Получение маннанов из клеточных стенок дрожжей Saccharomyces cerevisiae и оценка их адъювантной способности на модели субъединичной вакцины

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

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. 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. 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.

1. Sharma 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.2020.585354

2. Алпатова 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-2020-20-4245-256

3. Алпатова 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

4. Kadam 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.202000537

5. Arya 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.2020.11.024

6. Yang 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/s41586-020-2599-8

7. Chiuppesi 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/s41467-020-19819-1

8. Kleanthous 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/s41541-021-00393-6

9. He 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.2022.09.180

10. Alving 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.2014.07.085

11. Danielsson 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.2020.12.008

12. Laera D, HogenEsch H, O’Hagan DT. Aluminum adjuvants – ‘Back to the future’. Pharmaceutics. 2023; 15(7): 1884. doi: 10.3390/ pharmaceutics15071884

13. Facciolà 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/vaccines10050819

14. Fan 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/vaccines10071120

15. Bashiri S, Koirala P, Toth I, Skwarczynski M. Carbohydrate immune adjuvants in subunit vaccines. Pharmaceutics. 2020; 12(10): 965. doi: 10.3390/pharmaceutics12100965

16. Yu 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.2022.02.011

17. Xu 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.2022.121489

18. 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/S0264-410X(01)00456-X

19. Дьякон 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.

20. 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. [

21. Оценка токсичности и опасности дезинфицирующих средств: Методические указания МУ 1.2.1105-02. М.; 2002.

22. Измеров Н.Ф., Саноцкий И.В., Сидоров К.К. Параметры токсикометрии промышленных ядов при однократном воздействии: справочник. М.: Медицина; 1977.

23. 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.

24. 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-x

25. Faustino 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.2021.118467

26. Huang 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-2008-11-1224

27. François JM. A simple method for quantitative determination of polysaccharides in fungal cell walls. Nat Protoc. 2006; 1(6): 2995-3000. doi: 10.1038/nprot.2006.457

28. Schiavone 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: 10.1111/15671364.12182

29. Li 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