WikiDer > Обратная вакцинология

Reverse vaccinology
Схема обратной вакцинологии

Обратная вакцинология это улучшение вакцинология который использует биоинформатику, впервые разработанную Рино Раппуоли и впервые использован против серогруппы B менингококк.[1] С тех пор он использовался в нескольких других бактериальных вакцинах.[2]

Вычислительный подход

Основная идея обратной вакцинологии состоит в том, что патогенный геном можно проверить с помощью биоинформатика подходы к поиску генов. Некоторые черты, по которым отслеживаются гены, могут указывать на антигенность и включать гены, которые кодируют белки с внеклеточная локализация, сигнальные пептиды & В клетка эпитопы.[3] Затем эти гены фильтруются на предмет желаемых атрибутов, которые могут стать хорошими мишенями для вакцины, таких как внешние мембранные белки. После того, как кандидаты идентифицированы, они производятся синтетически и проверяются на животных моделях инфекции.[4]

История

После того, как Крейг Вентер опубликовал геном первого свободноживущего организма в 1995 году, геномы других микроорганизмов стали более доступными в конце двадцатого века. Обратная вакцинология, разработка вакцин с использованием секвенированного генома патогена, возникла на основе этого нового богатства геномной информации, а также технологических достижений. Обратная вакцинология намного более эффективна, чем традиционная вакцинология, которая требует выращивания большого количества конкретных микроорганизмов, а также обширных влажных лабораторных тестов.[нужна цитата]

В 2000 году Рино Раппуоли и Институт Дж. Крейга Вентера разработали первый вакцина с использованием обратной вакцинологии против менингококка серогруппы B. Институт Дж. Крейга Вентера и другие затем продолжили работу над вакцинами против Streptococcus A, Streptococcus B, Staphylococcus aureus и Streptococcus pneumoniae.[5]

Обратная вакцинология с Meningococcus B

Попытки обратной вакцинологии впервые начались с Meningococcus B (MenB). Менингококк B вызвал более 50% менингококкового менингита, и ученые не смогли создать успешную вакцину против этого патогена из-за уникальной структуры бактерии. Полисахаридная оболочка этой бактерии идентична оболочке аутоантигена человека, но ее поверхностные белки сильно различаются; а из-за отсутствия информации о поверхностных белках разработка вакцины была чрезвычайно сложной. В результате Рино Раппуоли и другие ученые обратились к биоинформатике для разработки функциональной вакцины.[5]

Раппуоли и другие на Институт Дж. Крейга Вентера впервые секвенировал геном MenB. Затем они просканировали секвенированный геном на предмет потенциальных антигенов. Они обнаружили более 600 возможных антигенов, которые были протестированы по экспрессии в кишечная палочка. В прототипах вакцин использовались наиболее универсальные антигены. Некоторые из них успешно функционируют на мышах, однако эти белки сами по себе не взаимодействуют эффективно с иммунной системой человека из-за того, что не вызывают хорошего иммунного ответа, необходимого для достижения защиты. Позже, добавлением пузырьков наружной мембраны, содержащих липополисахариды от очистки пузырьков на грамотрицательных культурах. Добавление этого адъюванта (ранее идентифицированного с использованием традиционных подходов вакцинологии) усиливало иммунный ответ до необходимого уровня. Позже было доказано, что вакцина безопасна и эффективна для взрослых людей.[5]

Последующее обратное вакцинологическое исследование

Во время разработки вакцины MenB ученые использовали те же методы обратной вакцинологии для других бактериальных патогенов. А Стрептококк и B Стрептококк вакцины были двумя из первых созданных обратных вакцин. Поскольку эти бактериальные штаммы индуцируют антитела, которые вступают в реакцию с человеческими антигенами, вакцины для этих бактерий не должны содержать гомологий с белками, закодированными в геноме человека, чтобы не вызывать побочные реакции, что создает необходимость в геномной обратной вакцинологии.[5]

Позже обратная вакцинология была использована для разработки вакцин против устойчивых к антибиотикам Staphylococcus aureus и Streptococcus pneumoniae. [5]

За и против

Основным преимуществом обратной вакцинологии является быстрый и эффективный поиск мишеней для вакцины. Традиционным методам могут потребоваться десятилетия, чтобы выявить патогены и антигены, заболевания и иммунитет. Тем не мение, In silico может быть очень быстрым, что позволит идентифицировать новые вакцины для тестирования всего за несколько лет.[6] Обратной стороной является то, что с помощью этого процесса можно воздействовать только на белки. Принимая во внимание, что традиционные подходы вакцинологии могут найти другие биомолекулярные мишени, такие как полисахариды.

Доступное программное обеспечение

Хотя использование биоинформационных технологий для разработки вакцин стало обычным явлением в последние десять лет, в обычных лабораториях часто нет передового программного обеспечения, которое могло бы это сделать. Однако растет число программ, делающих более доступной информацию по обратной вакцинологии. NERVE - относительно новая программа обработки данных. Хотя он должен быть загружен и не включает все предсказания эпитопов, он помогает сэкономить время, объединив вычислительные этапы обратной вакцинологии в одну программу. Vaxign, еще более обширная программа, была создана в 2008 году. Vaxign является веб-версией и полностью общедоступен.[7]

Хотя Vaxign оказался чрезвычайно точным и эффективным, некоторые ученые все еще используют онлайн-программное обеспечение RANKPEP для прогнозов пептидных связей. И Vaxign, и RANKPEP используют PSSM (матрицы оценки положения) при анализе последовательностей белков или выравниваний последовательностей.[8]

Проекты в области компьютерной биоинформатики становятся чрезвычайно популярными, поскольку они помогают направлять лабораторные эксперименты.[9]

Другие разработки из-за обратной вакцинологии и биоинформатики

  • Обратная вакцинология вызвала повышенное внимание к патогенной биологии.[5]
  • Обратная вакцинология привела к обнаружению пилей у грамположительных патогенов, таких как стрептококк A, стрептококк B и пневмококк. Раньше считалось, что все грамположительные бактерии не имеют пилей.[5]
  • Обратная вакцинология также привела к открытию белка, связывающего фактор G, у менингококков, который связывается с фактором комплемента 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 менингококков между разными видами.[5]

Рекомендации

  1. ^ Пицца и др. Идентификация вакцин-кандидатов против менингококка серогруппы B с помощью полногеномного секвенирования Наука 2000 287:1816-1820
  2. ^ Раппуоли, Рино. Обратная вакцинология Текущее мнение в микробиологии 2000, 3:445–450
  3. ^ CH Woelk, et al. «Улучшение обратной вакцинологии с помощью подхода машинного обучения». Вакцина 29, вып. 45 (н.о.): 8156-8164. Индекс научного цитирования, EBSCOhost (по состоянию на 30 сентября 2012 г.).
  4. ^ Михалик, М., Джаханшири, Б., Лео, Дж. К., и Линке, Д. (2016). Обратная вакцинология: путь от предсказаний геномов и эпитопов к адаптированным рекомбинантным вакцинам. Методы молекулярной биологии, 1403, 87–106. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-3387-7_4
  5. ^ а б c d е ж грамм час Алессандро С., Рино Р. Обзор: Обратная вакцинология: разработка вакцин в эпоху геномики. Иммунитет [сериал онлайн]. н.о .; 33: 530-541. Доступно по адресу: ScienceDirect, Ипсвич, Массачусетс. Доступ 30 сентября 2012 г.
  6. ^ Rappuoli, R. & A. Aderem. 2011. Видение вакцины против ВИЧ, туберкулеза и малярии на 2020 год. Природа 473: 463.
  7. ^ He Y, Xiang Z, Mobley H. Vaxign: первая веб-программа по разработке вакцин для обратной вакцинологии и приложений для разработки вакцин. Журнал биомедицины и биотехнологии [серия онлайн]. 2010; Доступно по адресу: CINAHL Plus с полным текстом, Ипсвич, Массачусетс. Доступ 30 сентября 2012 г.
  8. ^ Reche PA, Glutting JP и Reinherz EL. Прогнозирование пептидов, связывающих MHC класса I, с использованием профильных мотивов. Human Immunology 63, 701-709 (2002).
  9. ^ Сандро В., Дженнифер Л. Г., Франческо Ф. и др. Обзор: Компьютерная биотехнология: от иммуноинформатики к обратной вакцинологии. Тенденции в биотехнологии [сериал онлайн]. н.о .; 26: 190-200. Доступно по адресу: ScienceDirect, Ипсвич, Массачусетс. Доступ 30 сентября 2012 г.