microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2023-3-66-72microbe-1856Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESБиоинформатический анализ иммунодоминантных пептидов вируса бешенства (Rabies lyssavirus, Rhabdoviridae)Bioinformatic Analysis of Immunodominant Peptides of Rabies Virus (Rabies lyssavirus, Rhabdoviridae)https://orcid.org/0000-0003-2650-6459ГалееваА. Г.GaleevaA. G.

Галеева Антонина Глебовна

Российская Федерация, 420075, Казань, Научный городок-2

Antonina G. Galeeva

Nauchny Gorodok-2, Kazan, 420075, Russian Federation

antonina-95@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5669-1486ХаммадовН. И.KhammadovN. I.

Российская Федерация, 420075, Казань, Научный городок-2

Nauchny Gorodok-2, Kazan, 420075, Russian Federation

vnivi@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8786-1310ЕфимоваМ. А.EfimovaM. A.

Российская Федерация, 420075, Казань, Научный городок-2

Российская Федерация, 420029, Казань, ул. С ибирский Тракт, 35

Nauchny Gorodok-2, Kazan, 420075, Russian Federation

35, Sibirsky Trakt St., Kazan, 420029, Russian Federation

kgavm_baumana@mail.ruФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности»РоссияFederal Center for Toxicological, Radiation and Biological SafetyRussian FederationФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности»; ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана»РоссияFederal Center for Toxicological, Radiation and Biological Safety; Kazan State Academy of Veterinary Medicine named after N.E. BaumanRussian Federation202301102023036672Copyright © Галеева А.Г., Хаммадов Н.И., Ефимова М.А., 20232023Галеева А.Г., Хаммадов Н.И., Ефимова М.А.Galeeva A.G., Khammadov N.I., Efimova M.A.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/1856

Существует необходимость разработки антирабических вакцин нового поколения, обеспечивающих достижение протективного уровня антител после однократного введения. Перспективы решения данной проблемы открывают последние разработки в области «обратной вакцинологии». Основным параметром, определяющим эффективность рекомбинантных вакцин, является дизайн антиген-кодирующей последовательности.

В связи с этим целью работы явилось проведение биоинформатического анализа пептидов вируса бешенства (Rabies lyssavirus, Rhabdoviridae) для выявления иммуногенных эпитопов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Анализ 5 кандидатных протеиновых последовательностей более 100 штаммов и эпизоотических изолятов вируса бешенства проводили с использованием стандартных методов in silico прогнозирования по базе данных иммуногенных эпитопов The Immune Epitope Database (IEDB) (NIH, США).

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. В результате анализа первичных аминокислотных последовательностей, проведенного с использованием наиболее часто применяемых инструментов биоинформатики, установлено количество иммуногенных эпитопов и типы выявленного иммунного ответа (T- и B-клеточные эпитопы, эпитопы связывания с МНС I класса) для вирусных белков: гликопротеина (G), нуклеопротеина (N), фосфопротеина (P), матричного протеина (М), РНК -зависимой РНК -полимеразы (L). В аминокислотной структуре указанных белков дополнительно идентифицированы сайты N- и О-гликозилирования, сигнальные пептиды и трансмембранные домены. В целях прогнозирования безопасности и эффективности данных белков в качестве компонентов рекомбинантных вакцин проведена in silico оценка их физико-химических свойств. Несмотря на то, что превалирующее количество эпитопов сосредоточено в структуре гликопротеина, эпитопы остальных белков, ранжируясь по уровню антигенности и консервативности, также могут представлять интерес в качестве компонентов профилактических препаратов либо диагностикумов. Представленные данные могут быть использованы при дизайне вставки в ходе конструирования вирус-векторной кандидатной вакцины либо контрольных положительных образцов в диагностических методах, основанных на индикации фрагментов вирусного генома.

There is a need to develop a new generation of anti-rabies vaccines that provide a protective level of antibodies after a single injection. Prospects for solving this problem are opened by the latest developments in the field of “reverse vaccinology”. The main parameter that determines the effectiveness of recombinant vaccines is the design of the antigen-coding sequence. In this regard, the aim of the work was to conduct a bioinformatic analysis of rabies virus (Rabies lyssavirus, Rhabdoviridae) peptides to identify immunogenic epitopes.

Materials and methods

Materials and methods. Analysis of 5 candidate protein sequences of more than 100 strains and epizootic isolates of the rabies virus was performed using standard in silico prediction methods using Immune Epitope Database (IEDB) (NIH, USA).

Results and discussion

Results and discussion. As a result of the analysis of primary amino acid sequences, carried out using the most commonly used bioinformatics tools, the number of immunogenic epitopes and the types of immune response detected (T- and B-cell epitopes, class I MHCbinding epitopes) were established for viral proteins: glycoprotein (G), nucleoprotein (N), phosphoprotein (P), matrix protein (M), RNA-dependent RNA polymerase (L). In the amino acid structure of these proteins, N- and O-glycosylation sites, signal peptides, and transmembrane domains were additionally identified. In order to predict the safety and efficacy of these proteins as components of recombinant vaccines, an in silico assessment of their physicochemical properties was carried out. Despite the fact that the predominant number of epitopes is concentrated in the structure of the glycoprotein, the epitopes of other proteins, ranging according to the level of antigenicity and conservatism, may also be of interest as components of preventive drugs or diagnostics. The presented data can be used in the design of the insert during the construction of a candidate virus-vector vaccine or control positive samples in diagnostic methods based on the indication of viral genome fragments.

вирус бешенстварекомбинантные вакциныбиоинформатический анализобратная вакцинологияrabies virusrecombinant vaccinesbioinformatics analysisreverse vaccinologyИсследование выполнено в рамках темы НИР 04.10.2021.03/03.4-2.The study was conducted within the framework of the Research and Development Project theme 04.10.2021.03/03.4-2.ReferencesTaylor L.H., Hampson K., Fahrion A., Abela-Ridder B., Nel L.H. Difficulties in estimating the human burden of canine rabies. Acta Trop. 2017; 165:133–40. DOI: 10.1016/j.actatropica.2015.12.007.Taylor L.H., Hampson K., Fahrion A., Abela-Ridder B., Nel L.H. Difficulties in estimating the human burden of canine rabies. Acta Trop. 2017; 165:133–40. DOI: 10.1016/j.actatropica.2015.12.007.Hampson K., Coudeville L., Lembo T., Sambo M., Kieffer A., Attlan M., Barrat J., Blanton J.D., Briggs D.J., Cleaveland S., Costa P., Freuling C.M., Hiby E., Knopf L., Leanes F., Meslin F.-X., Metlin A., Miranda M.E., Müller T., Nel L.H., Recuenco S., Rupprecht C.E., Schumacher C., Taylor L., Vigilato M.A.N., Zinsstag J., Dushoff J. Global alliance for rabies control partners for rabies prevention. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015; 9(4):e0003709. DOI: 10.1371/journal.pntd.0003709.Hampson K., Coudeville L., Lembo T., Sambo M., Kieffer A., Attlan M., Barrat J., Blanton J.D., Briggs D.J., Cleaveland S., Costa P., Freuling C.M., Hiby E., Knopf L., Leanes F., Meslin F.-X., Metlin A., Miranda M.E., Müller T., Nel L.H., Recuenco S., Rupprecht C.E., Schumacher C., Taylor L., Vigilato M.A.N., Zinsstag J., Dushoff J. Global alliance for rabies control partners for rabies prevention. PLoS Negl. Trop. Dis. 2015; 9(4):e0003709. DOI: 10.1371/journal.pntd.0003709.Ghai S., Hemachudha T. Continued failure of rabies elimination – Consideration of challenges in applying the one health approach. Front. Vet. Sci. 2022; 9:847659. DOI: 10.3389/fvets.2022.847659.Ghai S., Hemachudha T. Continued failure of rabies elimination – Consideration of challenges in applying the one health approach. Front. Vet. Sci. 2022; 9:847659. DOI: 10.3389/fvets.2022.847659.Kessels J., Tarantola A., Salahuddin N., Blumberg L., Knopf L. Rabies post-exposure prophylaxis: A systematic review on abridged vaccination schedules and the effect of changing administration routes during a single course. Vaccine. 2019; 37 Suppl 1:A107–A117. DOI: 10.1016/j.vaccine.2019.01.041.Kessels J., Tarantola A., Salahuddin N., Blumberg L., Knopf L. Rabies post-exposure prophylaxis: A systematic review on abridged vaccination schedules and the effect of changing administration routes during a single course. Vaccine. 2019; 37 Suppl 1:A107–A117. DOI: 10.1016/j.vaccine.2019.01.041.Елаков А.Л. Антирабические вакцины, применяемые в Российской Федерации, и перспективы их совершенствования. Вопросы вирусологии. 2022; 67(2):107–14. DOI: 10.36233/0507-4088-102.Elakov A.L. [Anti-rabies vaccines applied in the Russian Federation and perspectives for their improvement]. Voprosy Virusologii [Problems of Virology]. 2022; 67(2):107–14. DOI: 10.36233/0507-4088-102.Метлин А.Е. Современные аспекты классификации лиссавирусов. Ветеринария сегодня. 2017; 3:52–7.Metlin A.E. [Modern aspects of Lyssavirus classification]. Veterinariya Segodnya [Veterinary Science Today]. 2017; (3):52–7.Seif I., Coulon P., Rollin P.E., Flamand A. Rabies virulence: effect on pathogenicity and sequence characterization of rabies virus mutations affecting antigenic site III of the glycoprotein. J. Virol. 1985; 53(3):926–34. DOI: 10.1128/JVI.53.3.926-934.1985.Seif I., Coulon P., Rollin P.E., Flamand A. Rabies virulence: effect on pathogenicity and sequence characterization of rabies virus mutations affecting antigenic site III of the glycoprotein. J. Virol. 1985; 53(3):926–34. DOI: 10.1128/JVI.53.3.926-934.1985.Prehaud C., Coulon P., LaFay F., Thiers C., Flamand A. Antigenic site II of the rabies virus glycoprotein: structure and role in viral virulence. J. Virol. 1988; 62(1):1–7. DOI: 10.1128/JVI.62.1.1-7.1988.Prehaud C., Coulon P., LaFay F., Thiers C., Flamand A. Antigenic site II of the rabies virus glycoprotein: structure and role in viral virulence. J. Virol. 1988; 62(1):1–7. DOI: 10.1128/JVI.62.1.1-7.1988.Hicks D.J., Fooks A.R., Johnson N. Development in rabies vaccine. Clin. Exp. Immunol. 2012; 169(3):199–204. DOI: 10.1111/j.1365-2249.2012.04592.x.Hicks D.J., Fooks A.R., Johnson N. Development in rabies vaccine. Clin. Exp. Immunol. 2012; 169(3):199–204. DOI: 10.1111/j.1365-2249.2012.04592.x.Abedi M., Haftcheshmeh S.M., Bashar R., Kesharwani P., Samadi M., Sahebkar A. Rabies vaccine: Recent update and comprehensive review of in vitro and in vivo studies. Process Biochem. 2023; 124:201–20. DOI: 10.1016/j.procbio.2022.11.011.Abedi M., Haftcheshmeh S.M., Bashar R., Kesharwani P., Samadi M., Sahebkar A. Rabies vaccine: Recent update and comprehensive review of in vitro and in vivo studies. Process Biochem. 2023; 124:201–20. DOI: 10.1016/j.procbio.2022.11.011.Смолоногина Т.А., Исакова-Сивак И.Н., Котомина Т.С., Евсина А.С., Степанова Е.А., Прокопенко П.И., Леонтьева Г.Ф., Суворов А.Н., Руденко Л.Г. Конструирование векторной вакцины на основе холодо-адаптированного вируса гриппа для защиты от бактериальной инфекции, вызываемой стрептококками группы В . Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019; 37(1):25–34. DOI: 10.17116/molgen20193701125.Smolonogina T.A., Isakova-Sivak I.N., Kotomina T.S., Evsina A.S., Stepanova E.A., Prokopenko P.I., Leontieva G.F., Suvorov A.N., Rudenko L.G. [Generation of a vector vaccine against group B streptococcal infection on the base of a cold-adapted influenza A virus]. Molekulyarnaya Genetika, Mikrobiologiya i Virusologiya [Molecular Genetics, Microbiology and Virology]. 2019; 37(1):25–34. DOI: 10.17116/molgen2019370112512.Буданова А.А., Щуковская Т.Н. Исследования in silico на этапах конструирования современных средств иммунопрофилактики чумы (на примере субъединичных вакцин). Проблемы особо опасных инфекций. 2022; 3:6–13. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-3-6-13.Budanova A.A., Shchukovskaya T.N. [In silico research at the stages of designing modern means for prevention of plague (by the example of subunit vaccines)]. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii [Problems of Particularly Dangerous Infections]. 2022; (3):6–13. DOI: 10.21055/0370-1069-2022-3-6-13.Мима К.А., Каторкина Е.И., Каторкин С.А., Цыбанов С.Ж., Малоголовкин А.С. In silico идентификация В- и Т-клеточных эпитопов белка CD2v вируса африканской чумы свиней (African swine fever virus, Asfivirus, Asfarviridae). Вопросы вирусологии. 2020; 65(2):103–12. DOI: 10.36233/0507-4088-2020-65-2-103-112.Mima K.A., Katorkina E.I., Katorkin S.A., Tsybanov S.Zh., Malogolovkin A.S. [In silico prediction of B- and T-cell epitopes in the CD2v protein of african swine fever virus (African swine fever virus, Asfivirus, Asfarviridae)]. Voprosy Virusologii [Problems of Virology]. 2020; 65(2):103–12. DOI: 10.36233/0507-4088-2020-65-2-103-112.Дятлова В.И. Применение методов обратной вакцинологии для разработки вакцин против бруцеллеза. Бактериология. 2021; 6(4):16–29. DOI: 10.20953/2500-1027-2021-4-16-29.Dyatlova V.I. [Application of reverse vaccinology methods for the development of new vaccines against brucellosis]. Bakteriologiya [Bacteriology]. 2021; 6(4):16–29. DOI: 10.20953/2500-1027-2021-4-16-29.Bayat A. Science, medicine and the future: Bioinformatics. BMJ. 2002; 324(7344):1018–22. DOI: 10.1136/bmj.324.7344.1018.Bayat A. Science, medicine and the future: Bioinformatics. BMJ. 2002; 324(7344):1018–22. DOI: 10.1136/bmj.324.7344.1018.Nandy A., Basak S.C. Bioinformatics in design of antiviral vaccines. In: Encyclopedia of Biomedical Engineering. 2018; 1-3:280–90. DOI: 10.1016/B978-0-12-801238-3.10878-5.Nandy A., Basak S.C. Bioinformatics in design of antiviral vaccines. In: Encyclopedia of Biomedical Engineering. 2018; 1-3:280–90. DOI: 10.1016/B978-0-12-801238-3.10878-5.Brochier B., Kieny M.P., Costy F., Coppens P., Bauduin B., Lecocq J.P., Languet B., Chappuis G., Desmettre P., Afiademanyo K. Large-scale eradication of rabies using recombinant vaccinia-rabies vaccine. Nature. 1991; 354(6354):520–2. DOI: 10.1038/354520a0.Brochier B., Kieny M.P., Costy F., Coppens P., Bauduin B., Lecocq J.P., Languet B., Chappuis G., Desmettre P., Afiademanyo K. Large-scale eradication of rabies using recombinant vaccinia-rabies vaccine. Nature. 1991; 354(6354):520–2. DOI: 10.1038/354520a0.Pastoret P.P., Brochier B. The development and use of a vaccinia-rabies recombinant oral vaccine for the control of wildlife rabies; a link between Jenner and Pasteur. Epidemiol. Infect. 1996; 116(3):235–40. DOI: 10.1017/s0950268800052535.Pastoret P.P., Brochier B. The development and use of a vaccinia-rabies recombinant oral vaccine for the control of wildlife rabies; a link between Jenner and Pasteur. Epidemiol. Infect. 1996; 116(3):235–40. DOI: 10.1017/s0950268800052535.Drings A., Jallet C., Chambert B., Tordo N., Perrin P. Is there an advantage for including the nucleoprotein in a rabies glycoprotein subunit vaccine? Vaccine. 1999; 17(11-12):1549–57. DOI: 10.1016/s0264-410x(98)00357-0.Drings A., Jallet C., Chambert B., Tordo N., Perrin P. Is there an advantage for including the nucleoprotein in a rabies glycoprotein subunit vaccine? Vaccine. 1999; 17(11-12):1549–57. DOI: 10.1016/s0264-410x(98)00357-0.Lodmell D.L., Sumner J.W., Esposito J.J., Bellini W.J., Ewalt L.C. Raccoon poxvirus recombinants expressing the rabies virus nucleoprotein protects mice against lethal rabies virus infection. J. Virol. 1991; 65(6):3400–5. DOI: 10.1128/JVI.65.6.3400-3405.1991.Lodmell D.L., Sumner J.W., Esposito J.J., Bellini W.J., Ewalt L.C. Raccoon poxvirus recombinants expressing the rabies virus nucleoprotein protects mice against lethal rabies virus infection. J. Virol. 1991; 65(6):3400–5. DOI: 10.1128/JVI.65.6.3400-3405.1991.Ertl H.C.J. New rabies vaccines for use in humans. Vaccines (Basel). 2019; 7(2):54. DOI: 10.3390/vaccines7020054.Ertl H.C.J. New rabies vaccines for use in humans. Vaccines (Basel). 2019; 7(2):54. DOI: 10.3390/vaccines7020054.Niu Y., Liu Y., Yang L., Qu H., Zhao J., Hu R., Li J., Liu W. Immunogenicity of multi-epitope-based vaccine candidates administered with adjuvant Gp96 against rabies. Virol. Sin. 2016; 31(2):168–75. DOI: 10.1007/s12250-016-3734-4.Niu Y., Liu Y., Yang L., Qu H., Zhao J., Hu R., Li J., Liu W. Immunogenicity of multi-epitope-based vaccine candidates administered with adjuvant Gp96 against rabies. Virol. Sin. 2016; 31(2):168–75. DOI: 10.1007/s12250-016-3734-4.Odhar H.A., Hashim A.F., Humadi S.S., Ahjel S.W. Design and construction of multi epitope-peptide vaccine candidate for rabies virus. Bioinformation. 2023; 19(2):167–77. DOI: 10.6026/97320630019167.Odhar H.A., Hashim A.F., Humadi S.S., Ahjel S.W. Design and construction of multi epitope-peptide vaccine candidate for rabies virus. Bioinformation. 2023; 19(2):167–77. DOI: 10.6026/97320630019167.Shi C., Sun P., Yang P., Liu L., Tian L., Liu W., Wang M., Zheng X., Zheng W. Research progress on neutralizing epitopes and antibodies for the Rabies virus. Infectious Medicine. 2022; 1(4):262–71. DOI: 10.1016/j.imj.2022.09.003.Shi C., Sun P., Yang P., Liu L., Tian L., Liu W., Wang M., Zheng X., Zheng W. Research progress on neutralizing epitopes and antibodies for the Rabies virus. Infectious Medicine. 2022; 1(4):262–71. DOI: 10.1016/j.imj.2022.09.003.Goto H., Minamoto N., Ito H., Ito N., Sugiyama M., Kinjo T., Kawai A. Mapping of epitopes and structural analysis of antigenic sites in the nucleoprotein of rabies virus. J. Gen. Virol. 2000; 81(Pt. 1):119–27. DOI: 10.1099/0022-1317-81-1-119.Goto H., Minamoto N., Ito H., Ito N., Sugiyama M., Kinjo T., Kawai A. Mapping of epitopes and structural analysis of antigenic sites in the nucleoprotein of rabies virus. J. Gen. Virol. 2000; 81(Pt. 1):119–27. DOI: 10.1099/0022-1317-81-1-119.

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