Биоинформатический анализ иммунодоминантных пептидов вируса бешенства (Rabies lyssavirus, Rhabdoviridae)

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. 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. 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. Метлин А.Е. Современные аспекты классификации лиссавирусов. Ветеринария сегодня. 2017; 3:52–7.

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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

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.

14. 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.

15. Bayat A. Science, medicine and the future: Bioinformatics. BMJ. 2002; 324(7344):1018–22. DOI: 10.1136/bmj.324.7344.1018.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Ertl H.C.J. New rabies vaccines for use in humans. Vaccines (Basel). 2019; 7(2):54. DOI: 10.3390/vaccines7020054.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.