Optimization of purification conditions and study of antigenic properties of recombinant nucleocapsid protein of different SARS-CoV-2 strains

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: In the context of the constant manifestation of new SARS-CoV-2 strains and the need to determine the immunogenicity of new variants of antiviral vaccines, it is necessary to create diagnostic test systems based on conservative viral proteins. The SARS-CoV-2 nucleocapsid protein can be considered as a candidate antigen. However, the relevance of existing test systems based on it for determining the titer of antibodies produced in response to infection by recently emerging strains is unknown.

AIM: The goal is to optimize the conditions for obtaining recombinant N proteins of various SARS-CoV-2 strains and to analyze the possibility of creating ELISA test systems based on them.

MATERIALS AND METHODS: Bacterial strains producing N proteins were obtained by amplifying the corresponding genes and ligating them into the pETDuet-1 expression vector. Expression was induced at 20 or 37°C for 1, 2, 4, or 20 h using inducer (IPTG) concentrations of 0.1 mM or 0.5 mM with or without the addition of 3% ethanol. Proteins were purified from biomass by metal affinity chromatography and used as antigens for the detection of antiviral antibodies by ELISA.

RESULTS: It was found that the concentration of the inductor sufficient for the expression of recombinant proteins is 0.1 mM, the induction time is 1 h, and the required temperature is 37 °C. The influence of the presence of ethanol as an expression-stimulating reagent was not revealed. When determining the titers of antiviral antibodies using the obtained proteins, cross-reactivity of serums of COVID-19 convalescents was established regarding to antigens of various SARS-CoV-2 strains.

CONCLUSIONS: The possibility of effective induction of protein synthesis at a minimum concentration of the inducer and cultivation time indicates the economy of its production, and antigen recognition by antiviral antibodies indicates a native structure. Cross-reactivity of the blood sera of convalescents indicates the slow character of the evolution of the antigenic properties of the SARS-CoV-2 N protein. Thus, the purified proteins can be used as a basis for development of diagnostic test systems.

About the authors

Alexandra Ya. Rak

Institute of Experimental Medicine

Author for correspondence.
Email: rak.ay@iemspb.ru
ORCID iD: 0000-0001-5552-9874

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Associate of Laboratory of Immunology and Prophylaxis of Viral Infections of Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

Svetlana A. Donina

Institute of Experimental Medicine

Email: sveta.donina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6502-8341
Scopus Author ID: 6602276916

MD, Cand. Sci. (Med.), Senior Research Associate of Laboratory of Immunology and Prophylaxis of Viral Infections of Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

Irina N. Isakova-Sivak

Institute of Experimental Medicine

Email: isakova.sivak@iemspb.ru
ORCID iD: 0000-0002-2801-1508
SPIN-code: 3469-3600
Scopus Author ID: 23973026600

Dr. Sci. (Biol.), Head of Laboratory of Immunology and Prevention of Viral Infections, A.A. Smorodintsev Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

Larisa G. Rudenko

Institute of Experimental Medicine

Email: vaccine@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-0107-9959
SPIN-code: 4181-1372
Scopus Author ID: 7005033248

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Head of the A.A. Smorodintsev Department of Virology

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Wang C, Horby PW, Hayden FG, Gao GF. A novel coronavirus outbreak of global health concern. Lancet. 2020;395(10223):470–473. doi: 10.1016/S0140-6736(20)30185-9
  2. Worldometer of COVID-19 Coronavirus Pandemic [Internet]. Available from: https://www.worldometers.info/coronavirus. Accessed: May 10, 2022.
  3. Amanat F, Stadlbauer D, Strohmeier S, et al. A serological assay to detect SARS-CoV-2 seroconversion in humans. Nat Med. 2020;26(7):1033–1036. doi: 10.1038/s41591-020-0913-5
  4. Zhou P, Yang XL, Wang XG, et al. A pneumonia outbreak associated with a new coronavirus of probable bat origin. Nature. 2020;579(7798):270–273. doi: 10.1038/s41586-020-2012-7
  5. Bessa LM, Guseva S, Camacho-Zarco AR, et al. The intrinsically disordered SARS-CoV-2 nucleoprotein in dynamic complex with its viral partner nsp3a. Sci Adv. 2022;8(3):eabm4034. doi: 10.1126/sciadv.abm4034
  6. Gonzalez Lopez Ledesma MM, Sanchez L, Ojeda DS, et al. Longitudinal study after Sputnik V vaccination shows durable SARS-CoV-2 neutralizing antibodies and reduced viral variant escape to neutralization over time. mBio. 2022;13(1):e0344221. doi: 10.1128/mbio.03442-21
  7. Korobova ZR, Zueva EV, Arsentieva NA, et al. Changes in Anti-SARS-CoV-2 IgG subclasses over time and in association with disease severity. Viruses. 2022;14(5):941. doi: 10.3390/v14050941
  8. Meschi S, Colavita F, Bordi L, et al. Performance evaluation of Abbott ARCHITECT SARS-CoV-2 IgG immunoassay in comparison with indirect immunofluorescence and virus microneutralization test. J Clin Virol. 2020;129:104539. doi: 10.1016/j.jcv.2020.104539
  9. Bořecká K, Jamriková V, Sojka P, et al. Measurement of anti-SARS-CoV-2 antibodies nucleocapsid versus spike, ECLIA versus ELISA. Klin Biochem Metab. 2021;29(1):19–24.
  10. Zhao J, Yuan Q, Wang H, et al. Antibody responses to SARS-CoV-2 in patients of novel coronavirus disease 2019. Clin Infect Dis. 2020;17(16):2027–2034. doi: 10.1093/cid/ciaa344
  11. Meyer B, Drosten C, Müller MA. Serological assays for emerging coronaviruses: challenges and pitfalls. Virus Res. 2014;194:175–183. doi: 10.1016/j.virusres.2014.03.018
  12. Magazine N, Zhang T, Wu Y, et al. Mutations and evolution of the SARS-CoV-2 spike protein. Viruses. 2022;14(3):640. doi: 10.3390/v14030640
  13. Chhetri G, Kalita P, Tripathi T. An efficient protocol to enhance recombinant protein expression using ethanol in Escherichia coli. MethodsX. 2015;2:385–391. doi: 10.1016/j.mex.2015.09.005

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure. SDS-PAGE analysis: a — of inductor concentration and induction time effects on the intensity of N protein expression of the Wuhan strain (lane 1 — 0.1 mM IPTG, lane 2 — 0.5 mM IPTG); b — of ethanol addition effects on the induction of expression of N proteins; c — of purified N proteins; d — SARS-CoV-2 virus-specific IgG antibody titers measured in ELISA based on recombinant N proteins. The data are given as mean values ± standard error means showed by error bars. IPTG — isopropylthiogalactoside; c — control samples without induction. * p < 0.001

Download (480KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Eco-Vector



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».