microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2022-4-50-56microbe-1760Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESДинамика антительного ответа морских свинок к белкам Yersinia pestis при чумеDynamics of Antibody Response to Yersinia pestis Proteins in Plague Affected Guinea Pigshttps://orcid.org/0000-0003-2958-0144ГапельченковаТ. В.Gapel’chenkovaT. V.

Гапельченкова Татьяна Владимировна

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Tat’yana V. Gapel’chenkova

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

gapelchenkova@obolensk.orghttps://orcid.org/0000-0002-6985-6822ШайхутдиноваР. З.ShaikhutdinovaR. Z.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-9223-2105ТруняковаА. С.TrunyakovaA. S.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-3540-1176СветочТ. Э.SvetochT. E.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-1959-1739КомбароваТ. И.KombarovaT. I.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-3946-1755ПлатоновМ. Е.PlatonovM. E.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0001-6309-7645БорзиловА. И.BorzilovA. I.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0003-0250-3237КопыловП. Х.KopylovP. Kh.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

https://orcid.org/0000-0002-1996-8949ДентовскаяС. В.DentovskayaS. V.

Российская Федерация, 142279, Московская область, р.п. Оболенск

Obolensk, Moscow Region, 142279, Russian Federation

ФБУН «Государственный научный центр прикладной микробиологии и биотехнологии»РоссияState Scientific Center of Applied Microbiology and BiotechnologyRussian Federation202211022023045056Copyright © Гапельченкова Т.В., Шайхутдинова Р.З., Трунякова А.С., Светоч Т.Э., Комбарова Т.И., Платонов М.Е., Борзилов А.И., Копылов П.Х., Дентовская С.В., 20232023Гапельченкова Т.В., Шайхутдинова Р.З., Трунякова А.С., Светоч Т.Э., Комбарова Т.И., Платонов М.Е., Борзилов А.И., Копылов П.Х., Дентовская С.В.Gapel’chenkova T.V., Shaikhutdinova R.Z., Trunyakova A.S., Svetoch T.E., Kombarova T.I., Platonov M.E., Borzilov A.I., Kopylov P.K., Dentovskaya S.V.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/1760

Конструирование новых средств специфической профилактики чумы, тем более субъединичных вакцин, невозможно без исследования роли отдельных антигенов в проявлении патогенных и иммуногенных свойств Yersinia pestis. Цель настоящего исследования состояла в определении методом иммуноферментного анализа (ИФА) уровня антител к антигенам чумного микроба в сыворотках морских свинок, выживших после заражения сублетальными дозами вирулентных штаммов чумного микроба. Материалы и методы. Морских свинок заражали подкожно штаммом дикого типа Y. pestis subsp. pestis 231 или бескапсульным (Caf1–) штаммом Y. Pestis subsp. pestis 358/12 в дозе 30 КОЕ . Кровь от больных или переболевших чумой морских свинок отбирали на 15, 30, 60 и 90-е сутки после заражения. Антительный ответ определяли к 18 рекомбинантным белкам Y. pestis методом ИФА. Результаты и обсуждение. У морских свинок наблюдали неоднородный антительный ответ к большинству антигенов с вариацией титров IgG от животного к животному. После введения штаммов Y. pestis 231 и Y. pestis 358/12 иммунодоминантный характер имели 6 (AilC, Caf1, Pla, YapM, YapL, TalB) и 6 (AilC, pH6, SurA, YapM, MetQ, HtpG) из 18 использованных белков соответственно. Для большинства исследуемых антигенов наблюдали подъем титров антител в сыворотках морских свинок, зараженных штаммом дикого типа Y. pestis 231, к 90-м суткам наблюдения, в то время как при заражении бескапсульным (Caf1–) штаммом Y. pestis subsp. Pestis 358/12 обнаружили тенденцию снижения титров специфических антител к 90-м суткам. Сохранение в организме морских свинок в течение длительного времени после перенесенного заболевания антител к белкам Y. pestis разной локализации, функциональной активности, степени представленности на поверхности бактериальной клетки свидетельствует о множественном характере формирования иммунного ответа при чуме. Полученные результаты важны для дизайна эффективных вакцин против чумы, а также для поиска новых мишеней для диагностики данной инфекции.

Designing of new means for the specific prevention of plague, especially protein subunit vaccines, is impossible without studying the role of individual antigens in the manifestation of the pathogenic and immunogenic properties of Yersinia pestis. The aim of the present study was to determine the antibody levels to Y. pestis antigens in guinea pigs that survived infection with sub-lethal doses of virulent plague agent strains using enzyme immunoassay (ELISA). Materials and methods. Guinea pigs were inoculated subcutaneously with 30 CFU of the wild type Y. pestis subsp. Pestis strain 231 or non-capsular Y. pestis subsp. pestis Caf1-negative strain 358/12. Blood samples from sick or recovered guinea pigs were collected on day 15, 30, 60, and 90 after infection. The antibody response was assessed by 18 recombinant Y. pestis proteins in ELISA. Results and discussion. Heterogeneity of the antibody responses to the majority of the antigens with variation of IgG titers from animal to animal has been revealed. We observed increase in antibody titers by day 90 for the most analyzed antigens in the sera of the guinea pigs injected with wild type Y. pestis 231. On the contrary we found reduction in antibody titers by day 90 in case of inoculation with Y. pestis 358/12. The preservation of antibodies to Y. pestis proteins of different localization in the organism of the guinea pigs, as well functional activity, and the degree of representation on the surface of bacterial cell for a prolonged period of time indicates the multiplex nature of the plague immunity formation. Our findings are significant for the future design and development of effective vaccines against plague and the search for new targets for diagnostics of this disease.

Yersinia pestisбубонная чумарекомбинантные антигеныантителаиммунный ответYersinia pestisbubonic plaguerecombinant antigensantibodiesimmune responseРабота выполнена в рамках отраслевой научно- исследовательской программы Роспотребнадзора на 2021–2025 гг. «Проблемно-ориентированные на‑ учные исследования в области эпидемиологического надзора за инфекционными и паразитарными бо‑ лезнями».The work was carried out within the frames of the sectoral research program of the Rospotrebnadzor for 2021–2025 “Problem-Oriented Scientific Research in the Field of Epidemiological Surveillance of Infectious and Parasitic Diseases”.ReferencesПопов Н.В., Ерошенко Г.А., Карнаухов И.Г., Кузнецов А.А., Матросов А.Н., Иванова А.В., Поршаков А.М., Ляпин М.Н., Корзун В.М., Вержуцкий Д.Б., Аязбаев Т.З., Лопатин А.А., Ашибоков У.М., Балахонов С.В., Куличенко А.Н., Кутырев В.В. Эпидемиологическая и эпизоотическая обстановка по чуме в Российской Федерации и прогноз ее развития на 2020–2025 гг. Проблемы особо опасных инфекций. 2020; 1:43–50. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-1-43-5.Popov N.V., Eroshenko G.A., Karnaukhov I.G., Kuznetsov A.A., Matrosov A.N., Ivanova A.V., Porshakov A.M., Lyapin M.N., Korzun V.M., Verzhutsky D.B., Ayazbaev T.Z., Lopatin A.A., Ashibokov U.M., Balakhonov S.V., Kulichenko A.N., Kutyrev V.V. [Epidemiological and epizootic situation on plague in the Russian Federation and forecast for its development for 2020–2025]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2020; (1):43–50. DOI: 10.21055/0370-1069-2020-1-43-5.Dillard R.L., Juergens A.L. Plague. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022.Dillard R.L., Juergens A.L. Plague. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022.Du Y., Rosqvist R., Forsberg A. Role of fraction 1 antigen of Yersinia pestis in inhibition of phagocytosis. Infect. Immun. 2002; 70(3):1453–60. DOI: 10.1128/IAI.70.3.1453-1460.2002.Du Y., Rosqvist R., Forsberg A. Role of fraction 1 antigen of Yersinia pestis in inhibition of phagocytosis. Infect. Immun. 2002; 70(3):1453–60. DOI: 10.1128/IAI.70.3.1453-1460.2002.Mueller C.A., Broz P., Müller S.A., Ringler P., Erne-Brand F., Sorg I., Kuhn M., Engel A., Cornelis G.R. The V-antigen of Yersinia forms a distinct structure at the tip of injectisome needles. Science. 2005; 310(5748):674–6. DOI: 10.1126/science.1118476.Mueller C.A., Broz P., Müller S.A., Ringler P., Erne-Brand F., Sorg I., Kuhn M., Engel A., Cornelis G.R. The V-antigen of Yersinia forms a distinct structure at the tip of injectisome needles. Science. 2005; 310(5748):674–6. DOI: 10.1126/science.1118476.Anderson G.W. Jr., Leary S.E., Williamson E.D., Titball R.W., Welkos S.L., Worsham P.L., Friedlander A.M. Recombinant V antigen protects mice against pneumonic and bubonic plague caused by F1-capsule-positive and -negative strains of Yersinia pestis. Infect. Immun. 1996; 64(11):4580–5. DOI: 10.1128/iai.64.11.4580-4585.1996.Anderson G.W. Jr., Leary S.E., Williamson E.D., Titball R.W., Welkos S.L., Worsham P.L., Friedlander A.M. Recombinant V antigen protects mice against pneumonic and bubonic plague caused by F1-capsule-positive and -negative strains of Yersinia pestis. Infect. Immun. 1996; 64(11):4580–5. DOI: 10.1128/iai.64.11.4580-4585.1996.Titball R.W., Williamson E.D. Vaccination against bubonic and pneumonic plague. Vaccine. 2001; 19(20):4175–84. DOI: 10.1016/s0264-410x(01)00163-3.Titball R.W., Williamson E.D. Vaccination against bubonic and pneumonic plague. Vaccine. 2001; 19(20):4175–84. DOI: 10.1016/s0264-410x(01)00163-3.Williamson E.D. Plague vaccine research and development. J. Appl. Microbiol. 2001; 91(4):606–8. DOI: 10.1046/j.1365-2672.2001.01497.x.Williamson E.D. Plague vaccine research and development. J. Appl. Microbiol. 2001; 91(4):606–8. DOI: 10.1046/j.1365-2672.2001.01497.x.Dentovskaya S.V., Shaikhutdinova R.Z., Anisimov A.P. A recombinant prototrophic Yersinia pestis strain over-produces F1 antigen with enhanced serological activity. Adv. Exp. Med. Biol. 2003; 529:419–21. DOI: 10.1007/0-306-48416-1_83.Dentovskaya S.V., Shaikhutdinova R.Z., Anisimov A.P. A recombinant prototrophic Yersinia pestis strain over-produces F1 antigen with enhanced serological activity. Adv. Exp. Med. Biol. 2003; 529:419–21. DOI: 10.1007/0-306-48416-1_83.Anisimov A.P., Bakhteeva I.V., Panfertsev E.A., Svetoch T.E., Kravchenko T.B., Platonov M.E., Titareva G.M., Kombarova T.I., Ivanov S.A., Rakin A.V., Amoako K.K., Dentovskaya S.V. The subcutaneous inoculation of pH 6 antigen mutants of Yersinia pestis does not affect virulence and immune response in mice. J. Med. Microbiol. 2009; 58(Pt. 1):26–36. DOI: 10.1099/jmm.0.005678-0.Anisimov A.P., Bakhteeva I.V., Panfertsev E.A., Svetoch T.E., Kravchenko T.B., Platonov M.E., Titareva G.M., Kombarova T.I., Ivanov S.A., Rakin A.V., Amoako K.K., Dentovskaya S.V. The subcutaneous inoculation of pH 6 antigen mutants of Yersinia pestis does not affect virulence and immune response in mice. J. Med. Microbiol. 2009; 58(Pt. 1):26–36. DOI: 10.1099/jmm.0.005678-0.Копылов П.Х., Бахтеева И.В., Анисимов А.П., Дентовская С.В., Иванов С.А., Киселева Н.В., Левчук В.П., Панферцев Е.А., Платонов М.Е., Светоч Т.Э., Титарева Г.М. Нуклеотидная последовательность, кодирующая иммуногенный полипептид lcrV(G113), вызывающий защитный иммунный ответ против Yersinia pestis; рекомбинантная плазмидная ДНК pETV-I-3455, кодирующая иммуногенный полипептид LcrV(G113); рекомбинантный штамм Escherichia coli BL21(DE3)/pETV-I-3455 –- продуцент иммуногенного полипептида LcrV(G113); полипептид LcrV(G113) и способ его получения. Патент на изобретение РФ № 2439155, опубл. 10.01.2012. Бюл. № 1.Kopylov P.Kh., Bakhteeva I.V., Anisimov A.P., Dentovskaya S.V., Ivanov S.A., Kiseleva N.V., Levchuk V.P., Panfertsev E.A., Platonov M.E., Svetoch T.E., Titareva G.M. [A nucleotide sequence encoding an immunogenic lcrV(G113) polypeptide that elicits a protective immune response against Yersinia pestis; recombinant plasmid DNA pETV-I-3455 encoding the immunogenic LcrV(G113) polypeptide; recombinant Escherichia coli strain BL21(DE3)/pETV-I-3455, producer of the immunogenic polypeptide LcrV(G113); polypeptide LcrV(G113) and method for its production]. Patent for the invention in the Russian Federation No. 2439155, publ. 01/10/2012. Bull. No. 1.Maniatis T., Fritsch E.F., Sambrook J. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. N.Y.: Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor Laboratory; 1982. 545 p.Maniatis T., Fritsch E.F., Sambrook J. Molecular Cloning: A Laboratory Manual. N.Y.: Cold Spring Harbor, Cold Spring Harbor Laboratory; 1982. 545 p.Laemmli U. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259):680–5. DOI: 10.1038/227680a0.Laemmli U. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 1970; 227(5259):680–5. DOI: 10.1038/227680a0.Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование. М.: Наука; 1981. 288 с.Osterman L.A. [Methods for the Study of Proteins and Nucleic Acids. Electrophoresis and Ultracentrifugation]. Moscow: “Nauka”; 1981. 288 p.Towbin H., Staehelin T., Gordon J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1979; 76(9):4350–4. DOI: 10.1073/pnas.76.9.4350.Towbin H., Staehelin T., Gordon J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1979; 76(9):4350–4. DOI: 10.1073/pnas.76.9.4350.Williamson E.D., Vesey P.M., Gillhespy K.J., Eley S.M., Green M., Titball R.W. An IgG1 titre to the F1 and V antigens correlates with protection against plague in the mouse model. Clin. Exp. Immunol. 1999; 116(1):107–14. DOI: 10.1046/j.1365-2249.1999.00859.x.Williamson E.D., Vesey P.M., Gillhespy K.J., Eley S.M., Green M., Titball R.W. An IgG1 titre to the F1 and V antigens correlates with protection against plague in the mouse model. Clin. Exp. Immunol. 1999; 116(1):107–14. DOI: 10.1046/j.1365-2249.1999.00859.x.Jones S.M., Griffin K.F., Hodgson I., Williamson E.D. Protective efficacy of a fully recombinant plague vaccine in the guinea pig. Vaccine. 2003; 21(25-26):3912–8. DOI: 10.1016/s0264-410x(03)00379-7.Jones S.M., Griffin K.F., Hodgson I., Williamson E.D. Protective efficacy of a fully recombinant plague vaccine in the guinea pig. Vaccine. 2003; 21(25-26):3912–8. DOI: 10.1016/s0264-410x(03)00379-7.Quenee L.E., Ciletti N., Berube B., Krausz T., Elli D., Hermanas T., Schneewind O. Plague in Guinea pigs and its prevention by subunit vaccines. Am. J. Pathol. 2011; 178(4):1689–700. DOI: 10.1016/j.ajpath.2010.12.028.Quenee L.E., Ciletti N., Berube B., Krausz T., Elli D., Hermanas T., Schneewind O. Plague in Guinea pigs and its prevention by subunit vaccines. Am. J. Pathol. 2011; 178(4):1689–700. DOI: 10.1016/j.ajpath.2010.12.028.Benner G.E., Andrews G.P., Byrne W.R., Strachan S.D., Sample A.K., Heath D.G., Friedlander A.M. Immune response to Yersinia outer proteins and other Yersinia pestis antigens after experimental plague infection in mice. Infect. Immun. 1999; 67(4):1922–8. DOI: 10.1128/IAI.67.4.1922-1928.1999.Benner G.E., Andrews G.P., Byrne W.R., Strachan S.D., Sample A.K., Heath D.G., Friedlander A.M. Immune response to Yersinia outer proteins and other Yersinia pestis antigens after experimental plague infection in mice. Infect. Immun. 1999; 67(4):1922–8. DOI: 10.1128/IAI.67.4.1922-1928.1999.Andrianaivoarimanana V., Telfer S., Rajerison M., Ranjalahy M.A., Andriamiarimanana F., Rahaingosoamamitiana C., Rahalison L., Jambou R. Immune responses to plague infection in wild Rattus rattus, in Madagascar: a role in foci persistence. PLoS One. 2012; 7(6):e38630. DOI: 10.1371/journal.pone.0038630.Andrianaivoarimanana V., Telfer S., Rajerison M., Ranjalahy M.A., Andriamiarimanana F., Rahaingosoamamitiana C., Rahalison L., Jambou R. Immune responses to plague infection in wild Rattus rattus, in Madagascar: a role in foci persistence. PLoS One. 2012; 7(6):e38630. DOI: 10.1371/journal.pone.0038630.Erova T.E., Rosenzweig J.A., Sha J., Suarez G., Sierra J.C., Kirtley M.L., van Lier C.J., Telepnev M.V., Motin V.L., Chopra A.K. Evaluation of protective potential of Yersinia pestis outer membrane protein antigens as possible candidates for a new-generation recombinant plague vaccine. Clin. Vaccine Immunol. 2013; 20(2):227–38. DOI: 10.1128/CVI.00597-12.Erova T.E., Rosenzweig J.A., Sha J., Suarez G., Sierra J.C., Kirtley M.L., van Lier C.J., Telepnev M.V., Motin V.L., Chopra A.K. Evaluation of protective potential of Yersinia pestis outer membrane protein antigens as possible candidates for a new-generation recombinant plague vaccine. Clin. Vaccine Immunol. 2013; 20(2):227–38. DOI: 10.1128/CVI.00597-12.Li B., Jiang L., Song Q., Yang J., Chen Z., Guo Z., Zhou D., Du Z., Song Y., Wang J., Wang H., Yu S., Wang J., Yang R. Protein microarray for profiling antibody responses to Yersinia pestis live vaccine. Infect. Immun. 2005; 73(6):3734–9. DOI: 10.1128/IAI.73.6.3734-3739.2005.Li B., Jiang L., Song Q., Yang J., Chen Z., Guo Z., Zhou D., Du Z., Song Y., Wang J., Wang H., Yu S., Wang J., Yang R. Protein microarray for profiling antibody responses to Yersinia pestis live vaccine. Infect. Immun. 2005; 73(6):3734–9. DOI: 10.1128/IAI.73.6.3734-3739.2005.Li B., Du C., Zhou L., Bi Y., Wang X., Wen L., Guo Z., Song Z., Yang R. Humoral and cellular immune responses to Yersinia pestis infection in long-term recovered plague patients. Clin. Vaccine Immunol. 2012; 19(2):228–34. DOI: 10.1128/CVI.05559-11.Li B., Du C., Zhou L., Bi Y., Wang X., Wen L., Guo Z., Song Z., Yang R. Humoral and cellular immune responses to Yersinia pestis infection in long-term recovered plague patients. Clin. Vaccine Immunol. 2012; 19(2):228–34. DOI: 10.1128/CVI.05559-11.

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