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细胞分析方法可以为新的结核病疫苗策略铺平道路

一种分析个体免疫细胞如何对引起结核病的细菌作出反应的新方法可以为针对这种致命疾病的新疫苗策略铺平道路,并为对抗世界各地的其他传染病提供见解。

这些尖端技术是在兽医学院微生物学和免疫学系威廉卡普兰感染生物学教授大卫罗素博士的实验室开发的,并在发表在实验医学杂志上的新研究中有详细说明。 7 月 22 日。

多年来,罗素的实验室一直试图解开结核分枝杆菌 (Mtb) 是如何感染并持续存在于宿主细胞中的,这些宿主细胞通常是称为巨噬细胞的免疫细胞。

该实验室的最新创新结合了两种分析工具,每种工具都针对病原体-宿主关系的不同方面:“报告者”Mtb 细菌根据环境中的压力程度发出不同的颜色;和单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq),产生单个宿主巨噬细胞的 RNA 转录本。

有史以来第一次,我实验室的 Davide Pisu 博士将这两种方法结合起来,分析了体内感染中 Mtb 感染的免疫细胞。”

David Russell 博士,William Kaplan 感染生物学教授,兽医学院微生物学和免疫学系

在用荧光报告基因 Mtb 细菌感染小鼠后,Russell 的团队能够从小鼠肺中收集和流式分选单个 Mtb 感染的巨噬细胞。研究人员随后确定了哪些巨噬细胞促进了 Mtb 的生长(运动快乐的、发红光的​​细菌)或含有不太可能生长的压力 Mtb(不快乐的、发绿光的细菌)。

接下来,他们将两个分类的受感染巨噬细胞群进行了单细胞 RNA 测序分析,从而生成了两个群中每个宿主细胞的转录谱。

当科学家们将巨噬细胞单细胞测序数据与报告细菌表型进行比较时,他们发现细菌的健康状态与宿主细胞中的转录谱之间存在几乎完美的一对一相关性。容纳不快乐的绿色细菌的巨噬细胞也表达了已知会阻止细菌生长的基因,而那些拥有快乐红色细菌的巨噬细胞表达了已知促进细菌生长的基因。

科学实验很少有这么好的结果。

“绝对让我们震惊的是它的效果如何,”拉塞尔说。“当 Davide Pisu 向我展示分析时,我差点从椅子上摔下来。”

通常,表型和转录谱是两个很少能完美匹配的特征,而这在体内数据中几乎从未发生过。

这种近乎完美的对决揭示了新的细微差别。

“虽然我们之前的结果将常驻肺泡巨噬细胞 (AM) 确定为允许的,而血液单核细胞衍生的募集巨噬细胞 (IM) 作为控制 Mtb 感染在广义上是正确的,但不出所料,我们发现这是一种过度简化,”拉塞尔说。

即使在这两种不同的巨噬细胞类型中也存在差异:一些 AM 细胞控制 Mtb 生长,而一些 IM 允许细菌扩增。研究小组发现,人类和小鼠肺样本中都存在类似的免疫细胞亚群。

该研究的另一个步骤是查看 AM 和 IM 细胞对 Mtb 的反应是否受表观遗传控制——这意味着细胞的特征是由于某些基因被分子开关关闭或打开这可以解释两组巨噬细胞的反应不同。通过读取细胞的表观遗传图谱,他们发现情况确实如此。

“分析表明,当这些细胞分别通过感染或疫苗接种暴露于 Mtb 或疫苗株时,它们的表观遗传编程对它们的反应是否导致疾病控制或进展有重大影响,”拉塞尔说。

有了这些新信息,罗素实验室计划着手寻找新的治疗方法。“我们将首先筛选已知表观遗传抑制剂化合物的文库,看看哪些可能有助于改变免疫反应,”拉塞尔说。

如果他们确实找到了有希望的化合物——那些将巨噬细胞推向抗 Mtb 行为的化合物——它们有可能与疫苗结合使用,以帮助患者的免疫系统预防结核病。

这一发现为更有效地研究病原体如何影响单个细胞奠定了基础,从而可以对系统进行全面检查。

“这是一个路线图,让我们可以查看整个细胞群,并了解单个扰动如何影响该群体中的细胞,”Russell 说。“我们可以在体内感染中测试药物功效,而不会对化合物的功能产生任何先入为主的限制。”

这种方法非常灵活,可用于研究任何细胞内病原体,包括病毒,并且很容易适用于任何动物攻击模型。

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