Молекулярные механизмы создания вакцин для профилактики отравлений рибосомингибирующими белками растительного происхождения: современное состояние, перспективы разработки и развития средств иммунопрофилактики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проанализированы основные тенденции и перспективы создания высокоэффективных иммунобиологических лекарственных препаратов для профилактики и терапии острых поражений рибосом-ингибирующими токсинами растительного происхождения, рицина и абрина. Обобщены данные, описывающие представления о базовых молекулярных механизмах и природе взаимодействий токсин-антитело, определяющих способность антител нейтрализовать риботоксичные растительные лектины, и лежащие в основе создания успешных кандидатных вакцинных препаратов. Приведены данные, характеризующие поражающие эффекты растительных риботоксинов на молекулярном уровне, определяющие выбор перспективных направлений разработки средств иммунопрофилактики отравлений. Суммированы результаты исследований, направленных на понимание молекулярных механизмов, обеспечивающих формирование протективного иммунитета против нативных риботоксинов, и их отдельных субъединиц. Прослежена эволюция создания средств иммунопрофилактики острых отравлений рицином: от нативного анатоксина до генно-инженерных субъединичных вакцин, созданных на основе метода таргетного мутагенеза. Показаны основные этапы создания, исследования и испытания современных образцов вакцин-кандидатов, разработанных для профилактики ингаляционных и пероральных отравлений рицином. Обобщены результаты исследований, включающие данные, которые были получены в ходе доклинических испытаний, демонстрирующих высокую протективную активность современных иммунобиологических лекарственных препаратов против отравления растительными лектинами, ингибирующими синтез белка в клетке. Приведены подходы к усилению иммуногенности субъединичных вакцин против рибосомингибирующих белков растительного происхождения. Выявлены основные проблемные моменты при создании и применении вакцинных препаратов, определены основные тенденции и перспективы их совершенствования.

Об авторах

Вадим Александрович Мясников

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ

Email: letto2004@inbox.ru
SPIN-код: 5084-2723

кандидат медицинских наук

Россия, Санкт-Петербург

Александр Валентинович Степанов

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ

Email: letto2004@inbox.ru
SPIN-код: 7279-7055

доктор медицинских наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Ольга Анатольевна Митева

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: letto2004@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0002-3874-6954
SPIN-код: 2070-7250
Scopus Author ID: 55195685300

научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург

Александр Сергеевич Никишин

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ

Email: letto2004@inbox.ru
SPIN-код: 8503-0338

научный сотрудник

Россия, Санкт-Петербург

Александр Сергеевич Гоголевский

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ

Email: letto2004@inbox.ru
SPIN-код: 5807-9998

доктор медицинских наук

Россия, Санкт-Петербург

Руслан Исмаилович Аль-Шехадат

Государственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины МО РФ

Email: letto2004@inbox.ru
SPIN-код: 4900-9032

кандидат биологических наук

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Janik E., Cheremuga M., et al. Biological toxins as the potential tools for bioterrorism // International Journal of Molecular Sciences. 2019. Vol. 20. No. 5. P. 1181–2019. doi: 10.3390/ijms20051181
  2. Olsnes S., Pihl A. Different biological properties of the two constituent peptide chains of ricin a toxic protein inhibiting protein synthesis // Biochemistry. 1973. Vol. 12. No. 16. P. 3121–3126. doi: 10.1021/bi00740a028
  3. Audi J., Belson M., Patel M., et al. Ricin poisoning: a comprehensive review // JAMA. 2005. Vol. 294. No. 18. P. 2343–2351. doi: 10.1001/jama.294.18.2342
  4. Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия от 13.01.1993 // Бюллетень международных договоров. 1998. Vol. 4. P. 3–125.
  5. Bozza W.P., Tolleson W.H., Rosado L.A.R., Zhang B. Ricin detection: Tracking active toxin // Biotechnology advances. 2015. Vol. 33. No. 1. P. 117–123. doi: 10.1016/j.biotechadv.2014.11.012
  6. Mantis N.J., Morici L.A., Roy C.J. Mucosal vaccines for biodefense // Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2011. Vol. 354. P. 181–195. doi: 10.1007/82_2011_122
  7. Mantis N.J. Ricin Toxin. Manual of security sensitive microbes and toxins. Boca Raton: CRC Press, 2014.
  8. Pittman P.R., Reisler R.B., Lindsey C.Y., et al. Safety and immunogenicity of ricin vaccine, RVEc™, in a phase 1 clinical trial // Vaccine. 2015. Vol. 33. No. 51. P. 7299–7306. doi: 10.1016/j.vaccine.2015.10.094
  9. Vitetta E.S., Smallshaw J.E., Schindler J. Pilot phase IB clinical trial of an alhydrogel-adsorbed recombinant ricin vaccine // Clin. Vaccine Immunol. 2012. Vol. 19. No. 10. P. 1697–1699. doi: 10.1128/CVI.00381-12
  10. Vance D.J., Mantis N.J. Progress and challenges associated with the development of ricin toxin subunit vaccines // Expert Rev. Vaccines. 2016. Vol. 15. No. 9. P. 1213–1222. doi: 10.1586/14760584.2016.1168701
  11. Yan C., Rill W.L., Mall L.R. Intranasal stimulation of long-lasting immunity against aerosol ricin challenge with ricin toxoid vaccine encapsulated in polymeric microspheres // Vaccine. 1996. Vol. 14. No. 11. P. 1031–1038. doi: 10.1016/0264-410x(96)00063-1
  12. Griffiths G.D., Phillips G.J., Bailey S.C. Comparison of the quality of protection elicited by toxoid and peptide liposomal vaccine formulations against ricin as assessed by markers of inflammation // Vaccine. 1999. Vol. 17. No. 20–21. P. 2562–2568. doi: 10.1016/s0264-410x(99)00054-7
  13. Griffiths G.D., Bailey S.C., Hambrook J.L., Keyte M.P. Local and systemic responses against ricin toxin promoted by toxoid or peptide vaccines alone or in liposomal formulations // Vaccine. 1998. Vol. 16. No. 5. P. 530–535. doi: 10.1016/s0264-410x(97)80007-2
  14. Mantis N.J. Vaccines against the category В toxins, staphylococcal enterotoxin B, epsilon toxin and ricin // Adv. Drug. Deliv. Rev. 2005. Vol. 57. P. 1424–1439. doi: 10.1016/j.addr.2005.01.017
  15. Hewetson J.F., Rivera V.R., Creasia D.A. Protection of mice from inhaled ricin by vaccination with ricin or by passive treatment with heterologous antibody // Vaccine. 1993. Vol. 11. No. 7. P. 743–746. doi: 10.1016/0264-410x(93)90259-z
  16. Smallshaw J.E., Firan A., Fulmer J.R. A novel recombinant vaccine which protects mice against ricin intoxication // Vaccine. 2002. Vol. 20. No. 27–28. P. 3422–3427. doi: 10.1016/s0264-410x(02)00312-2
  17. Smallshaw J.E., Richardson J.A., Pincus S. Preclinical toxicity and efficacy testing of RiVax, a recombinant protein vaccine against ricin // Vaccine. 2005. Vol. 23. No. 39. P. 4775–4784. doi: 10.1016/j.vaccine.2005.04.037
  18. Vitetta E.S., Smallshaw J.E., Coleman E. A pilot clinical trial of a recombinant ricin vaccine in normal humans // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. Vol. 103. No. 7. P. 2268–2273. doi: 10.1073/pnas.0510893103
  19. Smallshaw J.E., Richardson J.A., Vitetta E.S. RiVax, a recombinant ricin subunit vaccine, protects mice against ricin delivered by gavage or aerosol // Vaccine. 2007. Vol. 25. No. 42. P. 7459–7469. doi: 10.1016/j.vaccine.2007.08.018
  20. Vitetta E.S., Smallshaw J.E., Coleman E. A pilot clinical trial of a recombinant ricin vaccine in normal humans // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2006. Vol. 103. No. 7. P. 2268–2273. doi: 10.1073/pnas.0510893103
  21. McHugh C.A., Tammariello R.F., Millard СВ., Carra J.H. Improved stability of a protein vaccine through elimination of a partially unfolded state // Protein Sci. 2004. Vol. 13. No. 10. P. 2736–2743. doi: 10.1110/ps.04897904
  22. Olson M.A., Carra J.H., Roxas-Duncan V. Finding a new vaccine in the ricin protein fold // Protein Engineering Design and Selection. 2004. Vol. 17. No. 4. P. 391–397. doi: 10.1093/protein/gzh043
  23. Carra J.H., McHugh C.A., Mulligan S., et al. Fragment-based identification of determinants of conformational and spectroscopic change at the ricin active site // BMC Structural Biology. 2007. Vol. 7. No. 1. P. 72. doi: 10.1186/1472-6807-7-72
  24. Compton J.R., Legler P.M., Clingan B.V., et al. Introduction of a disulfide bond leads to stabilization and crystallization of a ricin immunogen // Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 2011. Vol. 79. No. 4. P. 1048–1060. doi: 10.1002/prot.22933
  25. Smallshaw J.E., Vitetta E.S. Ricin vaccine development // Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2012;357:259–272. doi: 10.1007/82_2011_156
  26. Marconescu P.S., Smallshaw J.E., Pop L.M., et al. Intradermal administration of RiVax protects mice from mucosal and systemic ricin intoxication // Vaccine. 2010. Vol. 28. No. 32. P. 5315–5322. doi: 10.1016/j.vaccine.2010.05.045
  27. McLain D.E., Lewis B.S., Chapman J.L., et al. Protective effect of two recombinant ricin subunit vaccines in the New Zealand white rabbit subjected to a lethal aerosolized ricin challenge: survival, immunological response, and histopathological findings // Toxicological Sciences. 2011. Vol. 126. No. 1. P. 72–83. doi: 10.1093/toxsci/kfr274
  28. McLain D.E., Horn T.L., Detrisac C.J., et al. Progress in biological threat agent vaccine development: A repeat-dose toxicity study of a recombinant ricin toxin A-chain (rRTA) 1-33/44-198 vaccine (RVEc) in male and female New Zealand white rabbits // International Journal of Toxicology. 2011. Vol. 30. No. 2. P. 143–152. doi: 10.1177/1091581810396730
  29. O’Hara J.M., Brey R.N., Mantis N.J. Comparative efficacy of two leading candidate ricin toxin a subunit vaccine in mice // Clin. Vaccine Immunol. 2013. Vol. 20. No. 6. P. 89–794. doi: 10.1128/CVI.00098-13
  30. Vance D.J., Greene C.J., Rong Y., et al. Comparative adjuvant effects of type II heat-labile enterotoxins in combination with two different candidate ricin toxin vaccine antigens // Clin. Vaccine Immunol. 2015. Vol. 22. No. 12. P. 1285–1293. doi: 10.1128/CVI.00402-15
  31. O’Hara J.M., Neal L.M., McCarthy E.A., et al. Folding domains within the ricin toxin A subunit as targets of protective antibodies // Vaccine. 2010. Vol. 28. No. 43. P. 7035–7046. doi: 10.1016/j.vaccine.2010.08.020
  32. Kumar M.S., Karande A.A. A monoclonal antibody to an abrin chimera recognizing a unique epitope on abrin A chain confers protection from abrin-induced lethality // Hum. Vaccin. Immunother. 2016. Vol. 12. P. 124–131. doi: 10.1080/21645515.2015.1067741
  33. Alcalay R. Mapping immunodominant antibody epitopes of abrin // Antibodies. 2020. Vol. 9. No. 2. P. 11. doi: 10.3390/antib9020011
  34. Han Y. A recombinant mutant abrin A chain expressed in E. coli can be used an effective vaccine candidate // Human Vaccin. 2011. Vol. 7. No. 5. P. 838–844. doi: 10.4161/hv.7.8.16258
  35. Wang J., Gao Sh., Zhang T., et al. A recombinant chimeric protein containing B chains of ricin and abrin is an effective vaccine candidate // Human Vaccin. Immunother. 2014. Vol. 10. No. 4. P. 938–944. doi: 10.4161/hv.27870
  36. Wang J, Gao Sh., Xin W., et al. A novel recombinant vaccine protecting mice against abrin intoxication // Human Vaccin. Immunother. 2015. Vol. 11. No. 6. P. 1361–1367. doi: 10.1080/21645515.2015.1008879

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Мясников В.А., Степанов А.В., Митева О.А., Никишин А.С., Гоголевский А.С., Аль-Шехадат Р.И., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 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».