A microchip developed for detecting antibodies against plaque-derived antigens

Cover Page

Cite item

Abstract

Currently available Russia-made preparations intended for serological plague diagnostics are usually aimed at detecting antibodies to single bacterial antigens in the blood serum. To improve reliability of the data obtained, it is rational to use test systems to simultaneously quantify antibodies to several immunodominant Y. pestis antigens. An opportunity of using biochip technology for quantifying specific antibodies to Yersinia pestis antigens was investigated. To do this, 5 commercially available sera, 35 blood sera obtained from individuals vaccinated with live plague vaccine collected 1, 4, 5, 18 months after immunization, as well as 5 sera obtained from healthy donors were analyzed. The objective of this work was to develop a biological microchip (immunochip) for detecting antibodies specific to Y. pestis-derived antigens. In particular, amino-modified slides were sensitized by immunodominant Yersinia pestis-derived antigens: capsule antigen F1, lipopolysaccharide (LPS), main somatic antigen (MSA), fibrinolysin, and pestin PP. Diagnostic specificity and sensitivity of the immunochip were assessed by using the approved homoand heterologous immune-biological preparations and experimental animal sera. It was found that the immunochip demonstrated a 100% diagnostic efficiency. An opportunity of applying this immunochip to determine specific antibody profile in individuals vaccinated with live plague vaccine was estimated. A commercially available ELISA-AB-F1 of Yersinia pestis kit was used for comparison that allowed to detect antibodies to Y. pestis F1 antigen in 77.1% of vaccinated individuals within the examined time period covering between 1 to 18 months post-vaccination, at titer 1:160–1:2560. In contrast, using the immunochip resulted in detecting F1 antigen-specific antibodies in 91.4% of samples post-vaccination at titer 1:320–1:2560. Moreover, such immunochip additionally allowed to detect antibodies specific to the remainder of Y. pestis-derived LPS, MSA, pestin PP in 54.3%, 20%, 42% of vaccinated individuals, respectively. The percentage of positive seroconversion in individuals vaccinated with live plague vaccine was 77.1% based on the ELISA data, 91.4% — to the F1 antigen according to the immunochip data, and 94.3% — by analyzing an extended antigen panel. Combining multiple antigenic markers in our immunochip allowed to identify greater seroconversion among vaccinated people compared to a standard ELISA. Thus, the data obtained suggest that the proposed immunochip technology might be promising in assessing developing humoral immunity.

About the authors

D. V. Utkin

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

Author for correspondence.
Email: twoduck@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5903-7700

Utkin Denis ValerievichD.V., PhD (Biology), Leading Researcher, Laboratory of Diagnostics Technologies

SPIN: 1842-8549

Contacts: Denis V. Utkin 410005, Russian Federation, Saratov, Universitetskaya str., 46, Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”. Phone/Fax: +7 (8452) 51-52-11 (office)

Russian Federation

M. N. Kireev

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

Email: rusrapi@microbe.ru
Kireev Mikhai Nikolaevichl, PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Cholera Vaccines Russian Federation

N. P. Guseva

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

Email: rusrapi@microbe.ru
Guseva Natalia Petrovna, PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Genomic and Proteomic Analysis Russian Federation

G. A. Kaplun

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

Email: rusrapi@microbe.ru
Kaplun Galina Alexandrovna, Researcher, Laboratory of Operative Diagnostics of Infectious Diseases Russian Federation

V. E. Kuklev

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

Email: rusrapi@microbe.ru
Kuklev Vasily Evgenievich, PhD (Medicine), Head of the Laboratory of Diagnostics Technologies Russian Federation

N. A. Osina

Russian Research Anti-Plague Institute “Microbe”

Email: rusrapi@microbe.ru
OsinaNatalia Alexandrovna, PhD (Biology), Head of the Laboratory of Molecular Diagnostics Russian Federation

References

  1. Гржибовский А.М. Доверительные интервалы для частот и долей //Экология человека. 2008. № 5. С. 57–60.
  2. Девдариани З.Л., Терешкина Н.Е., Тараненко Т.М., Киреев М.Н., Терехова И.В., Григорьева Г.В., Исляева М.Н., Ермаков Н.М., Виноградова Н.А., Малахаева А.Н. Результаты модельных экспериментов по конструированию тест-системы иммуноферментной для выявления антител к Ф1 чумного микроба (ИФА-АТ-Ф1) Yersinia pestis //Проблемы особо опасных инфекций. 2013. № 1. С. 74–77. ]
  3. Евсеева В.В., Платонов М.Е., Копылов П.Х., Дентовская С.В., Анисимов А.П. Активатор плазминогена чумного микроба //Инфекция и иммунитет. 2015. Т. 5, № 1. С. 27–36. doi: 10.15789/2220-7619-2015-1-27-36
  4. Ляпина А.М., Федорова В.А., Хижнякова М.А., Телепнев М.В., Мотин В.Л. Рекомбинантные полипептиды как биомаркеры оценки иммунологической эффективности вакцинации живой чумной вакциной у людей //Медицин ский академический журнал. 2012. Т. 12, № 3. С. 85–87.
  5. Никифоров К.А., Уткин Д.В., Куклева Л.М., Ерошенко Г.А. Конструирование ДНК-чипа для дифференциации основного и неосновных подвидов и биоваров основного подвида Yersinia pestis //Проблемы особо опасных инфекций. 2017. № 2. С. 32–35. doi: 10.21055/0370-1069-2017-2-32-35
  6. Пудова Е.А., Маркелов М.Л., Дедков В.Г., Чеканова Т.А., Сажин А.И., Кирдяшкина Н.П., Бекова М.В., Девяткин А.А., Шипулин Г.А. Разработка набора реагентов в формате ДНК-чипа для генотипирования штаммов Vibrio cholera //Клиническая лабораторная диагностика. 2014. № 5. С. 47–52.
  7. Пудова Е.А., Чеканова Т.А., Маркелов М.Л., Дедков В.Г., Кирдяшкина Н.П., Карасева И.П., Сажин А.И., Зацепин Т.С., Уткин Д.В., Осина Н.А., Щербакова С.А., Шипулин Г.А. Разработка и апробация ДНК-чипа для индикации возбудителей особо опасных инфекций //Эпидемиология и инфекционные болезни. Актуальные вопросы. 2014. № 3. С. 13–19.
  8. Уткин Д.В., Осина Н.А., Киреев М.Н., Спицын А.Н., Щербакова С.А. Биологический микрочип для выявления и многопараметрического анализа противохолерных антител. Патент РФ на изобретение. RUS 2528099 //Изобретения. Полезные модели: Бюллетень, № 25 от 10.09.2014.
  9. Уткин Д.В., Осина Н.А., Спицын А.Н., Киреев М.Н., Громова О.В., Захарова Т.Л., Найденова Е.В., Куклев В.Е. Разработка биочипа для выявления противохолерных антител в сыворотке крови человека //Клиническая лабораторная диагностика. 2015. Т. 60, № 2. С. 50–53.
  10. Фирстова В.В., Калмантаева О.В., Горбатов А.А., Кравченко Т.Б., Тюрин Е.А., Бондаренко Н.Л., Дятлов И.А., Караулов А.В. Оценка специфического гуморального и клеточного иммунитета у людей, периодически вакцинирующихся против чумы //Иммунология, аллергология, инфектология. 2015. № 3. С. 62–68. doi: 10.14427/jipai.2015.3.62
  11. Goji N., MacMillan T., Amoako K.K. A new generation microarray for the simultaneous detection and identification of Yersinia pestis and Bacillus anthracis in food. J. Pathogens, 2012, vol. 2012, pp. 1–8. doi: 10.1155/2012/627036
  12. Plotkin S.A. Correlates of protection induced by vaccination. Clin. Vaccine Immunol., 2010, vol. 17, no. 7. pp. 1055–1065. doi: 10.1128/CVI.00131-10
  13. Williamson E.D, Oyston P.C.F. Protecting against plague: towards a next-generation vaccine. Clin. Exp. Immunol., 2013, vol. 172, no. 1, pp. 1–8. doi: 10.1111/cei.12044

Copyright (c) 2019 Utkin D.V., Kireev M.N., Guseva N.P., Kaplun G.A., Kuklev V.E., Osina N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 64788 от 02.02.2016.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies