actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2024-9.4.24actabiomedica-4965Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL RESEARCHESПолучение маннанов из клеточных стенок дрожжей Saccharomyces cerevisiae и оценка их адъювантной способности на модели субъединичной вакциныMannans: Obtaining from the cell walls of Saccharomyces cerevisiae yeast and assessing their adjuvant properties in a subunit vaccine modelhttps://orcid.org/0000-0001-9006-8313ЕсинаТ. И.EsinaT. I.

Есина Татьяна Игоревна – научный сотрудник лаборатории получения и анализа биосубстанций отдела разработки технологий и пилотного производства биопрепаратов

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Tatiana I. Esina – Research Officer at the Laboratory of Obtaining and Analyzing Biosubstances, Department of Technology Development and Pilot Production of Biopreparations

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

esina_ti@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5028-5647ВолосниковаЕ. А.VolosnikovaE. A.

Волосникова Екатерина Александровна – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующая лабораторией получения и анализа биосубстанций

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Ekaterina A. Volosnikova – Cand. Sc. (Biol.), Leading Research Officer, Head of the Laboratory of Obtaining and Analyzing Biosubstances

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

volosnikova_ea@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8023-4453ЩербаковД. Н.ShcherbakovD. N.

Щербаков Дмитрий Николаевич – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Dmitry N. Shcherbakov – Cand. Sc. (Biol.), Leading Research Officer, Head of the Laboratory of Immunochemistry

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

dnshcherbakov@gmail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5010-9424ВолковаН. В.VolkovaN. V.

Волкова Наталья Вячеславовна – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории иммунохимии 

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Natalia V. Volkova – Cand. Sc. (Biol.), Research Officer at the Laboratory of Immunochemistry

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

volkova_nv@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0450-5212ЗайковскаяА. В.ZaykovskayaA. V.

Зайковская Анна Владимировна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела «Коллекция микроорганизмов»

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Anna V. Zaykovskaya – Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Department "Collection of Microorganisms"

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

zaykovskaya_av@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1078-7033ШиминаГ. Г.ShiminaG. G.

Шимина Галина Григорьевна – научный сотрудник отдела биологических испытаний

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Galina G. Shimina – Research Officer at the Biological Testing Department

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

shimina_gg@vector.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5026-1602ДаниленкоЕ. Д.DanilenkoE. D.

Даниленко Елена Дмитриевна – кандидат биологических наук, директор Института медицинской биотехнологии

630559, Новосибирская область, р.п. Кольцово

Elena D. Danilenko– Cand. Sc. (Biol.), Director of the Institute of Medical Biotechnology

Koltsovo 630559, Novosibirsk region

danilenko_ed@vector.nsc.ruФБУН «Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» РоспотребнадзораState Scientific Center for Virology and Biotechnology "Vector" of Rospotrebnadzor20242809202494221229Copyright © Есина Т.И., Волосникова Е.А., Щербаков Д.Н., Волкова Н.В., Зайковская А.В., Шимина Г.Г., Даниленко Е.Д., 20242024Есина Т.И., Волосникова Е.А., Щербаков Д.Н., Волкова Н.В., Зайковская А.В., Шимина Г.Г., Даниленко Е.Д.Esina T.I., Volosnikova E.A., Shcherbakov D.N., Volkova N.V., Zaykovskaya A.V., Shimina G.G., Danilenko E.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/4965Обоснование

Обоснование. Полисахариды обладают адъювантными свойствами, биодеградируемы и безопасны, а их производство не отличается трудоёмкостью. В связи с этим получение адъювантов на основе полисахаридов является актуальной задачей.

Цель исследования

Цель исследования. Разработка способа получения маннанов из дрожжей Saccharomyces cerevisiae и исследование их адъювантных свойств на модели субъединичной вакцины.

Материалы и методы

Материалы и методы. Препарат маннанов получали из клеточной стенки дрожжей Saccharomyces cerevisiae методами ферментативного и щелочного гидролиза. Адъювантные свойства исследовали на мышах линии BALB/c. Для иммунизации в качестве антигена использовали рекомбинантный белок RBD (рецептор-связывающий домен поверхностного S-белка коронавируса SARS-CoV-2, вариант B.1.617.2 (Delta)). В качестве антигенов для иммуноферментного анализа при определении титров специфических антител использовали рекомбинантный RBD (варианты (Wuhan-Hu-1) и B.1.617.2 (Delta)) и рекомбинантный спайковый белок (варианты (WuhanHu-1), B.1.617.2 (Delta) и B.1.1.529 (Omicron)). Титр вируснейтрализующих антител определяли реакцией вируснейтрализации с использованием штаммов SARS-CoV-2 Wuhan – hCoV-19/Australia/VIC01/2020 (Wuhan-Hu-1), Delta – hCoV-19/Russia/PSK-2804/2021 (Delta (B.1.617.2)) и Omicron 1 – hCoV-19/ Russia/Moscow171619-031221/2021 (Omicron (B.1.1.529)).

Результаты

Результаты. Разработанная схема позволяет получать до 200 мг препарата маннанов из 10 г клеточного дебриса дрожжей. Двукратная, с интервалом 14 суток, иммунизация RBD в дозе 50 мкг с использованием маннанов в дозах 40 и 10 мкг вызывала наработку специфических антител в титрах от 1:2477330 до 1:188360. Титр нейтрализующих антител для штамма Delta – hCoV-19/Russia/PSK-2804/2021 при использовании маннанов в дозе 40 мкг/мышь составил 1:485. Исследование токсических свойств показало, что полученный препарат относится к группе малотоксичных веществ.

Заключение

Заключение. Разработана схема получения малотоксичного препарата маннанов из дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Наибольшая адъювантная активность достигалась при использовании маннанов в дозе 40 мкг/мышь. Сыворотки, полученные от иммунизированных животных, нейтрализовали как гомологичные, так и гетерологичные штаммы SARS-CoV-2.

Background

Background. Polysaccharides are known to possess adjuvant properties, they are biodegradable, safe, and are of low-labor production. In this regard, the development of polysaccharide-based adjuvants is an urgent task.

The aim

The aim. To develop a method for obtaining mannans from the cell walls of Saccharomyces cerevisiae yeast and to study their adjuvant properties using subunit vaccine model.

Materials and methods

Materials and methods. The preparation of mannans was obtained from the Saccharomyces cerevisiae yeast by enzymatic and alkaline hydrolysis. Its adjuvant properties were assessed in BALB/c mice immunized with the recombinant receptor-binding domain (RBD) of the SARS-CoV-2 (S) protein (Delta (B.1.617.2)). The titers of specific antibodies in the blood sera were determined by ELISA assays using the recombinant RBD (Wuhan-Hu-1 and Delta), and the recombinant (S) protein (Wuhan-Hu-1, Delta and Omicron) as antigens. The titers of virus-neutralizing antibodies were determined using virus-neutralization tests with the SARS-CoV-2 virus strains Wuhan – hCoV19/Australia/VIC01/2020 (Wuhan-Hu-1), Delta – hCoV-19/Russia/PSK-2804/2021 (Delta (B.1.617.2)), and Omicron 1 – hCoV-19/Russia/Moscow171619-031221/2021 (Omicron (B.1.1.529)).

Results

Results. The developed scheme allowed for obtaining up to 200 mg of mannans from 10 g of yeast cell debris. Double, with a two-week interval, immunization with RBD (50 μg) in combination with mannans (40 μg and 10 μg) induced the production of specific antibodies in titers from 1:2477330 to 1:188360. The titer of virus-neutralizing antibodies to the Delta – hCoV-19/Russia/PSK-2804/2021 was 1:485 (40 μg of mannans per mouse).

Conclusions

Conclusions. We developed a scheme for obtaining a low-toxic preparation of mannans from the Saccharomyces cerevisiae yeast. The highest adjuvant activity was achieved when using mannans at the dose of 40 µg per mouse. Blood sera obtained from the immunized animals neutralized both homologous and heterologous SARS-CoV-2 strains.

полисахаридыманнаныадъювантыRBDSARS-CоV-2антителатоксичностьpolysaccharidesmannansadjuvantsRBDSARS-CoV-2antibodiestoxicityРабота выполнена в рамках Государственного задания, тема ГЗ-1/22 «Поиск и фармако-токсикологическое исследование новых вакцинных адьювантов».ReferencesSharma O, Sultan AA, Ding H, Triggle CR. A review of the progress and challenges of developing a vaccine for COVID-19. Front Immunol. 2020; 11: 585354. doi: 10.3389/fimmu.2020.585354Sharma O, Sultan AA, Ding H, Triggle CR. A review of the progress and challenges of developing a vaccine for COVID-19. Front Immunol. 2020; 11: 585354. doi: 10.3389/fimmu.2020.585354Алпатова Н.А., Авдеева Ж.И., Лысикова С.Л., Головинская О.В., Гайдерова Л.А. Общая характеристика адъювантов и механизм их действия (часть 1). БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2020; 20(4): 245-256. doi: 10.30895/2221-996X-2020-20-4245-256Alpatova NA, Avdeeva ZhI, Lysikova SL, Golovinskaya OV, Gayderova LA. General characteristics of adjuvants and their mechanism of action (part 1). BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2020; 20(4): 245-256. (In Russ.). doi: 10.30895/2221-996X-2020-20-4245-256Алпатова Н.А., Авдеева Ж.И., Лысикова С.Л., Головинская О.В., Гайдерова Л.А., Бондарев В.П. Общая характеристика адъювантов и механизм их действия (часть 2). БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2021; 21(1): 20-30. doi: 10.30895/2221-996X2021-21-1-20-30[Alpatova NА, Avdeeva ZhI, Lysikova SL, Golovinskaya OV, Gayderova LA, Bondarev VP. General characteristics of adjuvants and their mechanisms of action (part 2). BIOpreparations. Prevention, Diagnosis, Treatment. 2021; 21(1): 20-30. (In Russ.). doi: 10.30895/2221-996X2021-21-1-20-30Kadam SB, Sukhramani GS, Bishnoi P, Pable AA, Barvkar VT. SARS-CoV-2, the pandemic coronavirus: Molecular and structural insights. J Basic Microbiol. 2021; 61(3): 180-202. doi: 10.1002/jobm.202000537Kadam SB, Sukhramani GS, Bishnoi P, Pable AA, Barvkar VT. SARS-CoV-2, the pandemic coronavirus: Molecular and structural insights. J Basic Microbiol. 2021; 61(3): 180-202. doi: 10.1002/jobm.202000537Arya R, Kumari S, Pandey B, Mistry H, Bihani SC, Das A, et al. Structural insights into SARS-CoV-2 proteins. JMol Biol. 2021; 433(2): 166725. doi: 10.1016/j.jmb.2020.11.024Arya R, Kumari S, Pandey B, Mistry H, Bihani SC, Das A, et al. Structural insights into SARS-CoV-2 proteins. JMol Biol. 2021; 433(2): 166725. doi: 10.1016/j.jmb.2020.11.024Yang J, Wang W, Chen Z, Lu S, Yang F, Bi Z, et al. A vaccine targeting the RBD of the S protein of SARS-CoV-2 induces protective immunity. Nature. 2020; 586(7830): 572-577. doi: 10.1038/s41586-020-2599-8Yang J, Wang W, Chen Z, Lu S, Yang F, Bi Z, et al. A vaccine targeting the RBD of the S protein of SARS-CoV-2 induces protective immunity. Nature. 2020; 586(7830): 572-577. doi: 10.1038/s41586-020-2599-8Chiuppesi F, Salazar MD, Contreras H, Nguyen VH, Martinez J, Park Y, et al. Development of a multi-antigenic SARS-CoV-2 vaccine candidate using a synthetic poxvirus platform. Nat Commun. 2020; 11(1): 6121. doi: 10.1038/s41467-020-19819-1Chiuppesi F, Salazar MD, Contreras H, Nguyen VH, Martinez J, Park Y, et al. Development of a multi-antigenic SARS-CoV-2 vaccine candidate using a synthetic poxvirus platform. Nat Commun. 2020; 11(1): 6121. doi: 10.1038/s41467-020-19819-1Kleanthous H, Silverman JM, Makar KW, Yoon IK, Jackson N, Vaughn DW. Scientific rationale for developing potent RBDbased vaccines targeting COVID-19. NPJ Vaccines. 2021; 6(1): 128. doi: 10.1038/s41541-021-00393-6Kleanthous H, Silverman JM, Makar KW, Yoon IK, Jackson N, Vaughn DW. Scientific rationale for developing potent RBDbased vaccines targeting COVID-19. NPJ Vaccines. 2021; 6(1): 128. doi: 10.1038/s41541-021-00393-6He Y, Yu W, Shen L, Yan W, Xiao L, Qi J, et al. A SARS-CoV-2 vaccine based on conjugation of SARS-CoV-2 RBD with IC28 peptide and mannan. Int J Biol Macromol. 2022; 222(Pt A): 661-670. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.09.180He Y, Yu W, Shen L, Yan W, Xiao L, Qi J, et al. A SARS-CoV-2 vaccine based on conjugation of SARS-CoV-2 RBD with IC28 peptide and mannan. Int J Biol Macromol. 2022; 222(Pt A): 661-670. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.09.180Alving CR, Matyas GR, Torres O, Jalah R, Beck Z. Adjuvants for vaccines to drugs of abuse and addiction. Vaccine. 2014; 32(42): 5382-5389. doi: 10.1016/j.vaccine.2014.07.085Alving CR, Matyas GR, Torres O, Jalah R, Beck Z. Adjuvants for vaccines to drugs of abuse and addiction. Vaccine. 2014; 32(42): 5382-5389. doi: 10.1016/j.vaccine.2014.07.085Danielsson R, Eriksson H. Aluminium adjuvants in vaccines – A way to modulate the immune response. Semin Cell Dev Biol. 2021; 115: 3-9. doi: 10.1016/j.semcdb.2020.12.008Danielsson R, Eriksson H. Aluminium adjuvants in vaccines – A way to modulate the immune response. Semin Cell Dev Biol. 2021; 115: 3-9. doi: 10.1016/j.semcdb.2020.12.008Laera D, HogenEsch H, O’Hagan DT. Aluminum adjuvants – ‘Back to the future’. Pharmaceutics. 2023; 15(7): 1884. doi: 10.3390/ pharmaceutics15071884Laera D, HogenEsch H, O’Hagan DT. Aluminum adjuvants – ‘Back to the future’. Pharmaceutics. 2023; 15(7): 1884. doi: 10.3390/ pharmaceutics15071884Facciolà A, Visalli G, Laganà A, Di Pietro A. An overview of vaccine adjuvants: Current evidence and future perspectives. Vaccines. 2022; 10(5): 819. doi: 10.3390/vaccines10050819Facciolà A, Visalli G, Laganà A, Di Pietro A. An overview of vaccine adjuvants: Current evidence and future perspectives. Vaccines. 2022; 10(5): 819. doi: 10.3390/vaccines10050819Fan J, Jin S, Gilmartin L, Toth I, Hussein WM, Stephenson RJ. Advances in infectious disease vaccine adjuvants. Vaccines. 2022; 10(7): 1120. doi: 10.3390/vaccines10071120Fan J, Jin S, Gilmartin L, Toth I, Hussein WM, Stephenson RJ. Advances in infectious disease vaccine adjuvants. Vaccines. 2022; 10(7): 1120. doi: 10.3390/vaccines10071120Bashiri S, Koirala P, Toth I, Skwarczynski M. Carbohydrate immune adjuvants in subunit vaccines. Pharmaceutics. 2020; 12(10): 965. doi: 10.3390/pharmaceutics12100965Bashiri S, Koirala P, Toth I, Skwarczynski M. Carbohydrate immune adjuvants in subunit vaccines. Pharmaceutics. 2020; 12(10): 965. doi: 10.3390/pharmaceutics12100965Yu W, Shen L, Qi J, Hu T. Conjugation with loxoribine and mannan improves the immunogenicity of Mycobacterium tuberculosis CFP10-TB10.4 fusion protein. Eur J Pharm Biopharm. 2022; 172: 193-202. doi: 10.1016/j.ejpb.2022.02.011Yu W, Shen L, Qi J, Hu T. Conjugation with loxoribine and mannan improves the immunogenicity of Mycobacterium tuberculosis CFP10-TB10.4 fusion protein. Eur J Pharm Biopharm. 2022; 172: 193-202. doi: 10.1016/j.ejpb.2022.02.011Xu Y, Ma S, Zhao J, Chen H, Si X, Huang Z, et al. Mannandecorated pathogen-like polymeric nanoparticles as nanovaccine carriers for eliciting superior anticancer immunity. Biomaterials. 2022; 284: 121489. doi: 10.1016/j.biomaterials.2022.121489Xu Y, Ma S, Zhao J, Chen H, Si X, Huang Z, et al. Mannandecorated pathogen-like polymeric nanoparticles as nanovaccine carriers for eliciting superior anticancer immunity. Biomaterials. 2022; 284: 121489. doi: 10.1016/j.biomaterials.2022.121489Stambas J, Pietersz G, McKenzie I, Cheers C. Oxidised mannan as a novel adjuvant inducing mucosal IgA production. Vaccine. 2002; 20(7-8): 1068-1078. doi: 10.1016/S0264-410X(01)00456-XStambas J, Pietersz G, McKenzie I, Cheers C. Oxidised mannan as a novel adjuvant inducing mucosal IgA production. Vaccine. 2002; 20(7-8): 1068-1078. doi: 10.1016/S0264-410X(01)00456-XДьякон А.В., Хрыкина И.С., Хегай А.А., Дьяченко И.А., Мурашев А.Н., Ивашев М.Н. Метод забора крови у животных. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013; 11(2): 84-85.Dyakon AV, Khrykina IS, Khegai AA, Dyachenko IA, Murashev AN, Ivashev MN. Method of blood sampling in animals. International Journal of Applied and Fundamental Research. 2013; 11(2): 84-85. (In Russ.).Прозоровский В.Б., Прозоровская Н.П., Демченко В.И. Экспресс-метод определения средней эффективной дозы и ее ошибки. Фармакология и токсикология. 1978; 41(4): 497502. [[Prozorovsky VB, Prozorovskaya MP, Demchenko VM. A rapid method for determining the median effective dose and its errors. Farmakologiya I toksikologiya. 1978; 41(4): 497-502. (In Russ.)Оценка токсичности и опасности дезинфицирующих средств: Методические указания МУ 1.2.1105-02. М.; 2002.Evaluation of the toxicity and hazards of disinfectants: Guidelines MU 1.2.1105-02. Moscow; 2002. (In Russ.).Измеров Н.Ф., Саноцкий И.В., Сидоров К.К. Параметры токсикометрии промышленных ядов при однократном воздействии: справочник. М.: Медицина; 1977.Izmerov NF, Sanotskii IV, Sidorov KK. Parameters of toxicometry of industrial poisons with a single exposure: Reference book. Moscow: Meditsina; 1977. (In Russ.).Исаенко Е.Ю., Бабич Е.М., Елисеева И.В., Ждамарова Л.А., Белозерский В.И., Колпак С.А. Адъюванты в современной вакцинологии. Annals of Mechnikov Institute. 2013; (4): 5-21.Isaenko YeYu, Babych YeM, Yelyseyeva IV, Zhdamarova LA, Belozersky VI, Kolpak SA. Adjuvants in modern vaccinology. Annals of Mechnikov Institute. 2013; (4): 5-21. (In Russ.).Stambas J, Pietersz G, McKenzie I, Cheers C. Oxidised mannan as a novel adjuvant inducing mucosal IgA production. Vaccine. 2002; 20(7-8): 1068-1078. doi: 10.1016/s0264410x(01)00456-xStambas J, Pietersz G, McKenzie I, Cheers C. Oxidised mannan as a novel adjuvant inducing mucosal IgA production. Vaccine. 2002; 20(7-8): 1068-1078. doi: 10.1016/s0264410x(01)00456-xFaustino M, Durão J, Pereira CF, Pintado ME, Carvalho AP. Mannans and mannan oligosaccharides (MOS) from Saccharomyces cerevisiae – A sustainable source of functional ingredients. Carbohydr Polym. 2021; 272: 118467. doi: 10.1016/j.carbpol.2021.118467Faustino M, Durão J, Pereira CF, Pintado ME, Carvalho AP. Mannans and mannan oligosaccharides (MOS) from Saccharomyces cerevisiae – A sustainable source of functional ingredients. Carbohydr Polym. 2021; 272: 118467. doi: 10.1016/j.carbpol.2021.118467Huang GL. Extraction of two active polysaccharides from the yeast cell wall. Z Naturforsch C J Biosci. 2008; 63(11-12): 919-921. doi: 10.1515/znc-2008-11-1224Huang GL. Extraction of two active polysaccharides from the yeast cell wall. Z Naturforsch C J Biosci. 2008; 63(11-12): 919-921. doi: 10.1515/znc-2008-11-1224François JM. A simple method for quantitative determination of polysaccharides in fungal cell walls. Nat Protoc. 2006; 1(6): 2995-3000. doi: 10.1038/nprot.2006.457François JM. A simple method for quantitative determination of polysaccharides in fungal cell walls. Nat Protoc. 2006; 1(6): 2995-3000. doi: 10.1038/nprot.2006.457Schiavone M, Vax A, Formosa C, Martin-Yken H, Dague E, François JM. A combined chemical and enzymatic method to determine quantitatively the polysaccharide components in the cell wall of yeasts. FEMS Yeast Res. 2014; 14(6): 933-947. doi: 10.1111/15671364.12182Schiavone M, Vax A, Formosa C, Martin-Yken H, Dague E, François JM. A combined chemical and enzymatic method to determine quantitatively the polysaccharide components in the cell wall of yeasts. FEMS Yeast Res. 2014; 14(6): 933-947. doi: 10.1111/15671364.12182Li J, Karboune S. A comparative study for the isolation and characterization of mannoproteins from Saccharomyces cerevisiae yeast cell wall. Int J Biol Macromol. 2018; 119: 654-661. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.07.102Li J, Karboune S. A comparative study for the isolation and characterization of mannoproteins from Saccharomyces cerevisiae yeast cell wall. Int J Biol Macromol. 2018; 119: 654-661. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.07.102

The authors declare that there are no conflicts of interest present.