Исследования in silico на этапах конструирования современных средств иммунопрофилактики чумы (на примере субъединичных вакцин)
Аннотация
Цель обзора – проанализировать результаты отечественных и зарубежных исследователей по разработке современных препаратов для специфической профилактики чумы и показать возможности применения биоинформационного анализа на этапах конструирования для создания эффективной и безопасной вакцины. Работа по созданию эффективной чумной вакцины нового поколения затруднена ввиду нескольких факторов, связанных прежде всего с наличием у чумного микроба механизмов уклонения от иммунной системы макроорганизма, а также большого числа детерминант патогенности. Благодаря разработке подходов, основанных на исследованиях in silico, наблюдается прогрессивное развитие вакцинных технологий, основанных, прежде всего, на применении важнейших иммуногенов чумного микроба (F1 и V-антиген). В качестве актуальных способов применения биоинформационного анализа данных при разработке способов повышения эффективности защиты при вакцинации субъединичными препаратами рассматриваются исследования, направленные на улучшение антигенных характеристик F1 и LcrV, а также работы по биоинформационному поиску и анализу дополнительных перспективных компонентов для включения в состав субъединичных вакцин.
Об авторах
А. А. Буданова
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
Буданова Ангелина Андреевна
410005, Саратов, ул. Университетская, 46
Т. Н. Щуковская
ФКУН «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб»
Россия
Россия
410005, Саратов, ул. Университетская, 46
Список литературы
1. Книрель Ю.А., Федорова В.А., Анисимов А.П. В борьбе за контролем над чумой. Прошлое и настоящее «черного мора». Вестник Российской академии наук. 2011; 81(1):33–42.
2. Дентовская С.В., Копылов П.Х., Иванов С.А., Агеев С.А., Анисимов А.П. Молекулярные основы вакцинопрофилактики чумы. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2013; 3:3–12.
3. Cui Y., Yang X., Xiao X., Anisimov A.P., Li D., Yan Y., Zhou D., Rajerison M., Carniel E., Achtman M., Yang R., Song Y. Genetic variations of live attenuated plague vaccine strains (Yersinia pestis EV76 lineage) during laboratory passages in different countries. Infect. Genet. Evol. 2014; 26:172–9. DOI: 10.1016/j.meegid.2014.05.023.
4. WHO – Plague vaccines workshop April 23 2018 [Электронный ресурс]. URL: https://www.who.int/blueprint/what/norms-standards/Plague_vaccines_workshop-23-april-2018/en/ (дата обращения 20.03.2021).
5. Sun W., Singh A.K. Plague vaccine: recent progress and prospects. Vaccines. 2019; 4:11. DOI: 10.1038/s41541-019-0105-9.
6. Семакова А.П., Кудрявцева О.М., Попова П.Ю., Комиссаров А.В., Микшис Н.И. Стабилизация путем лиофилизации иммуногенных антигенов Bacillus anthracis в составе прототипа рекомбинантной вакцины против сибирской язвы. Биотехнология. 2017; 33(3):57–65. DOI: 10.21519/0234-27582017-33-3-57-65.
7. Красильникова Е.А., Трунякова А.С., Вагайская А.С., Светоч Т.Э., Шайхутдинова Р.З., Дентовская С.В. Подбор новых молекулярных мишеней для оптимизации вакцинопрофилактики и терапии чумы. Инфекция и иммунитет. 2021; 11(2):265–82. DOI: 10.15789/2220-7619-SNM-1254.
8. Микшис Н.И., Кутырев В.В. Современное состояние проблемы разработки вакцин для специфической профилактики чумы. Проблемы особо опасных инфекций. 2019; 1:50–63. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-1-50-63.
9. Flower D.R., Davies M.N., Doytchinova I.A. Identification of candidate vaccine antigens in silico. In: Flower D.R., Perrie Y., editors. Immunomic Discovery of Adjuvants and Candidate Subunit Vaccines. New York: Springer; 2013. P. 39–71. DOI: 10.1007/978-1-4614-5070-2_3.
10. Toseland C.P., Clayton D.J., McSparron H., Hemsley S.L., Blythe M.J., Paine K., Doytchinova I.A., Guan P., Hattotuwagama C.K., Flower D.R. AntiJen: a quantitative immunology database integrating functional, thermodynamic, kinetic, biophysical, and cellular data. Immunome Res. 2005; 1(1):4. DOI: 10.1186/1745-7580-1-4.
11. McSparron H., Blythe M.J., Zygouri C., Doytchinova I.A., Flower D.R. JenPep: a novel computational information resource for immunobiology and vaccinology. J. Chem. Inf. Comput. Sci. 2003; 43(4):1276–87. DOI: 10.1021/ci030461e.
12. Blythe M.J., Doytchinova I.A., Flower D.R. JenPep: a database of quantitative functional peptide data for immunology. Bioinformatics. 2002; 18(3):434–9. DOI: 10.1093/bioinformatics/18.3.434.
13. Vita R., Zarebski L., Greenbaum J.A., Emami H., Hoof I., Salimi N., Damle R., Sette A., Peters B. The immune epitope database 2.0. Nucleic Acids Res. 2010; 38:D854-62. DOI: 10.1093/nar/gkp1004.
14. Ansari H.R., Flower D.R., Raghava G.P.S. AntigenDB: an immunoinformatics database of pathogen antigens. Nucleic Acids Res. 2010; 38:D847-53. DOI: 10.1093/nar/gkp830.
15. Xiang Z., Todd T., Ku K.P., Kovacic B.L., Larson C.B., Chen F., Hodges A.P., Tian Y., Olenzek E.A., Zhao B., Colby L.A., Rush H.G., Gilsdorf J.R., Jourdian G.W., He Y. VIOLIN: vaccine investigation and online information network. Nucleic Acids Res. 2008; 36:D923-8. DOI: 10.1093/nar/gkm1039.
16. Petsko G.A., Ringe D. Protein Structure and Function. New Science Press; 2004. 195 p.
17. Doytchinova I.A., Flower D.R. VaxiJen: a server for prediction of protective antigens, tumour antigens and subunit vaccines. BMC Bioinform. 2007; 8:4. DOI: 10.1186/1471-2105-8-4.
18. Wold S., Jonsson J., Sjöström M., Sandberg M., Rännar S. DNA and peptide sequences and chemical processes multivariately modeled by principal component analysis and partial least-squares projections to latent structures. Anal. Chim. Acta. 1993; 277(2):239– 53. DOI: 10.1016/0003-2670(93)80437-P.
19. Сутягин В.В., Ковалёва Г.Г. Белки вакцинного штамма чумного микроба (Yersinia pestis EV НИИЭГ) с потенциальными свойствами аллергенов. Проблемы особо опасных инфекций. 2019; 4:97–101. DOI: 10.21055/0370-1069-2019-4-97-101.
20. Брагин А.О., Соколов В.С., Деменков П.С., Иванисенко Т.В., Брагина Е.Ю., Матушкин Ю.Г., Иванисенко В.А. Программа AllPred для предсказания аллергенности бактерий и архей. Молекулярная биология. 2018; 52(2):326–32. DOI: 10.7868/S0026898418020179.
21. De Groot A.S., Sbai H., Aubin C.S., McMurry J., Martin W. Immuno-informatics: Mining genomes for vaccine components. Immunol. Cell Biol. 2002; 80(3):255–69. DOI: 10.1046/j.1440-1711.2002.01092.x.
22. Pizza M., Scarlato V., Masignani V., Giuliani M.M., Aricò B., Comanducci M., Jennings G.T., Baldi L., Bartolini E., Capecchi B., Galeotti C.L., Luzzi E., Manetti R., Marchetti E., Mora M., Nuti S., Ratti G., Santini L., Savino S., Scarselli M., Storni E., Zuo P., Broeker M., Hundt E., Knapp B., Blair E., Mason T., Tettelin H., Hood D.W., Jeffries A.C., Saunders N.J., Granoff D.M., Venter J.C., Moxon E.R., Grandi G., Rappuoli R. Identification of vaccine candidates against serogroup B meningococcus by whole-genome sequencing. Science. 2000; 287:1816–20. DOI: 10.1126/science.287.5459.1816.
23. Ribas-Aparicio R.M., Castelán-Vega J.A., Jiménez-Alberto A., Monterrubio-López G.P., Aparicio-Ozores G. The impact of bioinformatics on vaccine design and development. In: Afrin F., Hemeg H., Ozbak H., editors. Vaccines. InTechOpen; 2017. P. 123–45. DOI: 10.5772/intechopen.69273.
24. Cornick J.E., Bishop Ö.T., Yalcin F., Kiran A.M., Kumwenda B., Chaguza C., Govindpershad S., Ousmane S., Senghore M., Plessis M., Pluschke G., Ebruke C., McGee L., Sigaùque B., Collard J.-M., Bentley S.D., Kadioglu A., Antonio M., von Gottberg A., French N., Klugman K.P., Heyderman R.S., Alderson M., Everett D.B. The global distribution and diversity of protein vaccine candidate antigens in the highly virulent Streptococcus pnuemoniae serotype 1. Vaccine. 2017; 35(6):972–80. DOI: 10.1016/j.vaccine.2016.12.037.
25. Bosio C.F., Jarrett C.O., Gardner D., Hinnebusch B.J. Kinetics of innate immune response to Yersinia pestis after intradermal infection in a mouse model. Infect. Immun. 2012; 80(11):4034– 45. DOI: 10.1128/IAI.00606-12.
26. Подладчикова О.Н. Современные представления о молекулярных механизмах патогенеза чумы. Проблемы особо опасных инфекций. 2017; 3:33–40. DOI: 10.21055/0370-1069-2017-3-33-40.
27. Копылов П.Х., Анисимов А.П. Современные требования к чумным вакцинам. Бактериология. 2019; 4(4):42–6. DOI: 10.20953/2500-1027-2019-4-42-46.
28. Feodorova V.A., Lyapina A.M., Khizhnyakova M.A., Zaitsev S.S., Saltykov Y.V., Motin V.L. Yersinia pestis antigen F1 but not LcrV induced humoral and cellular immune responses in humans immunized with live plague vaccine-comparison of immunoinformatic and immunological approaches. Vaccines. 2020; 8(4):698. DOI: 10.3390/vaccines8040698.
29. Williamson E.D., Flick-Smith H.C., Waters E., Miller J., Hodgson I., Le Butt C.S., Hill J. Immunogenicity of the rF1+rV vaccine for plague with identification of potential immune correlates. Microb. Pathog. 2007; 42(1):11–21. DOI: 10.1016/j.micpath.2006.09.003.
30. Demeure C., Dussurget O., Mas Fiol G., Le Guern A.-S., Savin C., Pizarro-Cerdá J. Yersinia pestis and plague: an updated view on evolution, virulence determinants, immune subversion, vaccination and diagnostics. Microbes Infect. 2019; 21(5-6):202–12. DOI: 10.1016/j.micinf.2019.06.007.
31. Cornelius C., Quenee L., Anderson D., Schneewind O. Protective immunity against plague. Adv. Exp. Med. Biol. 2007; 603:415–24. DOI: 10.1007/978-0-387-72124-8_38.
32. Brubaker R.R. Interleukin-10 and the inhibition of innate immunity to Yersinia: roles of Yops and LcrV (V antigen). Infect. Immun. 2003; 71(7):3673–81. DOI: 10.1128/IAI.71.7.36733681.2003.
33. Quenee L.E., Schneewind O. Plague vaccines and the molecular basis of immunity against Yersinia pestis. Hum. Vaccin. 2009; 5(12):817–23. DOI: 10.4161/hv.9866.
34. Overheim K.A., Depaolo R.W., Debord K.L., Morrin E.M., Anderson D.M., Green N.M., Brubaker R.R., Jabri B., Schneewind O. LcrV plague vaccine with altered immunomodulatory properties. Infect. Immun. 2005; 73(8):5152–9. DOI: 10.1128/IAI.73.8.51525159.2005.
35. DeBord K.L., Anderson D.M., Marketon M.M., Overheim K.A., DePaolo R.W., Ciletti N.A., Jabri B., Schneewind O. Immunogenicity and protective immunity against bubonic plague and pneumonic plague by immunization of mice with the recombinant V10 antigen, a variant of LcrV. Infect. Immun. 2006; 74(8):4910–4. DOI: 10.1128/IAI.01860-05.
36. Daniel C., Dewitte A., Poiret S., Marceau M., Simonet M., Marceau L., Descombes G., Boutillier D., Bennaceur N., BontempsGallo S., Lemaître N., Sebbane F. Polymorphism in the Yersinia LcrV antigen enables immune escape from the protection conferred by an LcrV-secreting Lactococcus lactis in a Pseudotuberculosis mouse model. Front. Immunol. 2019; 10:1830. DOI: 10.3389/fimmu.2019.01830.
37. Demeure C.E., Dussurget O., Fiol G.M., Le Guern A.S., Savin C., Pizarro-Cerdá J. Yersinia pestis and plague: an updated view on evolution, virulence determinants, immune subversion, vaccination, and diagnostics. Genes Immun. 2019; 20(5):357–70. DOI: 10.1038/s41435-019-0065-0.
38. Li B., Zhou L., Guo J., Wang X., Ni B., Ke Y., Zhu Z., Guo Z., Yang R. High-throughput identification of new protective antigens from a Yersinia pestis live vaccine by enzyme-linked immunospot assay. Infect. Immun. 2009; 77(10): 4356–61. DOI: 10.1128/IAI.00242-09.
39. 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.
40. Lin J.S., Szaba F.M., Kummer L.W., Chromy B.A., Smiley S.T. Yersinia pestis YopE contains a dominant CD8 T cell epitope that confers protection in a mouse model of pneumonic plague. J. Immunol. 2011; 187(2):897–904. DOI: 10.4049/jimmunol.1100174.
41. Zhang Y., Mena P., Romanov G., Bliska J.B. Effector CD8+ T cells are generated in response to an immunodominant epitope in type III effector YopE during primary Yersinia pseudotuberculosis infection. Infect. Immun. 2014; 82(7):3033–44. DOI: 10.1128/IAI.01687-14.
42. Szaba F.M., Kummer L.W., Wilhelm L.B., Lin J.S., Parent M.A., Montminy-Paquette S.W., Lien E., Johnson L.L., Smiley S.T. D27-pLpxL, an avirulent strain of Yersinia pestis, primes T cells that protect against pneumonic plague. Infect. Immun. 2009; 77(10):4295– 304. DOI: 10.1128/IAI.00273-09.
43. Szaba F.M., Kummer L.W., Duso D.K., Koroleva E.P., Tumanov A.V., Cooper A.M., Bliska J.B., Smiley S.T., Lin J.S. TNFα and IFNγ but not perforin are critical for CD8 T cell-mediated protection against pulmonary Yersinia pestis infection. PLoS Pathog. 2014; 10(5):e1004142. DOI: 10.1371/journal.ppat.1004142.
44. Zvi A., Rotem S., Zauberman A., Elia U., Aftalion M., Bar-Haim E., Mamroud E., Cohen O. Novel CTL epitopes identified through a Y. pestis proteome-wide analysis in the search for vaccine candidates against plague. Vaccine. 2017; 35(44):5995–6006. DOI: 10.1016/j.vaccine.2017.05.092.
45. Chowell D., Krishna S., Becker P.D., Cocita C., Shu J., Tan X., Greenberge P.D., Klavinskis L.S., Blattman J.N., Anderson K.S. TCR contact residue hydrophobicity is a hallmark of immunogenic CD8+ T cell epitopes. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2015; 112(14):E1754–62. DOI: 10.1073/pnas.1500973112.
Рецензия
Для цитирования:
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. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2022-3-6-13
For citation:
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). Problems of Particularly Dangerous Infections. 2022;(3):6-13. (In Russ.) https://doi.org/10.21055/0370-1069-2022-3-6-13
Просмотров: 214
Послать статью по эл. почте 