Протеомные технологии в разработке новых вакцин на основе серотип-неспецифичных белковых антигенов Streptococcus pneumoniae

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В обзоре представлена современная стратегия совершенствования средств вакцинопрофилактики стрептококковых инфекций, направленная на поиск и разработку новых вакцин для иммунизации людей, относящихся к группам риска. Необходимо отметить, что пневмококки (S. pneumoniae) относятся к представителям грамположительных бактерий (диплококков) и становятся основной причиной различных нозологических форм инфекционных заболеваний человека (таких, как пневмония, средние отиты, синуситы, бактериемия и менингиты). Существующие пневмококковые вакцины (конъюгатные и полисахаридные) имеют некоторые важные ограничения, например зависимость от серотипа, потеря эффективности из-за смены серотипового пейзажа, недостаточный защитный эффект от неинвазивных форм пневмококковых инфекций и высокие производственные затраты, связанные с разработкой этих препаратов. В основной части обзора освещены важнейшие исследовательские работы, в которых были использованы современные протеомные технологии в изучении протеомного профиля S. pneumoniae. Эти работы позволяют на молекулярном уровне оценить значимость бактериальных белков в качестве кандидатов для создания новых комбинированных вакцин, способных осуществлять эффективную защиту от всего многообразия серотипов пневмококков, циркулирующих в популяции человека. Так, в частности, приведены данные по новой методологии анализа протеома внеклеточных бактериальных микровезикул S. pneumoniae для идентификации иммунореактивных белковых антигенов, потенциальных кандидатов для включения в вакцины. В результате этих исследований было открыто 15 иммунореактивных белков, 7 из которых цитозольные, а 8 белков связаны с клеточной поверхностью (MalX, ABC-транспортер или субстрат, связывающий транспортный белок, AmiA, AliA, LytC, IgA1-протеаза, PspA и предполагаемый предшественник β-галактозидазы). Это возможные кандидаты для создания комбинированных вакцин. Дополнительно в обзоре представлены данные о роли значимых факторов вирулентности белковой природы штаммов S. pneumoniae в назофарингеальной колонизации, усилении инфекциозности, а также о преодолении реакций иммунного ответа организма хозяина.

Об авторах

Юрий Александрович Тюрин

Казанский государственный медицинский университет; Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: tyurin.yurii@yandex.ru
г. Казань, Россия; г. Казань, Россия

Альбина Зуфаровна Зарипова

Казанский государственный медицинский университет; Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии

Email: tyurin.yurii@yandex.ru
г. Казань, Россия; г. Казань, Россия

Гузель Шавхатовна Исаева

Казанский государственный медицинский университет; Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии

Email: tyurin.yurii@yandex.ru
г. Казань, Россия; г. Казань, Россия

Ильшат Ганиевич Мустафин

Казанский государственный медицинский университет

Email: tyurin.yurii@yandex.ru
г. Казань, Россия

Лира Табрисовна Баязитова

Казанский государственный медицинский университет; Казанский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии

Email: tyurin.yurii@yandex.ru
г. Казань, Россия; г. Казань, Россия

Список литературы

  1. Сидоренко С.В. Пневмококковые инфекции снова в центре внимания. Вопр. соврем. педиатрии. 2009; 8 (3): 82–87.
  2. Лобзин Ю.В., Сидоренко С.В., Харит С.М. и др. Серотипы Streptococcus pneumoniae, вызывающие ведущие нозологические формы пневмококковых инфекций. Ж. инфектол. 2013; 5 (4): 36–42.
  3. Austrian R. The pneumococcus at the millennium: not down, not out. J. Infect. Dis. 1999; 179 (2): S338–S341. doi: 10.1086/513841.
  4. Raman R., Sankar J., Putlibai S., Raghavan V. Demographic profile of healthy children with nasopharyngeal colonization of Streptococcus pneumoniae: A research paper. Indian J. Med. Microbiol. 2017; 35 (4): 607–609. doi: 10.4103/ijmm.IJMM_15_347.
  5. Smith H.C., German E., Ferreira D.M., Rylance J. Nasopharyngeal colonization with Streptococcus pneumoniae in malnourished children: a systematic review and meta-analysis of prevalence. Trans. R. Soc. Trop. Med. Hyg. 2019; (9). doi: 10.1093/trstmh/try139.
  6. Simell B., Auranen K., Kayhty H. et al. The fundamental link between pneumococcal carriage and disease. Expert Rev. Vaccines. 2012; 11 (7): 841–855. doi: 10.1586/erv.12.53.
  7. Мартынова А.В. Анализ заболеваемости инвазивными и неинвазивными нозологическими формами пневмококковых инфекций в различных группах населения. Вестн. Рос. гос. мед. ун-та. 2008; (5): 38–40.
  8. Ряпис Л.А., Брико Н.И. Проблема пневмококковых инфекций в России. Эпидемиол. и инфекц. бол. 2010; (1): 4–8.
  9. Баязитова Л.Т., Тюпкина О.Ф., Чазова Т.А. и др. Внебольничные пневмонии пневмококковой этиологии и микробиологические аспекты назофарингеального носительства Streptococcus pneumoniae у детей в республике Татарстан. Инфекция и иммунитет. 2017; 7 (3): 271–278. . doi: 10.15789/2220-7619-2017-3-271-278.
  10. Зарипова А.З., Баязитова Л.Т., Тюпкина О.Ф. и др. Фенотипические и генотипические свойства Streptococcus pneumoniae при бактерионосительстве. Практ. мед. 2018; 16 (9): 106–112. doi: 10.32000/2072-1757-2018-9-106-112.
  11. Park I.H., Kim K., Andrade A.L. et al. Nontypeable pneumococci can be dividedinto multiple cps types, inclu­ding one type expressing the novel gene pspK. MBio. 2012; 3 (3): pii: e00035–12. doi: 10.1128/mBio.00035-12.
  12. Keller L.E., Robinson D.A., McDaniel L.S. Nonencapsulated Streptococcus pneumoniae: emergence and pathogenesis. MBio. 2016; 7 (2): e01792. doi: 10.1128/mBio.01792-15.
  13. Keller L.E., Jones C.V., Thornton J.A. et al. PspK of Streptococcus pneumonia increases adherence to epithelial cells and enhances nasopharyngeal colonization. Infect. Immun. 2013; 81 (1): 173–181. doi: 10.1128/IAI.00755-12.
  14. Keller L.E., Bradshaw J.L., Pipkins H., McDa­niel L.S. Surface proteins and pneumolysin of encapsulated and nonencapsulated Streptococcus pneumoniae mediate virulence in a chinchilla model of otitis media. Front. Cell Infect. Microbiol. 2016; (6): 55. doi: 10.3389/fcimb.2016.00055.
  15. Moscoso M., García E., López R. et al. Biofilm formation by Streptococcus pneumoniae: role of choline, extracellular DNA, and capsular polysaccharide in microbial accretion. J. Bacteriol. 2006; 188 (22): 7785–7795. doi: 10.1128/JB.00673-06.
  16. Schaffner T.O., Hinds J., Gould K.A. et al. A point mutation in cpsE renders Streptococcus pneumoniae nonencapsulated and enhances its growth, adherence and competence. BMC Microbiol. 2014; 14: 210. doi: 10.1186/s12866-014-0210-x.
  17. Федосеенко М.В., Намазова-Баранова Л.С. Международный опыт применения пневмококковых конъюгированных вакцин: проблемы, достижения, перспективы. Вопр. современной педиатрии. 2009; 8 (1): 130–134.
  18. Маянский Н.А., Алябьева Н.М., Лазарева А.В., Катосова Л.К. Серотиповое разнообразие и резистентность пневмококков. Вестн. Рос. АМН. 2014; 69 (7–8): 38–45. .
  19. Torres A., Blasi F., Peetermans W.E. et al. The aetiology and antibiotic management of community-acquired pneumonia in adults in Europe: a literature review. Eur. J. Clin. Microbiol. Infect. Dis. 2014; 33 (7): 1065–1079. doi: 10.1007/s10096-014-2067-1.
  20. Picazo J.J. Management of antibiotic-resistant Streptococcus pneumoniae infections and the use of pneumococcal conjugate vaccines. Clin. Microbiol. Infect. 2009; 15 (3): 4–6. doi: 10.1111/j.1469-0691.2009.02723.x.
  21. Брико Н.И., Цапкова Н.Н., Сухова В.А. и др. Эпидемиологическая оценка первых результатов национальной программы иммунизации детей раннего возраста против пневмококковой инфекции в России. Эпидемиол. и вакцинопрофил. 2017; (5): 16–21.
  22. McDaniel L.S., Swiatlo E. Pneumococcal ­disease: pathogenesis, treatment, and prevention. Infec. Dis. Clin. Pract. 2004; 12: 93–98. doi: 10.1016/S0140-6736(09)61114-4.
  23. Feldman C., Anderson R. Review: current and new generation pneumococcal vaccines. J. Infect. 2014; 69 (4): 309–325. doi: 10.1016/j.jinf.2014.06.006.
  24. Geno K.A., Gilbert G.L., Song J.Y. et al. Pneumococcal capsules and their types: Past, present, and future. Clin. Microbiol. Rev. 2015; 28 (3): 871–899. doi: 10.1128/CMR.00024-15.
  25. Varghese R., Jayaraman R., Veeraraghavan B. Current challenges in the accurate identification of Streptococcus pneumoniae and its serogroups/serotypes in the vaccine era. J. Microbiol. Methods. 2017; 141: 48–54. doi: 10.1016/j.mimet.2017.07.015.
  26. Feldman C., Andersen R. Epidemiology, virulence factors and management of the pneumococcus. F1000Research. 2016; 5: 2320. doi: 10.12688/f1000research.9283.1.
  27. Pichichero M.E., Khan M.N., Xu Q. Next gene­ration protein based Streptococcus pneumoniae vaccines. Hum. Vaccines Immunotherap. 2016; (12): 1. doi: 10.1080/21645515.2015.1052198.
  28. Tettelin H., Nelson K.E., Paulsen I.T. et al. Complete genome sequence of a virulent isolate of Streptococcus pneumoniae. Science. 2001; 293 (5529): 498–506. doi: 10.1126/science.1061217.
  29. Bricker A.L., Camilli A. Transformation of a type 4 encapsulated strain of Streptococcus pneumoniae. FEMS Microbiol. Lett. 1999; 172 (2): 131–135. doi: 10.1111/j.1574-6968.1999.tb13460.x.
  30. Hoskins J., Alborn W.E.Jr., Arnold J. et al. Genome of the bacterium Streptococcus pneumoniae strain R6. J. Bacteriol. 2000; 183 (19): 5709–5717. doi: 10.1128/JB.183.19.5709-5717.2001.
  31. Lanie J.A., Ng W.L., Kazmierczak K.M. et al. Genome sequence of Avery’s virulent serotype 2 strain D39 of Streptococcus pneumoniae and comparison with that of unencapsulated laboratory strain R6. J. Bacteriol. 2007; 189 (1): 38–51. doi: 10.1128/JB.01148-06.
  32. Williams T.M., Loman N.J., Ebruke C. et al. Genome analysis of a highly virulent serotype 1 strain of Streptococcus pneumoniae from West Africa. PLoS ONE. 2012; 7 (10): e26742. doi: 10.1371/journal.pone.0026742.
  33. Choi S.C., Parker J., Richards V.P. et al. Draft genome sequence of an atypical strain of Streptococcus pneumoniae isolated from a respiratory infection. Genome Announc. 2014; 2 (4): e00822–e00814. doi: 10.1128/genomeA.00822-14.
  34. Hiller N.L., Eutsey R.A., Powell E. et al. Diffe­rences in genotype and virulence among four multidrug-­resistant Streptococcus pneumoniae isolates belonging to the PMEN 1 clone. PLoS One. 2011; 6 (12): e28850. doi: 10.1371/journal.pone.0028850.
  35. Brückner R., Nuhn M., Reichmann P. et al. ­Mosaic genes and mosaic chromosomes-genomic variation in Streptococcus pneumoniae. Int. J. Med. Microbiol. 2004; 294 (2–3): 157–168. doi: 10.1016/j.ijmm.2004.06.019.
  36. Croucher N.J., Harris S.R., Fraser C. et al. Rapid pneumococcal evolution in response to clinical interventions. Science. 2011; 331 (6016): 430–434. doi: 10.1126/science.1198545.
  37. Bergmann S., Hammerschmidt S. Versatility of pneumococcal surface proteins. Microbiology. 2006; 152 (2): 295–303. doi: 10.1099/mic.0.28610-0.
  38. Perez-Dorado I., Galan-Bartual S., Hermoso J.A. Pneumococcal surface proteins: when the whole is greater than the sum of its parts. Mol. Oral Microbiol. 2012; 27 (4): 221–245. doi: 10.1111/j.2041-1014.2012.00655.x.
  39. Wizemann T.M., Heinrichs J.H., Adamou J.E. et al. Use of a whole genome approach to identify vaccine molecules affording protection against Streptococcus pneumo­niae infection. Infect. Immun. 2001; 69 (3): 1593–1598. doi: 10.1128/IAI.69.3.1593-1598.2001.
  40. Maione D., Margarit I., Rinaudo C.D. et al. Identification of a universal Group B streptococcus vaccine by multiple genome screen. Science. 2005; 309 (5731): ­148–150. doi: 10.1126/science.1109869.
  41. Копылов А.Т., Згода В.Г. Количественные методы в протеомике. Биомед. хим. 2007; 53 (6): 613–643.
  42. Bittaye M., Cash P. Streptococcus pneumo­niae proteomics: determinants of pathogenesis and vaccine development. Exp. Rev. Proteomics. 2015; (12): 6. doi: 10.1586/14789450.2015.1108844.
  43. Cole J.N., Djordjevic S.P., Walker M.J. Isolation and solubilization of gram-positive bacterial cell wall-asso­ciated proteins. Methods Mol. Biol. 2008; 425: 295–311. doi: 10.1007/978-1-60327-210-0_24.
  44. Morsczeck C., Prokhorova T., Sigh J. et al. Streptococcus pneumoniae: proteomics of surface proteins for vaccine development. Clin. Microbiol. Infect. 2008; 14 (1): ­74–81. doi: 10.1111/j.1469-0691.2007.01878.x.
  45. Ling E., Feldman G., Portnoi M. et al. Glycolytic enzymes associated with the cell surface of Streptococcus pneumoniae are antigenic in humans and elicit protective immune responses in the mouse. Clin. Exp. Immunol. 2004; 138 (2): 290–298. doi: 10.1111/j.1365-2249.2004.02628.x.
  46. Sabarth N., Lamer S., Zimny-Arndt U. et al. Identification of surface proteins of Helicobacter pylori by selective biotinylation, affinity purification, and two-dimensional gel electrophoresis. J. Biol. Chem. 2002; 277 (31): 27896–27902. doi: 10.1074/jbc.M204473200.
  47. Gatlin C.L., Pieper R., Huang S.T. et al. Proteomic profiling of cell envelope associated proteins from Staphylococcus aureus. Proteomics. 2006; 6 (5): 1530–1549. doi: 10.1002/pmic.200500253.
  48. Cole J.N., Ramirez R.D., Currie B.J. et al. Surface analyses and immune reactivities of major cell wall-associa­ted proteins of Group A Streptococcus. Infect. Immun. 2005; 73 (5): 3137–3146. doi: 10.1128/IAI.73.5.3137-3146.2005.
  49. Rodriguez-Ortega M.J., Norais N., Bensi G. et al. Characterization and identification of vaccine candidate proteins through analysis of the group A Streptococcus surface proteome. Nat. Biotechnol. 2006; 24 (2): 191–197. doi: 10.1038/nbt1179.
  50. Olaya-Abril A., Jimenez-Munguia I., Gomez-Gascon L. et al. Identification of potential new protein vaccine candidates through pan-surfomic analysis of pneumococcal clinical isolates from adults. PLoS ONE. 2013; 8 (7): e70365. doi: 10.1371/journal.pone.0070365.
  51. Lee E.Y., Choi D.Y., Kim D.K. et al. Gram-positive bacteria produce membrane vesicles: proteomics-based characterization of Staphylococcus aureus derived membrane vesicles. J. Proteomics. 2009; 9: 5425–5436. doi: 10.1002/pmic.200900338.
  52. Olaya-Abril A., Prados-Rosales R., McConnell M.J. et al. Characterization of protective extracellular membrane-derived vesicles produced by Streptococcus pneumoniae. J. Proteomics. 2014; 106: 46–60. doi: 10.1016/j.jprot.2014.04.023.
  53. Moffitt K.L., Gierahn T.M., Lu Y.J. et al. T(H)17-based vaccine design for prevention of Streptococcus pneumoniae colonization. Cell Host Microb. 2011; 9 (2): ­158–165. doi: 10.1016/j.chom.2011.01.007.
  54. Moffitt K.L., Malley R., Lu Y.J. Identification of protective pneumococcal T(H)17 antigens from the so­luble fraction of a killed whole cell vaccine. PLoS One. 2012; 7 (8): e43445. doi: 10.1371/journal.pone.0043445.
  55. Ogunniyi A.D., Grabowicz M., Briles D.E. et al. Development of a vaccine against invasive pneumococcal di­sease based on combinations of virulence proteins of Streptococcus pneumoniae. Infect. Immun. 2007; 75 (1): 350–357. doi: 10.1128/IAI.01103-06.
  56. Nouwens A.S., Cordwell S.J., Larsen M.R. et al. Complementing genomics with proteomics: the membrane subproteome of Pseudomonas aeruginosa PAO1. Electrophoresis. 2000; 21 (17): 3797–3809. doi: 10.1002/1522-2683(200011)21:17<3797::AID-ELPS3797>3.0.CO;2-P.
  57. Lee K.J., Bae S.M., Lee M.R. et al. Proteomic ana­lysis of growth phase-dependent proteins of Streptoco­ccus pneumoniae. Proteomics. 2006; 6 (4): 1274–1282. doi: 10.1002/pmic.200500415.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© 2019 Тюрин Ю.А., Зарипова А.З., Исаева Г.Ш., Мустафин И.Г., Баязитова Л.Т.

Creative Commons License

Эта статья доступна по лицензии
Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.



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».