Protein A-antigen conjugates enhance production of specific antibodies following intranasal administration

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The objective of our work was to study immunogenic properties of protein A conjugates with the receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 spike protein (B.1.617.2, Delta variant) and their ability to induce a specific humoral immune response following intranasal administration. Recombinant RBD (SARS-CoV-2, Delta variant) conjugates with Staphylococcus aureus protein A were prepared using EDC or Sulfo-SMCC (1:1 molar ratio) followed by gel filtration purification. Immunization procedure was performed in 80 six-week-old Balb/c mice, divided into groups of 10 animals. Experimental groups received intranasal administration of 20 µL conjugate (50 µg RBD) twice at a 14-day interval, while control groups received intramuscular RBD or saline. Blood was collected 10 days after boosting. Specific IgG titers were determined by ELISA using RBD as the antigen. Statistical significance was assessed using the Mann–Whitney U test (GraphPad Prism 8.0, p < 0.05). Intranasal administration of RBD-protein A conjugates (Con-S and Con-E) induced high specific IgG titers (up to 105), comparable to intramuscular RBD immunization. Both conjugates showed statistically significant enhancement of the immune response compared to intranasal administration of free RBD (p ≤ 0.05). However, the response proved to be heterogenous among animals, with some mice exhibiting a weak immune response, likely due to intranasal delivery variability. RBD-protein A conjugates elicit a robust IgG response upon intranasal administration, comparable to intramuscular immunization, confirming the adjuvant properties of protein A. Both conjugation methods (Sulfo-SMCC and EDC) were equally effective. Despite response variability due to different to mucosal delivery, these findings support the potential of protein A in developing intranasal vaccines against SARS-CoV-2.

About the authors

Ekaterina A. Volosnikova

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Author for correspondence.
Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

PhD (Biology), Senior Researcher, Department of Technology Development and Pilot Production of Biopreparations

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

N. V. Volkova

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

PhD (Biology), Researcher, Laboratory of Molecular and Synthetic Biology

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

S. I. Gayvoronskiy

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

Intern Researcher, Laboratory of Molecular and Synthetic Biology

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

O. V. Simakova

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

Junior Researcher, Department of Biological Studies

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

T. I. Esina

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

Researcher, Department of Technology Development and Pilot Production of Biopreparations

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

A. A. Rar

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

Engineer Microbiologist, Department of Technology Development and Pilot Production of Biopreparations

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

D. N. Shcherbakov

State Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”

Email: volosnikova_ea@vector.nsc.ru

Leading Researcher, Head, Laboratory of Molecular and Synthetic Biology

Russian Federation, Koltsovo, Novosibirsk Region

References

  1. Андреев Ю.Ю., Топтыгина А.П. Адъюванты и иммуномодуляторы в составе вакцин // Иммунология, 2021. Т. 42, № 6. С. 720-729. [Andreev Y.Y., Toptygina A.P. Adjuvants and immunomodulators in vaccines. Immunologiya = Immunologiya, 2021, Vol. 42, no. 6, pp. 720-729. (In Russ.)]
  2. Дьякон А.В., Хрыкина И.С., Хегай А.А., Дьяченко И.А., Мурашев А.Н., Ивашев М.Н. Метод забора крови у животных // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2013. Т. 11, № 1. С. 84-85. [Dyakon A.V., Khrykina I.S., Khegay A.A., Dyachenko I.A., Murashev A.N., Ivashev M.N. Method of blood sampling in animals. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamentalnykh issledovaniy = International Journal of Applied and Fundamental Research, 2013, Vol. 11, no. 2, pp. 84-85. (In Russ.)]
  3. Borges O., Borchard G. Mucosal vaccination: opportunities and challenges. In: Singh M. (ed.). Novel immune potentiators and delivery technologies for next generation vaccines. Springer US, 2013, pp. 65-80.
  4. Eriksson K., Holmgren J. Recent advances in mucosal vaccines and adjuvants. Curr. Opin. Immunol., 2002, Vol. 14, no. 5, pp. 666-672.
  5. Holmgren J., Czerkinsky C. Mucosal immunity and vaccines. Nat. Med., 2005, Vol. 11, no. 4 Suppl., pp. S45-S53. doi: 10.1038/nm1213.
  6. Kim M.Y., Vergara E., Tran A., Paul M.J., Kwon T.H., Ma J.K.C., Jang Y.S., Reljic R. Marked enhancement of the immunogenicity of plant-expressed IgG-Fc fusion proteins by inclusion of cholera toxin non-toxic B subunit within the single polypeptide. Plant Biotechnol. J., 2024, Vol. 22, no. 5, pp. 1402-1416. doi: 10.1111/pbi.14275.
  7. Li M., Wang Y., Sun Y., Cui H., Zhu S.J., Qiu H.J. Mucosal vaccines: Strategies and challenges. Immunol. Lett., 2020, Vol. 217, pp. 116-125.
  8. Lycke N. Recent progress in mucosal vaccine development: Potential and limitations. Nat. Rev. Immunol., 2012, Vol. 12, pp. 592-605.
  9. Puga-Gómez R., Ricardo-Delgado Y., Rojas-Iriarte C., Céspedes-Henriquez L., Piedra-Bello M., Vega-Mendoza D., Pérez N.P., Paredes-Moreno B., Rodríguez-González M., Valenzuela-Silva C., Sánchez-Ramírez B., Rodríguez-Noda L, Pérez-Nicado R., González-Mugica R., Hernández-García T., Fundora-Barrios T., Echevarría M.D., Enriquez-Puertas J.M., Infante-Hernández Y., Palenzuela-Díaz A., Gato-Orozco E., Chappi-Estévez Y., Francisco-Pérez J.C., Suarez-Martinez M., Castillo-Quintana I.C., Fernandez-Castillo S., Climent-Ruiz Y., Santana-Mederos D., García-Vega Y., Toledo-Romani M.E., Doroud D., Biglari A., Valdés-Balbín Y., García-Rivera D., Vérez-Bencomo V.; SOBERANA Research Group. Open-label phase I/II clinical trial of SARS-CoV-2 receptor binding domain-tetanus toxoid conjugate vaccine (FINLAY-FR-2) in combination with receptor binding domain-protein vaccine (FINLAY-FR-1A) in children. Int. J. Infect. Dis., 2023, Vol. 126, pp. 164-173.
  10. Silverman G.J., Goodyear C.S., Siegel D.L. On the mechanism of staphylococcal protein A immunomodulation. Transfusion, 2005, Vol. 45, no. 2, pp. 274-280.
  11. Xing M., Hu G., Wang X., Wang Y., He F., Dai W., Wang X., Niu Y., Liu J., Liu H., Zhang X., Xu J., Cai Q., Zhou D. An intranasal combination vaccine induces systemic and mucosal immunity against COVID-19 and influenza. NPJ Vaccines, 2024, Vol. 9, no. 1, 64. doi: 10.1038/s41541-024-00857-5.
  12. Yuki Y., Kiyono H. Mucosal vaccines: novel advances in technology and delivery. Expert Rev. Vaccines, 2009, Vol. 8, no. 8, pp. 1083-1097.
  13. Zhao T., Liu S., Wang P., Zhang Y., Kang X., Pan X., Li L., Li D., Gao P., An Y., Song H., Liu K., Qi J., Zhao X., Dai L., Liu P., Wang P., Wu G., Zhu T., Xu K., Li Y., Gao G.F. Protective RBD-dimer vaccines against SARS-CoV-2 and its variants produced in glycoengineered Pichia pastoris. PLoS Pathog., 2024, Vol. 20, no. 8, e1012487. doi: 10.1371/journal.ppat.1012487.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Reciprocal titers of specific antibodies in Balb/c mice immunized with experimental RBD-based conjugates. Note. RBD im, intramuscular administration of the antigen; RBD, intranasal administration of the antigen; Con-S, intranasal administration of the conjugate obtained using Sulfo-SMCC; Con-E, intranasal administration of the conjugate obtained using EDC; saline, intranasal administration of physiological solution. To assess the significance of intergroup differences, the nonparametric Mann–Whitney U test was used with a critical level of statistical significance (p) equal to 0.05. *, statistically significant differences in relation to the group (without adjuvant), p ≤ 0.05.

Download (134KB)

Copyright (c) 2025 Volosnikova E.A., Volkova N.V., Gayvoronskiy S.I., Simakova O.V., Esina T.I., Rar A.A., Shcherbakov D.N.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 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».