有效的疫苗的关键。

研究结果和算法发表在PLOS计算生物学将于4月27日举行的这项研究可能会让科学家们更全面地了解构成我们免疫系统基础的基因如何创造出个性化的抗体库来抵御病原体的入侵。他们还可能阐明为什么有些人对感染有更有效的免疫反应。

加州大学圣地亚哥分校计算机科学与工程系教授、该论文的合著者帕维尔·佩夫兹纳说:“这项研究将特别有帮助，因为几十个研究小组开始测试潜在的COVID-19疫苗，并看到疫苗对一些人有效，而对另一些人无效——秘密可能在于每个人免疫系统的突变。”“如果不知道一个人的免疫结构，我们就无法说它为什么有效或不有效。MINING-D可能会提供答案。”

有三组核心免疫球蛋白基因是个体免疫反应的基石:变量(V)，多样性(D)和连接(J)种系基因。MINING-D分析了这些基因块，尤其是很少被研究的D基因，如何被打乱和重新包装，以产生大量不同的抗体。D基因在产生负责识别病原体的抗体区域方面起着关键作用。

“mine -D将帮助研究人员研究D基因的突变，到目前为止这一直是一个挑战，”该论文的主要作者、加州大学圣地亚哥分校电气与计算机工程系和高通研究所的博士候选人Vinnu Bhardwaj说。“我们最初的研究表明，在应对各种感染时，D基因的一些变体比其他变体更常用。我们希望这一信息将为解开D基因在患者对抗感染的难易程度中所起作用的线索铺平道路。”

当病原体进入健康的生物体时，它会引发免疫反应，包括生殖系基因的重组及其随机突变。这一过程因人而异，在任何特定时刻，我们每个人体内都会产生大约10亿个抗体。这种个性化抗体库不断变化，以对抗新的感染。

论文合著者、计算机科学与工程系博士后研究员Yana Safonova说:“我们的下一步是与路易斯维尔大学的领先免疫基因组学专家合作，他们开始对不同严重程度的COVID-19患者的抗体库进行采样。”

萨福诺娃指出，就像流感一样，早期的研究表明，一种名为IGHV1-69的基因的单一突变导致个体识别流感病毒的能力下降，从而无法产生对抗流感病毒的免疫反应。

萨法诺娃说:“了解COVID-19患者之间类似的遗传变异可能是开发通用疫苗的关键，这种疫苗可以激发识别和中和SARS-CoV-2病毒的抗体的开发。”

合作激发创新

MINING-D的想法在几年前形成，当时Safonova是高通研究所的生物信息学研究员和博士后信息理论与应用中心巴德瓦吉是一名博士候选人，拥有应用机器学习和数据科学背景。他们讨论了开发一种算法来研究作为我们免疫力基础的遗传难题的想法。从那时起，两人将各自的技能组合起来，进行了他们希望能产生持久影响的研究。

除了Pevzner, Safonova和Bhardwaj还与高通研究所所长Ramesh Rao和电气与计算机工程系教授Massimo Franceschetti密切合作。Rao和Franceschetti是这篇论文的共同作者，也是Bhardwaj的共同顾问。

“这项研究的核心是‘字符串匹配’的主题，即人们试图根据对其部分的意识有效而准确地推断出整体。这个问题出现在许多不同的环境中，包括拼写检查、恶意软件检测和模式识别，”Rao解释说。“这次合作说明了一个很好的抽象问题的解决方案如何有潜力影响众多应用领域。帕维尔、马西莫和我都非常高兴看到这种跨界合作的发展。”

Franceschetti说:“我们的工作是一个很好的例子，说明了工程洞察力如何成功地应用于生物学问题，它再次表明雅各布斯学院和QI为跨学科创新提供了肥沃的土壤。”