Molecular Solutions for Plant Virus-Like Particles Based Vaccine Generation

Abstract

Subvienību vakcīnu attīstība ar ģenētiskās inženierijas metodēm būtiski atvieglo vakcīnu konstruēšanas procesu, jo ļauj izvietot uz vīrusveidīgo daļiņu (VLP) virsmas lielu skaitu antigēna molekulu, nodrošinot vakcīnām nozīmīgo multiplicitāti, kas savukārt ir nozīmīga spēcīgās imunūnatbildes izraisīšanā. VLP ir pašsavākties spējīgas proteīnu struktūras, kas sastāv no vīrusa ārējā apvalka, kas ir identiska vīrusa dabiskajai uzbūvei, bet nesatur savu genomu, kas atbildīgs par spēju replicēties un inficēt saimniekorganismu. Lielā līdzība ar dabīgajiem vīrusiem ļauj VLP uzrādīt humorālo un šūnu radīto imūno atbildi, uzrādot B šūnu aktivitāti un augsta titra antivielu ražošanu, ko pastiprina uz VLP virsmas eksponēti, strukturēti un atkārtoti aminoskābju motīvi. Šīs īpašības padara VLP par ideālu vakcīnu kandidātu. Augu VLP izmantošanai vakcīnu veidošanā ir vairākas pozitīvas iezīmes – augu VLP var izmantojot vienu nesēju dažādās vakcīnās, jo zīdītāju organismā nav iepriekš eksistējošas imunitātes pret šiem vīrusiem. Mūsdienās tikai dažu augu VLP imunoloģiskās īpašības ir izprastas un definētas, līdz ar to veiksmīgai šo objektu izmantošanai vakcinoloģijā nepieciešams konstruēt un pārbaudīt jaunas augu VLP, ko būtu iespējams savstarpēji salīdzināt, izdarot secinājumus par to imunoloģisko aktivitāti zīdītāju organismā. Pētījuma gaitā tika izveidotas vairākas uz augu VLP balstītas baktēriju platformas antigēnu prezentācijas spēju novērtēšanai, salīdzinot dažādus antigēnu saturošus augu VLP kandidātus (no Bromovirus, Potyvirus un Tymovirus ģintīm) ar dažādām morfoloģiskām formām (filamentiem un ikosaedriem), mēģinot novērtēt imunoloģiski veiksmīgāko antigēna prezentācijas veidu. Pirmkārt, tika izveidoti vairāki augu VLP varianti ar atšķirīgām morfoloģiskām formām, izmantojot dažādus antigēnu ievietošanas paņēmienus, kas ietvēra ģenētiskās, ķīmiskās, enzimātiskās un fizikālās metodes. Otrkārt, tika izveidoti modificēti augu VLP, ievietojot galveno kaķu alergēnu Fel d 1 kā modeļa antigēnu uz VLP virsmas, tālāk pārbaudot to imunogenitāti peļu modeļos. Pēc tam imunoloģiskie dati tika iegūti, imunizējot peles un novērtējot dažādus parametrus, tostarp kopējo antivielu titru, antivielu apakšklašu sadalījumu, aviditāti vai specifisko antivielu klātbūtni un dažos gadījumos šo VLP ieplūšanas ātrumu limfmezglos. Šie pētījumi ir veiksmīgi apstiprinājuši augu VLP nozīmīgo potenciālu jaunu vakcīnu izstrādē. Atslēgas vārdi: VLP, vakcīnas, CCMV, PVY, EMV, tetanusa toksīns, Fel d 1

The development of subunit vaccines with genetic engineering methods significantly facilitates the process of vaccine construction, as it allows placing a large number of antigen molecules on the surface of virus-like particles (VLP). Such approach provides the important multiplicity vaccines require, which is important in triggering strong immune responses. VLPs are self-assembling protein structures consisting of the outer layer of the virus that mimics the natural configuration of the virus, but does not contain its own genome, which is responsible for the viral replication and infection. The high similarity to native virus allows VLPs to elicit humoral and cell-mediated immune responses, exhibiting B cell activity and high-titer antibody production enhanced by exposed, structured and repetitive amino acid motifs on the surface of VLPs. These properties make VLPs an ideal vaccine candidate. The use of plant VLPs in the creation of vaccines has several positive features - plant VLPs can be used as one carrier in different vaccines, since the mammalians do not have pre-existing immunity against these viruses. Nowadays, the immunological properties of only some plant VLPs are understood and defined, therefore, for the successful use of these objects in vaccinology, it is necessary to construct and test new plant VLPs, which would be possible to compare with each other, drawing conclusions about their immunological activity in the mammalian body. In the course of the research, several bacterial platforms based on plant VLPs were created for the evaluation of antigen presentation capabilities by comparing different antigen-containing plant VLP candidates (from the genera Bromovirus, Potyvirus and Tymovirus) with different morphological forms (filaments and icosahedrons), trying to evaluate the most immunologically successful form of antigen presentation. First, various variants of plant VLPs with distinct morphological forms were generated using different antigen incorporation methods, which included genetic, chemical, enzymatic, and physical approaches. Second, modified plant VLPs were constructed, incorporating the major cat allergen Fel d 1 as a model antigen. Various methods of antigen presentation on the VLP surface were then tested in murine models. Immunological data were then obtained by immunizing the mice and assessing various parameters, including total antibody titer, antibody subclass distribution, the avidity or presence of specific antibodies, and, in some cases, the dispersion flow of these VLPs in the lymph nodes. These studies have successfully confirmed the significant potential of plant VLPs in the development of new vaccines. Key words: VLP, vaccines, CCMV, PVY, EMV, tetanus toxoid, Fel d 1