мРНК-вакцина защитила мышей от чумы
Юлия Панченко, PCR.news
На волне успеха мРНК-вакцин против коронавирусной инфекции была начата разработка множества новых вакцин против вирусов и рака. Однако разработка мРНК-вакцин против бактериальных инфекций все еще остается проблемой. Это связано с тем, что вирусы используют машинерию клетки-хозяина для выработки своих белков. У бактерий есть своя машинерия. В результате на основе той же самой матрицы могут получаться достаточно разные белки при выработке в бактериальной или человеческой клетках.
Исследователи из Израиля решили эту проблему в работе с бактерией Yersinia pestis, вызывающей чуму. Ранее было получено несколько кандидатных вакцин, но не одна из них не была одобрена в западных странах. Важный компонент этих вакцин — Caf1 (F1), антиген капсулы, который экспрессируется с оперона caf1 плазмиды pMT-1 Y. pestis. F1 полимеры вырабатываются с помощью шаперона Caf1M, после чего экспортируются белком Caf1A на поверхность бактерии, где формируют гелеобразную капсулу, позволяющую патогену избегать фагоцитоза. Рекомбинантный F1 (rF1) можно очистить из культуры Escherichia coli, несущей весь caf1 оперон, чтобы получить полимерный F1, или только кольцевой модифицированный caf1 (cp-caf1), кодирующий мономерный F1 (mF1). Авторы новой работы использовали этот антиген для создания вакцины, после чего оценили ее защитные свойства против Y. pestis.
Авторы рассмотрели cp-caf1, кодирующий mF1. Ранее уже было показано, что mF1 эффективно индуцирует гуморальный иммунитет против F1 и защищает мышей от бубонной чумы. Исследователи рассудили, что для активации гуморального иммунитета белок должен секретироваться. Поэтому они добавили последовательность сигнального пептида (SP). Получился мРНК-конструкт SP-cp-caf1.
Заключив полученный конструкт в ранее разработанные липидные наночастицы (LNP), авторы изучили их физико-химические характеристики. После этого наночастицами трансфецировали клетки HeLa, чтобы оценить экспрессию белка mF1. И супернатант, и клетки содержали F1.
Далее исследователи оценили иммуногенность SP-cp-caf1 мРНК-LNP. Вакцину вводили мышам внутримышечно трижды с интервалом в две недели. Через две недели после третьей дозы вакцины был детектирован клеточный иммунный ответ. Гуморальный иммунный ответ был выявлен только у контрольных мышей, получавших rF1.
Чтобы повысить иммуногенность, авторы добавили в состав LNP новы липид — 1,2-диолeоил-3-триметиламмоний-пропан (DOTAP), который вызывает воспалительный ответ. Однако животные не демонстрировали гуморального иммунного ответа. Более того, клеточный иммунный ответ также снизился.
Ученые предположили, что высокий GC-состав мРНК-конструкта поможет решить проблему гуморального иммунитета. Они получили новый конструкт — SP-cp-caf1 (GC), GC-состав которого равнялся 66%. У первоначального конструкта он равнялся 45%. Аминокислотный состав при этом не менялся. Вводя вакцину SP-cp-caf1 (GC) мРНК-LNP мышам, авторы получили гуморальный иммунный ответ у 50% мышей. Через две недели после третей дозы они ввели этим мышам смертельную дозу вирулентного штамма Y. pestis Kimberley53 (Kim53). Четыре из восьми мышей выжили. У всех выживших мышей были высокие титры антител против F1.
Чтобы повысить эффективность конструкта, исследователи присоединили участок человеческого Fc (SP-cp-caf1-hFc), что улучшает стабильности и иммуногенность. Дополнительно они убрали последовательность SP из конструкта (ΔSP-cp-caf1). Авторы предположили, что, проходя по секреторной системе человеческой клетки, mF1 теряет иммуногенность из-за посттрансляционных модификаций. И ΔSP-cp-caf1, и SP-cp-caf1-hFc имели высокий GC-состав.
Вакцинами, в состав которых входили эти конструкты, иммунизировали мышей. Клеточный иммунный ответ был схож с ответом на первую вакцину SP-cp-caf1. Однако в этот раз был детектирован также гуморальный иммунный ответ. Мыши, привитые ΔSP-cp-caf1 мРНК-LNP, демонстрировали более широкий спектр анти-F1 титров, но различия не были статистически значимыми. В целом же уровень защитных титров был выше у мышей, привитых ΔSP-cp-caf1 мРНК-LNP.
Всем животным ввели смертельную дозу вирулентного штамма Kim53 Y. pestis. Мыши, вакцинированные ΔSP-cp-caf1 и SP-cp-caf1-hFc мРНК-LNP, выжили, а контрольные умерли на седьмой день. Дальнейший анализ показал, что одной дозы вакцины SP-cp-caf1-hFc мРНК-LNP достаточно для защиты мышей. Однако одна доза вакцины ΔSP-cp-caf1 мРНК-LNP защитила только 50% мышей.
Авторы говорят, что их работа поможет другим создателям мРНК-вакцин против бактериальных патогенов. Это особенно важно сейчас, когда появляется все больше антибиотикорезистентных штаммов.
Источник: Edo Kon, et al. A single-dose F1-based mRNA-LNP vaccine provides protection against the lethal plague bacterium // Science Advances.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru