bugorwiki.info
на главную

Обратная вакцинология

Обратная блок-схема вакцинологии

Обратная вакцинология - это усовершенствование вакцинологии, в котором используется биоинформатика, впервые разработанная Рино Раппуоли и впервые использованная против менингококка серогруппы В. С тех пор это использовалось на нескольких других бактериальных вакцинах.

Вычислительный подход

Основная идея обратной вакцинологии заключается в том, что весь патогенный геном может быть подвергнут скринингу с использованием подходов биоинформатики для поиска генов. Некоторые из признаков, за которыми следят гены, которые могут указывать на антигенность, включают гены, которые кодируют белки с внеклеточной локализацией, сигнальные пептиды и эпитопы В-клеток. Затем эти гены отфильтровывают на наличие желательных признаков, которые могут стать хорошими мишенями для вакцин, таких как белки наружной мембраны. Как только кандидаты идентифицированы, они производятся синтетически и проверяются на животных моделях инфекции.

история

После того, как Крейг Вентер опубликовал геном первого свободно живущего организма в 1995 году, геномы других микроорганизмов стали более доступными в конце двадцатого века. Обратная вакцинология, разработка вакцин с использованием секвенированного генома патогена, была основана на этом новом богатстве геномной информации, а также на технологических достижениях. Обратная вакцинология гораздо более эффективна, чем традиционная вакцинация, которая требует выращивания большого количества специфических микроорганизмов, а также обширных лабораторных анализов.

В 2000 году Рино Раппуоли и Институт Дж. Крейга Вентера разработали первую вакцину с использованием обратной вакцинологии против менингококка серогруппы В. Затем институт Дж. Крейга Вентера и другие продолжили работу над вакцинами против A Streptococcus, B Streptococcus, Staphylococcus auereus и Streptococcus pneumoniae.

Обратная вакцинология с менингококком В

Попытки обратной вакцинологии впервые начались с Meningococcus B (MenB). Менингококк В вызвал более 50% менингококкового менингита, и ученым не удалось создать успешную вакцину против патогена из-за уникальной структуры бактерии. Полисахаридная оболочка этой бактерии идентична оболочке самоантигена человека, но ее поверхностные белки сильно различаются; и недостаток информации о поверхностных белках сделал разработку вакцины чрезвычайно сложной. В результате Рино Раппуоли и другие ученые обратились к биоинформатике для разработки функциональной вакцины.

Раппуоли и другие в Институте Дж. Крейга Вентера впервые секвенировали геном MenB. Затем они сканировали секвенированный геном на наличие потенциальных антигенов. Они обнаружили более 600 возможных антигенов, которые были протестированы на экспрессию в Escherichia coli. Наиболее универсально применимые антигены были использованы в прототипах вакцин. Некоторые из них оказались успешно функционирующими у мышей, однако, одни эти белки не эффективно взаимодействовали с иммунной системой человека из-за того, что не вызывали хорошего иммунного ответа для достижения защиты. Позже, путем добавления везикул наружной мембраны, которые содержат липополисахариды из очистки пузырьков на грамотрицательных культурах. Добавление этого адъюванта (ранее идентифицированного с использованием традиционных подходов к вакцинологии) усилило иммунный ответ до требуемого уровня. Позже было доказано, что вакцина безопасна и эффективна для взрослых людей.

Последующее обратное исследование вакцинологии

Во время разработки вакцины MenB ученые приняли те же методы обратной вакцинологии для других бактериальных патогенов. Вакцины против Streptococcus и B Streptococcus были двумя первыми созданными обратными вакцинами. Поскольку эти бактериальные штаммы индуцируют антитела, которые реагируют с человеческими антигенами, вакцины против этих бактерий должны были не содержать гомологий с белками, кодируемыми в геноме человека, чтобы не вызывать побочных реакций, таким образом, устанавливая необходимость обратной вакцинологии на основе генома.

Позднее для разработки вакцин против устойчивых к антибиотикам Staphylococcus aureus и Streptococcus pneumoniae была использована обратная вакцинология.

Плюсы и минусы

Основным преимуществом обратной вакцинологии является быстрое и эффективное обнаружение вакцинных целей. Традиционные методы могут занять десятилетия, чтобы распутать патогены и антигены, болезни и иммунитет. Однако In silico может быть очень быстрым, что позволяет выявлять новые вакцины для тестирования всего через несколько лет. Недостатком является то, что с помощью этого процесса могут быть нацелены только белки. Принимая во внимание, что традиционные подходы к вакцинологии могут найти другие биомолекулярные мишени, такие как полисахариды.

Доступное программное обеспечение

Хотя использование биоинформационных технологий для разработки вакцин стало типичным в последние десять лет, у общих лабораторий часто нет современного программного обеспечения, способного сделать это. Однако растет число программ, делающих информацию об обратной вакцинологии более доступной. NERVE - это одна из относительно новых программ обработки данных. Хотя он должен быть загружен и не включает в себя все предсказания эпитопов, он помогает сэкономить некоторое время, объединяя вычислительные этапы обратной вакцинологии в одну программу. Vaxign, еще более комплексная программа, была создана в 2008 году. Vaxign имеет веб-интерфейс и полностью открытый доступ.

Хотя Vaxign был признан чрезвычайно точным и эффективным, некоторые ученые все еще используют онлайн-программное обеспечение RANKPEP для предсказания пептидных связей. И Vaxign, и RANKPEP используют PSSM (Позиционно-специфические оценочные матрицы) при анализе белковых последовательностей или выравниваний последовательностей.

Проекты по компьютерной биоинформатике становятся чрезвычайно популярными, поскольку они помогают проводить лабораторные эксперименты.

Другие разработки из-за обратной вакцинологии и биоинформатики

  • Обратная вакцинология вызвала повышенное внимание к патогенной биологии.
  • Обратная вакцинология привела к открытию пили у грамположительных патогенов, таких как стрептококк A, стрептококк B и пневмококк. Ранее считалось, что у всех грамположительных бактерий нет пили.
  • Обратная вакцинология также привела к открытию белка, связывающего фактор G, у менингококка, который связывается с фактором H у людей. Связывание с фактором комплемента H позволяет менингококку расти в крови человека, блокируя альтернативные пути. Эта модель не подходит для многих видов животных, которые не имеют того же фактора комплемента H, что и люди, что указывает на дифференциацию менингококка между разными видами.

просмотров: 59