Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI1759110.15789/2220-7619-AFO-17591ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИResearch ArticleAntigenic features of the strains SARS-CoV-2 of omicron sublines assessed by hyperimmune mouse serum neutralisationИзучение антигенных свойств штаммов коронавируса SARS-CoV-2, относящихся к разным сублиниям омикрон-варианта, в реакции нейтрализации с использованием гипериммунных сывороток мышейZaykovskayaAnna V.ЗайковскаяАнна Владимировна
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Microorganisms Collection Department

к.б.н., старший научный сотрудник отдела «Коллекция микроорганизмов»

zaykovskaya_av@vector.nsc.ruEvseenkoV. A.ЕвсеенкоВ. А.
Russian Federation

PhD (Biology), Leading Researcher, Department of Zoonotic Infections and Influenza

к.б.н., ведущий научный сотрудник отдела зоонозных инфекций и гриппа

zaykovskaya_av@vector.nsc.ruOlkinS. E.ОлькинС. Е.
Russian Federation

Leading Researcher, Department of Biophysics and Environmental Studies

ведущий научный сотрудник отдела биофизики и экологических исследований

zaykovskaya_av@vector.nsc.ruPyankovO. V.ПьянковО. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Head of the Microorganisms Collection Department

к.б.н., зав. отделом «Коллекция микроорганизмов»

zaykovskaya_av@vector.nsc.ruState Research Center of Virology and Biotechnology “Vector”ФБУН Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Роспотребнадзора03092024211220241458818900202202412082024Copyright ©; 2024, Zaykovskaya A.V., Evseenko V.A., Olkin S.E., Pyankov O.V.Copyright ©; 2024, Зайковская А.В., Евсеенко В.А., Олькин С.Е., Пьянков О.В.2024Zaykovskaya A.V., Evseenko V.A., Olkin S.E., Pyankov O.V.Зайковская А.В., Евсеенко В.А., Олькин С.Е., Пьянков О.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/17591

Introduction. The emergence and spread of new genetic variants of SARS-CoV-2 underlies periodic upsurge in COVID-19 incidence. It has been shown that the most rapidly spreading genetic variants of SARS-CoV-2 are resistant to antibodies specific to the previous variant of the SARS-CoV-2, thereby necessitating to analyze the antibody evasion ability of previously circulating variants for newly emerging subvariants. The aim of this work was to assess SARS-CoV-2 cross-reactivity of coronavirus strains belonging to different genetic subvariants of Omicron isolated in the territory of the Russian Federation in the period 2020–2023 in microneutralization reaction using hyperimmune mouse sera. Materials and methods. Mouse hyperimmune sera were obtained against 10 SARS-CoV-2 strains belonging to subvariants BA.1, BA.2, CH.1.1, BN.1, BA.5.1, CL.1.2, BA.5.2, BQ.1.2.1 XBB.1.5 and XBB.3. BALB/c mice were immunized with inactivated concentrated antigen mixed at 1:1 ratio with an adjuvant representing Quillaja saponaria saponin-based virus-like immunostimulatory complex. The antibody titer was determined by neutralization test. The neutralizing activity of the hyperimmune sera was analyzed against the relevant viruses as well as against previous genetic variants of SARS-CoV-2 (Wuhan, Alpha, Beta, Gamma, Delta). Results. Cross-reactivity for all Omicron-variant strains analyzed here was shown; the degree of cross-reactivity depended on the degree of inter-strain relatedness. A prominent cross-reactivity was observed for subvariants of BA.5 so that their neutralizing activity against recombinant SARS-CoV-2 lineages was markedly reduced. Neutralizing serum titers obtained for subvariants of BA.5 against genetic variants of SARS-CoV-2 isolated during the early periods of the pandemic are reduced more than 60-fold. Conclusion. The presented method for obtaining and using hyperimmune mouse sera for neutralization reaction allows the assessment of cross-reactivity for strains belonging to different SARS-CoV-2 subvariants.

Введение. Возникновение и распространение новых генетических вариантов SARS-CoV-2 является причиной периодического подъема заболеваемости COVID-19. Показано, что наиболее быстро распространяющиеся генетические варианты SARS-CoV-2, устойчивы к антителам, специфичным предшествующим вариантам коронавируса, что делает необходимым проведение анализа способности уклонения от антител к ранее циркулировавшим вариантам для вновь возникающих субвариантов. Целью работы явилось изучение кросс-реактивности штаммов коронавируса SARS-CoV-2, относящихся к разным генетическим субвариантам Омикрона, которые были выделены на территории РФ в период 2020–2023 гг. в реакции нейтрализации с использованием гипериммунных сывороток мышей. Материалы и методы. Мышиные гипериммунные сыворотки получены к 10 штаммам коронавируса SARS-CoV-2, относящимся к субвариантам ВА.1, ВА.2, CH.1.1, BN.1, ВА.5.1, CL.1.2, ВА.5.2, BQ.1.2.1 ХВВ 1,5 и ХВВ.3. Мышей линии BALBc иммунизировали инактивированным концентрированным антигеном в смеси с адъювантом 1:1, в качестве которого использовали вирусоподобные иммуностимулирующие комплексы на основе сапонинов Квиллайи мыльной (Quillaja saponaria). Титр антител определяли в реакции нейтрализации. Анализ нейтрализующей активности гипериммунных сывороток проводили в отношении к вирусам, к которым были получены сыворотки, а также к ранним генетическим вариантам SARS-CoV-2 (Ухань, Альфа, Бета, Гамма, Дельта). Результаты. Показано, наличие кросс-реактивности для всех штаммов Омикрон-варианта, использованных в эксперименте, степень кросс-реактивности зависела от степени родства штаммов. Выраженная кросс-реактивность показана для штаммов, которые являются субвариантами ВА.5, в отношении рекомбинантных линий SARS-CoV-2 их нейтрализующая активность существенно снижена. Нейтрализующие титры сывороток, полученных к штаммам, являющимися субвариантами ВА.5, в отношении генетических вариантов SARS-CoV-2, которые были выделены в ранние периоды пандемии снижены более чем в 60 раз. Выводы. Представленный метод получения и использования гипериммунных сывороток мышей для реакции нейтрализации позволяет оценить кросс-реактивность для штаммов, относящихся к разным субвариантам SARS-CoV-2.

COVID-19SARS-CoV-2coronavirusantibodiescross-reactivityhyperimmune seratest neutralizationCOVID-19коронавирус SARS-CoV-2антителакросс-реактивностьгипериммунные сывороткиреакция нейтрализацииЗайковская А.В., Евсеенко В.А., Олькин С.Е., Пьянков О.В. Изучение антигенных свойств штаммов коронавируса SARS-CoV-2, выделенных на территории РФ В 2020–2022 гг., в реакции нейтрализации с использованием гипериммунных сывороток мышей // Инфекция и иммунитет. 2023. Т. 13, № 1. C. 37–45. [Zaykovskaya A.V., Evseenko V.A., Olkin S.E., Pyankov O.V. Investigating antigenic features of the SARS-CoV-2 isolated In Russian Federation in 2021–2022 by hyperimmune mouse serum neutralisation. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2023, vol. 13, no. 1, pp. 37–45. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-IAF-1998Евсеенко В.А., Зайковская А.В., Гудымо А.С., Таранов О.C., Олькин С.Е., Иматдинов А.Р., Прудникова Е.Ю., Данильченко Н.В., Шульгина И.С., Косенко М.Н., Даниленко Е.И., Пьянков С.А., Рыжиков А.Б. Оценка гуморального иммунного ответа экспериментальных животных на введение рекомбинантного эктодомена поверхностного S-гликопротеина вируса SARS-CoV-2 с ИСКОМ-адъювантом // БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2023. Т. 23, № 5. С. 530–543. [Evseenko V.A., Zaykovskaya A.V., Gudymo A.S., Taranov O.S., Olkin S.E., Imatdinov A.R., Prudnikova E.Yu., Danilchenko N.V., Shulgina I.S., Kosenko M.N., Danilenko E.I., Pyankov S.A., Ryzhikov A.B. Evaluation of humoral immune responses of experimental animals to the recombinant SARS-CoV-2 spike ectodomain with the ISCOM adjuvant. Biopreparaty. Profilaktika, diagnostika, lečenie = Biological Products. Prevention, Diagnosis, Treatment, 2023, vol. 23, no. 4, pp. 530–543. (In Russ.)] doi: 10.30895/2221-996X-2023-23-4-530-543Ao D., He X., Hong W., Wei X. The rapid rise of SARS-CoV-2 Omicron subvariants with immune evasion properties: XBB.1.5 and BQ.1.1 subvariants. MedComm., 2023, no. 4: e239. doi: 10.1002/mco2.239Bazzani L., Imperia E., Scarpa F., Sanna D., Casu M., Borsetti A., Pascarella S., Petrosillo N., Cella E., Giovanetti M., Ciccozzi M. SARS-CoV C.H.1.1 Variant: Genomic and Structural Insight. Infect. Dis. Rep., 2023, vol. 15, no. 3, pp. 292–298. doi: 10.3390/idr15030029Cao Y., Jian F., Wang J., Yu Y., Song W., Yisimayi A., Wang J., An R., Chen X., Zhang N., Wang Y., Wang P., Zhao L., Sun H., Yu L., Yang S., Niu X., Xiao T., Gu Q., Shao F., Hao X., Xu Y., Jin R., Shen Z., Wang Y., Xie X.S. Imprinted SARS-CoV-2 humoral immunity induces convergent Omicron RBD evolution. Nature, 2023, vol. 614, no. 7948, pp. 521–529. doi: 10.1038/s41586-022-05644-7Cao Y., Yisimayi A., Jian F., Song W., Xiao T., Wang L., Du S., Wang J., Li Q., Chen X., Yu Y., Wang P., Zhang Z., Liu P., An R., Hao X., Wang Y., Wang J., Feng R., Sun H., Zhao L., Zhang W., Zhao D., Zheng J., Yu L., Li C., Zhang N., Wang R., Niu X., Yang S., Song X., Chai Y., Hu Y., Shi Y., Zheng L., Li Z., Gu Q., Shao F., Huang W., Jin R., Shen Z., Wang Y., Wang X., Xiao J., Xie X.S. BA.2.12.1, BA.4 and BA.5 escape antibodies elicited by Omicron infection. Nature, 2022, vol. 608, no. 7923, pp. 593–602. doi: 10.1038/s41586-022-04980-yChen J., Wang R., Hozumi Y., Liu G., Qiu Y., Wei X., Wei G.W. Emerging Dominant SARS-CoV-2 Variants. J. Chem. Inf. Model., 2023, vol. 63, no. 1, pp. 335–342. doi: 10.1021/acs.jcim.2c01352Firouzabadi N., Ghasemiyeh P., Moradishooli F., Mohammadi-Samani S. Update on the effectiveness of COVID-19 vaccines on different variants of SARS-CoV-2. Int. Immunopharmacol., 2023, vol. 17: 109968. doi: 10.1016/j.intimp.2023.109968Hachmann N.P., Miller .J, Collier A.Y., Ventura J.D., Yu J., Rowe M., Bondzie E.A., Powers O., Surve N., Hall K., Barouch D.H. Neutralization Escape by SARS-CoV-2 Omicron Subvariants B.A.2.12.1, BA.4, and BA.5. N. Engl. J. Med., 2022, vol. 387, no. 1, pp. 86–88. doi: 10.1056/NEJMc2206576Hay A.J., McCauley J.W. The WHO global influenza surveillance and response system (GISRS)-A future perspective. Influenza. Other. Respir. Viruses, 2018, vol. 12, no. 5, pp. 551–557. doi: 10.1111/irv.12565Hu Y., Zou J., Kurhade C., Deng X., Chang H.C., Kim D.K., Shi P.Y., Ren P., Xie X. Less neutralization evasion of SARS-CoV-2 BA.2.86 than XBB sublineages and CH.1.1. Emerg. Microbes Infect., 2023, vol. 12, no. 2: 2271089. doi: 10.1080/22221751.2023.2271089Iketani S., Liu L., Guo Y., Liu L., Chan J.F., Huang Y., Wang M., Luo Y., Yu J., Chu H., Chik K.K., Yuen T.T., Yin M.T., Sobieszczyk M.E., Huang Y., Yuen K.Y., Wang H.H., Sheng Z., Ho D.D. Antibody evasion properties of SARS-CoV-2 Omicron sublineages. Nature, 2022, vol. 604, no. 7906, pp. 553–556. doi: 10.1038/s41586-022-04594-4Jiang X.L., Zhu K.L., Wang X.J., Wang G.L., Li Y.K., He X.J., Sun W.K., Huang P.X., Zhang J.Z., Gao H.X., Dai E.H., Ma M.J. Omicron B.Q.1 and BQ.1.1 escape neutralisation by omicron subvariant breakthrough infection. Lancet. Infect. Dis., 2023, vol.23, no. 1, pp. 28–30. doi: 10.1016/S1473-3099(22)00805-2Kurhade C., Zou J., Xia H., Liu M., Chang H.C., Ren P., Xie X., Shi P.Y. Low neutralization of SARS-CoV-2 Omicron B.A.2.75.2, BQ.1.1 and XBB.1 by parental mRNA vaccine or a BA.5 bivalent booster. Nat. Med., 2023, vol. 29, no. 2, pp. 344–347. doi: 10.1038/s41591-022-02162-xLavezzo E., Pacenti M., Manuto L., Boldrin C., Cattai M., Grazioli M., Bianca F., Sartori M., Caldart F., Castelli G., Nicoletti M., Nieddu E., Salvadoretti E., Labella B., Fava L., Vanuzzo M.C., Lisi V., Antonello M., Grimaldi C.I., Zulian C., Del Vecchio C., Plebani M., Padoan A., Cirillo D.M., Brazzale A.R., Tonon G., Toppo S., Dorigatti I., Crisanti A. Neutralising reactivity against SARS-CoV-2 Delta and Omicron variants by vaccination and infection history. Genome Med., 2022, vol. 14, no. 1: 61. doi: 10.1186/s13073-022-01066-2Li C., Huang J., Yu Y., Wan Z., Chiu M.C., Liu X., Zhang S., Cai J.P., Chu H., Li G., Chan J.F., To K.K., Yang Z., Jiang S., Yuen K.Y., Clevers H., Zhou J. Human airway and nasal organoids reveal escalating replicative fitness of SARS-CoV-2 emerging variants. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 2023, vol. 120, no. 17: e2300376120. doi: 10.1073/pnas.2300376120Lineage List. URL: https://cov-lineages.org/lineage_list.htmlLiu S., Liang Z., Nie J., Gao W.B., Li X., Zhang L., Yu Y., Wang Y., Huang W. Sera from breakthrough infections with SARS-CoV-2 BA.5 or BF.7 showed lower neutralization activity against XBB.1.5 and CH.1.1. Emerg. Microbes Infect., 2023, vol. 12, no. 2: 2225638. doi: 10.1080/22221751.2023.2225638Planas D., Saunders N., Maes P., Guivel-Benhassine F., Planchais C., Buchrieser J., Bolland W.H., Porrot F., Staropoli I., Lemoine F., Péré H., Veyer D., Puech J., Rodary J., Baele G., Dellicour S., Raymenants J., Gorissen S., Geenen C., Vanmechelen B., Wawina-Bokalanga T., Martí-Carreras J., Cuypers L., Sève A., Hocqueloux L., Prazuck T., Rey F.A., Simon-Loriere E., Bruel T., Mouquet H., André E., Schwartz O. Considerable escape of SARS-CoV-2 Omicron to antibody neutralization. Nature, 2022, vol. 602, no. 7898, pp. 671–675. doi: 10.1038/s41586-021-04389-zPochtovyi A.A., Kustova D.D., Siniavin A.E., Dolzhikova I.V., Shidlovskaya E.V., Shpakova O.G., Vasilchenko L.A., Glavatskaya A.A., Kuznetsova N.A., Iliukhina A.A., Shelkov A.Y., Grinkevich O.M., Komarov A.G., Logunov D.Y., Gushchin V.A., Gintsburg A.L. In vitro efficacy of antivirals and monoclonal antibodies against SARS-CoV-2 Omicron lineages XBB.1.9.1, XBB.1.9.3, XBB.1.5, XBB.1.16, XBB.2.4, BQ.1.1.45, CH.1.1, and CL.1. Vaccines (Basel)., 2023, vol. 11, no. 10: 1533. doi: 10.3390/vaccines11101533Qu P., Evans J.P., Faraone J.N., Zheng Y.M., Carlin C., Anghelina M., Stevens P., Fernandez S., Jones D., Lozanski G., Panchal A., Saif L.J., Oltz E.M., Xu K., Gumina R.J., Liu S.L. Enhanced neutralization resistance of SARS-CoV-2 Omicron subvariants BQ.1, BQ.1.1, BA.4.6, BF.7, and BA.2.75.2. Cell. Host. Microbe., 2023, vol. 31, no. 1, pp. 9–17.e3. doi: 10.1016/j.chom.2022.11.012Qu P., Faraone J.N., Evans J.P., Zheng Y.M., Carlin C., Anghelina M., Stevens P., Fernandez S., Jones D., Panchal A.R., Saif L.J., Oltz E.M., Zhang B., Zhou T., Xu K., Gumina R.J., Liu S.L. Enhanced evasion of neutralizing antibody response by Omicron XBB.1.5, CH.1.1, and CA.3.1 variants. Cell. Rep., 2023, vol. 42, no. 5: 112443. doi: 10.1016/j.celrep.2023.112443Roy A., Saade C., Josset L., Clément B., Morfin F., Destras G., Valette M., Icard V., Billaud G., Oblette A., Debombourg M., Garrigou C., Brengel-Pesce K., Generenaz L., Saker K., Hernu R., Pozzetto B., Lina B., Trabaud M.A., Trouillet-Assant S., Bal A. Determinants of protection against SARS-CoV-2 Omicron B.A.1 and Delta infections in fully vaccinated outpatients. J. Med. Virol., 2023, vol. 95, no. 8: e28984. doi: 10.1002/jmv.28984Saito A., Tamura T., Zahradnik J., Deguchi S., Tabata K., Anraku Y., Kimura I., Ito J., Yamasoba D., Nasser H., Toyoda M., Nagata K., Uriu K., Kosugi Y., Fujita S., Shofa M., Monira Begum M., Shimizu R., Oda Y., Suzuki R., Ito H., Nao N., Wang L., Tsuda M., Yoshimatsu K., Kuramochi J., Kita S., Sasaki-Tabata K., Fukuhara H., Maenaka K., Yamamoto Y., Nagamoto T., Asakura H., Nagashima M., Sadamasu K., Yoshimura K., Ueno T., Schreiber G., Takaori-Kondo A., Genotype to Phenotype Japan (G2P-Japan) Consortium; Shirakawa K., Sawa H., Irie T., Hashiguchi T., Takayama K., Matsuno K., Tanaka S., Ikeda T., Fukuhara T., Sato K.,. Virological characteristics of the SARS-CoV-2 Omicron B.A.2.75 variant. Cell. Host. Microbe, 2022, vol. 30, no. 11, pp. 1540–1555.e15. doi: 10.1016/j.chom.2022.10.003SARS-CoV-2 Variant Classifications and Definitions. URL: https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/variants/variant-classifications.html#anchor_1633452601085Tian D., Sun Y., Xu H., Ye Q. The emergence and epidemic characteristics of the highly mutated SARS-CoV-2 Omicron variant. J. Med. Virol., 2022, vol. 94, no. 6, pp. 2376–2383. doi: 10.1002/jmv.27643Uraki R., Ito M., Furusawa Y., Yamayoshi S., Iwatsuki-Horimoto K., Adachi E., Saito M., Koga M., Tsutsumi T., Yamamoto S., Otani A., Kiso M., Sakai-Tagawa Y., Ueki H., Yotsuyanagi H., Imai M., Kawaoka Y. Humoral immune evasion of the omicron subvariants BQ.1.1 and XBB. Lancet Infect. Dis., 2023, vol. 23, no. 1, pp. 30–32. doi: 10.1016/S1473-3099(22)00816-7Wang Q., Iketani S., Li Z., Liu L., Guo Y., Huang Y., Bowen A.D., Liu M., Wang M., Yu J., Valdez R., Lauring A.S., Sheng Z., Wang H.H., Gordon A., Liu L., Ho D.D. Alarming antibody evasion properties of rising SARS-CoV-2 BQ and XBB subvariants. Cell, 2023, vol. 186, no. 2, pp. 279–286.e8. doi: 10.1016/j.cell.2022.12.018Wang Q., Iketani S., Li Z., Guo Y., Yeh A.Y., Liu M., Yu J., Sheng Z., Huang Y., Liu L., Ho D.D. Antigenic characterization of the SARS-CoV-2 Omicron subvariant BA.2.75. Cell. Host. Microbe., 2022, vol. 30, no. 11, pp. 1512–1517.e4. doi: 10.1016/j.chom.2022.09.002