[论文解读] Immune fingerprinting

Thomas Dupic, Meriem Bensouda Koraichi+4 more|arXiv (Cornell University)|Jun 24, 2020

Cytomegalovirus and herpesvirus research参考文献 46被引用 2

一句话总结

本文提出了 Immprint，一种利用信息论方法衡量免疫组独相似性的分类器，仅需约 10,000 个淋巴细胞即可唯一识别个体。其误报率与漏报率均低于 10⁻⁶，证明免疫组独即使在时间推移和急性感染情况下，仍可作为高度个性化且稳定的生物指纹。

ABSTRACT

Immune repertoires provide a unique fingerprint reflecting the immune history of individuals, with potential applications in precision medicine. However, the question of how personal that information is and how it can be used to identify people has not been explored. Here, we show that individuals can be uniquely identified from repertoires of just a few thousands lymphocytes. We present Immprint, a classifier using an information-theoretic measure of repertoire similarity to distinguish pairs of repertoire samples coming from the same versus different individuals. Using published data and statistical modeling, we tested its ability to identify individuals with great accuracy, including identical twins, by computing false positive and false negative rates < 10-6 using 10,000 cells. The method is robust to acute infections and the passage of time. These results emphasize the private and personal nature of repertoire data.

研究动机与目标

• 探究免疫组独是否可作为唯一个人标识符。
• 评估在感染和时间推移等生物变异性条件下，基于免疫的识别方法的鲁棒性。
• 开发一种仅使用少量淋巴细胞即可高精度区分个体的方法。
• 量化临床与研究环境中免疫组独数据的隐私性与个体特异性。

提出的方法

• 该方法采用信息论方法衡量组独相似性，以比较免疫受体序列。
• 利用公开的人类淋巴细胞免疫组独数据进行分类器的训练与测试。
• 分类器用于区分来自同一人的样本对与来自不同人的样本对。
• 应用统计建模方法，估算在多种生物条件下的误报率与漏报率。
• 在包括同卵双胞胎在内的数据集上验证该方法，证明其具有强大的区分能力。
• 通过模拟急性感染和纵向时间点，测试其鲁棒性，以评估其稳定性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否仅从 10,000 个淋巴细胞的免疫组独中唯一识别个体？
• RQ2 该方法在使用组独数据区分同卵双胞胎时表现如何？
• RQ3 使用该方法进行个体识别的误报率与漏报率是多少？
• RQ4 识别准确性在时间推移和急性感染期间的稳定性如何？
• RQ5 免疫组独在多大程度上真正具备隐私性与个体特异性？

主要发现

• 当从 10,000 个淋巴细胞中识别个体时，该方法的误报率与漏报率均低于 10⁻⁶。
• 即使仅使用数千个淋巴细胞，也能唯一识别个体，包括同卵双胞胎。
• 该分类器在急性感染期间仍保持高准确率，表明其对免疫系统扰动具有鲁棒性。
• 免疫组独表现出极强的个性化特征，支持其作为稳定生物指纹的使用。
• 信息论相似性度量可可靠地区分同一人与不同人之间的组独对。
• 结果证实，免疫组独数据具有高度隐私性，适用于精准医学中的个体识别。