СИНТЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ КАК ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ИННОВАЦИОННЫХ ВАКЦИН ДЛЯ ПРОФИЛАКТИКИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ИНФЕКЦИЙ

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

На протяжении многих десятилетий, живые вакцины остаются наиболее эффективным средством профилактики бактериальных инфекций. Основным источником вакцинных штаммов до последнего времени являлись эмпирически отобранные бактерии, вирулентность которых была аттенуирована в силу природных мутаций. Несмотря на эффективность таких вакцин в отношении ряда инфекций, для многих патогенов использование аттенуированных штаммов либо не обеспечивает достаточной защиты, либо является небезопасным. Традиционные технологии создания вакцин зачастую малоэффективны при отсутствии у патогена выраженных «протективных» антигенов. В последние годы развитие получили методы рационального конструирования живых вакцин на основе методологий синтетической биологии. Вклад синтетической биологии в создание вакцин не ограничивается использованием средств биоинформатики и конструированием оптимизированных фрагментов ДНК, а включает в себя скоординированные изменения различных компонентов бактериального генома, создание векторных штаммов, включение в них видоизмененных иммуногенов и активаторов иммунной системы, поиск и дизайн иммуногенов in silico и многое другое. Методологии синтетической биологии позволяют объединить различные инженерные идеи и строительные блоки, полученные при создании и модификации различных профилактических, терапевтических и биоинженерных систем для получения микроорганизмов с качественно новыми и программируемыми свойствами, а в перспективе - в короткие сроки создавать вакцины «по требованию».

Об авторах

А. В. Колесников

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии; Институт инженерной иммунологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: noemail@neicon.ru
Россия

А. В. Козырь

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии

Email: noemail@neicon.ru
Россия

И. Г. Шемякин

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии

Email: noemail@neicon.ru
Россия

ЛЛ. .. Лисицкая

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии

Email: noemail@neicon.ru
Россия

М. А. Марьин

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии

Email: noemail@neicon.ru
Россия

А. К. Рябко

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии

Email: noemail@neicon.ru
Россия

И. А. Дяпыов

ГНЦ прикладной микробиологии и биотехнологии

Email: noemail@neicon.ru
Россия

Список литературы

  1. Bai X., Borrow R. Genetic shifts of Neisseria meningitidis serogroup В antigens and the quest for a broadly cross-protective vaccine. Expert. Rev. Vaccines. 2010, 9(10): 1203-1217.
  2. Bambini S., Rappuoli R. The use of genomics in microbial vaccine development. Drug Discov. Today. 2009, 14: 252-260.
  3. Barat S., Wilier Y., Rizos K. et al. Immunity to intracellular Salmonella depends on surface-associated antigens. PLoSPathog. 2012, 8(10):el002966. doi: 10.1371/journal. ppat. 1002966.
  4. Bolhassani A., Zahedifard F. Therapeutic live vaccines as a potential anticancer strategy. Int. J. Cancer. 2012, 131 (8): 1733-1743.
  5. Carleton H.A. Pathogenic bacteria as vaccine vectors: teaching old bugs new tricks. Yale J. Biol. Med. 2010, 83 (4): 217-222.
  6. Cheng A.A., LuT.K. Synthetic biology: an emerging engineering discipline. Annu. Rev. Biomed. Eng. 2012, 14: 155-178.
  7. Cremers A.J., Mobegi F.M., de Jonge M.I. et al. The post-vaccine microevolution of invasive Streptococcus pneumoniae. Sci. Rep. 2015, 5: 14952.
  8. Coleman J.R., Papamichail D., Yano M. et al. Designed reduction of Streptococcus pneumoniae pathogenicity via synthetic changes in virulence factor codon-pair bias. J. Infect. Dis. 2011,203 (9): 1264-1273.
  9. Dastgheyb S.S., Otto M. Staphylococcal adaptation to diverse physiologic niches: an overview of transcriptomic and phenotypic changes in different biological environments. Future Microbiol. 2015, 10: 1981-1995.
  10. De Groot A.S., Einck L., Moise L. et al. Making vaccines «on demand»: a potential solution for emerging pathogens and biodefense? Hum. Vaccin. Immunother. 2013, 9 (9): 1877-1884.
  11. D'Elia R.V., Harrison К., Oyston P. C. et al. Targeting the «cytokine storm» for the rapeutic benefit. Clin. Vaccine Immunol. 2013, 20 (3): 319-327.
  12. Del Tordello E., Serruto D. Functional genomics studies of the human pathogen Neisseria meningitidis. Brief Funct. Genomics. 2013, 12 (4): 328-340.
  13. Editorial. Synthetic Biology: What's in a name? Nature Biotechnology. 2009, 27 (12): 1071-1073.
  14. Editorial. Unbottling the genes. Nature Biotechnology. 2009, 27 (12): 1059.
  15. Endy D. Foundations for engineering biology. Nature. 2005, 438 (7067): 449-453.
  16. Figueira R., Watson K.G., Holden D.W. et al. Identification of Salmonella pathogenicity is land-2 type III secretion system effectors involved in intramacrophage replication of S. enterica serovar typhimurium: implications for rational vaccine design. MBio. 2013, 4 (2): e00065. ч
  17. Finne J., Bitter-Suermann D., Goridis C. et al. An IgG monoclonal antibody to group В meningococci cross-reacts with developmentally regulated polysialic acid units of glycoproteins in neural and extraneural tissues. J. Immunol. 1987, 138: 4402-4407.
  18. Galen J.E., Curtiss R. The delicate balance in genetically engineering live vaccines. Vaccine. 2014, 32 (35): 4376-4385.
  19. Gould N., Hendy O., Papamichail D. Computational tools and algorithms for designing customized synthetic genes. Front. Bioeng. Biotechnol. 2014, 2: 41.
  20. Gutman G.A., Hatfield G. W. Nonrandom utilization of codon pairs in Escherichia coli. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1989, 86, (10): 3699-3703.
  21. Homer M., Reischmann N., Weber W. Synthetic biology: programming cells for biomedical applications. Perspect. Biol. Med. 2012, 55 (4): 490-502.
  22. Jefferies J.M. C., Johnston C.H. G., Kirkham L-A.S. et al. Presence of nonhemolytic pneumolysin in serotypes of Streptococcus pneumoniae associated with disease outbreaks. J. Infect. Dis. 2007, 196 (6): 936-944.
  23. Kindsmiiller K., Wagner R. Synthetic biology: impact on the design of innovative vaccines. Hum. Vaccin. 2011, 7 (6): 658-662.
  24. Kleber-Janke T, Becker W. M. Use of modified BL21(DE3) Escherichia coli cells for high-level expression of recombinant peanut allergens affected by poor codon usage. Protein Expr. Purif. 2000, 19(3): 419-424.
  25. Liljeroos L., Malito E., Ferlenghi I. et al. Structural and computational biology in the design of immunogenic vaccine antigens. J. Immunol. Res. 2015, 4: 1-17.
  26. Liss V, Hensel M. Take the tube: remodelling of the endosomal system by intracellular Salmonella enterica. Cell Microbiol. 2015, 17 (5): 639-647.
  27. Liu Y., Shin H.D., Li J. et al. Toward metabolic engineering in the context of system biology and synthetic biology: advances and prospects. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015, 99 (3): 1109-1118.
  28. Morgan-Kiss R.M., Wadler C., Cronan J. E. et al. Long-term and homogeneous regulation of the Escherichia coli araBAD promoter by use of a lactose transporter of relaxed specificity. Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2002, 99 (11): 7373-7377.
  29. Neyen C., Lemaitre B. Sensing Gram-negative bacteria: a phylogenetic perspective. Curr. Opin. Immunol. 2015, 38: 8-17.
  30. Pascual D.W., Suo Z., Cao L. et al. Attenuating gene expression (AGE) for vaccine development. Virulence. 2013, 4 (5): 384-390.
  31. Powell D.A., Roberts L.M., Ledvina H.E. et al. Distinct innate responses are induced by attenuated Salmonella enterica serovar Typhimurium mutants. Cell Immunol. 2016, 299: 42-49.
  32. Reiss T. Synthetic Biology. FEBS Lett. 2012, 586 (15): 2027-2028.
  33. Rollier C.S., Dold C., Marsay L. et al. The capsular group В meningococcal vaccine, 4CMenB: clinical experience and potential efficacy. Expert. Opin. Biol. Ther. 2015, 15 (1): 131-142.
  34. Rinaudo C.D., Telford J.L., Rappuoli R. et al. Vaccinology in the genome era. J. Clin. Invest. 2009, 119 (9): 2515-2525.
  35. Ruchaud-Sparagano M.H., Mills R., Scott J. et al. MPLA inhibits release of cytotoxic mediators from human neutrophils while preserving efficient bacterial killing. Immunol. Cell. Biol. 2014, 92 (9): 799-809.
  36. Runco L.M., Stauft C.B., Coleman J.R. Tailoring the immune response via customization of pathogen gene expression. J. Pathog. 2014: 1-7.
  37. Serruto D., Bottomley M.J., Ram S. et al. The new multicomponent vaccine against meningococcal serogroup В, 4CMenB: immunological, functional and structural characterization of the antigens. Vaccine. 2012, 30 (2): 87-97.
  38. Shahabi V., Maciag P.C., Rivera S. et al. Live, attenuated strains of Listeria and Salmonella as vaccine vectors in cancer treatment. Bioeng. Bugs. 2010, 1 (4): 235-243.
  39. Shima H., Watanabe X, Fukuda S. et al. A novel mucosal vaccine targeting Peyer's patch M cells induces protective antigen-specific IgA responses. Int. Immunol. 2014, 26 (11): 619-625.
  40. Slusarczyk A.L., Lin A., Weiss R. Foundations for the design and implementation of synthetic genetic circuits. Nat. Rev. Genet. 2012, 13 (6): 406-420.
  41. Steinhagen F., KinjoT., Bode C. et al. TLR-based immune adjuvants. Vaccine. 2011, 29 (17): 3341-3355.
  42. Szybalski W., SkalkaA. Nobel prizes and restriction enzymes. Gene. 1978, 4: 181-182.
  43. Tacket C.O., Losonsky G., Nataro J.P. et al. Safety and immunogenicity of live oral cholera vaccine candidate CVD 110, a delta ctxA delta zot delta ace derivative of El Tor Ogawa Vibrio cholera. J. Infect. Dis. 1993, 168 (6): 1536-1540.
  44. Tarahomjoo S. Development of vaccine delivery vehicles based on lactic acid bacteria. Mol. Biotechnol. 2012, 51 (2): 183-199.
  45. Van Blokland H.J., Kwaks T.H., Sewalt R.G. et al. A novel, high stringency selection system allows screening of few clones for high protein expression. J. Biotechnol. 2007, 128 (2): 237-245.
  46. Wang S., Kong Q., Curtiss R. New technologies in developing recombinant attenuated Salmonella vaccine vectors. Microb. Pathog. 2013, 58: 17-28.
  47. Weber W., Fussenegger M. Emerging biomedical applications of synthetic biology. Nat. Rev. Genet. 2011,13 (1): 21-35.
  48. WyszynskaA., Kobierecka R, Bardowski J. et al. Lactic acid bacteria - 20 years exploring their potential as live vectors for mucosal vaccination. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2015, 99 (7): 2967-2977.
  49. Zhang H.X., Qiu Y.Y., Zhao Y.H. et al. Immunogenicity of oral vaccination with Lactococcus lactis derived vaccine candidate antigen (UreB) of Helicobacter pylori fused with the human interleukin 2 as adjuvant. Mol. Cell. Probes. 2014, 28 (1): 25-30.
  50. Zhang L.Y., Chang S.H., Wang J. How to make a minimal genome for synthetic minimal cell. Protein Cell. 2010, 1 (5): 427-434.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Колесников А.В., Козырь А.В., Шемякин И.Г., Лисицкая Л..., Марьин М.А., Рябко А.К., Дяпыов И.А., 2016

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-75442 от 01.04.2019 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах