Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI64310.15789/2220-7619-2019-2-393-398METHODSМЕТОДЫA microchip developed for detecting antibodies against plaque-derived antigensРазработка биологического микрочипа для выявления антител к антигенам возбудителя чумыhttps://orcid.org/0000-0002-5903-7700UtkinD. V.УткинД. В.
Russian Federation

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)

Уткин Денис Валерьевич, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории диагностических технологий 

SPIN-код: 1842-8549, Scopus ID: 56634394300, Researcher ID: С-4586-2014.

Адрес для переписки: Уткин Денис Валерьевич 410005, Россия, г. Саратов, ул. Университетская, 46, ФКУЗ РосНИПЧИ «Микроб» Роспотребнадзора. Тел./факс: 8 (8452) 51-52-11 (служебн.).

twoduck@yandex.ruKireevM. N.КиреевМ. Н.
Russian Federation

Kireev Mikhai Nikolaevichl, PhD (Medicine), Leading Researcher, Laboratory of Cholera Vaccines

Киреев Михаил Николаевич, кандидат медицинских наук, ведущий научный сотрудник лаборатории холерных вакцин

rusrapi@microbe.ruGusevaN. P.ГусеваН. П.
Russian Federation

Guseva Natalia Petrovna, PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Genomic and Proteomic Analysis

Гусева Наталья Петровна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории геномного и протеомного анализа

rusrapi@microbe.ruKaplunG. A.КаплунГ. А.
Russian Federation

Kaplun Galina Alexandrovna, Researcher, Laboratory of Operative Diagnostics of Infectious Diseases

Каплун Галина Александровна, научный сотрудник лаборатории оперативной диагностики инфекционных болезней

rusrapi@microbe.ruKuklevV. E.КуклевВ. Е.
Russian Federation

Kuklev Vasily Evgenievich, PhD (Medicine), Head of the Laboratory of Diagnostics Technologies

Куклев Василий Евгеньевич, кандидат медицинских наук, зав. лабораторией диагностических технологий 

SPIN-код: 2475-2472

rusrapi@microbe.ruOsinaN. A.ОсинаН. А.
Russian Federation

OsinaNatalia Alexandrovna, PhD (Biology), Head of the Laboratory of Molecular Diagnostics

Осина Наталия Александровна, кандидат биологических наук, зав. лабораторией молекулярной диагностики  

SPIN-код: 5588-0852

rusrapi@microbe.ruRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”ФКУЗ Российский научно-исследовательский противочумный институт "Микроб" Роспотребнадзора12072019923933981104201805042019Copyright ©; 2019, Utkin D.V., Kireev M.N., Guseva N.P., Kaplun G.A., Kuklev V.E., Osina N.A.Copyright ©; 2019, Уткин Д.В., Киреев М.Н., Гусева Н.П., Каплун Г.А., Куклев В.Е., Осина Н.А.2019Utkin D.V., Kireev M.N., Guseva N.P., Kaplun G.A., Kuklev V.E., Osina N.A.Уткин Д.В., Киреев М.Н., Гусева Н.П., Каплун Г.А., Куклев В.Е., Осина Н.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/643

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.

Современные отечественные препараты, предназначенные для серологической диагностики чумы, направлены, как правило, на выявление в сыворотке крови антител к одному антигену. Для повышения достоверности результатов анализа целесообразно применение тест-систем для одновременного определения уровня антител к нескольким иммунодоминантным антигенам Y. pestis. Изучена возможность применения биочиповых технологий для оценки специфических антител к антигенам возбудителя чумы. Объект исследования – 5 коммерческих сывороток, 35 сывороток крови людей, вакцинированных живой чумной вакциной со сроками забора материала через 1, 4, 5, 18 месяцев после вакцинации, 5 сывороток здоровых доноров.

Цель данной работы - разработка биологического микрочипа (иммуночипа) для выявления антител к антигенам возбудителя чумы. Для этого, аминомодифицированные слайды сенсибилизировали препаратами иммунодоминантных антигенов чумного микроба Yersinia pestis: капсульного антигена F1, липополисахарида (ЛПС), основного соматического антигена (ОСА), фибринолизина, пестина ПП. Оценку диагностической специфичности и чувствительности иммуночипа осуществляли с использованием зарегистрированных гомо- и гетерологичных иммунобиологических препаратов и экспериментальных сывороток животных. Диагностическая эффективность иммуночипа составила 100%. Проведена оценка возможности применения иммуночипа для определения профиля специфических антител у людей, вакцинированных живой чумной вакциной. В качестве препарата сравнения использовали коммерческую иммуноферментную тест-систему «ИФА-АТ-Ф1 Yersinia pestis». Применение иммуноферментной тест-системы позволило выявить наличие антител к антигену F1 Y. pestis у 77,1% вакцинированных людей в сроки забора материала от 1 до 18 месяцев после вакцинации в титре 1:160-1:2560. Оценка профиля антител с помощью иммуночипа показала присутствие антител к антигену F1 у 91,4% вакцинированных в титре 1:320-1:2560. Кроме того, использование иммуночипа позволило обнаружить антитела к ЛПС, ОСА, пестину ПП у 54,3%, 20%, 42% вакцинированных людей соответственно. Процент положительной сероконверсии у лиц, вакцинированных живой чумной вакциной, составил 77,1% по результатам ИФА, 91,4% к антигену F1 - по результатам анализа с применением иммуночипа, 94,3% - по результатам анализа с расширенной панелью антигенов. Применение нескольких антигенных маркеров в составе иммуночипа позволило выявить больший процент сероконверсии среди вакцинированных людей, чем традиционный иммуноферментный анализ. Полученные результаты указывает на перспективу применения иммуночипа для оценки гуморального иммунитета.

biochipantibodiesantigensplagueimmunityбиочипантителаантигенычумаиммунитет1. 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: 10.15789/2220-7619-2015-1-27-364. 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: 10.21055/0370-1069-2017-2-32-356. 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.2015.3.6211. 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: 10.1155/2012/62703612. Plotkin S.A. Correlates of protection induced by vaccination. Clin. Vaccine Immunol., 2010, vol. 17, no. 7. pp. 1055–1065. doi: 10.1128/CVI.00131-1013. 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