Method of obtaining purified SARS-CoV-2 antigen for structural and immunological studies in whole-virion vaccines against coronavirus infection

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Despite the large-scale development of vaccines against coronavirus infection, there is still no complete information about the antigenic structure of the SARS-CoV-2 virus particles. This article describes a method of obtaining a pure concentrated whole-virion sample that can be used in various studies.

AIM: The goal is to develop an optimal method of purification of the inactivated SARS-CoV-2 virus in order to obtain a standard with parameters of purity and antigen content sufficient for structural and immunological studies.

MATERIALS AND METHODS: To obtain a pure concentrated virus SARS-CoV-2 we used the sucrose density gradient ultracentrifugation. Fractions with the highest content of viral particles were evaluated based on the concentration of nucleocapsid N and glycoprotein S. The purity of the pooled fractions (the purified sample) was evaluated by the presence of impurity proteins, toxins and bovine serum albumin.

RESULTS: The optimal conditions for obtaining the inactivated purified SARS-CoV-2 whole virus were determined. A standard sample of the inactivated SARS-CoV-2 virus was isolated and characterized.

CONCLUSIONS: The obtained standard sample can be used in enzyme immunoassay to measure the amount of antigen in whole-virion vaccines against coronavirus infection, as well as in various structural studies of SARS-CoV-2 virus particle.

About the authors

Anna N. Zyrina

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zyrina22anna@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3675-8361
Scopus Author ID: 57041299900

Cand. Sci. (Biol.), Microbiologist of Analytical Method Development and Validation Team

Russian Federation, Moscow

Irina O. Tselykh

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: will-uhm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7530-3925

Microbiologist of Analytical Method Development and Validation Team

Russian Federation, Moscow

Anastasia S. Bogdan

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences; MIREA — Russian Technological University

Email: nastyabog1346@gmail.com

group laboratory assistant of Analytical Method Development and Validation Team; Bachelor of M.V. Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Russian Federation, Moscow; Moscow

Anastasia Kovpak

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: kovpak_aa@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0003-3200-763X
Scopus Author ID: 57218547079

Head of Team of Purification Processes and Finished Dosage Forms Formulation

Russian Federation, Moscow

Yury Yu. Ivin

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: ivin_uu@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0003-0995-7944
Scopus Author ID: 57218552209

Deputy Head of Division of Development and Integration of Innovative and Semi-industrial Technologies

Russian Federation, Moscow

Vladislav E. Vasilenko

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: vasilenko_ve@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0001-7980-0921
Scopus Author ID: 41361884300
ResearcherId: A-1043-2015

Head of Fermentation and Cultivation Team

Russian Federation, Moscow

Anastasia N. Piniaeva

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences

Email: pinyaeva_an@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0001-5381-2393
Scopus Author ID: 57218545661

Head of Division of Development and Integration of Innovative and Semi-industrial Technologies

Russian Federation, Moscow

Аnna A. Shishova

Chumakov Federal Scientific Center for Research and Development of Immune-and-Biological Products of Russian Academy of Sciences; Sechenov First Moscow State Medical Univesity

Email: shishova_aa@chumakovs.su
ORCID iD: 0000-0002-5907-0615
Scopus Author ID: 57222487150

Research Associate in Laboratory of Biochemistry; Senior Lecturer in Institute for Translational Medicine and Biotechnology

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Fan S, Xiao K, Li D, et al. Preclinical immunological evaluation of an intradermal heterologous vaccine against SARS-CoV-2 variants. Emerg Microbes Infect. 2022;11(1):212–226. doi: 10.1080/22221751.2021.2021807
  2. Che Y, Liu X, Pu Y, et al. Randomized, double-blinded, placebo-controlled phase 2 trial of an inactivated severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 vaccine in healthy adults. Clin Infect Dis. 2021;73(11):e3949–e3955. doi: 10.1093/cid/ciaa1703
  3. Saagar VK. Virus purification, detection and removal [dissertation]. Michigan Technological University; 2014. doi: 10.37099/mtu.dc.etds/850
  4. Kozlovskaya LI, Piniaeva AN, Ignatyev GM, et al. Long-term humoral immunogenicity, safety and protective efficacy of inactivated vaccine against COVID-19 (CoviVac) in preclinical studies. Emerg Microbes Infect. 2021;10(1):1790–1806. doi: 10.1080/22221751.2021.1971569
  5. Limulus amebocyte lysate [Internet]. Endosafe. USA. License No. 1197. Available from: https://limulustest.ru/upload/iblock/625/LAL-Reagent %20Endosafe.PDF. Accessed: 08.06.2022.
  6. Cubuk J, Alston JJ, Incicco JJ, et al. The SARS-CoV-2 nucleocapsid protein is dynamic, disordered, and phase separates with RNA. Nat Commun. 2021;12(1):1936. doi: 10.1038/s41467-021-21953-3
  7. OFS.1.2.3.0023.15. Ehlektroforez v poliakrilamidnom gele. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossiiskoi Federatsii XIV. (In Russ.)
  8. Bagrov DV, Glukhov GS, Moiseenko AV, et al. Structural characterization of β-propiolactone inactivated severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV-2) particles. Microsc Res Tech. 2022;85(2):562–569. doi: 10.1002/jemt.23931
  9. Bai Z, Cao Y, Liu W, Li J. The SARS-CoV-2 nucleocapsid protein and its role in viral structure, biological functions, and a potential target for drug or vaccine mitigation. Viruses. 2021;13(6):1115. doi: 10.3390/v13061115

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. An example of polyacrylamide gel. Fractions collected after ultracentrifugation are marked with numbers. Fractions with the highest degree of purity from BSA and with the highest content of N-protein are in a highlight box. Arrows indicate: a — N-protein band; b — BSA band; c — impurity protein bands. BSA — bovine serum albumin

Download (47KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Quantification of proteins on polyacrylamide gel. Fractions collected after ultracentrifugation are marked with numbers. The color indicates the protein bands calculated in imageJ program. Results are presented as mean with standard error. Number of independent experiments, n = 3. BSA — bovine serum albumin

Download (117KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Detection of N- and S-proteins in analyzed fractions: a — polyacrylamide gel electrophoresis of virus fractions after ultracentrifugation; b — Western blot analysis of fractions using antibodies against N-protein; c — Western blot analysis of fractions using antibodies against S-protein. Fractions collected after ultracentrifugation are marked with numbers

Download (223KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Evaluation of the amount of N-protein in the SARS-CoV-2 standard and the purity from BSA. 1 — obtained standard, diluted 2 times; 2 — protein marker; 3–5 — BSA with concentrations 2.5 µg/ml, 5 µg/ml, 10 µg/ml, respectively. BSA — bovine serum albumin

Download (139KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».