단클론항체로 면역혈청을 만드는 과정에 대한 효율적인 알고리즘을 생각해봤습니다. 실현 가능성 확인해주시면 감사하겠습니다!
회원작성글 생명과학 새내기(일반인)  |  08.06 21:10  |  조회 528

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? 소리마당에 올리기는 양이 많고 적절치 않은 것 같다 느껴서  있으시다면 쪽지 보내주시면 감사하겠습니다!

건강하세요!

태그  #antiserum
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댓글 (5)
통닭값올랐다(과기인)  |  08.07 10:18     
질문입니다.

1. 빅데이터를 만든다는게 무슨 의미인가요?
2. Hybridoma B cell 'pool'을 의미하는 건가요? 타겟이 선별된 B cell 하나를 의미하는 건가요?
3. 왜 Hybridoma B cell을 사용해서 항체를 생산하려고 하는건가요?
4. Sequence에 tag를 붙이는게 항체의 intact한 서열에 tag를 붙이는 것은 의미하는 건가요?
5. Hybridoma B cell을 이용한 의약품 생산에 있어 생산이 일정하게 잘 될거라는 보증이 있는건가요?
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생명과학 새내기(일반인)  |  08.07 14:38     
관심가져 주셔서 감사합니다. 아래는 고등학생의 상상력을 동원한 흥미로운(?) 이야기라 생각해주시면 감사하겠습니다.

(1) 유전자 재조합 등의 방법을 통해 ab의 C region에 특정 amino acid sequence를 갖게 한다.(아미노산은 20가지이므로 20가지 기호로 번호를 생성할 수 있으리라 예상함)



(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.



이렇게 생각하고 다른분께 여쭤봤더니 답변은 "실현 불가능하다" 였습니다 ㅠㅠ
관심가져주셔서 감사합니다 면역학 조금 더 공부하고 오겠습니다!
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통닭값올랐다(과기인)  |  08.07 15:53     
컨셉은 이해가 됩니다만
인체에 투여되는 '의약품'이라고 전제를 시작하고 현재 법령과 결부시켜서 답글을 드리자면

1. 특정 '항체'에 대한 임상 시험 혹은 허가 수준에서 요구되는 제조 스케일에서 이 항체가 일정하고 균등한 생산이 보장되어야 합니다.
● 실제 바이오의약품 특히 항체는 유전자재조합의약품에 분류가 되어 있습니다. 예를 들어 로슈의 트라스투주맙의 sequence를 그대로 따와서 발현시킨다고 하더라도 오리지날 트라스투주맙을 100% 모방이 되지 않습니다 (당 프로파일, 전체적인 구조의 변화 등). 이래서 바이오'제네릭'이라고 하지 않고 바이오'시밀러'라고 칭할 정도입니다.
● 제조 공정의 소소한 변경이 일어나더라도 이 항체가 공정 변경 전의 그 항체와 똑같다는 보장이 없으므로 매 공정마다 구 공정과 신 공정 유래 배치 간 '동등'하게 생산되었는지 품질적으로 증명하는 스텝도 존재합니다 (비교동등성 분석). 바이오의약품은 품질적으로도 변수가 많기 때문에 이를 컨트롤하는 전략도 다방면으로 세울 정도입니다.

2. 보통 Hybridoma technology는 목표로 하고 있는 항원에 타겟팅하는 항체를 선별하는 수단하는 첫번째 관문(일 뿐)입니다.
● 아직까지도 Humanized antibody가 많은 이유가 (마우스가 주로 이용되니) 마우스에 항원을 challenging 시킨 후, 직접적으로 항원에 노출이 되다보니 보다 specific한 항체의 선별이 이루어질 가능성이 높아질 뿐, 실제 항원에 더욱 더 높은 affinity로 binding할 수 있는 항체를 또 찾아내기 위한 작업이 별도로 이루어질 가능성이 높습니다. 아니 분명 수행할 겁니다.
● Phage display에 대해서 공부해보셨으면 좋겠습니다.

3. 1번에도 언급했다시피 Hybridoma technology는 항원에 타겟팅하는 특정 항체들에 대한 B cell pool을 수집하는 과정입니다. 개인적으론 실현 불가능한 건 아니라고 생각되지는 않습니다만 굳이 B cell pool을 만들 필요성이 있는가 싶습니다. 그리고 임상시험 혹은 시판용으로 사용할 수 있을 정도로 생산을 하려면 동물 세포에서 발현하는 전략을 택합니다.

4. 1번에도 언급했다시피 특정 항체를 '일정하게' 발현하려면 대부분의 항체는 거의 세포 (동물세포 혹은 미생물)에서 생산하기 때문에 여기에 대한 '세포 은행'을 구축해야 합니다 (관련: 생물학적 제제 등의 허가 심사 규정). 작성자님께서 제시하신 Hybridoma B cell과 관련하여 세포 은행 구축 사례를 본 적이 없고 '특정' 항체에 대하여 세포 은행 구축을 정의를 하고 있기 때문에 실현이 불가능하다고 생각이 듭니다.

의약품은 사람에 투여된다는 전제가 깔려있고 의약품은 현재 관련 법령 (약사법)에 따라 규제되고 있기 때문에 의약품의 사전과 사후 관련은 모두 법에 따라 규제되어야 합니다.

규제 관점에서 봤을 때 과연 이 방법이 특정 항원을 목표로 하는 항체를 '일관적으로' 생산할 수 있을 것인가에 대한 의문점이 듭니다. 규제적인 측면에서 전 실현 불가능하다는 답변을 드립니다.
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-_-;(과기인)  |  08.08 12:51     
모두 옛날 얘깁니다. 요즘은 hybridoma 안쓰고요. 그냥 recombinant protein으로 만듭니다. mouse 것도 안쓰고요. human에 기반해서 phage display 등의 display 방법을 쓰거나 recombinant single chain fragment variable (scFv) library를 스크리닝해서 잘 붙는 놈을 찾고 그 시퀀스로 recombinant protein으로 생산합니다. 요즘 나오는 새로운 항체 약품은 거의 human antibody입니다. hybridoma library를 만들어서 필요할 때마다 스크리닝한다는 개념하고 사실 상 같은 얘깁니다. 좋은 아이디어예요. 다만 지금은 그보다 실현가능한 더 좋은 방법들을 쓰고 있는 것이고요.
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그림(대학원생)  |  08.08 13:19     
계획하고자하는게 phage display쪽이랑 비슷하게 보이네요. 아마 고등학교에서 hybridoma는 배울수도있을 것 같은데 phage display는 안배울테니 그쪽으로까지 상상이 가지 않은 것 같습니다. Hybridoma는 일단 키우는 비용과 시간적인 측면에서 너무 불리한 점이 있기때문에 시퀀스를 찾는 라이브러리 측면에선 파지가 유용합니다.

Phage display랑 라마의 nanobody를 찾아보시기를 바라겠습니다.
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