microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2022-3-137-144microbe-1735Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESСовершенствование подходов по верификации вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ в процессе длительного храненияImprovement of Approaches to the Verification of the Vaccine Strain Francisella tularensis 15 NIIEG during Long-Term Storagehttps://orcid.org/0000-0003-2272-2621СаяпинаЛ. В.SayapinaL. V.

Саяпина Лидия Васильевна

127051, Москва, Петровский б-р, 8, стр. 2

Lidiya V. Sayapina

Building 2, 8, Petrovsky Boulevard, Moscow, 127051

Sayapina@expmed.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0954-5683ОсинаН. А.OsinaN. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9190-099XНарышкинаЕ. А.NaryshkinaE. A.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7190-4427ФедоровА. В.FedorovA. V.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4909-2394КрасновЯ. М.KrasnovYa. M.

410005, Саратов, ул. Университетская, 46

46, Universitetskaya St., Saratov, 410005

rusrapi@microbe.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1768-1362ДавыдовД. С.DavydovD. S.

127051, Москва, Петровский б-р, 8, стр. 2

Building 2, 8, Petrovsky Boulevard, Moscow, 127051

https://orcid.org/0000-0001-6472-6386БондаревВ. П.BondarevV. P.

127051, Москва, Петровский б-р, 8, стр. 2

Building 2, 8, Petrovsky Boulevard, Moscow, 127051

ФБГУ «Научный центр экспертизы средств медицинского применения»РоссияScientific Center on Expertise of Medical Application ProductsRussian FederationФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»РоссияRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”Russian Federation20223010202203137144Copyright © Саяпина Л.В., Осина Н.А., Нарышкина Е.А., Федоров А.В., Краснов Я.М., Давыдов Д.С., Бондарев В.П., 20222022Саяпина Л.В., Осина Н.А., Нарышкина Е.А., Федоров А.В., Краснов Я.М., Давыдов Д.С., Бондарев В.П.Sayapina L.V., Osina N.A., Naryshkina E.A., Fedorov A.V., Krasnov Y.M., Davydov D.S., Bondarev V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/1735

Цель исследования – совершенствование способов верификации вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ в процессе длительного хранения в современных условиях.

Материалы и методы

Материалы и методы. В работе обобщены результаты изучения фенотипических и генетических свойств лиофилизированных культур вакцинного штамма F. tularensis 15 НИИЭГ (1953, 1966, 1969, 1987, 1990, 2003, 2012 и 2013 гг.), хранившихся в ГКПМ ФГБУ «НЦЭСМП» Минздрава России в течение от одного года до 60 лет.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. Проведенные ранее исследования выявили, что лиофилизированные культуры F. tularensis 15 НИИЭГ в основном обладали показателями, характерными для вакцинного штамма, за исключением отклонений от нормативных требований по остаточной вирулентности и специфической безопасности. Подтверждена стабильность сохранения у вакцинного штамма, хранившегося различное время в лифилизированном состоянии, делеций в генах pilA и pilE (область дифференциации RD19) и генах, кодирующих липопротеин lpp (RD18). Определена специфичная для вакцинного штамма мутация C178404T (по геному штамма F. tularensis LVS, GenBank NCBI № CP009694) и разработан подход по ее определению. Полученные данные указывают на перспективность использования описанных выше делеций в регионах RD18/RD19 в совокупности с мутацией C178404T для оценки аутентичности вакцинного штамма с помощью молекулярно-генетических методов. Таким образом, проведенный ретроспективный анализ материалов о культурах вакцинного штамма туляремийного микроба с 1940-х по 2013 год и полученные экспериментальные данные позволили дополнить новыми сведениями единые требования изготовления, изучения, поддержания, хранения и движения вакцинного штамма F. tularensis 15 НИИЭГ. На основании полученных результатов коллективом авторов разработан проект методических рекомендаций федерального уровня «Вакцинный штамм Francisella tularensis 15 НИИЭГ: порядок обращения».

The aim of the study was to improve the methods for verifying the vaccine strain Francisella tularensis 15 NIIEG during long-term storage under current conditions.

Materials and methods

Materials and methods. The paper summarizes the results of studying the phenotypic and genetic properties of lyophilized cultures of the vaccine strain F. tularensis 15 NIIEG (1953, 1966, 1969, 1987, 1990, 2003, 2012 and 2013) stored at SCEMAP for a period of one to 60 years.

Results and discussion

Results and discussion. Previous studies have revealed that freeze-dried cultures of F. tularensis 15 NIIEG generally had the characteristics of the vaccine strain, with the exception of deviations from the regulatory requirements for residual virulence and specific safety. The stability of preservation of deletions in the pilA and pilE genes (the region of differentiation RD19) and the genes encoding lpp lipoprotein (RD18) in the vaccine strain, which was stored for various periods of time in a lyophilized state, has been confirmed. The vaccine-strain-specific mutation C178404T (by the genome of F. tularensis LVS strain, GenBank NCBI no. CP009694) has been identified, and an approach to determine it has been developed. The data obtained are promising as regards using the above deletions in the RD18/RD19 regions in combination with the C178404T mutation to assess the authenticity of the vaccine strain using molecular genetic methods. Thus, the conducted retrospective analysis of the data on the cultures of tularemia microbe vaccine strain from the 1940s to 2013 and the gathered experimental data, made it possible to supplement the uniform requirements for the manufacture, study, maintenance, storage and movement of F. tularensis 15 NIIEG vaccine strain with new evidence. Based on the results obtained, the authors have drawn a draft methodological recommendations of the federal level “Vaccinal strain Francisella tularensis 15 NIIEG: order of handling”.

вакцинный штамм Francisella tularensis 15 НИИЭГфенотипические и генетические свойствамолекулярно-генетические методыFrancisella tularensis 15 NIIEG vaccine strainphenotypic and genetic propertiesmolecular-genetic methodsРабота выполнена в рамках государственного задания ФГБУ НЦЭСМП Минздрава России № 056-00001-22-00 на проведение прикладных исследований (номер государственного учета НИР 121022000147-4)ReferencesГайский Н.А., Эльберт Б.Я. О механизме инфекции и иммунитета при экспериментальной туляремии. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 1941; 12:37–42.Gaisky N.A., Elbert B.Ya. [On the mechanism of infection and immunity in experimental tularemia]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 1941; (12):37–42.Гайский Н.А., Хижинская О.П. Первые итоги применения живой туляреминой вакцины. Известия Иркутского государственного противочумного института Сибири и Дальнего Востока. 1946; 6:10–5.Gaisky N.A., Khizhinskaya O.P. [The first results of the use of live tularemia vaccine]. Izvestiya Irkutskogo Gosudarstvennogo Protivochumnogo Instituta Sibiri i Dal'nego Vostoka [Proceedings of the Irkutsk State Anti-Plague Institute of Siberia and Far East]. 1946; (6):10–5.Сиротюк Л.В. Биологические свойства туляремийных вакцинных штаммов НИИЭГ. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 1964; 10:116–20.Sirotyuk L.V. [Biological properties of tularemia vaccine strains NIIEG]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 1964; (10):116–20.Олсуфьев Н.Г., Емельянова О.С., Угловой Г.П., Салтыков Р.А., Сиротюк Л.В., Сильченко В.С., Капцын М.С., Левачева З.А., Кочуркова С.А., Бобылкова Т.В., Баранчиков В.Д., Веденеева Е.В., Егорова Л.С., Иванов В.С., Баранова Н.К., Денисова В.Д., Шельмовер Р.С., Хомутова Н.В., Куцерыб Г.Г., Панышева М.Д., Пелехова К.И., Красицкая З.И., Назарова М.Г., Красникова Е.И., Штучная A.A., Владимирова A.И., Коржева В.С. Сравнительное испытание на людях вариантов вакцинного туляремийного штамма 15 Гайского. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 1971; 5:55–7.Olsufiev N.G., Emelyanova O.S., Uglovoi G.P., Saltykov R.A., Sirotyuk L.V., Sil’chenko V.S., Kaptsyn M.S., Levacheva Z.A., Kochurkova S.A., Bobylkova T.V., Baranchikov V.D., Vedeneeva E.V., Egorova L.S., Ivanov V.S., Baranova N.K., Denisova V.D., Shelmover R S., Khomutova N.V., Kutseryb G.G., Panysheva M.D., Pelekhova K.I., Krasitskaya Z.I., Nazarova M.G., Krasnikova E.I., Shtuchnaya A.A., Vladimirova A.I., Korzheva V.S. [Comparative human trial of variants of Gaisky tularemia vaccine strain 15]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 1971; (5):55–7.Олсуфьев Н.Г. Итоги и перспективы изучения и применения в СССР живой туляремийной вакцины. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 1967; 5:3–10.Olsuf’ev N.G. [Results and prospects of studying and using the live tularemia vaccine in the USSR]. Zhurnal Mikrobiologii, Epidemiologii i Immunobiologii [Journal of Microbiology, Epidemiology and Immunobiology]. 1967; (5):3–10.Pasetti M.F., Cuberos L., Horn T.L., Shearer J.D., Matthews S.J., House R.V., Sztein M.B. An improved Francisella tularensis live vaccine strain (LVS) is well tolerated and highly immunogenic when administered to rabbits in escalating doses using various immunization routes. Vaccine. 2008; 26(14):1773–85.Pasetti M.F., Cuberos L., Horn T.L., Shearer J.D., Matthews S.J., House R.V., Sztein M.B. An improved Francisella tularensis live vaccine strain (LVS) is well tolerated and highly immunogenic when administered to rabbits in escalating doses using various immunization routes. Vaccine. 2008; 26(14):1773–85.Barry E.M., Cole L.E., Santiago A.E. Vaccines against tularemia. Hum. Vaccin. 2009; 5(12):832–8. DOI: 10.4161/hv.10297.Barry E.M., Cole L.E., Santiago A.E. Vaccines against tularemia. Hum. Vaccin. 2009; 5(12):832–8. DOI: 10.4161/hv.10297.Marohn M.E., Barry E.M. Live attenuated tularemia vaccines: recent developments and future goals. Vaccine. 2013; 31(35):3485–91. DOI: 10.1016/j.vaccine.2013.05.096.Marohn M.E., Barry E.M. Live attenuated tularemia vaccines: recent developments and future goals. Vaccine. 2013; 31(35):3485–91. DOI: 10.1016/j.vaccine.2013.05.096.Саяпина Л.В., Бондарев В.П., Олефир Ю.В. Современное состояние вакцинопрофилактики особо опасных инфекций. Проблемы особо опасных инфекций. 2016; 2:107–10. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-107-110.Sayapina L.V., Bondarev V.P., Olefir Yu.V. [The current state of vaccinal prevention of particularly dangerous infections]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2016; (2):107–10. DOI: 10.21055/0370-1069-2016-2-107-110.WHO Technical Report Series No. 927. WHO Expert Committee On Biological Standardization (54th report). Geneva, 2005. [Электронный ресурс]. URL: https://www.who.int/publications/i/item/9241209275.WHO Technical Report Series No. 927. WHO Expert Committee on Biological Standardization (54th report). Geneva, 2005. [Internet]. Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9241209275.de la Puente-Redondo V.A., del Blanco N.G., Gutiérrez-Martín C.B. García-Peña F.J., Rodríguez Ferri E.F. Comparison of different PCR approaches for typing of Francisella tularensis strains. J. Clin. Microbiol. 2000; 38(3):1016–22. DOI: 10.1128/JCM.38.3.1016-1022.2000.de la Puente-Redondo V.A., del Blanco N.G., GutiérrezMartín C.B. García-Peña F.J., Rodríguez Ferri E.F. Comparison of different PCR approaches for typing of Francisella tularensis strains. J. Clin. Microbiol. 2000; 38(3):1016–22. DOI: 10.1128/JCM.38.3.1016-1022.2000.Sunagar R., Kumar S., Franz B.J., Gosselin E.J. Tularemia vaccine development: paralysis or progress? Vaccine (Auckl). 2016; 6:9–23. DOI: 10.2147/VDT.S85545.Sunagar R., Kumar S., Franz B.J., Gosselin E.J. Tularemia vaccine development: paralysis or progress? Vaccine (Auckl). 2016; 6:9–23. DOI: 10.2147/VDT.S85545.Reed D.S., Smith L.P., Cole K.S., Santiago A.E., Mann B.J., Barry E.M. Live attenuated mutants of Francisella tularensis protect rabbits against aerosol challenge with a virulent type A strain. Infect. Immun. 2014; 82(5):2098–105. DOI: 10.1128/IAI.01498-14.Reed D.S., Smith L.P., Cole K.S., Santiago A.E., Mann B.J., Barry E.M. Live attenuated mutants of Francisella tularensis protect rabbits against aerosol challenge with a virulent type A strain. Infect. Immun. 2014; 82(5):2098–105. DOI: 10.1128/IAI.01498-14.WHO good manufacturing practices for biological products, Annex 2, TRS No. 999. [Электронный ресурс]. URL: https://www.who.int/publications/m/item/annex-2-trs-no-999-WHO-gmpfor-biological-products.WHO good manufacturing practices for biological products, Annex 2, TRS No. 999. [Internet]. Available from: https://www.who.int/publications/m/item/annex-2-trs-no-999-WHO-gmp-forbiological-products.Руководства ICH для фармацевтической отрасли. Качество. СПб.: ЦОП «Профессия»; 2017. 768 с.[ICH Guidelines for the Pharmaceutical Industry. Quality]. St. Petersburg; 2017. 768 p.Государственная фармакопея Российской Федерации. ХIV изд. М.; 2018.[State Pharmacopoeia of the Russian Federation]. XIV ed. Moscow; 2018.Соловьев Е.А., Саяпина Л.В., Осина Н.А., Давыдов Д.С., Бондарев В.П. Характеристика фенотипических и генетических свойств вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ с длительными сроками хранения. Проблемы особо опасных инфекций. 2015; 4:91–5. DOI: 10.21055/0370-1069-20152-91-95.Solov’ev E.A., Sayapina L.V., Osina N.A., Davydov D.S., Bondarev V.P. [Characterization of phenotypic and genetic properties of Francisella tularensis vaccine strain 15 NIIEG with long shelf life]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2015; (4):91–5. DOI: 10.21055/0370-10692015-2-91-95.Саяпина Л.В., Соловьев Е.А., Горяев А.А., Бондарев В.П. Изучение иммунобиологических свойств вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ в условиях длительного хранения. Проблемы особо опасных инфекций. 2015; 2:87–91. DOI: 10.21055/0370-1069-2015-2-87-91.Sayapina L.V., Solov’ev E.A., Goryaev A.A., Bondarev V.P. [Study of the immunobiological properties of the vaccine strain Francisella tularensis 15 NIIEG under long-term storage conditions]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2015; 2:87–91. DOI: 10.21055/0370-10692015-2-87-91.Саяпина Л.В., Хорева И.И., БайдаловаН.П., Горяев А.А., Давыдов Д.С., Поступайло В.Б., Меркулов В.А. Оценка остаточной вирулентности вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ по данным многолетних наблюдений. Проблемы особо опасных инфекций. 2018; 1:98–102. DOI: 10.21055/0370-10692018-1-98-102.Sayapina L.V., Khoreva I.I., Baidalova N.P., Goryaev A.A., Davydov D.S., Postupailo V.B., Merkulov V.A. [Evaluation of the residual virulence of the vaccine strain Francisella tularen¬ sis 15 NIIEG based on long-term observations]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2018; (1):98–102. DOI: 10.21055/0370-1069-2018-1-98-102.Мещерякова И.С. Туляремия: современная эпидемиология и вакцинопрофилактика (к 80-летию создания первой туляремийной лаборатории в России). Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2010; 2:17–22.Meshcheryakova I.S. [Tularemia: modern epidemiology and vaccination (on the occasion of the 80th anniversary of the creation of the first tularemia laboratory in Russia)]. Epidemiologia I Vaktsynoprofilaktika [Epidemiology and Vaccinal Prevention]. 2010; (2):17–22.Избанова У.А., Куница Т.Н., Лухнова Л.Ю. Достижения в области специфической профилактики туляремии. Medicine (Almaty). 2016; 10:49–59.Izbanova U.A., Kunitsa T.N., Lukhnova L.Yu. [Advances in specific prevention of tularemia]. Medicine (Almaty). 2016; (10):49–59.Stinson E., Smith L.P., Cole K.S., Barry E.M., Reed D.S. Respiratory and oral vaccination improves protection conferred by the live vaccine strain against pneumonic tularemia in the rabbit model. Pathog. Dis. 2016; 74(7):ftw079. DOI: 10.1093/femspd/ftw079.Stinson E., Smith L.P., Cole K.S., Barry E.M., Reed D.S. Respiratory and oral vaccination improves protection conferred by the live vaccine strain against pneumonic tularemia in the rabbit model. Pathog. Dis. 2016; 74(7):ftw079. DOI: 10.1093/femspd/ftw079.O’Malley K.J., Bowling J.D., Stinson E., Cole K.S., Mann B.J., Namjoshi P., Hazlett K.R.O., Barry E.M., Reed D.S. Aerosol prime-boost vaccination provides strong protection in outbred rabbits against virulent type A Francisella tularensis. PLoS One. 2018; 13(10):e0205928. DOI: 10.1371/journal.pone.0205928.O’Malley K.J., Bowling J.D., Stinson E., Cole K.S., Mann B.J., Namjoshi P., Hazlett K.R.O., Barry E.M., Reed D.S. Aerosol prime-boost vaccination provides strong protection in outbred rabbits against virulent type A Francisella tularensis. PLoS One. 2018; 13(10):e0205928. DOI: 10.1371/journal.pone.0205928.Svensson K., Larsson P., Johansson D., Byström M., Forsman M., Johansson A. Evolution of subspecies of Francisella tularensis. J. Bacteriol. 2005; 187(11):3903–8. DOI: 10.1128/JB.187.11.3903-3908.2005.Svensson K., Larsson P., Johansson D., Byström M., Forsman M., Johansson A. Evolution of subspecies of Francisella tularensis. J. Bacteriol. 2005; 187(11):3903–8. DOI: 10.1128/JB.187.11.3903-3908.2005.Нарышкина Е.А., Краснов Я.М., Альхова Ж.В., Баданин Д.В., Осин А.В., Ляшова О.Ю., Саяпина Л.В., Бондарев В.П., Меркулов В.А., Олефир Ю.В., Кутырев В.В. Полногеномное секвенирование и филогенетический анализ вакцинного штамма Francisella tularensis 15 НИИЭГ. Проблемы особо опасных инфекций. 2020; 2:91–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-2-91-97.Naryshkina E.A., Krasnov Ya.M., Al’khova Zh.V., Badanin D.V., Osin A.V., Lyashova O.Yu., Sayapina L.V., Bondarev V.P., Merkulov V.A., Olefir Yu.V., Kutyrev V.V. [Whole-genome sequencing and phylogenetic analysis of Francisella tularensis vaccine strain 15 NIIEG]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2020; (2):91–7. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-2-91-97.Seemann T Snippy: fast bacterial variant calling from NGS reads. 2015. [Электронный ресурс]. URL: https://github.com/tseemann/snippy?ysclid=l8bilbj7rp802266956.Seemann T Snippy: fast bacterial variant calling from NGS reads. 2015. [Internet]. Available from: https://github.com/tseemann/snippy?ysclid=l8bilbj7rp802266956.Shevtsov V., Kairzhanova A., Shevtsov A., Shustov A., Kalendar R., Abdrakhmanov S., Lukhnova L., Izbanova U., Ramankulov Y., Vergnaud G. Genetic diversity of Francisella tularensis subsp. holarctica in Kazakhstan. PLoS Negl. Trop. Dis. 2021; 15(5):e0009419. DOI: 10.1371/journal.pntd.0009419.Shevtsov V., Kairzhanova A., Shevtsov A., Shustov A., Kalendar R., Abdrakhmanov S., Lukhnova L., Izbanova U., Ramankulov Y., Vergnaud G. Genetic diversity of Francisella tularensis subsp. holarctica in Kazakhstan. PLoS Negl. Trop. Dis. 2021; 15(5):e0009419. DOI: 10.1371/journal.pntd.0009419.Осина Н.А., Уткин Д.В., Сеничкина А.М., Бугоркова Т.В., Кутырев В.В. Набор штаммов бактерий вида Francisella tularensis для получения комплекта контрольных ДНК препаратов, комплект ДНК препаратов для генно-диагностических исследований. Патент РФ № 2443772, опубл. 27.02.2012. Бюл. № 6.Osina N.A., Utkin D.V., Senichkina A.M., Bugorkova T.V., Kutyrev V.V. [A panel of bacterial strains of the Francisella tularensis species for obtaining a set of control DNA preparations, a set of DNA preparations for genetic diagnostic studies]. RF patent No. 2443772, publ. 02/27/2012. Bull. No. 6.

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