microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2020-3-62-69microbe-1365Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESХарактеристика иммуногенных и протективных свойств модифицированных вариантов штамм а Francisella tularensis 15 НИИЭГCharacterization of Immunogenic and Protective Properties of the Modified Variants of the Strain Francisella tularensis 15 NIIEGhttps://orcid.org/0000-0002-3159-6439КарцеваА. С.KartsevaA. S.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

kartseva_as@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2838-6879КалмантаеваО. В.KalmantaevaO. V.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

info@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0002-5329-2807СилкинаМ. В.SilkinaM. V.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

info@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0003-1959-1739КомбароваТ. И.KombarovaT. I.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

info@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0001-9107-5304ПавловВ. М.PavlovV. M.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

info@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0003-3675-8780МокриевичА. Н.MokrievichA. N.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

info@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0002-9898-9894ФирстоваВ. В.FirstovaV. V.

Российская Федерация, 142279, Московская обл., п. О боленск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

info@obolensk.orgФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии»РоссияState Scientific Center for Applied Microbiology and BiotechnologyRussian Federation202019102020036269Copyright © Карцева А.С., Калмантаева О.В., Силкина М.В., Комбарова Т.И., Павлов В.М., Мокриевич А.Н., Фирстова В.В., 20202020Карцева А.С., Калмантаева О.В., Силкина М.В., Комбарова Т.И., Павлов В.М., Мокриевич А.Н., Фирстова В.В.Kartseva A.S., Kalmantaeva O.V., Silkina M.V., Kombarova T.I., Pavlov V.M., Mokrievich A.N., Firstova V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/1365

Francisella tularensis является внутриклеточной бактерией, вызывающей туляремию. Прогресс в создании безопасной и эффективной вакцины для профилактики туляремии затруднен из-за недостатка знаний об иммунологических параметрах, отражающих защитный адаптивный иммунитет. Целью исследований являлась оценка влияния модификаций генома F. tularensis 15 НИИЭГ на иммуногенные и протективные свойства штаммов F. tularensis 15/23-1ΔrecA и F. tularensis 15/23-1/sodBΔrecA. Материалы и методы. Многопараметрическая проточная цитометрия и измерение секретируемых цитокинов использованы для характеристики реакций лимфоцитов селезенки мышей на рестимуляцию кислотонерастворимым комплексом F. tularensis в системе in vitro, также проведен анализ титров специфических антител к липополисахариду F. tularensis в сыворотке крови методом иммуноферментного анализа. Результаты и обсуждение. В работе показано, что иммунизация исследуемыми штаммами приводила к достоверному увеличению CD4+ и/или CD8+ Т‑ клеток, способных экспрессировать функциональные маркеры CD69, CD25 и/или CD28, а также к увеличению субпопуляции Т‑ хелперов, синтезирующих IFN-γ. В организме иммунных мышей формировался пул В‑ лимфоцитов, способных секретировать IFN-γ в ответ на их стимуляцию кислотонерастворимым комплексом. Иммунизация штаммом 15/23-1/sodBΔrecA обеспечивала 70 % защиту у мышей от интраназального заражения вирулентным штаммом F. tularensis SchuS4. Более выраженные протективные свойства связаны с активацией не только В-лимфоцитов и Т-хелперов, но также с одновременной активацией цитотоксических Т‑ лимфоцитов.

Francisella tularensis is an intracellular bacterium that causes tularemia. Progress in creating a safe and effective vaccine for the prevention of tularemia is challenging due to a lack of knowledge about immunological parameters indicative of protective adaptive immunity. Objective of the research was to assess the effect of modifications of the F. tularensis 15 NIIEG genome on the immunogenic and protective properties of F. tularensis 15/23-1ΔrecA and F. tularensis 15/23-1/sodBΔrecA strains. Materials and methods. Multi-parameter flow cytometry and the measurement of secreted cytokines were used to characterize the responses of mouse spleen lymphocytes in response to re-stimulation of F. tularensis with acid-insoluble complex (AIC) in vitro. Also, the titers of specific antibodies to F. tularensis lipopolysaccharide in blood serum were analyzed by enzyme-linked immunosorbent assay. Results and discussion. It has been shown that immunization with the studied strains led to a significant increase in CD4+ and/or CD8+ T cells capable of expressing functional markers: CD69, CD25 and/or CD28; an increase in the subpopulation of T-helpers synthesizing IFN-γ. In the body of immune mice, a pool of B-lymphocytes was formed, capable of secreting IFN-γ in response to their stimulation with AIC. Immunization with the strain 15/23-1/sodBΔrecA provided 70% protection in mice from intranasal infection with a virulent strain of F. tularensis SchuS4. More pronounced protective properties were associated with the activation of not only B-lymphocytes and T-helpers, but also with the simultaneous activation of cytotoxic T-lymphocytes.

туляремиявакцинаТ-лимфоцитыцитокиныВ-лимфоцитыпротективностьtularemiavaccineT-lymphocytescytokinesB-lymphocytesprotectivityReferencesОлсуфьев Н.Г. Таксономия, микробиология и лабораторная диагностика возбудителя туляремии. М.: Медицина; 1975. 192 с.Olsuf’ev N.G. [Taxonomy, Microbiology, and Laboratory Diagnostics of Tularemia Agent]. Moscow: “Meditsina”; 1975. 192 p.Дятлов И.А., редактор. Туляремия: состояние проблемы и методы исследования. М.: Династия; 2019. 263 с.Dyatlov I.A., editor. [Tularemia: status of the issue and methods of study]. Moscow: “Dinastiya”; 2019. 263 p.Мокриевич А.Н., Вахрамеева Г.М., Титарева Г.М., Бахтеева И.В., Миронова Р.И., Комбарова Т.И., Кравченко Т.Б., Дятлов И.А., Павлов В.М. Получение и иммунобиологические свойства вакцинного штамма туляремийного микроба без одной копии гена iglC и без гена recA. Молекулярная генетика, микробиология, вирусология. 2015; 33(3):33–9.Mokrievich A.N., Vakhrameeva G.M., Titareva G.M., Bakhteeva I.V., Mironova R.I., Kombarova T.I., Kravchenko T.B., Dyatlov I.A., Pavlov V.M. [Production and immunobiological properties of the vaccine strain of tularemia microbe without one copy of iglC gene and recA gene]. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya [Molecular Genetics, Microbiology, and Virology] 2015; 33(3):33–9.Сухова М.А., Вахрамеева Г.М., Кравченко Т.Б., Мокриевич А.Н., Павлов В.М., Дятлов И.А. Конструирование и изучение свойств вариантов штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ со сниженной экспрессией гена sodB, кодирующего Fe-Sukhova M.A., Vakhrameeva G.M., Kravchenko T.B., Mokrievich A.N., Pavlov V.M., Dyatlov I.A. [Constructing and studies of properties of Francisella tularensis 15 NIIEG strain variants with attenuated expression of sodB gene encoding Fesuperoxiddismutase]. Biotekhnologiya [Biotechnology]. 2015; 31(4):16–27.супероксиддисмутазу. Биотехнология. 2015; 31(4):16–27.Volokh O.A., Kuznetsova E.M., Smol’kova E.A., Shchukovskaya T.N., Bugorkova S.A., Avdeeva N.G., Filimonova D.G., Shmel’kova T.P., Klyueva S.N., Nikiforov A.K. [Experimental preparation for specific prophylaxis of tularemia]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2013; 2:73–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2013-2-73-77.Волох О.А., Кузнецова Е.М., Смолькова Е.А., Щуковская Т.Н., Бугоркова С.А., Авдеева Н.Г., Филимонова Д.Г., Шмелькова Т.П., Клюева С.Н., Никифоров А.К. Экспериментальный препарат для специфической профилактики туляремии. Проблемы особо опасных инфекций. 2013; 2:73–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2013-2-73-77.Somov A.N., Kravchenko T.B., Pavlov V.M., Vakhrameeva G.M., Kombarova T.I., Mironova R.I., Firstova V.V., Kalmantaeva O.V., Vetchinin S.S., Mokrievich A.N. [Antigen and immunogenic properties of acid-insoluble complex of Francisella tularensis 15 NIIEG in soluble, adsorbed, and micro-capsular entities]. Biotekhnologiya [Biotechnology]. 2017; 33(5):23–34. DOI: 10.21519/0234-2758-2017-33-5-23-34.Сомов А.Н., Кравченко Т.Б., Павлов В.М., Вахрамеева Г.М., Комбарова Т.И., Миронова Р.И., Фирстова В.В., Калмантаева О.В., Ветчинин С.С., Мокриевич А.Н. Антигенные и иммуногенные свойства кислотонерастворимого комплекса Francisella tularensis штамма 15 НИИЭГ в растворимой, адсорбированной и микрокапсулированной формах. Биотехнология. 2017; 33(5):23–34. DOI: 10.21519/0234-2758-2017-33-5-23-34.Roberts L.M., Powell D.A., Frelinger J.A. Adaptive immunity to Francisella tularensis and considerations for vaccine development. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2018; 8:115. DOI: 10.3389/fcimb.2018.00115.Roberts L.M., Powell D.A., Frelinger J.A. Adaptive immunity to Francisella tularensis and considerations for vaccine development. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2018; 8:115. DOI: 10.3389/fcimb.2018.00115.Crane D.D., Scott D.P., Bosio C.M. Generation of a convalescent model of virulent Francisella tularensis infection for assessment of host requirements for survival of tularemia. PLoS One. 2012; 7:e33349. DOI: 10.1371/journal.pone.0033349.Crane D.D., Scott D.P., Bosio C.M. Generation of a convalescent model of virulent Francisella tularensis infection for assessment of host requirements for survival of tularemia. PLoS One. 2012;7:e33349. DOI: 10.1371/journal.pone.0033349.Hurdayal R., Ndlovu H.H., Revaz-Breton M., Parihar S.P., Nono J.K., Govender M., Brombacher F. IL-4-producing B cells regulate T helper cell dichotomy in type 1- and type 2-controlled diseases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017; 114(40):E8430–E8439. DOI: 10.1073/pnas.1708125114.Hurdayal R., Ndlovu H.H., Revaz-Breton M., Parihar S.P., Nono J.K., Govender M., Brombacher F. IL-4-producing B cells regulate T helper cell dichotomy in type 1- and type 2-controlled diseases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017; 114(40):E8430–E8439. DOI: 10.1073/pnas.1708125114.Wojciechowski W., Harris D.P., Sprague F., Mousseau B., Makris M., Kusser K., Honjo T., Mohrs K., Mohrs M., Randall T., Lund F.E. Cytokine-producing effector B cells regulate type 2 immunity to H. polygyrus. Immunity. 2009; 30(3):421–33. DOI: 10.1016/j.immuni.2009.01.006.Wojciechowski W., Harris D.P., Sprague F., Mousseau B., Makris M., Kusser K., Honjo T., Mohrs K., Mohrs M., Randall T., Lund F.E. Cytokine-producing effector B cells regulate type 2 immunity to H. polygyrus. Immunity. 2009; 30(3):421–33. DOI: 10.1016/j.immuni.2009.01.006.Elkins K.L., Bosio C.M., Rhinehart-Jones T.R. Importance of B cells, but not specific antibodies, in primary and secondary protective immunity to the intracellular bacterium Francisella tularensis live vaccine strain. Infect. Immun. 1999; 67(11):6002–7. DOI: 10.1128/IAI.67.11.6002-6007.1999.Elkins K.L., Bosio C.M., Rhinehart-Jones T.R. Importance of B cells, but not specific antibodies, in primary and secondary protective immunity to the intracellular bacterium Francisella tularensis live vaccine strain. Infect. Immun. 1999; 67(11):6002–7. DOI: 10.1128/IAI.67.11.6002-6007.1999.Vega-Ramos J., Alari-Pahissa E., Valle J.D., Carrasco-Marín E., Esplugues E., Borràs M., Martínez-A C., Lauzurica P. CD69 limits early inflammatory diseases associated with immune response to Listeria monocytogenes infection. Immunol. Cell Biol. 2010; 88(7):707–15. DOI: 10.1038/icb.2010.62.Vega-Ramos J., Alari-Pahissa E., Valle J.D., Carrasco-Marín E., Esplugues E., Borràs M., Martínez-A C., Lauzurica P. CD69 limits early inflammatory diseases associated with immune response to Listeria monocytogenes infection. Immunol. Cell Biol. 2010; 88(7):707–15. DOI: 10.1038/icb.2010.62.Amu S., Gjertsson I., Brisslert M. Functional characterization of murine CD25 expressing B cells. Scand. J. Immunol. 2010; 71(4):275–82. DOI: 10.1111/j.1365-3083.2010.02380.x.Amu S., Gjertsson I., Brisslert M. Functional characterization of murine CD25 expressing B cells. Scand. J. Immunol. 2010; 71(4):275–82. DOI: 10.1111/j.1365-3083.2010.02380.x.Culkin S.J., Rhinehart-Jones T., Elkins K.L. A novel role for B cells in early protective immunity to an intracellular pathogen, Francisella tularensis strain LVS. J. Immunol. 1997; 158(7):3277–84. PMID: 9120284.Culkin S.J., Rhinehart-Jones T., Elkins K.L. A novel role for B cells in early protective immunity to an intracellular pathogen, Francisella tularensis strain LVS. J. Immunol. 1997; 158(7):3277–84. PMID: 9120284.Elkins K.L., Cowley S.C., Bosio C.M. Innate and adaptive immunity to Francisella. Ann. N Y Acad. Sci. 2007; 1105:284–324. DOI: 10.1196/annals.1409.014.Elkins K.L., Cowley S.C., Bosio C.M. Innate and adaptive immunity to Francisella. Ann. N Y Acad. Sci. 2007; 1105:284–324. DOI: 10.1196/annals.1409.014.Cowley S.C., Elkins K.L. Immunity to Francisella. Front. Microbiol. 2011; 2:26. DOI: 10.3389/fmicb.2011.00026.Cowley S.C., Elkins K.L. Immunity to Francisella. Front. Microbiol. 2011; 2:26. DOI: 10.3389/fmicb.2011.00026.Elkins K.L., Kurtz S.L., De Pascalis R. Progress, challenges, and opportunities in Francisella vaccine development. Expert Rev. Vaccines. 2016; 15:(9):1183–96. DOI: 10.1586/14760584.2016.1170601.Elkins K.L., Kurtz S.L., De Pascalis R. Progress, challenges, and opportunities in Francisella vaccine development. Expert Rev. Vaccines. 2016; 15:(9):1183–96. DOI: 10.1586/14760584.2016.1170601.Beyersdorf N., Kerkau T., Hünig T. CD28 co-stimulation in T-cell homeostasis: a recent perspective. Immunotargets Ther. 2015; 4:111–22. DOI: 10.2147/ITT.S61647.Beyersdorf N., Kerkau T., Hünig T. CD28 co-stimulation in T-cell homeostasis: a recent perspective. Immunotargets Ther. 2015; 4:111–22. DOI: 10.2147/ITT.S61647.Kartseva A.S., Silkina M.V., Kalmantaeva O.V., Mironova R.I., Firstova V.V., Pavlov V.M., Shemyakin I.G. [Comparison of early immune response of mice vaccinated with tularemia vaccine strain and its derivatives]. Rossiisky Immunologichesky Zhurnal [Russian Immunological Journal]. 2019; 22(3):1177–82.Карцева А.С., Силкина М.В., Калмантаева О.В., Миронова Р.И., Фирстова В.В., Павлов В.М., Шемякин И.Г. Сравнение раннего иммунного ответа мышей, иммунизированных туляремийным вакцинным штаммом и его производными. Российский иммунологический журнал. 2019; 22(3):1177–82.Roberts L.M., Crane D.D., Wehrly T.D., Fletcher J.R., Jones B.D., Bosio C.M. Inclusion of epitopes that expand high-avidity CD4+ T cells transforms subprotective vaccines to efficacious immunogens against virulent Francisella tularensis. J. Immunol. 2016; 197(7):2738–47. DOI: 10.4049/jimmunol.1600879.Roberts L.M., Crane D.D., Wehrly T.D., Fletcher J.R., Jones B.D., Bosio C.M. Inclusion of epitopes that expand high-avidity CD4+ T cells transforms subprotective vaccines to efficacious immunogens against virulent Francisella tularensis. J. Immunol. 2016; 197(7):2738–47. DOI: 10.4049/jimmunol.1600879.Roberts L.M., Crane D.D., Wehrly T.D., Fletcher J.R., Jones B.D., Bosio C.M. Inclusion of epitopes that expand high-avidity CD4+ T cells transforms subprotective vaccines to efficacious immunogens against virulent Francisella tularensis. J. Immunol. 2016; 197(7):2738–47. DOI: 10.4049/jimmunol.1600879.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.