Email this article 
INVESTIGATING ANTIGENIC FEATURES OF THE SARS-COV-2 ISOLATED IN RUSSIAN FEDERATION IN 2021-2022 BY HYPERIMMUNE MOUSE SERUM NEUTRALISATION
- Authors: Zaykovskaya A.V.1, Evseenko V.A.1, Olkin S.Е.1, Pyankov O.V.1
-
Affiliations:
- Federal Budgetary Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being
- Section: ORIGINAL ARTICLES
- URL: https://iimmun.ru/iimm/article/view/1998
- DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-IAF-1998
Cite item
Full Text
Abstract
Introduction. Despite mass vaccination against the SARS-CoV-2 coronavirus, people in many countries worldwide continue to experience multiple pandemic outbreaks of the disease. Adaptive mutations in the viral genome may alter the pathogenic potential of the virus, affect the ability of the virus to escape immune system response and complicate the development of antiviral vaccines. Data on the neutralizing activity of sera obtained against previously circulating genetic variants of the virus in relation to the current SARS-CoV-2 strains may serve as a scientific basis for vaccine production. The aim of this work was to study cross-reactivity of SARS-CoV-2 coronavirus strains belonging to different genetic variants, which were isolated in the territory of the Russian Federation during 2020-2022 in the neutralization reaction using mouse hyperimmune sera. Materials and methods. Ten SARS-CoV-2 coronavirus strains belonging to different genetic variants (three non-VOC strains, alpha, beta, gamma, delta, delta+AY, omicron 1 and omicron 2) used in this work. BALBc mice immunized with inactivated concentrated antigen mixed with a 1:1 adjuvant, which was a virus-like immunostimulatory complex based on Quillaja soaponaria saponins (Quillaja saponaria). The antibody titer was determined in the neutralization reaction. Results. A decrease in the neutralizing ability of antibodies specific to viruses no VOC was shown to the beta variant and to a lesser extent to alpha and gamma variants. Neutralizing activity of sera specific to the delta variant against alpha and beta variants is reduced 4 -fold.Neutralizing activity of sera obtained to omicron variants 1 and 2 was reduced 18-fold with respect to the Wuhan variant, 12-fold for the gamma variant, and more than 30-fold for the delta variants; for the other variants it was even lower. Conclusions. The results obtained indicate the presence of cross-reactivity between strains of coronavirus belonging to genetic lines Wuhan, alpha, beta, gamma, it is weaker for delta variants. Mutations in the genome of the omicron variants resulted in a significant decrease in antigenic cross-reaction with earlier genetic variants of the coronavirus. The results obtained explain the low efficacy of vaccines based on the Wuhan strain, synthetic immunogens, and recombinant proteins based on it against omicron variants, which have caused an increase in the incidence of disease since early 2022, as well as cases of re-infection of people when infected with new genetic variants of coronavirus.
Full Text
Введение
Несмотря на массовую вакцинацию против коронавируса SARS-CoV-2 население многих стран мира продолжает переживать многочисленные подъемы пандемии этого заболевания.
Новый коронавирус SARS-CoV-2, как и большинство РНК-содержащих вирусов, при адаптации к новым хозяевам подвержен генетической эволюции. Адаптивные мутации в вирусном геноме могут изменять патогенный потенциал вируса, влиять на способность вируса обходить иммунную систему и затруднять разработку диагностических и профилактических препаратов [12]. В настоящее время Всемирная организация здравоохранения выделяет пять основных генетических вариантов, вызывающих обеспокоенность VOC (Variant of Concern): Alpha, Beta, Gamma, Delta и Omicron [2].
Было установлено, что иммунодоминантным белком-мишенью коронавируса SARS-CoV-2 является поверхностный гликопротеин S, который в форме тримера выполняет функции связывания с рецептором клеток и слияние оболочек вирусного капсида и клетки-мишени [6]. Рецептор-связывающий домен (RBD) вирусного гликопротеина S является мишенью 11 из 14 вируснейтрализующих антител [6, 9]. Данные другого исследования свидетельствуют о том, что около 90% нейтрализующих антител связываются с RBD-доменом [7].
Циркулируя в человеческой популяции под давлением иммунитета происходит отбор вариантов вируса, способных уклоняться от нейтрализующих факторов и при этом сохранять репродуктивный потенциал. Эти варианты и характеризующие их мутации генома детально описаны в молекулярно-генетических исследованиях, однако они не позволяют сделать вывод о формировании эскейп-мутантов или нейтральности тех или иных аминокислотных замен [10].
Совокупность научных данных свидетельствует о том, что вакцины, созданные на основе вирусов Ковид-19, выделенные в первые недели пандемии, постепенно утрачивают эффективность в отношении циркулирующих в настоящий период вариантов [5]. Данные о нейтрализующей активности сывороток, полученных против циркулировавших ранее генетических вариантов вируса, в отношении к актуальным штаммов SARS-CoV-2, могут служить научным обоснованием при производстве вакцин. Данный подход применяется на протяжении десятилетий для выбора вакцинных штаммов противогриппозных вакцин и подтвердил свою эффективность [15].
Целью работы явилось изучение кросс-реактивности штаммов коронавируса SARS-CoV-2, относящихся к разным генетическим вариантам, которые были выделены на территории РФ в период 2020-2022 гг. в реакции нейтрализации с использованием гипериммунных сывороток мышей.
Материалы и методы.
Культуры клеток. В работе использовали культуру клеток Vero E6 (клетки эпителия почки африканской зеленой мартышки) (ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора). Клетки культивировали при 37ºС в питательной среде DМЕМ («Gibco») с L-глутамином, с добавлением 10% эмбриональной телячьей сыворотки («Gibco»), Antibiotic-Antimycotic («Gibco») в атмосфере с 5% СО2.
Вирусы. Эксперименты с инфекционным материалом были проведены в лаборатории, соответствующей уровню биобезопасности BSL-3 во ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора, имеющем СЭЗ на право проведения работ с особо опасными вирусами. В работе использовали штаммы коронавируса SARS-CoV-2, депонированные в Государственной коллекции возбудителей вирусных инфекций и риккетсиозов ФБУН ГНЦ БВ «Вектор» Роспотребнадзора, которые были выделены от больных людей на территории РФ. В качестве прототипного варианта использовали Штамм hCoV-19/Australia/VIC01/2020 (Ухань), который был любезно предоставлен Mike Catton (Victorian Infectious Diseases Reference Laboratory, Melbourn, Australia) в феврале 2020 г. Для получения панели гипериммуннных сывороток были использованы штаммы, относящиеся к разным генетическим линиям коронавируса SARS-CoV-2. Сведения о генетических характеристиках, инфекционных титрах штаммов представлены в таблице 1. Штаммы вирусов были наработаны на культуре клеток Vero E6, для проведения реакции микронейтрализации были приготовлены аликвоты, которые хранили при минус 80 С. Для каждого пула вируса были определены инфекционные титры.
Таблица 1. Информация о штаммах коронавируса SARS-CoV-2, исследованных в эксперименте.
Table 1. Data on SARS-CoV-2 coronavirus strains, investigated in the experiment.
Сокращения названия штамма Abbreviations of the strain name | Название штамма, (GISAID ID), Обозначение штамма согласно ВОЗ, Генетическая линия Name of the strain, (GISAID ID), WHO label variants of concern VOC, genetic lineage | Инфекционный титр вируса (lg ТЦД50/мл) Infectious virus titers (lg TCD50/ml) | |
исходный титр Initial virus titer | концентрированная фракция concentrated fraction | ||
Ухань Wuhan | hCoV-19/Australia/VIC01/2020, (EPI_ISL_406844), –, B | 7.0±0.29 | 8,5±0.35 |
Russia/Omsk | hCoV-19/Russia/Omsk202118_1707/2020, (EPI_ISL_1242008), – , B1.1 | 7.25±0.38 | 8,17±0.33 |
Russia/SPE | hCoV-19/Russia/SPE-57701/2020, (EPI_ISL_6565013), – , В1.1 | 7.0±0.29 | 8,5±0.0 |
Альфа alfa | hCoV-19/Russia/MOS-2512/2020, (EPI_ISL_6565012), Альфа, B1.1.7 | 6.75±0.25 | 8,5±0.0 |
Бета beta | hCoV-19/Russia/MOS-SAB-1502/2021, (EPI_ISL_6492245), Бета, B1.351 | 6.75±0.25 | 6,83±0.33 |
Гамма gamma | hCoV-19/Russia/SA-17620-080521/2021, (EPI_ISL_6565014), Гамма, P1 | 6,5±0.35 | 7,25±0.25 |
Дельта delta | hCoV-19/Russia/PSK-2804/2021, (EPI_ISL_7338814), Дельта, B1.617.2 | 6,5±0.0 | 7,0±0.29 |
Дельта+AY Delta +AY | hCoV-19/Russia/MOS-2406/2021, (EPI_ISL_7338789), Дельта, B.1.617.2+AY. | 6,75±0.25 | 7,25±0.38 |
Омикрон 1 Omicron 1 | hCoV-19/Russia/Moscow171619-031221/2021, (EPI_ISL_8920444), Омикрон 1, BА.1 | 7,25±0.25 | 8,25±0.38 |
Омикрон 2 Omicron 2 | hCoV-19/Russia/Amursk-1603/2022, (EPI_ISL_12809000), Омикрон 2, ВА.2 | 7,0±0.29 | 8,0±0.29 |
Примечание: значения указаны в виде среднего значения ± стандартное отклонение / Note: values are indicated as mean value ± standard deviation.
Определение инфекционного титра вируса. Культуру клеток выращивали в 96-ти луночном культуральном планшете. После удаления ростовой среды из лунок культурального планшета в них вносили последовательные десятикратные разведения вируссодержащей жидкости в поддерживающей среде не менее чем в трех повторах. Планшеты инкубировали в течение 4 суток, результат учитывали визуально по наличию ЦПД после окрашивания раствором генцианвиолета. Для окрашивания клеток в каждую лунку планшета вносили по 0,1 мл 0,2% раствора генцианвиолета (1 г генцианвиолета растворяли в 20 мл 96% этилового спирта, добавляли 120 мл 40% формалина и 350 мл раствора Хенкса). Через 30 минут жидкость из лунок удаляли и планшеты промывали водопроводной водой. Специфическое поражение монослоя культуры клеток в лунке учитывали, как ЦПД. Расчет титра вируса проводили по формуле Рида-Менча и выражали в lg ТЦД50/мл [11].
Подготовка антигенов. Пулы штаммов вируса были наработаны на культуре клеток Vero E6, трехкратно заморожены и разморожены, затем центрифугированы при 4 тыс. об./мин в течение 10 минут, фильтрованы через фильтрующие насадки (0,22 Merck (Millipore)), концентрированы при помощи центрифужных концентраторов (50 кДа, Amicon Ultra-15,Merck (Millipore)), согласно инструкции производителя. По объему вирусные суспензии были сконцентрированы в 20 раз. На каждом этапе подготовки антигена определяли титр инфекционного вируса (Таблица 1). Полученную концентрированную фракцию инактивировали бета пропиолактоном согласно инструкции производителя. Остаточную инфекционность инактивированных фракций проверяли путем инфицирования культуры клеток Vero E6. Остаточная инфекционность отсутствовала для всех образцов.
Получение мышиных гипериммунных сывороток. Для иммунизации были использованы мыши линии BALBc массой 18-20 грамм (Питомник лабораторных животных, ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор» Роспотребнадзора). По 4-10 животных в каждой группе. Инактивированный антиген вводили животным внутримышечно двукратно с интервалом 3 недели по 0,1 мл/животное в смеси с адъювантом 1:1. В качестве адъюванта использовали вирусоподобные иммуностимулирующие комплексы (ИСКОМ) на основе сапонинов Квиллайи мыльной (Quillaja saponaria) в концентрации 160 мкг/мл [1].
Содержание сапонинов Квиллайи мыльной в ИСКОМ адъюванте определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на хроматографе LC-20 Prominence (Shimadzu) с диодно-матричным детектором SPD M20A и колонкой Kromasil 300-5-C4 (4.6 mm id x 150 mm). Объем анализируемой пробы – 50 мкл. Подвижная фаза А: 95% воды деионизованной, 5% ацетонитрила, 0.1% трифторуксусной кислоты. Подвижная фаза В: 5% воды деионизованной, 95% ацетонитрила, 0.1% трифторуксусной кислоты. Линейный градиент: увеличение содержания подвижной фазы В с 20% до 65% за время от 0 мин до 30 мин с последующим выдерживанием 65% уровня В - до 35 мин. Скорость подвижной фазы – 0.5 мл/мин, детектирование – 215 нм. В качестве образца сравнения использовали сухой препарат Saponin from Quillaja Bark pure (PanReac, Code - A2542).
Отбор проб крови был проведен под инъекционным внутримышечным наркозом Zoletil 100 («Virbac», Франция) из орбитального синуса через 6 недель после начала иммунизации. Все эксперименты на животных были одобрены Биоэтическим комитетом Центра и проводились согласно соответствующим национальным и международным руководящим принципам по уходу и гуманному использованию животных.
Реакция нейтрализации. Культуру клеток Vero E6 выращивали в 96-ти луночном культуральном планшете. Исследуемые сыворотки прогревали при +56оС в течение 30 минут, затем готовили последовательные двукратные разведения, начиная с разведения 1:10. Для разведения сывороток использовали среду ДМЕМ с глутамином и добавлением антибиотиков. Готовили рабочую концентрацию вируса с титром 2×3lg ЦПД50/0,1мл. Готовили смесь разведений сыворотки и рабочего разведения вируса в равных объемах. Смесь инкубировали 1 ч при комнатной температуре, затем добавляли в лунки 96-луночного планшета с монослоем культуры клеток Vero E6 и инкубировали в течение 4 дней при 37°C, 5% CO2. Результат учитывали визуально по наличию ЦПД после окрашивания раствором генцианвиолета. Любое специфическое повреждение клеточной культуры в лунке считали цитопатическим эффектом (ЦПД). При постановке реакции нейтрализации были предусмотрены следующие контроли: контроль клеток (КК) – лунки не инфицированные вирусом, отрицательный контрольный образец сыворотки мышей (К-) в разведении 1/10, контроль вируса (КВ) – лунки инфицированные рабочим разведением вируса разведенным в два раза, контроль рабочей концентрации вируса – готовили два последовательных десятикратных разведения рабочей концентрации вируса (КВ/10, КВ/100). Титром сыворотки считали обратное значение её последнего разведения, в котором признаков ЦПД не регистрировали. Значения контрольных показателей учитывали следующим образом: КК — клеточный монослой в контрольных лунках должен быть сохранён полностью. К-, КВ и КВ/10 – полная дегенерация монослоя клеток, КВ/100 – половина инфицированных лунок имеет признаки ЦПД.
Анализ данных. Анализ данных проведен с использованием программы Microsoft Excel, Statistica v13.0. Для значения титров вируснейтрализующих антител вычисляли среднее геометрическое обратного титра сывороток при этом титры ниже 10 приняты за 5. Статистическую значимость разницы титров антител оценивали с помощью U-теста Манна-Уитни. Достоверной считали разницу при р <0,05.
Результаты.
В результате проведенной работы были получены мышиные гипериммунные сыворотки к референс штамму Ухань и к 9 штаммам коронавируса SARS-CoV-2, выделенных на территории РФ в период 2020–2022гг., исследована их кросс-реактивность. Результаты анализа антигенных свойств штаммов коронавируса в реакции нейтрализации с гипериммунными сыворотками мышей представлены в таблице 2.
Таблица 2. Антигенные свойства штаммов коронавируса 2019-nCoV (SARS CoV-2) в реакции нейтрализации с гипериммунными сыворотками мышей. Table 2. Antigenic features of the coronavirus 2019-nCoV (SARS CoV-2) strains in neutralization with hyperimmune mice sera.
Штамм вируса, к которому были получены гипеиммунные сыворотки virus strain for obtained hyperimmune serums | Штамм вируса, использованный в реакции нейтрализации Virus strains used in neutralization test | |||||||||
Ухань Wuhan | Russia/Omsk | Russia/SPE | Альфа Alfa | Бета Beta | Гамма Gamma | Дельта Delta | Дельта +AY Delta+AY | Омикрон 1 Omicron 1 | Омикрон 2 Omicron 2 | |
Ухань Wuhan | 202 (160-320) | 160 (80-320) | 202 (160-320) | 160 (160-160) | 160 (160-160) | 254 (160-320) | 50* (40-80) | 64* (40-80) | 32* (20-40) | 40* (20-80) |
Russia/Omsk | 160 (80-320) | 269 (160-320) | 226 (160-320) | 160 (160-160) | 57* (40-80) | 135 (80-320) | 80* (40-160) | 80* (40-160) | 10* (5-20) | 28* (20-40) |
226* (160-640) | 229* (160-320) | 1076 (1280-640) | 229* (80-640) | 67* (40-160) | 381 (1280-160) | 160* (80-320) | 190* (320-80) | 40* (40-40) | 48* (40-80) | |
Альфа Alfa | 160* (160-160) | 243 (160-320) | 160* (160-160) | 320 (320-320) | 184* (160-320) | 368 (320-640) | 46* (20-80) | 80* (40-160) | 35* (20-80) | 40* (20-80) |
Бета Beta | 145* (80-320) | 131* (80-320) | 119* (80-160) | 131* (80-160) | 390 (160-640) | 476 (640-320) | 33* (20-80) | 44* (20-80) | 33* (20-80) | 49* (20-80) |
Гамма Gamma | 640 (1280-320) | 453* (160-640) | 640 (230-1280) | 640 (320-1280) | 718 (320-2560) | 1280 (320-1280) | 113* (80-160) | 180* (80-320) | 160* (40-320) | 90* (40-160) |
Дельта Delta | 101* (80-160) | 101* (40-160) | 123* (80-320) | 63* (40-80) | 63 (40-160) | 202 (80-640) | 254 (160-320) | 254 (160-320) | 63* (40-80) | 80* (40-160) |
Дельта + Delta+AY | 285 (160-640) | 101* (40-160) | 285 (160-640) | 226 (160-320) | 160 (40-640) | 143 (40-640) | 320 (160-640) | 403 (160-1280) | 28* (10-160) | 71* (20-320) |
Омикрон 1 Omicron 1 | 80* (40-160) | 25* (20-80) | 50* (40-80) | 10* (5-40) | 36* (10-80) | 127* (80-320) | 45* (20-160) | 16* (10-40) | 1437 (640-5120) | 180* (80-320) |
Омикрон 2 Omicron 2 | 20* (5-40) | 6* (5-10) | 35* (20-80) | 6* (5-10) | 7* (5-10) | 29* (10-80) | 10* (5-20) | 7* (5-20) | 58* (20-160) | 368 (160-1280) |
Примечания: значения указаны в виде среднего геометрического обратного титра сывороток (наименьшее значение –наибольшее значение). Титры ниже 10 приняты за 5. Серым выделен результат с гомологичным антигеном. « *» – статистическая значимость при p < 0,05, анализ проведен с помощью U-теста Манна-Уитни. Note: values as the geometric mean of the reverse titers of sera (the lowest value is the highest value). Titers below 10 are taken as 5. The result with the homologous antigen highlighted in gray. "*" - statistical significance at p < 0.05, analysis performed using Mann-Whitney U-test
При подготовке антигенов кратность концентрирования вируса контролировали по изменению его инфекционного титра. На основании сведений, представленных в таблице 1, можно сказать, что концентрация исходных пулов вирусов была практически одинаковой. Среднее значение для титра пулов вируса составило 6,88±0,27 lg ТЦД50/мл. При использованном методе подготовки антигена вирус был сконцентрирован в 20 раз по объему, при этом инфекционный титр увеличился в среднем на 0,95±0,40 lg ТЦД50/мл, потери после центрифугирования и фильтрования составили 0,23±0,09 lg ТЦД50/мл, потери после использования концентраторов составили 0,62±0,68 lg ТЦД50/мл. Остаточной инфекционности концентрированных фракций после инактивации бета пропиолактоном не обнаружено. Антигены были приготовлены одним методом, исходя из вышеприведенных данных можно предположить, что использованные для иммунизации животных концентрации не имели существенных различий.
В качестве адъюванта использовали вирусоподобные иммуностимулирующие комплексы на основе сапонинов. Сапонин-содержащие адъюванты стимулируют врождённый и адаптивный клеточный иммунитет, а также гуморальный ответ всех изотипов IgG. Первоначально для иммунизации животных той же дозой антигена в качестве адъюванта использовали адъювант Фрейнда (данные в статье не приводятся), при этом титры антител были в среднем в 8 раз ниже, что не позволило полноценно оценить кросс-реактивность.
В период первого подъема заболеваемости коронавирусом в РФ циркулировали штаммы, не имеющие VOC. В работе были использованы три штамма этой генетической группы. Референс штамм Ухань, штамм Russia/Omsk, который был выделен от больного человека в Сибирском регионе и штамм Russia/SPE, являющийся завозным случаем в Россию из Италии. По антигенным свойствам они являются очень схожими, имеют очень низкое сродство с омикрон-вариантами и относительно низкое сродство к дельта-вариантам. Результаты демонстрируют значительное снижение нейтрализующей способности антител специфичных к вирусам Russia/Omsk и Russia/SPE, против варианта бета и в меньшей степени против альфа и гамма. Также можно предположить, что штамм Russia/SPE является более иммуногенным, среднее значение титров антител с гомологичным штаммом превышает 1:1000, что позволило получить достоверность различий с другими штаммами при статистическом анализе.
Генетические варианты коронавируса альфа, бета и гамма циркулировали в основном в период второй волны пандемии. При анализе их кросс-реактивности можно сказать, что они имеют низкое сродство к вариантам омикрон и дельта. Штаммы альфа и бета между собой антигенно отличаются, в то же время с гамма вариантом не имеют достоверных различий. Наиболее иммуногенным из вирусов этой группы является штамм hCoV-19/Russia/SA-17620-080521/2021 (гамма).
Иммуногенность дельта-вариантов, использованных в эксперименте, относительно не высокая. Между собой два дельта-варианта имеют незначительные различия по антигенным свойствам, несмотря на то, что вариант дельта+AY при генетическом анализе отличается от дельта варианта наличием пяти замен в S-сегменте (G142D, E156del, L452R, P681R(674), R685H(692)). В тоже время как по отношению к штаммам, превалирующим в период второго подъема пандемии, имеются различия. Нейтрализующая способность антител специфичных к варианту дельта против альфа и бета вариантов снижена в 4 раза, с гамма-вариантом значимых различий не имеет. Антитела к варианту дельта+AY нейтрализуют вирусы альфа, бета и гамма соответственно в 2, 2,5 и 2,8 раза менее эффективно, чем гомологичный штаммы вируса. Кросс-реактивность с вариантами-омикрон у дельта-вариантов низкая.
При анализе кросс-реактивности омикрон-вариантов следует сказать, что со всеми штаммами, использованными для анализа, она крайне низкая, нейтрализующая активность сывороток, полученных к вариантам омикрон 1 и 2, по отношению к варианту Ухань снижена в 18 раз, к гамма-варианту – в 12 раз, к дельта-вариантам – более чем в 30 раз, для остальных вариантов она еще ниже. Следует отметить, что сыворотки, полученные к варианту омикрон 2, имеющие титры 1:640 и менее в реакции нейтрализации с другими вариантами вируса имеют титр нейтрализации >1:10. Таким образом, кросс-реактивность для этих сывороток полноценно оценить не удалось. Между собой два омикрон-варианта также имеют статистически значимые различия, нейтрализующая активность сывороток мышей, иммунизированных омикрон 1 против штамма омикрон 2 снижена в 8 раз, сывороток, специфичных к варианту омикрон 2 по отношению к омикрон 1 – в 6 раз. Штамм омикрон 1 вероятно имеет большую иммуногенность, чем омикрон 2.
Следует отметить, что при использовании штамма hCoV-19/Russia/SA-17620-080521/2021 (гамма) в качестве антигена в реакции нейтрализации, были получены результаты, которые указывают на то, что этот штамм позволяет выявлять антитела в титрах выше, чем с гомологичными антигенами для вариантов Ухань, альфа и бета, а также сероконверсия со штаммами омикрон 1 и 2, была выше, чем с остальными штаммами. Подобные результаты наблюдаются и для штамма Russia/SPE, но в меньшей степени. Эти результаты дают основание полагать, что штаммы гамма и Russia/SPE могут быть перспективными в качестве антигенов для производства диагностических наборов.
Обсуждение
В результате проведенного исследования были получены результаты, которые наглядно демонстрируют состояние кросс-реактивности между штаммами коронавируса SARS-CoV-2, относящихся к разным генетическим линиям, а также внутри одной из групп.
В эксперименте были исследованы сыворотки гипериммунных линейных животных, которых иммунизировали убитыми антигенами с использованием адъювантов, что гарантирует чистоту эксперимента и позволяет получить сыворотки с высокими титрами антител. Следует подчеркнуть необходимость получения сывороток с высокими титрами вируснейтрализующих антител, это позволит получить высокую статистическую достоверность различий. Выбор адъюванта был обусловлен данными, полученными в ходе испытаний вакцин Ковивак, в состав которой входит гидроокись алюминия, и Nuvaxovid (NVX-CoV2373), содержащей ИСКОМ-адъювант на основе сапонинов. При сопоставимой концентрации гликопротеина S в препаратах, титр нейтрализующих антител в сыворотке крови составил 1:80 и 1:7680-1:20000 соответсвенно [14, 8].
В предыдущих работах [4, 16] анализировали сыворотки переболевших людей, в этом случае следует учитывать индивидуальные особенности организма добровольцев, есть люди с высоким уровнем иммунного ответа, а есть с низкой способностью синтеза антител. Эту проблему возможно решить при использовании линейных лабораторных животных. Кроме этого, с развитием эпидемического процесса в популяции людей, введении массовой иммунизации, очень сложно найти добровольцев, переболевших известным генетическим вариантом коронавируса и не имеющих антител к другим вариантам вируса и вакцинным препаратам.
В работе представлены результаты реакции нейтрализации с живыми вирусными штаммами. Это исследование позволяет выявить нейтрализующую активность антител, против вирусного варианта, поскольку этот метод позволяет измерить способность антител блокировать вирусную инфекцию в отличии от предыдущих работ, где приведены методы оценки на псевдовирусной системе [3].
Полученные результаты свидетельствуют о наличии кросс-реактивности между штаммами коронавируса, вызвавшими первую и вторую волны пандемии (Ухань, альфа, бета, гамма). Для дельта-вариантов она слабее, в то время как для вариантов омикрон является крайне низкой. Вероятно, это связано с тем, что генетический вариант Omicron VOC имеет наибольшее количество мутаций по сравнению с предыдущими вариантами VOC [13].
Делать вывод на основании представленных данных о степени иммуногенности вирусных штаммов, использованных в эксперименте, мы не можем, в связи с отсутствием информации о концентрации антигена. Тем не менее, на основании полученных результатов можно сделать предположение о разной иммуногенности штаммов коронавируса. Из исследованных штаммов наибольшей иммуногенностью обладают штаммы омикрон 1, гамма, Russia/SPE. Следует отметить, что высоко иммуногенные варианты коронавируса есть в разных генетических группах. Этот факт следует учитывать при подборе штамма при производстве вакцинных препаратов. Этим можно объяснить разницу в титрах вируснейтрализующих антител у переболевших в разные периоды пандемии.
Заключение.
Результаты анализа гипериммунных сывороток линейных животных указывают на наличии кросс-реактивности между штаммами коронавируса Ухань, альфа, бета, гамма, для дельта-вариантов она слабее. Мутации в геноме вариантов омикрон привели к значимому снижению антигенных перекрестов с более ранними генетическими вариантами коронавируса.
Полученные результаты объясняют низкую эффективность вакцин, созданных на основе штамма Ухань, синтетических иммуногенов и рекомбинантных белков на его основе против вариантов омикрон, которые вызвали подъем заболеваемости с начала 2022 года. А также случаи повторного заболевания людей при инфицировании другим генетическим вариантов коронавируса. Подбор штаммов для создания вакцинных и диагностических препаратов должен обеспечивать максимальный охват антигенных вариантов вируса.
About the authors
Anna V. Zaykovskaya
Federal Budgetary Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being
Author for correspondence.
Email: zaykovskaya_av@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0002-0450-5212
Scopus Author ID: 8205915300
ResearcherId: C-4877-2014
http://www.researcherid.com/rid/C-4877-2014
PhD, Senior researcher, FBRI SRC VB «Vector», Rospotrebnadzor
Russian Federation, 630559, Кольцово, Новосибирская область, Россия, ФБУН Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» РоспотребнадзораVasily A. Evseenko
Federal Budgetary Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being
Email: evseenko_va@vector.ncs.ru
ORCID iD: 0000-0001-6720-1040
PhD, Leading researcher, FBRI SRC VB «Vector», Rospotrebnadzor
Russian Federation, 630559 Koltsovo, Novosibirsk region, Russia, FBRI State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», RospotebnadzorSergey Е. Olkin
Federal Budgetary Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being
Email: olkin@vector.nsc.ru
Leading researcher, FBRI SRC VB «Vector», Rospotrebnadzor
Russian Federation, 630559 Koltsovo, Novosibirsk region, Russia, FBRI State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», RospotebnadzorOleg V. Pyankov
Federal Budgetary Research Institution «State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Well-being
Email: pyankov_ov@vector.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0003-3340-8750
PhD, department chief, FBRI SRC VB «Vector», Rospotrebnadzor
630559 Koltsovo, Novosibirsk region, Russia, FBRI State Research Center of Virology and Biotechnology «Vector», RospotebnadzorReferences
- Евсеенко В.А., Гудымо А.С., Данильченко Н.В., Святченко С.В., Таранов О.С., Рыжиков А.Б. Разработка и лабораторное получение вирусоподобных иммуностимулирующих комплексов на основе сапонинов, оценка их адъювантных свойств при иммунизации мышей гриппозными антигенами. БИОпрепараты, Профилактика, диагностика, лечение. 2022;22(2):170-186.https://www.biopreparations.ru/jour/article/view/391 [https://doi.org/10.30895/2221-996X-2022-22-2-170-186.]
- Aleem A., Akbar Samad A.B., Slenker A.K. Emerging Variants of SARS-CoV-2 And Novel Therapeutics Against Coronavirus (COVID-19). 2022, May 12. StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2022, Jan-.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34033342/ Bookshelf ID: NBK570580
- Choi A., Koch M., Wu K., Dixon G., Oestreicher J., Legault H., Stewart-Jones G.B.E., Colpitts T., Pajon R., Bennett H., Carfi A., Edwards D.K.. Serum Neutralizing Activity of mRNA-1273 against SARS-CoV-2 Variants. J. Virol., 2021, Nov;95(23):e0131321.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8577347/[DOI: 10.1128/JVI.01313-21]
- Edara V.V., Hudson W.H., Xie X., Ahmed R., Suthar M.S. Neutralizing Antibodies Against SARS-CoV-2 Variants After Infection and Vaccination. JAMA., 2021, May 11;325(18):1896-1898.https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2777898 [doi: 10.1001/jama.2021.4388 .]
- Harvey W.T., Carabelli A.M., Jackson B., Gupta R.K., Thomson E.C., Harrison E.M., Ludden C., Reeve R., Rambaut A.; COVID-19 Genomics UK (COG-UK) Consortium, Peacock SJ, Robertson DL. SARS-CoV-2 variants, spike mutations and 8immune escape. Nat. Rev. M9icrobiol., 2021, Jul;19(7):409-424.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34075212/ [doi: 10.1038/s41579-021-00573-0 ]
- Hoffmann M., Kleine-Weber H., Schroeder S., Krüger N., Herrler T., Erichsen S., Schiergens T.S., Herrler G., Wu N.H., Nitsche A., Müller M.A., Drosten C., Pöhlmann S.. SARS-CoV-2 Cell Entry Depends on ACE2 and TMPRSS2 and Is Blocked by a Clinically Proven Protease Inhibitor. Cell., 2020, Apr 16;181(2):271-280.e8. doi: 10.1016/j.cell.2020.02.052. Epub 2020 Mar 5. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32142651/[DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.052 ]
- Jennewein M.F., MacCamy A.J., Akins N.R., Feng J., Homad L.J., Hurlburt N.K., Seydoux E., Wan Y.H., Stuart A.B., Edara V.V., Floyd K., Vanderheiden A., Mascola J.R., Doria-Rose N., Wang L., Yang E.S., Chu H.Y., Torres J.L., Ozorowski G., Ward A.B., Whaley R.E., Cohen K.W., Pancera M., McElrath M.J., Englund J.A., Finzi A., Suthar M.S., McGuire A.T., Stamatatos L. Isolation and characterization of cross-neutralizing coronavirus antibodies from COVID-19+ subjects. Cell Rep., 2021, Jul 13;36(2):109353.https://www.cell.com/cell-reports/pdfExtended/S2211-1247(21)00729-4 [doi: 10.1016/j.celrep.2021.109353.]
- Kozlovskaya L.I., Piniaeva A.N., Ignatyev G.M., Gordeychuk I.V., Volok V.P., Rogova Y.V., Shishova A.A., Kovpak A.A., Ivin Y.Y., Antonova L.P., Mefyod K.M., Prokosheva L.S., Sibirkina A.S., Tarasova Y.Y., Bayurova E.O., Gancharova O.S., Illarionova V.V., Glukhov G.S., Sokolova O.S., Shaitan K.V., Moysenovich A.M., Gulyaev S.A., Gulyaeva T.V., Moroz A.V., Gmyl L.V., Ipatova E.G., Kirpichnikov M.P., Egorov A.M., Siniugina A.A., Ishmukhametov A.A. Long-term humoral immunogenicity, safety and protective efficacy of inactivated vaccine against COVID-19 (CoviVac) in preclinical studies. Emerg. Microbes. Infect., 2021, Dec;10(1):1790-1806. https://colab.ws/articles/256733 [doi: 10.1080/22221751.2021.1971569 ]
- Logunov D.Y., Dolzhikova I.V., Zubkova O.V., Tukhvatullin A.I., Shcheblyakov D.V., Dzharullaeva A.S., Grousova D.M., Erokhova A.S., Kovyrshina A.V., Botikov A.G., Izhaeva F.M., Popova O., Ozharovskaya T.A., Esmagambetov I.B., Favorskaya I.A., Zrelkin D.I., Voronina D.V., Shcherbinin D.N., Semikhin A.S., Simakova Y.V., Tokarskaya E.A., Lubenets N.L., Egorova D.A., Shmarov M.M., Nikitenko N.A., Morozova L.F., Smolyarchuk E.A., Kryukov E.V., Babira V.F., Borisevich S.V., Naroditsky B.S., Gintsburg A.L. Safety and immunogenicity of an rAd26 and rAd5 vector-based heterologous prime-boost COVID-19 vaccine in two formulations: two open, non-randomised phase 1/2 studies from Russia. Lancet, 2020, Sep 26;396(10255):887-897.https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32896291/ [doi: 10.1016/S0140-6736(20)31866-3]
- Piccoli L., Park Y.J., Tortorici M.A., Czudnochowski N., Walls A.C., Beltramello M., Silacci-Fregni C., Pinto D., Rosen L.E., Bowen J.E., Acton O.J., Jaconi S., Guarino B., Minola A., Zatta F., Sprugasci N., Bassi J., Peter A., De Marco A., Nix J.C., Mele F., Jovic S., Rodriguez B.F., Gupta S.V., Jin F., Piumatti G., Lo Presti G., Pellanda A.F., Biggiogero M., Tarkowski M., Pizzuto M.S., Cameroni E., Havenar-Daughton C., Smithey M., Hong D., Lepori V., Albanese E., Ceschi A., Bernasconi E., Elzi L., Ferrari P., Garzoni C., Riva A., Snell G., Sallusto F., Fink K., Virgin H.W., Lanzavecchia A., Corti D., Veesler D.. Mapping Neutralizing and Immunodominant Sites on the SARS-CoV-2 Spike Receptor-Binding Domain by Structure-Guided High-Resolution Serology. Cell., 2020, Nov 12;183(4):1024-1042.e21. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32991844/[DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.037]
- Reed L.l.J., and Muench H. A simple method of estimating fifty per cent endpoints. American journal of epidemiology, 1938, vol. 27, no.3, pp. 493-497.https://academic.oup.com/aje/article-abstract/27/3/493/99616?redirectedFrom=fulltext&login=true [https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a118408]
- Shiliaev N., Lukash T., Palchevska O., Crossman D.K., Green T.J., Crowley M.R., Frolova E.I., Frolov I. Natural and Recombinant SARS-CoV-2 Isolates Rapidly Evolve In Vitro to Higher Infectivity through More Efficient Binding to Heparan Sulfate and Reduced S1/S2 Cleavage. J. Virol., 2021, Oct 13;95(21):e0135721.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8513475/ [doi: 10.1128/JVI.01357-21.]
- Thakur V., Ratho R.K. OMICRON (B.1.1.529): A new SARS-CoV-2 variant of concern mounting worldwide fear. J. Med Virol., 2022; 94: 1821- 1824. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34936120/ [doi: 10.1002/jmv.27541 ]
- Tian J.H., Patel N., Haupt R., Zhou H., Weston S., Hammond H., Logue J., Portnoff A.D., Norton J., Guebre-Xabier M., Zhou B., Jacobson K., Maciejewski S., Khatoon R., Wisniewska M., Moffitt W., Kluepfel-Stahl S., Ekechukwu B., Papin J., Boddapati S., Jason Wong C., Piedra P.A., Frieman M.B., Massare M.J., Fries L., Bengtsson K.L., Stertman L., Ellingsworth L., Glenn G., Smith G. SARS-CoV-2 spike glycoprotein vaccine candidate NVX-CoV2373 immunogenicity in baboons and protection in mice. Nat. Commun. 2021, Jan 14;12(1):372. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33446655/ [doi: 10.1038/s41467-020-20653-8.]
- Tregoning J.S., Flight K.E., Higham S.L., Wang Z., Pierce B.F.. Progress of the COVID-19 vaccine effort: viruses, vaccines and variants versus efficacy, effectiveness and escape. Nat. Rev. Immunol., 2021, Oct;21(10):626-636. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34373623/
- [doi: 10.1038/s41577-021-00592-1 ]
- Trombetta C.M., Marchi S., Viviani S., Manenti A., Benincasa L., Ruello A., Bombardieri E., Vicenti I., Zazzi M., Montomoli E. Serum Neutralizing Activity against B.1.1.7, B.1.351, and P.1 SARS-CoV-2 Variants of Concern in Hospitalized COVID-19 Patients. Viruses, 2021, Jul 12;13(7):1347. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8310013/ [doi: 10.3390/v13071347]
Supplementary files
There are no supplementary files to display.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).