Рекомбинантные белки, объединяющие междоменный регион пневмококкового поверхностного антигена “А” и адаптивный полипептид W-типа бактерий рода Thermotoga, в качестве потенциальной компонентной базы для разработки новых диагностикумов и генно-инженерных субъединичных вакцин против пневмококковой инфекции

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf html html (English)
Опубликован: Oct 1, 2024
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00237
Ключевые слова:
гетерологическая экспрессия; Escherichia coli; вакцинно-ценный белок; термостабильный белок; поверхностный антиген пневмококков; химерные белки

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

О.К. Парфенова
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
Н.Г. Сидоров
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10; Научно-исследовательский институт вакцин и сывороток имени И.И. Мечникова, 105064, Москва, Малый Казенный пер., 5а
Е.Ю. Касап
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
Р.В. Куркин
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10
Д.В. Гришин
Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В.Н. Ореховича, 119121, Москва, Погодинская ул., 10

Аннотация

Проблемы, связанные с разработкой противопневмококковых вакцин, требуют дополнения традиционных решений альтернативными системами, способными оптимизировать данную процедуру. Рекомбинантные субъединичные вакцины имеют неоспоримые преимущества перед инактивированными и живыми аттенуированными вакцинами, поскольку они эффективно и с высокой специфичностью индуцируют клеточно-опосредованные и гуморальные иммунологические реакции. Однако субъединичные вакцины зачастую требуют особых адъювантов для усиления иммунного ответа или специальных партнёров слияния для улучшения растворимости, экспрессии и оптимизации очистки белка интереса. В рамках данной работы в качестве модельного белка был выбран структурно консервативный участок наиболее иммуногенной области вакцинно-ценного поверхностного антигена PspA Streptococcus pneumoniae, а в качестве перспективного белка-слияния использован адаптивный полипептид CheW из гипертермофильного микроорганизма Thermotoga petrophila. Спланированы in silico и сконструированы in vitro соответствующие экспрессионные плазмидные векторы. Получены эффективные штаммы-продуценты E. coli и подобраны соответствующие условия для гетерологической наработки химерных белков. Фьюжн партнёр из T. petrophila положительно влиял на такие свойства результирующих конструктов, как термостабильность, растворимость и гомогенность. В процессе работы были определены оптимальные диапазоны рН и температуры созданных белков, а также отработаны принципы малостадийной очистки. Таким образом, в исследовании получены и охарактеризованы новые белки, не встречавшиеся ранее в природе в подобной биоконфигурации. При этом результаты свидетельствуют о том, что биотехнологически ценные характеристики у слитого белка были более выраженными в том случае, когда адаптивный белок CheW объединялся с N-концом антигена PspA.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Парфенова O., Сидоров N., Касап E., Куркин R., & Гришин D. (2024). Рекомбинантные белки, объединяющие междоменный регион пневмококкового поверхностного антигена “А” и адаптивный полипептид W-типа бактерий рода Thermotoga, в качестве потенциальной компонентной базы для разработки новых диагностикумов и генно-инженерных субъединичных вакцин против пневмококковой инфекции. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 7(3), e00237. https://doi.org/10.18097/BMCRM00237
Выпуск
Том 7 № 3 (2024)
Раздел
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Библиографические ссылки

  1. O’Brien, K.L., Wolfson, L.J., Watt, J.P., Henkle, E., Deloria-Knoll, M., McCall, N., Lee, E., Mulholland, K., Levine, O.S., Cherian T., Hib and Pneumococcal Global Burden of Disease Study Team (2009) Burden of disease caused by Streptococcus pneumoniae in children younger than 5 years: Global estimates. Lancet, 374(9693), 893–902. DOI
  2. Goulart, C., Darrieux, M., Rodriguez, D., Pimenta, F.C., Brandileone, M.C., de Andrade, A.L., Leite, L.C. (2011) Selection of family 1 PspA molecules capable of inducing broad-ranging cross-reactivity by complement deposition and opsonophagocytosis by murine peritoneal cells. Vaccine, 29(8), 1634–1642. DOI
  3. Dagan, R., Melamed, R., Zamir, O., Leroy, O. (1997) Safety and imunnogenicity of tetravalent pneumococcal vaccines containing 6B, 14, 19F and 23F polysaccharides conjugated to either tetanus toxoid or diphtheria toxoid in young infants and their booster ability by native polysaccharide antigens. Pediatr. Infect. Dis. J., 16(11), 1053–1059. DOI
  4. Briles, D.E., Ades, E., Paton, J.C., Sampson, J.S., Carlone, G.M., Huebner, R.C., Virolainen, A., Swiatlo, E., Hollingshead, S. (2000) Intranasal immunization of mice with a mixture of the pneumococcal proteins PsaA and PspA is highly protective against nasopharyngeal carriage of Streptococcus pneumoniae. Infect. Immun., 68(2), 796–800. DOI
  5. Briles, D.E., Hollingshead, S., Brooks-Walter, A., Nabors, G.S., Ferguson, L., Schilling, M., Gravenstein, S., Braun, P., King, J., Swift, A. (2000) The potential to use PspA and other pneumococcal proteins to elicit protection against pneumococcal infection. Vaccine, 18(16), 1707–1711. DOI
  6. Wizemann, T.M., Heinrichs, J.H., Adamou, J.E., Erwin, A.L., Kunsch, C., Choi, G.H., Barash, S.C., Rosen, C.A., Masure, H.R., Tuomanen, E., Gayle, A., Brewah, Y.A., Walsh, W., Barren, P., Lathigra, R., Hanson, M., Langermann, S., Johnson, S., Koenig, S. (2001) Use of a whole genome approach to identify vaccine molecules affording protection against Streptococcus pneumoniae infection. Infect. Immun., 69(3), 1593–1598. DOI
  7. Converso, T.R., Goulart, C., Rodriguez, D., Darrieux, M., Leite, L.C.C. (2017) Rational selection of broadly cross-reactive family 2 PspA molecules for inclusion in chimeric pneumococcal vaccines. Microb. Pathog., 109, 233–238. DOI
  8. Hollingshead, S.K., Baril, L., Ferro, S., King, J., Coan, P., Briles, D.E. (2006) The Pneumococcal Proteins Epi Study Group. Pneumococcal surface protein A (PspA) family distribution among clinical isolates from adults over 50 years of age collected in seven countries. J. Med. Microbiol., 55(2), 215–221. DOI
  9. Daniels, C.C., Coan, P., King, J., Hale, J., Benton, K.A., Briles, D.E., Hollingshead, S.K. (2010) The proline-rich region of pneumococcal surface proteins A and C contains surface-accessible epitopes common to all pneumococci and elicits antibody-mediated protection against sepsis. Infect Immun., 78(5), 2163–2172. DOI
  10. Kono, M., Hotomi, M., Hollingshead, S.K., Briles, D.E., Yamanaka, N. (2011) Maternal immunization with pneumococcal surface protein A protects against pneumococcal infections among derived offspring. PLoS ONE, 6(10), e27102. DOI
  11. Roche, H., Håkansson, A., Hollingshead, S.K., Briles, D.E. (2003) Regions of PspA/EF3296 best able to elicit protection against Streptococcus pneumoniae in a murine infection model. Infect Immun., 71(3), 1033–1041. DOI
  12. Briles, D.E., King, J.D., Gray, M.A., McDaniel, L.S., Swiatlo, E., Benton, K.A. (1996) PspA, a protection-eliciting pneumococcal protein: Immunogenicity of isolated native PspA in mice. Vaccine, 14(9), 858–867. DOI
  13. da Costa Rodrigues, T., Zorzete, P., Miyaji, E.N., Gonçalves, V.M. (2024) Novel method for production and purification of untagged pneumococcal surface protein A from clade 1. Appl. Microbiol. Biotechnol., 108(1), 281. DOI
  14. Briles, D.E., Hollingshead, S.K., Swiatlo, E., Brooks-Walter, A., Szalai, A., Virolainen, A., McDaniel, L.S., Benton, K.A., White, P., Prellner, K., Hermansson, A., Aerts, P.C., van Dijk, H., Crain, M.J. (1997) PspA and PspC: Their potential for use as pneumococcal vaccines. Microb. Drug Resist., 3(4), 401-408. DOI
  15. Yadav, D.K., Yadav, N., Yadav, S., Haque, S., Tuteja, N. (2016) An insight into fusion technology aiding efficient recombinant protein production for functional proteomics. Arch. Biochem. Biophys., 612, 57–77. DOI
  16. Costa, S., Almeida, A., Castro, A., Domingues, L. (2014) Fusion tags for protein solubility, purification and immunogenicity in Escherichia coli: The novel Fh8 system. Front. Microbiol., 5, 63. DOI
  17. Ki, M.R., Pack, S.P. (2020) Fusion tags to enhance heterologous protein expression. Appl Microbiol. Biotechnol., 104(6), 2411–2425. DOI
  18. Grishin, D.V., Samoilenko, V.A., Gladilina, Y.A., Zhdanov, D.D., Pokrovskaya, M.V., Aleksandrova, S.S., Pokrovsky, V.S., Sokolov, N.N. (2019) Effect of heterologous expression of chemotaxis proteins from genus Thermotoga on the growth kinetics of Escherichia coli cells. Bull. Exper. Biol. Med., 167(3), 375–379. DOI
  19. Baker, M.D., Wolanin, P.M., Stock, J.B. (2006) Signal transduction in bacterial chemotaxis. Bioessays, 28(1), 9–22. DOI
  20. Randić, M., Pisanski, T. (2015) Protein alignment: Exact versus approximate. An illustration. J. Comput. Chem., 36(14), 1069–1074. DOI
  21. Larkin, M.A., Blackshields, G., Brown, N.P., Chenna, R., McGettigan, P.A., McWilliam, H., Valentin, F., Wallace, I.M., Wilm, A., Lopez, R., Thompson, J.D., Gibson, T.J., Higgins, D.G. (2007) Clustal W and Clustal X version 2.0. Bioinformatics, 23(21), 2947–2948. DOI
  22. Drury, L. (1996) Transformation of bacteria by electroporation. Methods Mol. Biol., 58, 249–256. DOI
  23. Delaney, S., Murphy, R., Walsh, F. (2018) A comparison of methods for the extraction of plasmids capable of conferring antibiotic resistance in a human pathogen from complex broiler cecal samples. Front. Microbiol., 9, 1731. DOI
  24. Gibson, D.G. (2011) Enzymatic assembly of overlapping DNA fragments. Methods Enzymol., 498, 349–361. DOI
  25. van Rosmalen, M., Krom, M., Merkx, M. (2017) Tuning the flexibility of glycine-serine linkers to allow rational design of multidomain proteins. Biochemistry, 56(50), 6565–6574. DOI