СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В КОНСТРУИРОВАНИИ РЕКОМБИНАНТНЫХ ВАКЦИН ДЛЯ СПЕЦИФИЧЕСКОЙ ПРОФИЛАКТИКИ ЧУМЫ
- Авторы: Микшис Н.И1, Кудрявцева О.М1, Кутырев В.В1
-
Учреждения:
- Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», Саратов
- Выпуск: Том 92, № 3 (2015)
- Страницы: 116-126
- Раздел: Статьи
- Дата подачи: 09.06.2023
- Дата публикации: 15.06.2015
- URL: https://microbiol.crie.ru/jour/article/view/14106
- ID: 14106
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В системе мероприятий по профилактике чумы важное место отводится вакцинации контингентов населения, относящихся к группам риска заражения. В создании нового поколения вакцин используется весь арсенал накопленных знаний о структуре, свойствах, молекулярной природе, генетической детерминации, путях синтеза, регуляции и механизмах взаимодействия с макроорганизмом факторов патогенности и иммуногенности возбудителя инфекционного заболевания. Современные технологии - геномика, про-теомика, обратная вакцинология способствуют выявлению протективных антигенов и помогают определить рациональный дизайн вакцин. В обзоре представлены основные тенденции в разработке рекомбинантных живых и химических вакцин для специфической профилактики чумы. Выделены конструктивные подходы, позволяющие получать высокоэффективные и безопасные препараты.
Ключевые слова
Полный текст
Чума - особо опасная инфекционная болезнь, ставшая причиной гибели почти 200 млн человек во время трех пандемий за 1,5 тысячи лет. В эволюционном плане возбудитель чумы - Yersinia pestis отделился от энтеропатогенной бактерии Y. pseudotuberculosis примерно 20 тысяч лет назад. В процессе приспособления к паразитическому образу жизни с циклической сменой хозяина и переносчика в геноме Y pestis произошли масштабные изменения, позволяющие микроорганизму легко преодолевать защитные эукариотические барьеры и безудержно размножаться. Характерной особенностью возбудителя чумы является способность блокировать сигнальные пути системы врожденного иммунитета, что препятствует формированию полноценного иммунного ответа. Этот факультативный внутриклеточный паразит, вызывающий развитие незавершенного фагоцитоза - уникальный представитель рода Yersinia, обладающий высокой вирулентностью. Несмотря на значительные успехи фундаментальных и прикладных исследований в области молекулярной биологии и патогенеза чумы, остается много невыясненных вопросов, касающихся тонких механизмов взаимодействия Y. pestis с организмом человека. Одним из факторов предупреждения возникновения и распространения инфекционной болезни является вакцинация декретированных групп населения. В настоящее время на территории Российской Федерации используется живая чумная вакцина на основе штамма Y. pestis EV НИИЭГ. После снятия с производства инактивированной чумной вакцины USP (США) она остается единственным лицензированным препаратом для специфической профилактики чумы в мире. Многолетняя практика использования вакцины EV свидетельствует об ее иммунологической эффективности [2]. Вакцинный штамм Y. pestis EV НИИЭГ характеризует делеция в pgm-области хромосомы. Расшифровка генома подтвердила отсутствие фрагмента хромосомы протяженностью 102 т.п.н., включающего кластер генов, кодирующих биосинтез и транспорт сидерофора иерсиниабактина, и hms-локус, ответственный за сорбцию гемина [4]. Столь значительный дефект исключает возможность спонтанной реверсии к ассоциированному с патогенностью Pgm+ фенотипу. В регламентированных условиях хранения и использования вакцинного штамма вероятность горизонтального переноса генов также сведена к нулю. После полного исключения восстановления вирулентности остается проблема реактогенности живой чумной вакцины. Относительная реактогенность свойственна большинству препаратов на основе аттенуированных многократным пассированием микроорганизмов. Настороженность вызывает вакцинация лиц с редкой наследственной патологией - гемохроматозом. Случай лабораторного заражения при выполнении исследований с pgm- штаммом Y. pestis UC91309 в США инициировал проведение экспериментов с использованием мышей, мутантных по одному из пяти генов, регулирующих усвоение железа - HFE, TRF2, SLC40A1, HAMP и HJV [30]. Как правило, причиной гемохроматоза у человека является аутосомно-рецессивная Cys282Tyr мутация в гене HFE. Однако в эксперименте чаще используют биомоделей с мутацией в гене HJV В процессе исследования авторы засвидетельствовали, что HJV-нокаутные мыши более чувствительны к заражению аттенуированными штаммами Y. pestis UC91309 и Y. pestis KIM D27. По результатам секвенирования оба штамма имеют однотипный дефект - делецию 102 т.п.н. в pgm-области хромосомы. Обращает на себя внимание, что степень патогенности тестированных pgm- штаммов для HJV-нокаутных мышей различалась (60% летальности для Y. pestis UC91309 и 70% для Y. pestis KIM D27) и не достигала значений, свойственных природным изолятам. За всю многолетнюю практику испытаний и применения живой чумной вакцины Y pestis EV НИИЭГ с привлечением более десятков миллионов человек осложненных случаев зарегистрировано не было. Наличие сложной системы детерминации патогенных свойств возбудителя чумы, включающей множество структурных и регуляторных генов, осложняет задачу конструирования рекомбинантных вакцин для специфической ее профилактики. На сегодняшний день неоспоримым является только факт аттенуации штаммов с деле-цией всей хромосомной области пигментации. Важно, что штаммы с подобной мутацией сохраняют иммуногенные свойства. Однако полногеномное секвенирование штамма Y. pestis EV НИИЭГ не выявило значимых изменений в других структурных и регуляторных генах вирулентности. В большинстве случаев выключение функциональной активности детерминант патогенности чумного микроба приводит к уменьшению протективной способности. Среди работ последнего десятилетия, посвященных направленному конструированию безопасных штаммов Y pestis, можно выделить инактивацию генов yopH [12], pcm [18], dam [33], nlpD [44] и guaBA [27], кодирующих соответственно белок системы секреции III типа, факторы бактериального ответа на стресс, NlpD липопротеин и фермент биосинтеза гуанина. Степень аттенуации этих штаммов достаточно высокая - до достижения ЛД50 >107 КОЕ. Все они защищали 100% мышей от заражения большими дозами (до 105 КОЕ) вирулентного штамма Y. pestis. Тем не менее, при моделировании легочной формы чумы однозначно высокого уровня выживаемости иммунизированных биомоделей достигнуть не удавалось. Штамм Y. pestis CO92 AyopH защищал 61,5% особей при интраназальном заражении дозой 105 КОЕ вирулентного штамма чумного микроба, а штамм Y. pestis Kimberley 53 AnlpD - 82 % животных при заражающей дозе 5,5x103 КОЕ. В остальных экспериментах протективные свойства оценивались только при подкожном заражении. Связанные со сложностью генетической детерминации патогенных свойств чумного микроба опасения поддерживают определенный скепсис в продвижении новых ослабленных штаммов Y. pestis до испытаний на людях. Как правило, подобные работы ограничиваются экспериментами на одной биологической модели (чаще мыши). Предсказуемый результат дает введение дополнительных мутаций в pgm- штамм. При этом степень аттенуации определяет делеция в pgm-области хромосомы, мутации в других генах закрепляют или усиливают эффект. По такому принципу сконструированы штаммы Y. pestis CO92 ApgmAsmpB, ssrA [26] и Y. pestis 201 Apgm yscB [55]. Бактериальная SmpB-SsrA система важна для поддержания клеточного гомеостаза и выживания к неблагоприятных условиях внешней среды, белок YscB является компонентом секреции III типа. Иммунизация данными штаммами мышей обеспечивает развитие выраженного иммунного ответа при моделировании как бубонной, так и легочной чумы. Биомодели, иммунизированные Y pestis 201 Apgm yscB, выжили в 100% случаев при интраназальном заражении дозой 1,24x106 КОЕ вирулентного штамма Y. pestis. Попытки использования для аттенуации штаммов чумного микроба весьма успешной практики генетических модификаций Salmonella enterica и Salmonella typhimurium, как правило, приводили лишь к частичному ослаблению вирулентности. Например, при инактивации глобального регулятора rovA или генов aroA, phoP/Q, htrA и lpp, кодирующих соответственно фермент биосинтеза ароматических аминокислот, двухкомпонентную регуляторную систему, фактор бактериального ответа на стрессовые условия и муреиновый липопротеин. Более обнадеживающими оказались результаты конструирования штамма Y. pestis, в котором ген crp (кодирует регуляторный белок) находился под транскрипционным промотором araC PBAD. Он обеспечивал защиту 100% мышей при подкожном заражении дозой 3,5x107 КОЕ и 70% - при интраназальном заражении дозой 1,2x104 КОЕ вирулентного штамма Y. pestis [39, 41]. Всплеск интереса к аттенуированным живым вакцинам обусловлен не только возникающими проблемами на пути обеспечения полноценного поствакцинального иммунитета, но и развитием генно-инженерных технологий, расширением возможностей и эффективности прецизионной аттенуации. Применительно к возбудителю чумы разработан и апробирован метод рекомбинации для делетирования и встраивания фрагментов ДНК без включения в геном дополнительных нуклеотидных последовательностей [40]. Такой подход можно использовать для повторяющихся генетических манипуляций с целью создания стабильных конструкций, не содержащих гены, кодирующие резистентность к антибиотикам. Еще одна стратегия конструирования высокоиммунногенных аттенуированных штаммов Y pestis исходит из установленного феномена температурной регуляции экспрессии гена lpxP, когда при температуре 28°C образуется гексаацетилированная форма липида А, а при температуре тела хозяина 37°C - тетраацетилированная [20, 32]. Установлено, что ЛПС с четырьмя жирно-кислотными остатками не распознается толл-подобные рецепторы (TLR) 4 типа, тем самым чумной микроб уклоняется от врожденной иммунной системы хозяина [25]. Введение в геном штамма Y. pestis (с делетированной pgm-областью) мультикопийной плазмиды с геном, кодирующим ацетилтрансферазу LpxL (ген lpxL из Escherichia coli), приводит к образованию при температуре 37°C гексаацетилированной формы ЛПС и, как следствие, патогенный микроорганизм быстро распознается системой врожденного иммунитета [42]. Комплекс реакций врожденной иммунной системы инициирует формирование антибактериального адаптивного иммунитета с полноценным Т-клеточным ответом. В результате объединения различных подходов созданы генно-инженерные конструкции, в которых ген lpxL из E. coli встроен в хромосому штамма чумного микроба, что обеспечивает его большую стабильность [41]. В одном из вариантов более глубокой аттенуации пытались достичь за счет регулируемой экспрессии гена crp, в другом - lpxL вводили в pgm- штамм. Иммунизация сконструированными штаммами защищала от 80 до 100% мышей при моделировании бубонной формы чумы (заражающая доза 3,5x107 КОЕ вирулентного штамма Y. pestis). При интраназальном заражении (1,24x106 КОЕ) выжило от 60 до 90% биомоделей. Лучший результат (100 и 90% защита от бубонной и легочной чумы, соответственно) оказался у pgm+ штамма с встроенным геном lpxL. Дальнейшее развитие данной конструкции авторы связывают с уменьшением возможной иммуносупрессии за счет дополнительных генных модификаций lcrV. Существует мнение, что LcrV стимулирует продукцию ИЛ-10, являющегося репрессором цитокинов, включая y-интерферон и TNFa. Принцип уменьшения реактогенности за счет инактивации гена lpxM (msbB) заимствован из практики конструирования менее реактогенных штаммов энтеропатогенных бактерий. Прочтение полногеномных последовательностей штаммов Y. pestis показало наличие у возбудителя чумы детерминант синтеза только двух ацилтранс-фераз - LpxP и LpxM. Кодируемая геном lpxM чумного микроба ацетилтрансфераза отвечает за встраивание 02-жирных кислот в липид А, тогда как у других кишечных бактерий, например E. coli и S. typhimurium - 04-жирных кислот [36]. Штамм Y. pestis с мутацией в гене lpxM синтезирует менее реактогенную пентаацетилированную форму липида А. Попытки инактивировать ген lpxM в природном изоляте не отражались существенным образом на его вирулентности [7, 36]. Поэтому с целью создания менее реактогенного аттенуированного штамма используют сочетание мутаций в генах lpxM и lpp [36] или lpxM и pgm-области [1, 7]. В работе отечественных авторов ген lpxM был инактивирован в вакцинном штамме Y. pestis EV НИИЭГ посредством кассеты антибиотикорезистентности, а в более поздних экспериментах - с применением упомянутого выше метода рекомбинации без включения в геном дополнительных нуклеотидных последовательностей. На фоне обилия у чумного микроба факторов, обслуживающих сложные патогенетические процессы, число антигенов, обладающих выраженным протективным действием, не так уж и велико. С использованием технологии белковых микрочипов, представляющих 149 белков чумного микроба, в сыворотках иммунизированных Y. pestis EV76 кроликов были обнаружены антитела к 50 из них (26 кодируются генами плазмидной локализации, 24 - хромосомной). В качестве потенциальных иммуногенов рассматривают только 13 антигенов. В первую очередь - капсульный антиген или фракция 1 (F1) и V антиген (LcrV), а также: белок YscC комплекса (VirG), Yop регулятор (LcrG), Yop негативный регулятор (YopD), белок YscB, pH6 антиген (PsaA), белок внешней мембраны (OmpA), липопротеин наружной мембраны (MlpA), каталаза-пероксидаза (KatY) и три фаговых рецептора [22]. В экспериментах на лабораторных животных, выполненных различными авторами, отдельные протеины, помимо V-антигена и F1, обеспечивали частичную защиту или отдаляли летальный исход при подкожном заражении вирулентным штаммом: YopD, YopЕ, YpkA [6], YscF [23] - компоненты системы секреции III типа, и Pla [17] - активатор плазминогена. При моделировании легочной чумы выраженным протективным действием обладали только V-антиген и F1, частичную защиту обеспечивали Pla, OmpA (белок внешней мембраны) и Ail/OmpX [17]. Доминирующее значение F1 и V-антигена является отправной точкой разработки всех современных рекомбинантных чумных вакцин. Наибольшее продвижение достигнуто в создании препаратов на основе антигенов, синтезируемых генноинженерными продуцентами. В настоящее время проведены 2 первые фазы клинических испытаний вакцины, включающей F1 и V-антиген (DynPort Vaccine, США) [51]. Антигены получены из штаммов E. coli с клонированными генами иммуноген-ности и сорбированы на альгидрогеле. Испытания прототипной вакцины проводились практически на всех адекватных биомоделях [50, 52]. Показано, что сочетание рекомбинантных антигенов (по 80 мкг каждого протеина на одну дозу) в 100 % случаев защищает циномолгус макак от аэрозольного заражения большими дозами (104 КОЕ) вирулентного штамма Y. pestis. Параллельно осуществляются исследования препаратов на основе слитного белка F1 - V-антиген. Нуклеотидные последовательности двух исходных генов caf1 и lcrV объединяют в одной рамке считывания и встраивают для экспрессии в бактериальный или растительный геном. В сыворотках животных, иммунизированных полученным из генно-инженерного продуцента слитным белком, детектируются высокие титры антител к обоим составляющим - F1 и V-антигену. Подобные препараты хорошо защищают лабораторных животных, в том числе циномолгус макак, при моделировании бубонной и легочной чумы [14]. Теоретически еще большей эффективностью должен обладать препарат, объединяющий F1, V-антиген и флагеллин. В данном случае нуклеотидные последовательности генов caf1 и lcrV соединены между собой линкером, а последовательность, кодирующая иммунодоминантную часть флагеллина Salmonella enterica, встроена уже по сайтам рестрикции. Флагеллин, как известно, обладает адъювантными свойствами, активируя TLR 5 типа, тем самым, усиливая иммунный ответ. В экспериментах in vivo химерный белок обеспечивал полную защиту мышей линии BALB/c при заражении 150 ЛД50 вирулентного штамма Y. pestis. У иммунизированных макак циномолгус и зеленых мартышек отмечали выраженную сероконверсию [24]. Необходимо отметить, что в доклинических испытаниях рекомбинантных химических вакцин часто возникают проблемы при использовании в качестве биомодели зеленых мартышек. Так, один из препаратов, содержащих рекомбинантные F1 и V-антиген, защищал макак циномолгус в 80 - 100% случаев, в то время как зеленых мартышек в 0 - 75% случаев интраназального заражения вирулентным штаммом Y. pestis [52]. В связи с разной чувствительностью биомоделей к возбудителю чумы, испытание прототипных вакцин регламентировано проводить не менее чем на 3 видах животных. Создавая вакцины на основе антигенов чумного микроба, желательно учитывать, что в составе V-антигена находятся ассоциированные с иммуносупрессией эпитопы. Ранее было показано, что V-антиген способен подавлять синтез у-интерферона и TNFa за счет стимуляции продукции ИЛ-10, являющегося репрессором данных цитокинов [11]. В частности, установлено, что область V-антигена с 271 по 300 аминокислотный остаток задействована в реализации иммуносупрессивного действия. Если в составе рекомбинантного белка эту область удалить, а образовавшиеся 2 части соединить коротким линкером, то образующийся продукт будет обладать большей про-тективностью. В последнее время конструирование чумных вакцин осуществляют в основном по этому принципу, иногда удаляют С-концевой участок после 271 аминокислотного остатка [28, 49]. Препарат на основе рекомбинантного V-антигена с де-лецией 30 аминокислотных остатков (rV10-2) обеспечивал полную защиту линейных мышей, крыс и морских свинок от развития легочной формы чумы при интраназаль-ном заражении дозой 103 ЛД50 вирулентного штамма Y. pestis. На модели приматов уровень защиты составил для макак циномолгус 100%, зеленых мартышек - 30% при заражающей дозе 50 ЛД50 вирулентного штамма чумного микроба [29]. Некоторые исследователи выделяют в составе V-антигена область с 135 по 275 аминокислотный остаток, которая может быть достаточной для реализации протективного действия [47]. Отечественными исследователями сконструирован рекомбинантный штамм Е. coli BL21(DE3)/pETV-I-3455 - продуцент LcrV (G113). Вследствие спонтанной точечной мутации в кодирующем гене в позиции 113 аминокислотной последовательности LcrV произошла замена триптофана на глицин, что привело к изменению физических свойств белковой молекулы и повышению иммуногенности [3]. Недавно было сделано предположение, что не LcrV, а YopJ белок или какой-то другой фактор отвечает за IL-10 опосредованную иммуносупрессию. Авторы основывались на результатах сравнения иммунологической эффективности интактного V-антигена и его модифированного варианта, где в эпитопы, важные для взаимодействия c TLR 2 типа, были внесены изменения. Оказалось, что белки не отличаются по способности к активации рецепторов врожденного иммунитета [38]. Тем не менее, этот феномен требует дальнейшего изучения. Протективная активность препаратов на основе V-антигена обусловлена способностью анти-LcrV антител препятствовать транслокации Yop эффекторных белков, что приводит к сбою в ключевом звене патогенеза чумной инфекции. Вместе с тем, существуют опасения, что белковые продукты рекомбинантных технологий не обеспечивают должный иммунный ответ макроорганизма, так как слабо воздействуют на Т-клеточное звено иммунитета. В частности, такие вакцины лишены патоген-ассоциированных молекулярных структур микроорганизмов, взаимодействующих с рецепторами врожденного иммунитета. Восполнить эти недостатки возможно за счет включения в композиционный состав вакцинного препарата современных адъювантов и веществ, обладающих иммуномодулирующим действием. Среди многочисленных работ выделяют следующие наиболее успешные способы стимуляции Т-клеточного звена иммунитета, использующие дендритные клетки [16], комплекс катионых липосом с нуклеиновыми кислотами [19], Lactococcus lactis [31], DL-лактадидные микрочастицы [46], рекомбинантный адъювант SA-4-1BBL (4-1BBL играют ключевую роль в инициации и поддержании CD8+ Т-клеточного ответа) [15], CpG (цитозин-гуанин дезоксину-клеотиды - неметилированные мотивы, присущие только бактериальной ДНК) [5]. В соответствии с наметившейся тенденцией традиционные парентеральные методы иммунизации будут постепенно заменяться альтернативными способами введения препаратов, в частности, пероральным и интраназальным. Такая практика предоставляет возможности непосредственного контакта вакцин со слизистыми оболочками. Активация располагающихся там клеток врожденного иммунитета запускает каскад реакций, индуцирующих и направляющих развитие адаптивного иммунного ответа. Современные возможности прецизионной аттенуации возродили интерес к живым чумным вакцинам. В качестве оптимальных платформ для создания безопасных и эффективных вакцин предлагаются аттенуированные штаммы вирусов, а также штаммы условно патогенных и непатогенных бактериальных видов. Аппарат системы секреции III типа S. typhimurium, помогающий бактериям инфицировать клетки, рассматривается как уникальный молекулярный механизм, направляющий доставку практически любого белка по пути стимуляции антиген-специфических CD8+ Т-клеток. К настоящему времени ученые добились определенных успехов в модификации этого своеобразного инъекционного аппарата с целью получения защитного иммунного ответа против возбудителей различных инфекционных заболеваний. Новое поколение рекомбинантных ослабленных штаммов S. typhimurium RASV фенотипически подобно штаммам, используемым традиционно для вакцинации per os. Важные отличия генетически модифицированных штаммов - регулируемый синтез рекомбинантных антигенов, способность к колонизации и персистированию в лимфоидной ткани без развития инфекционного процесса. При конструировании на основе Salmonella вакцин для специфической профилактики чумы используют принципы, определенные в процессе создания антигенных препаратов. Как правило, клонируют детерминанты синтеза V-антигена и F1, реже - других антигенов чумного микроба, например Psn (компонент системы утилизации железа, функционирующей при 37°C), YopD и YscF (компоненты системы секреции III типа) [9, 34]. В ряде случаев гены lcrV и caf1 объединяют в одной рамке считывания [21, 39]. Как и при создании химических вакцин, учитывают иммуносупрессирующие действие отдельных эпитопов V-антигена [9, 47]. Предпочтение отдают системам с суицидными мутациями в генах реципиентного штамма или вектора. Такой подход является адекватной альтернативой традиционной селекции по маркеру антибиотикорезистентности [37, 54]. Для прецизионной аттенуации штаммов, выступающих в качестве платформы для живой вакцины, используют упомянутый выше метод рекомбинации, исключающий использование генов, кодирующих устойчивость к антибиотикам. Сконструированный в соответствии с этими принципами штамм S. typhimurium LH430 AphoP/Q с клонированным химерным геном caf1-lcrV вызывал у лабораторных животных (линейных мышей и кроликов) выраженную сероконверсию [37]. Похожая конструкция S. typhimurium H683 AaroA, но с клонированными по отдельности генами caf1 и lcrV защищала 87,5% мышей при интраназальном заражении дозой 104 КОЕ (1000 ЛД50) вирулентного штамма Y. pestis [54]. Штамм S. typhimurium RASV, в котором клонировали нуклеотидные последовательности lcrV196, кодирующие иммунодоминантную часть V-антигена, обеспечивал защиту 100 % животных при моделировании бубонной формы (5,6х103 КОЕ) и 75% - при моделировании легочной формы чумы (4,4х103 КОЕ) [9, 45]. Штаммы с клонированными генами синтеза Psn, YopD и YscF защищали только 50 - 60% мышей при интраназальном заражении вирулентным штаммом чумного микроба. Чтобы уменьшить метаболическую нагрузку, связанную с совместной экспрессией чужеродных генов, предложен оригинальный способ конструирования живых вакцин, когда часть генов клонируют в составе низкокопийной плазмиды, а часть интегрируют в хромосому штамма Salmonella. Данный метод позволяет сбалансировать секрецию антигенов и может быть использован как универсальная методология создания поливалентных живых вакцин [48]. В качестве платформы для конструирования живых чумных вакцин могут служить также аттенуированные вирусы. Вакцины на основе вирусных векторов, например, аденовирусов или вируса оспы, имитируют живую инфекцию, экспрессируя антигены in situ, облегчая тем самым индукцию Т-клеточного ответа, в том числе продукцию цитотоксических Т-лимфоцитов. На сегодняшний день доступен широкий спектр реплицирующихся и нереплицирующихся векторов. Некоторые из них проходили развернутые доклинические и клинические испытания в составе вакцин для профилактики инфекционных заболеваний. Ограничения для широкого использования в основном связывают с опасениями по поводу безопасности генетической конструкции. Однако современные методология и технологии будущего, по-видимому, позволят свести к минимуму возможный риск. Принципы генно-инженерного конструирования на основе штаммов вирусов и бактерий схожи, различия в методических нюансах. Вирус коровьей оспы Анкара с клонированной последовательностью lcrV307 при моделировании как бубонной, так и легочной чумы защищал 85% биомоделей [10], вирус везикулярного стоматита с клонированным геном lcrV при интраназальном заражении вирулентным штаммом Y. pestis - 90% иммунизированных мышей [13]. Конструкция на основе вируса коровьей оспы с экспрессирующими генами lcrV и caf1 обеспечивала защиту 100% лабораторных животных (мыши) в случае моделирования легочной формы чумы [8]. В методическом плане элегантна разработка прототипа рекомбинантной вакцины на основе бактериофага Т4 [43]. В данной работе учтены современные тенденции в конструировании вакцин для специфической профилактики чумы. В гене, кодирующем V-антиген, делетированы иммуносупрессивные последовательности (с 271 по 300 аминокислотный остаток). В ген caf1 внесены модификации, повышающие растворимость слитного белка. Оба гена объединены в одну рамку считывания. Т-клеточный ответ эффективно обеспечивает геном самого бактериофага. Прототип вакцины защищает 100% мышей и крыс от интраназально-го заражения дозой 5000 ЛД50 вирулентного штамма Y pestis. Таким образом, достижения в иммунологии, микробиологии, генетике и структурной биологии предоставили новый набор инструментов для разработки рекомбинантных чумных вакцин. Современные технологии - геномика, протеомика, обратная вакцинология, обратная генетика способствуют выявлению протективных антигенов и помогают определить рациональный дизайн вакцин. Развитие генноинженерных технологий, совершенствование прецизионной аттенуации, выявление иммунносупрессивных последовательностей способствуют повышению их иммуно-генности. Разработка средств специфической профилактики ведется с учетом расширяющихся сведений о патогенезе и иммуногенезе особо опасной инфекционной болезни. В создании живых рекомбинантных вакцин активно используются современные стратегии клонирования в составе низкокопийных плазмид, хромосомы или сбалансированных суицидных систем без включения в геном последовательностей, кодирующих устойчивость к антибиотикам. В создании химических вакцин предлагаются различные варианты стимуляции Т-клеточного ответа, в частности за счет использования нового поколения адъювантов - модификаторов сигнальных путей рецепторов врожденного иммунитета. Трудности в конструировании рекомбинантных вакцин для специфической профилактики чумы обусловлены сложной системой детерминации патогенных свойств возбудителя и пробелами в представлениях о его взаимодействии с организмом человека.×
Об авторах
Н. И Микшис
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», СаратовСаратов
О. М Кудрявцева
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», СаратовСаратов
В. В Кутырев
Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», СаратовСаратов
Список литературы
- Агеев С.А., Шайхутдинова П.З., Бахтеева И.В., Титарева Г.М., Комбарова Т.И., Дентовская С.В., Анисимов А.П. Конструирование кандидата в вакцинные штаммы Yersinia pestis с пониженной реактогенностью. Пробл. особо опасных инф. 2011, 107: 70-73.
- Бывалов А.А., Кутырев В.В. Современное состояние проблемы совершенствования средств вакцинопрофилактики чумы. Журн. ммкробиол. 2011, 2: 97-104.
- 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); полипепид LcrV (G113) и способ его получения. Патент RU 2439155 (C12N 15/10, C07H 21/00, C12N 15/70). Опубликовано 10.01.2012, бюл. № 1.
- Одиноков Г.Н., Ерошенко Г.А., Краснов Я.М., Куклева Л.М., Черкасов А.В., Шавина Н.Ю., Кутырев В.В. Анализ полногеномной последовательности штаммов Yrsinia pestis на основе ступенчатого 680-SNP алгоритма. Пробл. особо опасных инф. 2013, 3: 49-54.
- Amemiya K., Meyers J., Rogers T. et al. CpG oligodeoxynucleotides augment the murine immune response to the Yersinia pestis F1-V vaccine in bubonic and pneumonic models of plague. Vaccine. 2009, 27 (16): 2220-2229.
- Andrews G., Strachan S., Benner G. et al. Protective efficacy of recombinant Yfersinia outer proteins against bubonic plague caused by encapsulated and nonencapsulated Yfersinia pestis. Infect. Immun. 1999, 67 (3): 1533-1537.
- Anisimov A., Shaikhutdinova R., Pan'kina L. et al. Effect of deletion of the lpxM gene on virulence and vaccine potential of Yfersinia pestis in mice. J. Med. Microbiol. 2007, 56 (4): 443-453.
- Bhattacharya D., Mecsas J., Hu L. Development of a vaccinia virus based reservoir-targeted vaccine against Yfersinia pestis. Vaccine. 2010, 28: 7683-7689.
- Branger C., Sun W., Torres-Escobar A. et al. Evaluation of Psn HmuR and a modified LcrV protein delivered to mice by live attenuated Salmonella as a vaccine against bubonic and pneumonic Yfersinia pestis challenge. Vaccine. 2010, 29: 274-282.
- Brewoo J., Powell T., Stinchcomb D., Osorio J. Efficacy and safety of a modified vaccinia Ankara (MVA) vectored plague vaccine in mice. Vaccine. 2010, 28 (36): 5891-5899.
- Brubaker R. Interleukin-10 and inhibition of innate immunity to Yfersiniae: roles of Yaps and LcrV (V antigen). Infect. Immun. 2003, 71 (7): 3673-3681.
- Bubeck S., Dube P. Yfersinia pestis CO92 delta yopH is a potent live, attenuated plague vaccine. Clin. Vaccine Immunol. 2007, 14 (9): 1235-1238.
- Chattopadhyaya A., Park S., Delmas G. et al. Single-dose, virus-vectored vaccine protection against Yersinia pestis challenge: CD4+ cells are required at the time of challenge for optimal protection. Vaccine. 2008, 26: 6329-6337.
- Chichester J., Musiychuk K., Farrance C. et al. A single component two-valent LcrV-F1 vaccine protects non-human primates against pneumonic plague. Vaccine. 2009, 26: 3471-3474.
- Dinc G., Pennington J., Yblcu E. et al. Improving the Th1 cellular efficacy of the lead Yersinia pestis rF1-V subunit vaccine using SA-4-1BBL as a novel adjuvant. Vaccine. 2014, 32 (39): 5035-5040.
- Do Y, Koh H., Park C. et al. Targeting of LcrV virulence protein from Yersinia pestis to dendritic cells protects mice against pneumonic plague. Eur. J. Immunol. 2010, 40: 2791-2796.
- Erova T., Rosenzweig J., Sha J. et al. 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): 227-238.
- Flashner Y., Mamroud E., Tidhar A. et al. Generation of Yersinia pestis attenuated strains by signature-tagged mutagenesis in search of novel vaccine candidates. Infect. Immun. 2004, 72 (2): 908-915.
- Jones A., Bosioa C., Duffya A. et al. Protection against pneumonic plague following oral immunization with a non-replicating vaccine. Vaccine. 2010, 28 (36): 5924-5929.
- Kawahara K., Tsukano H., Watanabe H. et al. Modification of the structure and activity of lipid A in Yersinia pestis lipopolysaccharide by growth temperature. Infect. Immun. 2002, 70: 4092-4098.
- Leary S., Griffin K., Garmory H. et al. Expression of an F1/V fusion protein in attenuated Salmonella typhimurium and protection ofmice against plague. Microbial. Pathogenesis. 1997, 23: 167-179.
- Li B., Zhou L., Guo J. et al. High-throughput identification of new protective antigens from a Yersinia pestis live vaccine by enzyme-linked immunospot assay. Infect. Immun. 2009, 77: 4356-4361.
- Matson J., Durick K., Bradley D., Nilles M. Immunization of mice with YscF provides protection from Yersinia pestis infections. BMC Microbiol. 2005, 24 (5): 38.
- Mizel S., GraffA., Sriranganathan N. et al. Flagellin-F1-V fusion protein is an effective plague vaccine in mice and two species of nonhuman primates. Clin. Vaccine Immunol. 2009, 16 (1): 21-28.
- Montminy S., Khan N., McGrath S. et al. Virulence factors of Yersinia pestis are overcome by a strong lipopolysaccharide response. Nat. Immunol. 2006, 7 (10): 1066-1073.
- Okan N., Mena P., Benach J. et al. The smpB-ssrA mutant of Yersinia pestis functions as a live attenuated vaccine to protect mice against pulmonary plague infection. Infect. Immun. 2010, 78 (3): 1284-1293.
- Oyston P., Mellado-Sanchez G., Pasetti M. et al. Yersinia pestis guaBA mutant is attenuated in virulence and provides protection against plague in a mouse model of infection. Microb. Pathog. 2010, 48 (5): 191-195.
- Qiu Y., Liu Y, Qi Z. et al. Comparison of immunological responses of plague vaccines F1 + rV270 and EV76 in chineseorigin Rhesus macaque, Macaca mulatta. Scand. J. Immunol. 2010, 72: 425-433.
- Quenee L., Ciletti N., Elli D. et al. Prevention of pneumonic plague in mice, rats, guinea pigs and non-human primates with clinical grade rV10, rV10-2 or F1-V vaccines. Vaccine. 2011, 29 (38): 6572-6583.
- Quenee L., Hermanas T., Ciletti N. et al. Hereditary hemochromatosis restores the virulence of plague vaccine strains. J. Infect. Dis. 2012, 206 (7): 1050-1058.
- Ramirez K., Capozzo A., Lloyd S. et al. Mucosally delivered Salmonella Typhi expressing the Yersinia pestis F1 antigen elicits mucosal and systemic immunity early in life and primes the neonatal immune system for a vigorous anamnestic response to parenteral F1 boost. J. Immunol. 2009, 182: 1211-1222.
- Rebeil R., Ernst R., Jarrett C. et al. Characterization of late acyltransferase genes of Yersinia pestis and their role in temperature-dependent lipid A variation. J. Bacteriol. 2006, 188: 13811388.
- Robinson V., Oyston P., Titball R. A dam mutant of Yersinia pestis is attenuated and induces protection against plague. FEMS Microbiol. Lett. 2005, 252: 251-256.
- Rosenzweig J., Jejelowo O., Sha J. et al. Progress on plague vaccine development. Appl. Microbial. Biotechnol. 2011, 91: 265-286.
- Sha J., Agar S., Baze W. et al. Braun lipoprotein (Lpp) contributes to virulence of yersiniae: potential role of Lpp in inducing bubonic and pneumonic plague. Infect. Immun. 2008, 76: 1390-1409.
- Sha J., Kirtley M., Lier C. et al. Deletion of the braun lipoprotein-encoding gene and altering the function of lipopolysaccharide attenuate the plague bacterium. Infect. Immun. 2013, 81 (3): 815-828.
- Sizemore D., Warner E., Lawrence J. et al. Construction and screening ofattenuated DphoP/Q Salmonella typhimurium vectored plague vaccine candidates. Human Vaccin. Immunotherapeu-tics. 2012, 8 (3): 371-383.
- Sun W., Curtiss R. Amino acid substitutions in LcrV at putative sites of interaction with Tolllike receptor 2 do not affect the virulence of Yersinia pestis. Microb. Pathog. 2012, 53 (5-6): 198-206.
- Sun W., Kenneth L., Roland, Curtiss R. Developing live vaccines against Yersinia pestis. J. Infect. Dev. Ctries. 2011, 5 (9): 614-627.
- Sun W, Shifeng W., Curtiss R. Highly efficient method for introducing successive multiple scarless gene deletions and markerless gene insertions into the Yersinia pestis chromosome. Appl. Environmental Microbial. 2008, 74 (13): 4241-4245.
- Sun W., Six D., Kuang X. et al. A live attenuated strain of Yersinia pestis KIM as a vaccine against plague. Vaccine. 2011, 29: 2986-2998.
- Szaba F., Kummer L., Wilhelm L. et al. D27-pLpxL, an avirulent strain of Yersinia pestis, primes T cells that protect against pneumonic plague. Infect. Immun. 2008, 77: 4295-4304.
- Tao P, Mahalingam M., Kirtley M. et al. Mutated and bacteriophage T4 nanoparticle arrayed F1-V immunogens from Yersinia pestis as next generation plague vaccines. PLoS Pathogens. 2013, 9 (7): e1003495.
- Tidhar A., Flashner Y, Cohen S. et al. The NlpD lipoprotein is a novel Yersinia pestis virulence factor essential for the development of plague. PLoS One. 2009, 4 (9): e7023.
- Torres-Escobar A., Juarez-Rodriguez M., Gunn B. et al. Fine-tuning synthesis of Yersinia pestis LcrV from runaway-like replication balanced-lethal plasmid in a Salmonella enterica serovar Typhimurium vaccine induces protection against a lethal Y. pestis challenge in mice. Infect. Immun. 2010, 78 (6): 2529-2543.
- Uppada J., Khan A., Bhat A. et al. Humoral immune responses and protective efficacy of sequential B- and T-cell epitopes of V antigen of Yersinia pestis by intranasal immunization in microparticles. Med. Microbiol. Immunol. 2009, 198 (4): 247-256.
- Vernazza, C., Lingard B., Flick-Smith H. et al. Small protective fragments of the Yersinia pestis V antigen. Vaccine. 2009, 27: 2775-2780.
- Wang J., Harley R., Galen J. Novel methods for expression of foreign antigens in live vector vaccines. Hum.Vaccin. Immunother. 2013, 9 (7): 1558-1564.
- Wang Z., Zhou L., Qi Z. et al. Long-term observation of subunit vaccine F1-rV270 against Yersinia pestis in mice. Clin. Vaccine Immunol. 2010, 17: 199-201.
- Williamson E., Flick Smith H., Waters E. et al. Immunogenicity of the rF1 + rV vaccine with the identification of potential immune correlates of protection. Microb. Pathogen. 2007, 42: 12-22.
- Williamson E., Flick-Smith H., LeButt C. et al. Human immune response to a plague vaccine comprising recombinant F1 and rV antigens. Infect. Immun. 2005, 73: 3598-3608.
- Williamson E., Oyston P. The natural history and incidence ofYfersinia pestis and prospects for vaccination. J. Medical Microbiol. 2012, б1: 911-918.
- Williamson E., Packer P, Waters E. et al. Recombinant (F1 + V) vaccine protects cynomolgus macaques against pneumonic plague. Vaccine. 2011, 29: 4771-4777.
- Yang X., Hinnebusch B., Trunkle T. et al. Oral vaccination with Salmonella simultaneously expressing Yfersinia pestis F1 and V antigens protects against bubonic and pneumonic plague. J. Immunol. 2007, 178: 1059-1067.
- Zhang X., Qi Z., Du Z. et al. A live attenuated strain ofYfersinia pestis yscB provides protection against bubonic and pneumonic plagues in mouse model. Vaccine. 2013, 31: 2539-2542.