Impfstoffe sind ein entscheidendes Instrument zum Schutz von Menschen und Tieren vor Krankheitserregern, aber eine große Herausforderung für die Impfstoffentwicklung besteht darin, zu verstehen, warum Impfstoffe bei manchen Menschen besser wirken als bei anderen.
Um diese Frage zu beantworten, untersuchte ein Forschungsteam unter der Leitung von Yana Safonova, Assistenzprofessorin in der Fakultät für Informatik an der Johns Hopkins Whiting School of Engineering, Black-Angus-Kühe und ihre unterschiedlichen Reaktionen auf den Impfstoff gegen die Bovine Respiratory Disease (BRD). Die Ergebnisse des Teams wurden kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Genomforschung.
BRD ist die Hauptursache für den natürlichen Tod von Kühen und kostet die Rinderindustrie jährlich schätzungsweise 900 Millionen US-Dollar. Medikamente sind teuer, daher verlassen sich Viehzüchter auf Impfungen, um das Problem zu mildern.
Bei der Durchführung von Forschungsarbeiten für das US-Landwirtschaftsministerium versuchten Safonova und Forscher der University of California, San Diego, zu verstehen, wie die einzigartige genetische Struktur von Kühen und anderen Rindern wie Bisons, Büffeln und Antilopen Antikörper aus dem BRD-Impfstoff erzeugt.
„Wir wollten eine bestimmte Frage beantworten: Warum reagieren einige Individuen in der Population der Black-Angus-Kühe sehr unterschiedlich auf denselben Impfstoff?“ Sagte Safonova.
Die Forscher untersuchten ein Unterscheidungsmerkmal der Rinderimmunität: die langen H3-Schleifen der komplementaritätsbestimmenden Region in den von ihnen gebildeten Antikörpern. Rinderantikörper mit solchen ultralangen CDR-H3-Schleifen neutralisieren bestimmte HIV-Stämme, und Safonova und ihr Team haben entdeckt, dass sie auch ein Schlüssel zur Entwicklung von Antikörperantworten gegen BRD sind.
Unter Verwendung eines neuen Computertools, das sie entwickelt haben, analysierten Safonova und ihr Team Sequenzierungsdaten von Antikörpern, die von der Black-Angus-Kuhpopulation produziert wurden, und lokalisierten genetische Variationen in Antikörpern, die mit Immunantworten in Verbindung stehen.
Die Forscher fanden heraus, dass die Bildung dieser einzigartigen Antikörperstrukturen zwar durch jede Impfstoffdosis ausgelöst wurde, die Wirksamkeit des Impfstoffs (wie gut der Impfstoff tatsächlich wirkt) jedoch bestimmt wird, lange bevor das Individuum eine Immunantwort auslöst. DNA-Segmente, die als variable, Diversitäts- und verbindende Immunglobulin-Gene bezeichnet werden, die auch als IG-Gene bezeichnet werden, produzieren Antikörper und steuern die individuelle Reaktion auf einen Impfstoff.
Dies bedeutet, dass die Wirksamkeit des Impfstoffs für eine Person vorbestimmt ist, bevor der Impfstoff überhaupt verabreicht wird.
Da die Methode des Teams diese genetischen Marker aufdecken kann, könnten Rinderzüchter diese Informationen möglicherweise nutzen, um Kühe zu züchten, die aufgrund ihrer genetischen Veranlagung weniger anfällig für BRD sind, sagte Safonova.
Die Forscher sagen, dass ihre Studie die bisher größte personalisierte Immungenetikstudie aller Arten ist und dass ihre Ergebnisse Türen für die Anwendung der Immunsequenzierung auf Humanimpfstoffstudien öffnen. Eingehende Immungenetik-Forschung würde es Wissenschaftlern ermöglichen, Muster im menschlichen Genom zu entdecken, die die programmierte Reaktion des Körpers auf Impfstoffe bestimmen. Tatsächlich sagt Safonova, dass eine groß angelegte Studie zur menschlichen Immungenetik dazu beitragen könnte, die Variationen der Impfstoffreaktion vor der nächsten Pandemie zu verstehen.
Safonova erklärte: „Mit neuen Stämmen von COVID-19, neuen Varianten und der Notwendigkeit von Impfungen können wir zeigen, dass diese Art von Studie für viele verschiedene Themen funktioniert. Wir möchten hervorheben, wie wir studieren können [the vaccination process] über verschiedene Genome.“
Yana Safonova et al, Variationen im Antikörperrepertoire korrelieren mit Impfreaktionen, Genomforschung (2022). DOI: 10.1101/gr.276027.121