Attenuation markers of cold-adapted SARS-CoV-2 variants

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

BACKGROUND: Unprecedented anti-epidemic measures and the widespread use of vaccines against COVID-19 have reduced the rate of hospitalization and mortality from the disease, but have not stopped the SARS-CoV-2 pandemic spread. The development of live vaccines against COVID-19, capable of providing the formation of a long-term humoral and cellular immune response and cross-protection against new SARS-CoV-2 variants of concern, is relevant. Previously at the I.I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera SARS-CoV-2 cold-adapted (ca, cold-adapted) variants were obtained. This work is aimed to search for methodological approaches that allow in vitro screening studies to assess the attenuation (att) phenotype of ca SARS-CoV-2 variants.

MATERIALS AND METHODS: The SARS-CoV-2 laboratory strain Dubrovka and its variants were cultured in Vero and Calu-3 cells. Quantitation of the virus was carried out by titration in Vero cells and by real-time RT-PCR. The attenuation (att) phenotype of SARS-CoV-2 variants was determined on an animal model of COVID-19 on Syrian hamsters.

RESULTS: In experiments on Syrian hamsters, the presence of the att phenotype in the ca variants of the virus was established. Animals infected with virus ca variants had significantly less weight lost, had less viral load in the lungs and brain and less pronounced pathological changes in the lungs compared to infection with the virulent strain. In vitro experiments on Vero and Calu-3 cells revealed probable attenuation markers of the virus ca variants for syrian hamsters: (1) ability to reproduce at low temperature (ca phenotype); (2) inability to reproduce at 39 °C (ts phenotype); (3) changes in the species and tissue specificity of the virus.

CONCLUSIONS: The developed methodological approaches to the identification of SARS-CoV-2 attenuation markers are a valuable tool for monitoring the stability of the phenotype of candidate vaccine strains.

About the authors

Anastasiia V. Gracheva

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Author for correspondence.
Email: anastasiia.gracheva.95@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8428-4482

Junior Research Associate, Laboratory of Molecular Virology, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Ekaterina R. Korchevaya

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: c.korchevaya@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6417-3301
Scopus Author ID: 57225930677

Junior Research Associate, Laboratory of Molecular Virology, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Roman V. Samoilikov

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: roma_sam78@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6405-1390

Junior Research Associate, Laboratory of Molecular Immunology, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Daria I. Smirnova

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: daria.sm.1995@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7325-0834

Junior Research Associate, Laboratory of Molecular Virology, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Irina А. Leneva

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: wnyfd385@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7755-2714

Dr. Sci. (Biol.), Head of Experimental Virology Laboratory, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Artem A. Poromov

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: poromov@instmech.ru
ORCID iD: 0000-0002-2004-3935
Scopus Author ID: 56636881200

Senior Research Associate of Experimental Virology Laboratory, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Andrey А. Pankratov

National Medical Research Radiological Center

Email: andreimnioi@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7291-9743
Scopus Author ID: 7006145091

Cand. Sci. (Biol.), Head of Microsurgical Department, Hertzen Moscow Oncological Institute

Russian Federation, Moscow

Galina V. Trunova

National Medical Research Radiological Center

Email: gtrunovamnioi@mail.ru

Cand. Sci. (Biol.), Senior Research Associate, Department of Experimental Pharmacology and Toxicology, Hertzen Moscow Oncological Institute

Russian Federation, Moscow

Varvara А. Khokhlova

National Medical Research Radiological Center

Email: nostocus@yandex.ru

Junior Research Associate, Department of Experimental Pharmacology and Toxicology, Hertzen Moscow Oncological Institute

Russian Federation, Moscow

Firaya G. Nagieva

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8204-4899
Scopus Author ID: 6701793390

MD, Dr. Sci. (Med.), Assistant Professor, Head of the Laboratory of Hybrid Cell Cultures, Department of Virology

Russian Federation, Moscow

Oksana А. Svitich

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: svitichoa@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1757-8389

MD, Dr. Sci. (Med.), Professor, Corresponding Member of RAS, Head of Molecular Immunology Laboratory, Director

Russian Federation, Moscow

Vitaly V. Zverev

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: vitalyzverev@outlook.com
ORCID iD: 0000-0001-5808-2246

Dr. Sci. (Biol.), Professor, Academician of the RAS, Scientific Director

Russian Federation, Moscow

Evgeny В. Faizuloev

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: faizuloev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7385-5083
Scopus Author ID: 23472535800

Cand. Sci. (Biol.), Head of Molecular Virology Laboratory, Department of Virology

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Gómez-Carballa A, Pardo-Seco J, Bello X, et al. Superspreading in the emergence of COVID-19 variants. Trends Genet. 2021;37(12):1069–1080. doi: 10.1016/j.tig.2021.09.003
  2. Nikonova AA, Faizuloev EB, Gracheva AV, et al. Genetic diversity and evolution of the biological features of the pandemic SARS-CoV-2. Acta Naturae. 2021;13(3):77–88. doi: 10.32607/actanaturae.11337
  3. Choi JY, Smith DM. SARS-CoV-2 variants of concern. Yonsei Med J. 2021;62(11):961–968. doi: 10.3349/ymj.2021.62.11.961
  4. Dupont L, Snell LB, Graham C, et al. Neutralizing antibody activity in convalescent sera from infection in humans with SARS-CoV-2 and variants of concern. Nat Microbiol. 2021;6(11):1433–1442. doi: 10.1038/s41564-021-00974-0
  5. Tao K, Tzou PL, Nouhin J, et al. The biological and clinical significance of emerging SARS-CoV-2 variants. Nat Rev Genet. 2021;22(12):757–773. doi: 10.1038/s41576-021-00408-x
  6. Saito A, Irie T, Suzuki R, et al. Enhanced fusogenicity and pathogenicity of SARS-CoV-2 Delta P681R mutation. Nature. 2022;602(7896):300–306. doi: 10.1038/s41586-021-04266-9
  7. Bowen JE, Sprouse KR, Walls AC, et al. Omicron BA.1 and BA.2 neutralizing activity elicited by a comprehensive panel of human vaccines. bioRxiv. 2022. doi: 10.1101/2022.03.15.484542
  8. Fajzuloev EB, Gracheva AV, Korchevaja ER, et al. Poluchenie i harakteristika holodoadaptirovannogo shtamma koronavirusa SARS-CoV-2. In: Modern immunoprophylaxis: challenges, opportunities, prospects: Abstracts of the All-Russian scientific and practical conference with international participation (October 7–8, 2021). Moscow; 2021. P. 79. (In Russ.)
  9. Gracheva AV, Korchevaya ER, Kudryashova AM, et al. Adaptation of the MTT assay for detection of neutralizing antibodies against the SARS-CoV-2 virus. Journal of microbiology, epidemiology and immunobiology. 2021;98(3)253–265. (In Russ.). doi: 10.36233/0372-9311-136
  10. Ramakrishnan MA. Determination of 50% endpoint titer using a simple formula. World J Virol. 2016;5(2):85–86. doi: 10.5501/wjv.v5.i2.85
  11. Chan JF, Yip CC, To KK, et al. Improved molecular diagnosis of COVID-19 by the novel, highly sensitive and specific COVID-19-RdRp/Hel real-time reverse transcription-PCR assay validated in vitro and with clinical specimens. J Clin Microbiol. 2020;58(5):e00310–20. doi: 10.1128/JCM.00310-20
  12. Maassab HF, DeBorde DC. Development and characterization of cold-adapted viruses for use as live virus vaccines. Vaccine. 1985;3(5):355–369. doi: 10.1016/0264-410x(85)90124-0
  13. Alexandrova GI, Smorodinstev AA. Obtaining of an additionally attenuated vaccinating cryophil influenza strain. Revue Roumaine d’Inframicrobiologie. 1965;2(3):179–186.
  14. Ghendon YZ, Polezhaev FI, Lisovskaya KV, et al. 1984. Recombinant cold-adapted attenuated influenza A vaccines for use in children: molecular genetic analysis of the cold-adapted donor and recombinants. Infect Immun. 1984;44(3):730–733. doi: 10.1128/IAI.44.3.730-733.1984
  15. Maassab HF. Adaptation and growth characteristics of influenza virus at 25 degrees c. Nature. 1967;213(5076):612–614. doi: 10.1038/213612a0
  16. Rudenko LG, Slepushkin AN, Monto AS, et al. Efficacy of live attenuated and inactivated influenza vaccines in schoolchildren and their unvaccinated contacts in Novgorod, Russia. J Infect Dis. 1993;168(4):881–887. doi: 10.1093/infdis/168.4.881
  17. Lu X, Edwards LE, Desheva JA, et al. Cross-protective immunity in mice induced by live-attenuated or inactivated vaccines against highly pathogenic influenza A (H5N1) viruses. Vaccine. 2006;24(44–46):6588–6593. doi: 10.1016/j.vaccine.2006.05.039
  18. Seo SH, Jang Y. Cold-adapted live attenuated SARS-Cov-2 vaccine completely protects human ACE2 transgenic mice from SARS-Cov-2 infection. Vaccines (Basel). 2020;8(4):584. doi: 10.3390/vaccines8040584
  19. Okamura S, Ebina H. Could live attenuated vaccines better control COVID-19? Vaccine. 2021;39(39):5719–5726. doi: 10.1016/j.vaccine.2021.08.018
  20. Tsfasman TM, Markushin SG, Akopova II, Ghendon YZ. Molecular mechanisms of reversion to the ts+ (non-temperature-sensitive) phenotype of influenza A cold-adapted (ca) virus strains. J Gen Virol. 2007;88(Pt 10):2724–2729. doi: 10.1099/vir.0.83014-0
  21. Ammour Y, Faizuloev E, Borisova T, et al. Quantification of measles, mumps and rubella viruses using real-time quantitative TaqMan-based RT-PCR assay. J Virol Methods. 2013;187(1):57–64. doi: 10.1016/j.jviromet.2012.09.011
  22. Landgraf G, Desheva YA, Rudenko LG. Evaluation of influenza A and B cold-adapted reassortant virus reproduction in trivalent live influenza vaccines. Virus Res. 2021;300:198396. doi: 10.1016/j.virusres.2021.198396

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Weight of hamsters infected intranasally with SARS-CoV-2 variants. K — uninfected hamsters. Mean ± SD. Post Hoc Tukey HSD: ** p < 0,001, * p < 0,01, compared with a group infected with the Dubrovka variant

Download (149KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Virus distribution in the lungs and brain of hamsters, 4th day after challenge: a — the viral RNA concentration; b — virus titer. D — Dubrovka strain; ca-B4 — Dubrovka-ca-B4 variant; ca-D2 — Dubrovka-ca-D2 variant; K — uninfected hamsters; n/d — not detected. Median ± interquantile range (n = 4). Post-hoc Dunn’s test with Holm-Bonferroni correction: * p < 0.01, ** p < 0.05, *** p > 0.05

Download (176KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Reproduction rate of SARS-CoV-2 variants in Vero cells on day 3 p.i. (39 °C, MOI 0.001): a — the concentration of viral RNA; b —virus titer. D — Dubrovka strain; ca-B4 — Dubrovka-ca-B4 variant; ca-D2 — Dubrovka-ca-D2 variant; K — uninfected hamsters; n/d — not detected. Data from two independent experiments; threshold value of detection methods: Titration — 1.0 lg TCID50/ml, real-time RT-PCR — 3.0 lg RNA copies/ml

Download (148KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The concentration of viral RNA in Calu-3 and Vero cells infected with SARS-CoV-2 variants on day 3 of p. i. (MOI 0.001). D — Dubrovka strain (2nd passage); ca-B4 — Dubrovka-ca-B4 variant; ca-D2 — Dubrovka-ca-D2 variant; D-37 — Dubrovka-37 variant. Data from two independent experiments; the threshold value for the real-time RT-PCR is 3.0 lg RNA copies/ml

Download (107KB)
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».