Novel Approach for Designing Rotavirus Vaccine Candidate Based on Two Plant Viruses

Abstract

Ротавирус А (род Rotavirus, сем. Reoviridae) остается основной причиной вирусного гастроэнтерита у детей в возрасте до пяти лет. Существующие аттенуированные вакцины имеют ряд серьезных недостатков, к которым можно отнести потенциальный риск реверсии к патогенной форме, а также побочные эффекты, из которых наиболее опасна инвагинация кишечника. Более того, эти вакцины оказались менее эффективны в развивающихся странах, где как раз фиксируется большая часть смертей, ассоциированных с ротавирусной инфекцией. Таким образом, одна из актуальных задач вирусологических исследований-создание рекомбинантной вакцины против ротавируса. Ключевой вопрос при разработке таких вакцин заключается в подборе эффективного и безопасного адъюванта. Вирусы растений имеют большой потенциал для создания инновационных вакцин: они безопасны для человека и млекопитающих, обладают высокими иммуностимулирующими свойствами и могут выступать в роли носителя эпитопов патогенов. В представляемой работе впервые предложен подход к разработке вакцины против ротавируса А на основе сразу двух растительных вирусов-вируса мозаики альтернантеры (ВМАльт) и вируса табачной мозаики (ВТМ) в качестве одновременно носителей эпитопов и адъювантов. Сферические частицы (СЧ), формирующиеся при термической обработке ВТМ, были использованы в качестве адъюванта и платформы для презентации полученного в наших предыдущих исследованиях рекомбинантного химерного белка ER6, который представляет собой белок оболочки (БО) ВМАльт, слитый с эпитопом RV14 (RLSFQLMRPPNMTP) ротавирусного антигена VP6. Эпитоп RV14 способен индуцировать эффективный протективный иммунитет и консервативен для большинства штаммов ротавируса А, ввиду чего его использование позволяет надеяться на успешное преодоление одной из основных трудностей в разработке вакцин против ротавируса А-большого серологического разнообразия. В настоящей работе продемонстрировано, что ER6 эффективно сорбируется на поверхности СЧ с образованием комплексов СЧ-ER6, сохраняя при этом свою антигенную специфичность. Получены две иммунные сыворотки, обладающие специфичностью к участку RV14 в составе ER6. Первая сыворотка была получена путем истощения сыворотки к белку ER6 с использованием двух не содержащих последовательность эпитопа RV14 антигенов-БО ВМАльт и рекомбинантного БО ВМАльт (рБО ВМАльт), экспрессированного в клетках Escherichia coli. Вторая сыворотка была получена непосредственно при иммунизации синтетическим пептидом RLSFQLMRPPNMTP (RV14). Обе сыворотки использовали для анализа RV14 в составе комплексов СЧ-ER6. Методом иммунофлуоресцентной микроскопии показано, что комплексы СЧ-ER6 взаимодействуют как с истощенной сывороткой к ER6, так и с сывороткой к синтетическому пептиду RV14. Таким образом, эпитоп ротавируса А в составе комплексов СЧ-ER6 остается доступным для взаимодействия с антителами. Учитывая уникальные адъювантные свойства сферических частиц и характеристики выбранного эпитопа, полученные комплексы СЧ-ER6 могут рассматриваться как перспективный компонент для включения в состав рекомбинантных вакцин против...

Vaccine Candidate Against COVID-19 Based on Structurally Modified Plant Virus as an Adjuvant

“…Immunofluorescence microscopy of compositions was performed as previously described ( Ryabchevskaya et al, 2020 ). SPs + 3AG compositions were treated with primary rabbit polyclonal Abs to the SARS-CoV spike protein (MBS432054) or rabbit polyclonal Abs to the SARS-CoV-2 spike protein (MBS434243) in a dilution of 1:50, and secondary Abs conjugated to Alexa Fluor ® 546 (Invitrogen™, ThermoFisher Scientific, United States) in a dilution of 1:500.…”

“…The problem of individual proteins’ low immunogenicity was solved by the application of a novel safe adjuvant, spherical particles (SPs), generated by thermally induced structural remodeling of the tobacco mosaic virus (TMV). Previously, we have published pioneering works on the characterization of SPs’ properties, including adjuvant activity and safety ( Atabekov et al, 2011 ; Nikitin et al, 2011 , 2013 , 2018b , 2018c ; Karpova et al, 2012 ; Trifonova et al, 2014 , 2015 ; Ksenofontov et al, 2019 ; Evtushenko et al, 2020 ) and several vaccine candidates against pathogens of a viral and bacterial nature have been developed ( Trifonova et al, 2017 ; Nikitin et al, 2018a ; Kurashova et al, 2020 ; Ryabchevskaya et al, 2020 , 2021 ). The authors assume that SPs in compositions with a target antigen act as a depot and this determines the adjuvant effect ( Trifonova et al, 2017 ).…”

Structurally Modified Plant Viruses and Bacteriophages with Helical Structure. Properties and Applications

“…The amino acid composition of the surface of SPs diff ers signifi cantly from that of TMV virions [31]. Avian infl uenza virus polyvalent epitopes of HA and M2 proteins [41] Rabies virus monovalent inactivated virion [42] Rotavirus monovalent epitope of VP6 protein [40] Puumala virus (hantavirus) monovalent inactivated virion [38] Coronavirus SARS-CoV-2 polyvalent RBD domain, conserved fragments of the S2 subunit [7] Bacillus anthracis bacterium monovalent protective antigen -PA [35] As a result of thermal rearrangement, TMV SPs acquire properties diff erent from those of virions. In particular, they have unique adsorption capabilities.…”

“…TMV SPs certainly have potential for vaccine development. They were used to form complexes with recombinant antigens of coronavirus [7], rubella virus [4], rotavirus [40], anthrax [35], and avian infl uenza virus [41] (Table 1).…”

Plant Viruses: New Opportunities under the Pandemic

“…The World Health Organization has included the vaccine candidate against SARS-CoV-2 based on plant viruses in the list of promising approaches [22]. Bird flu HA and M2e proteins [16] Rotavirus infection RV14 epitope of VP6 protein [17] Hantavirus infection Inactivated Puumala virus [18] COVID-19 Antigens Co1, CoF, and PE [19] Anthrax PA protein [20] Rabies Inactivated rabies virus [21]…”