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질문 단클론항체로 면역혈청을 만드는 과정에 대한 효율적인 알고리즘을 생각해봤습니다. 실현 가능성 확인해주시면 감사하겠습니다!
뒷다리생명과학 새내기(일반인)  | 08.06 21:05

안녕하세요 고등학생입니다.

몇 가지 여쭤보고 싶은게 있어서 관련학과 교수님들께 메일을 보내려고 계획 중입니다만, 그 전에 브릭에 계신 석박사 연구자분들과 교수님들의 조언과 점검을 받아보고자 글을 올립니다.

 

제가 코로나 관련 기사를 보다가 우연히 떠오른 생각입니다(관련 자료를 얕게 조사해보면서 생각을 정리했습니다). 

"특정 항원에 작용하는 항체에 대해서 빅데이터를 만든다면... 그에 대한 Hybridoma B cell을 대량 배양해둔다면... 질병이 유행해도 바로 항체를 생산할 수 있으니, 피를 뽑아서 혈청을 만들 필요가 없지 않을까?" 는 생각이 들었고.

 

곧, 항체를 데이터화 하는 (NCBI에 있는 sequence 이상으로 아예 항체의 빅데이터를 만든다면?) 방법에 대한 알고리즘을 생각해봤습니다.

아미노산 sequence에 tag를 붙이고 이를 확인할 수 있는 방법입니다!

 

 

고등학생 수준에서 든 호기심입니다!

이에 대해서 간략하게 정리한 내용을 점검받아보고 싶은데, 혹시 도움을 주실 분이 있으실까요? 실험 QnA에 올리기는 양이 많고 적절치 않은 것 같다 느껴서  있으시다면 쪽지 보내주시면 감사하겠습니다!

건강하세요!

#antiserum
답변하기
답변 본 정보는 네티즌에 의해 작성된 정보로, 내용 중 중요하다고 생각되는 부분은 추가적인 사실 확인을 반드시 하시길 바랍니다.
대왕개구리SPEED  |  08.06 21:20  
채택답변: 질문자가 채택한 답변입니다.

- 특정 항원에 작용하는 항체에 대해서 빅데이터를 만든다면 -->. 그에 대한

Hybridoma B cell을 대량 배양해둔다면

: 이 전제가 불가능합니다.

아무리 data base가 있다고 해도 특정 항원에 대한 gene rearrangement가 일어난

B cell이 없으면 ab 제조가 힘듭니다.

항원이 체내에 들어와 작동하는 면역 시스템과 어떤 과정으로 항체가 만들어

지는지에 대한 공부를 우선 해야 할것으로 보입니다.

아직 고등학생이기 때문에 앞으로 관련 대학에 진학을 하면 전공 공부할

기회가 많을 것으로 보이기 때문에 아이디어를 만드는 것도 좋지만 간단한

것부터 하나씩 심도있는 공부를 하는 것도 좋을 듯 합니다.

아이디어는 만드는 것은 좋은데 모든 아이디어가 실현 가능한 것은 아니고

아이디어를 우선 검증하고 가다듬는것이 필요합니다.

또한 아이디어 차원의 내용을 무조건 대학교 교수에게 상담하는 것은 별로로

보입니다. 

 

뒷다리생명과학 새내기  |  08.07 09:38  

아직 basic immunololgy 책을 보고 혼자 독학 중이라 부족한 부분이 많습니다.

제가 간단하게 설명하려다보니 오해를 불러일으킬 수 있는 의미로 서술했습니다 죄송합니다.

 

아래 과정은 조금 더 풀어서 적어봤는데, 오히려 부담을 안겨드리는 것 같아 조심스러워 집니다;

 

hybridoma b cell 배양 공정 생산 -> 여러가지 antigen input -> 자연선택 원리 이용하여 antigen과 affinity가 크고 무력화 효과가 좋은 항체 선별과정(알고리즘 설계 1) -> 항체 마킹+항체 번호 확인 방법 (Edmen degradation 이나 ESI) (알고리즘 설계 2) -> 데이터 베이스 구축

 

=> 특정 질병에 대한 면역혈청이 필요하면 바로 배양하던 hybridoma로부터 추출 가능..?

 

혼자 생각하다보니 안개 속을 걷는 것 같다는 느낌을 받아 글을 올렸습니다! 건강하세요!

대왕개구리SPEED  |  08.07 10:25  
채택답변: 질문자가 채택한 답변입니다.

- hybridoma b cell 배양 공정 생산 -> 여러가지 antigen input

: 항체 생산 flow를 아직 모르기 때문에 이런 전제를 생각하는 것인데..

1. B cell을 왜 hybridoma로 만드는지 아시나요?

2. hybrodoma cell은 APC로 부터 Th를 거쳐 Ab gene이 정해진 B cell로 만들기

때문에 이후 Ag를 넣는다는 것 자체가 의미가 없습니다.

3. in vitro에서 ag를 넣는다고 항체 생산이 가능하다는 생각하는 자체가

좀더 면역학 공부가 필요하다는 반증일것 같습니다.

결과적으로 현재까지 출현하지 않은 질병(항원)에 대한 항체는 만들수 없다

입니다.

또한 항체를 만들어 보면 모든 항원에 대하여 비슷한 titer로 만들어 지는 것도

아닙니다.

잘 만들어 지는 항체가 있는 반면 항체가 거의 안만들어 지는 경우도 있습니다. 

뒷다리생명과학 새내기  |  08.07 11:57  

다시 오해의 소지가 있었던 것 같습니다. 죄송합니다.

계속 여쭤보는 것이 자칫 무례하게 비칠 수 있겠다고 생각합니다. 그래도 궁금증을 해결하지 않으면 하루 종일 생각나서 다시 글을 올립니다. ^^!

 

hybridoma를 만드는 것은 반영구적으로 ab를 생산하기 위함인데, hybridoma를 만들 때는 이미 B cell이 아니라 plasma cell이므로 어떤 ab를 생산하는 지는 결정된 상태일 것으로 알고있습니다.

 

제가 생각한 것은 "hybridoma에 antigen를 제시하여 그에 맞는 ab를 만든다" 는 의미가 아니고,

"수십만가지 hybridoma가 있는 환경에서 antigen을 넣었을 때 가장 잘 붙는 ab를 파악할 수만 있고, 그 ab를 생산하는 hybridoma cell을 파악할 수 있다면" 이라는 생각으로 출발했습니다!

아예 모든 생각을 서술하는 것이 확실한 검토를 받아 볼 수 있다고 생각해 모두 적어보겠습니다.

 

***


(1) 유전자 재조합 등의 방법을 통해 ab의 C region에 특정 amino acid sequence를 갖게 하도록 전구세포를 만든다.(아미노산은 20가지이므로 20가지 기호로 번호를 생성할 수 있으리라 예상함)(이 부분에서 이미 막힐 것 같지만, 생각을 계속하다보면 중간 내용이라도 유의미할 것 같아 계속 생각했습니다.)

 

(2) 재조합한 B cell 전구세포들이 있는 여러 tube에서 전구세포가 무작위적으로 분화할 수 있도록 유도한다. (치료하고자 하는 병원체를 파쇄하여 만들어진 여러 antigen들을 넣어주면, 해당 antigen들에 대한 다양한 ab가 만들어 질 것으로 예상함)

 

(3) 무작위적으로 분화한 세포들을 tumor cell과 fusion시켜 hybridoma B cell을 만들어준다.

 

(4) hybridoma가 있는 여러 개의 tube에 해당 병원체를 가장 잘 무력화할 수 있는 부위를 antigen으로 넣어준다. (이 부분이 생각하면서 오류가 있을 것으로 예상한 부분입니다. 이 부분이 현실적으로 실현 가능한 지 모르나, 일단 생각을 진행하기 위해 가능할 것이라고 가정하고 계속했습니다.)

 

(5) 여러 tube의 solution (hybridoma, ab-antigen complex, ab가 들어있는 상태인 용액)의 일부를 취해 electrophoresis 시키면 complex가 된 용액이 complex가 되지 않은 용액에 비해 반대극으로 많이 이동을 못했을 것이므로 (다공성 구조에 의해 덩치가 큰 물체는 잘 못 지나가므로), 많이 진행되지 않은 용액을 대상으로 다음 방법을 수행한다.

 

(6) 5단계에서 골라낸 용액들에 대해 affinity chromatography(친화도 크로마토그래피)를 시켜주면 용액들 중 특히 antigen과 결합력이 큰 ab들만 남을 것이다. (이 부분에서 단순히 affinity만 쓰면 시간이 오래 걸릴 것이므로 HPLC방법이 필요할 것이라 생각합니다. 다만 제가 HPLC에 대해 정확히 알지 못해 알고리즘 상에선 HPLC내용을 넣지 않았는데, 혹시 기회가 된다면 배워보고 싶습니다.)

 

(7) 5-6 과정을 몇번(3번 정도로 가정) 반복 해 준다면 특정 antigen과 결합력이 가장 큰 ab만 추출할 수 있을 것이고, 해당 ab의 번호를 알아내는 과정으로 넘어간다.

 

(8) 골라낸 ab들에서 재조합된 gene에 의해 발현된 C region에 sequence (예를 들어 phe-met-phe-...)를 Edmen degradation이나 Sanger나 ESI 방법을 사용하여 분석한다. (이 부분 역시 실현 가능성이 정말 작을 것이라 생각합니다. 실제로 ab의 종류는 수백만가지가 되니 분해법으로 sequnce 분석을 하다간 시간이 많이 걸리고 정확도가 상당히 떨어질 것으로 생각합니다. 다만 이론적으로 가능성이 있는가만 알아보고자 이렇게 뭉뚱그려서 생각했습니다.)

 

(9) (phe-1, met-4 라고 지정해두면, 예로 든 시퀀스는 1-4-4-... 임) 시퀀스 분석으로 해당 항체를 몇 번 항체인지 파악한다. 유전자 재조합에 의해 해당 번호의 항체를 생산하는 hybridoma도 파악이 가능할 것으로 예상한다. 

 

(10) 위 과정을 반복하면 해당 antigen에 대한 빅데이터 구축이 가능할 것이다. (이론적으로 가능성 확인 필요...) 

 

(11) 따라서 특정 병원체에 대해 antiserum을 형성함에 있어서 더 이상 mouse나 사람의 혈액을 채취하여 혈장 분리를 할 필요가 없어지므로, 인력과 시간과 돈이 절약될 것으로 예상합니다.

 

 

이상 어디까지나 창의적인 상상을 좋아하는 고등학생의 예상 알고리즘이었습니다! 다소 가정도 많고 허무맹랑 할 수도 있다고 봅니다. 재미있는 이야기 한 편 읽었다 생각해주시면 감사하겠습니다

 

건강하세요^^

대왕개구리SPEED  |  08.07 12:19  
채택답변: 질문자가 채택한 답변입니다.

- 수십만가지 hybridoma가 있는 환경에서 antigen을 넣었을 때 가장 잘 붙는

ab를 파악할 수만 있고, 그 ab를 생산하는 hybridoma cell을 파악할 수 있다면"

: 이 전제가 성립하지 않으면 이후 질문자가 생각한 flow는 불가능합니다.

만약 현재 100만개의 항체 생산 hybridoma cell이 있다고 가정할 때 기존에

없던 새로운 병원체가 출현했다면 100만개의 항체와는 반응할 가능성이

낮습니다. 

또한 조금이라도 이것이 가능하다면 COVID-19가 출현했을 때 부터 현재까지

연구 또는 의약품으로 개발된 수많은 항체에 대하여 COVID-19와의

불활화 반응 test를 했을건데 하지 않았습니다.

참고로 외국 메이져 제약사(예, 화이자, GSK 등)에서 robotic HTS system을

사용하면 1주일에 수만개의 virus 불활화 test가 가능합니다.

왜 하지안을까요?

항원 항체의 특성 때문입니다.

기존에 개발된 항체가 아무리 많아도 신규 출현한 항원에 대한 반응성을

기대할수 없기 때문입니다.

- 유전자 재조합 등의 방법을 통해 ab의 C region에 특정 amino acid sequence를

갖게 하도록 전구세포를 만든다

: Fc region의 변경은 불가능합니다.

Fc가 변경되면 항체 자체를 주사했을때 백신으로 작용하지않고 항원으로

작용합니다.

- 치료하고자 하는 병원체를 파쇄하여 만들어진 여러 antigen들을 넣어주면,

해당 antigen들에 대한 다양한 ab가 만들어 질 것으로 예상함

: 예상이 틀렸습니다.

앞의 답변에서 얘기 했듯이 in vitro에서 B cell에 ag를 넣는다고 ab가 만들어

지지 않습니다.

이것이 가능하면 현재 셀트리온에서 접근하는 COVID-19 백신 개발이

힘들게 진행될 이유가 없습니다.

셀트리온에서 사용하는 COVID-19 백신 생산 방법을 우선 이해가 필요할 것

같습니다.

이 단계에서 질문자의 예상에 문제가 있기 때문에 이후 내용은..

아이디어가 많은 것은 좋은 것입니다.

하지만 하나 하나의 아이디어가 실현 가능할지에 대한 이론적인 가능성

파악이 더욱 중요할것 같습니다.

 

뒷다리생명과학 새내기  |  08.07 12:25  

감사합니다... 더 열심히 공부하고 다시 생각해보겠습니다

검토를 ~분께 받았다 고 메모해두고 싶은데, 혹시 뭐라고 해드리면 될까요?

밝히고 싶지 않으시면 "브릭 SPEED 님"으로 메모해두겠습니다.!

대왕개구리SPEED  |  08.07 12:35  

결론을 말씀드리면

- 단클론항체로 면역혈청을 만드는 과정에 대한 효율적인 알고리즘을

생각해봤습니다. 실현 가능성 확인해주시면 감사하겠습니다!

: 실현되기 힘듭니다.

이 아이디어는 제외하고 다른 아이디어를 생각해 보는게 좋을 듯 합니다.

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