Метод молекулярной биологии позволил обнаружить новые мишени для кандидатных вакцин против шистосомоза
Исследователи из Бразилии применили инновационную технику молекулярной биологии для выявления мишеней для кандидатных вакцин против Schistosoma mansoni — паразита, вызывающего шистосомоз.
Шистосомоз, считающийся одной из 17 забытых тропических болезней (neglected tropical diseases, NTDs), по данным Всемирной организации здравоохранения (WHO), поражает около 200 миллионов человек в 74 странах. В Бразилии, в основном на северо-востоке и в штате Минас-Жерайс, инфицированы, по оценкам, 6 миллионов человек.
Учёные использовали фаговый дисплей (phage display) — изучение белковых взаимодействий с помощью бактериофагов — для скрининга 99,6% из 119 747 последовательностей ДНК, кодирующих белки, экспрессируемые на всех стадиях жизненного цикла паразита, достигнув полного охвата его протеома.
Результаты исследования опубликованы в статье в npj Vaccines.
Они основаны на предыдущем исследовании, которое раскрыло механизм, благодаря которому макак-резус (Macaca mulatta) естественным образом развивает устойчивый иммунный ответ против шистосомоза, подавляя определённые гены паразита, не позволяя ему размножаться в организме хозяина. Этот иммунный ответ приводит к самоизлечению после первого контакта с S. mansoni и позволяет животному быстрее реагировать на повторное заражение.
«Фаговый дисплей никогда ранее не использовался для этой цели в исследованиях паразитарных заболеваний, которые обычно включают предварительный отбор нескольких мишеней для тестирования кандидатных вакцин. В этом исследовании мы одновременно проанализировали 12 000 белков S. mansoni, чтобы определить, на какие из них нацелены антитела макаки как после первичного заражения и реинфекции, так и после реинфекции и самоизлечения — это ключевая инновация. Инновационными были как сама методика, так и модель исследования», — заявил Мурилу Сена Амарал, исследователь из Лаборатории клеточного цикла Института Бутантан.
Методология
Исследователи изучили иммунный ответ десяти макак, заражённых S. mansoni, на стадиях самоизлечения и устойчивости к повторному заражению, используя недавно разработанную технику — иммунопреципитационное секвенирование на основе пептидной библиотеки фагов (peptide library-based phage immunoprecipitation sequencing, PhIP-Seq).
Они создали библиотеку фагового дисплея, содержащую 119 747 последовательностей ДНК, кодирующих 11 641 известный белок S. mansoni на всех стадиях его жизненного цикла. Библиотеку инкубировали с антителами, собранными у макак-резусов в предыдущем исследовании в разные моменты процесса самоизлечения и устойчивости к реинфекции. Целью было выделить и идентифицировать специфические мишени иммунного ответа животного на паразита.
Скрининг библиотеки с антителами из ранней фазы инфекции выявил значительное обогащение эпитопов внеклеточных белков паразита, которые, как известно, экспрессируются в пищеварительном тракте хозяина. На поздней стадии очистки от паразита (высвобождаемых из-за его гибели) произошёл сдвиг в сторону внутриклеточных белков.
Обогащённые пептиды были проанализированы с помощью биоинформатических инструментов для выявления потенциальных кандидатов для вакцин. Наиболее перспективные кандидаты были протестированы в пилотном эксперименте по вакцинации, в ходе которого мышей иммунизировали выбранным пулом обогащённых с помощью PhIP-Seq пептидов, представленных на фаге. Результатом стало значительное снижение паразитарной нагрузки у иммунизированных мышей.
«Мы работали с 12 000 белков, ключевых для всех стадий жизненного цикла паразита, и нам удалось определить наиболее реактивные мишени», — сообщил Сержиу Вержовски-Алмейда, последний автор статьи. По его словам, эту технику можно использовать и для других типов паразитов.
Как работает паразит
Шистосомоз — паразитарное заболевание, связанное с плохой гигиеной и отсутствием базовой санитарии. Оно передаётся, когда инфицированный человек выделяет фекалии, содержащие яйца шистосом, в окружающую среду. Яйца вылупляются в пресной воде, выпуская личинок, которые заражают улиток. Улитки являются промежуточными хозяевами, а люди — окончательными.
Через четыре недели личинки покидают улитку в виде церкарий — свободноплавающей личиночной стадии. Когда человек контактирует с заражённой водой, он приобретает заболевание путём активного проникновения церкарий через кожу.
В кровотоке человека церкарии переходят в стадию шистосомулы, в конечном итоге становясь взрослыми червями, которые оседают в венах кишечника. Первые симптомы болезни появляются через две-шесть недель после заражения.
Болезнь диагностируется лабораторным анализом кала. Простые случаи можно лечить однократной дозой празиквантела — препарата, открытого в 1970-х годах и распространяемого в Бразилии через Единую систему здравоохранения (Sistema Único de Saúde, SUS). Однако он не обеспечивает постоянной защиты. Пациенты, принимающие его, могут быть повторно инфицированы, и есть сообщения о лекарственной устойчивости паразита.
«Следующий шаг — разработка подходящей вакцинной формулы, содержащей адъюванты и новый механизм доставки этих антигенов, чтобы они обеспечивали лучшую защиту у хозяина. У нас есть несколько мишеней с более высоким уровнем ответа», — пояснил Вержовски-Алмейда. Институт Бутантан подал заявку на патент, связанный с открытиями группы в области возможных вакцинных мишеней.