تعداد نشریات | 161 |
تعداد شمارهها | 6,532 |
تعداد مقالات | 70,500 |
تعداد مشاهده مقاله | 124,089,333 |
تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 97,192,700 |
طراحی و بررسی داکینگ مولکولی کایمر نوترکیب HBHA-Omp28 با هدف توسعه یک واکسن کارآمد علیه باکتری سالمونلا تیفیموریوم | ||
مجله تحقیقات دامپزشکی (Journal of Veterinary Research) | ||
دوره 78، شماره 3، مهر 1402، صفحه 223-233 اصل مقاله (1.4 M) | ||
نوع مقاله: میکروبشناسی و ایمنی شناسی | ||
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22059/jvr.2023.355694.3329 | ||
نویسندگان | ||
سیده زهرا ابوالوفایی1؛ نعمت شمس* 2؛ علی فروهرمهر3؛ امین جایدری2؛ نرگس نظیفی4 | ||
1دانش آموخته دانشکده دامپزشکی، دانشگاه لرستان، خرمآباد، ایران | ||
2گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه لرستان، خرمآباد، ایران | ||
3گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه لرستان، خرمآباد، ایران | ||
4گروه علوم پایه، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران | ||
چکیده | ||
زمینه مطالعه: سالمونلوزیک بیماری مهم و خطرناک میباشد که سلامت انسان و حیوان را مورد تهدید قرار میدهد. این بیماری سالیانه سبب زیانهای اقتصادی بیشماری میشود، از جمله مهمترین راههای مقرون به صرفه برای مهار انواع پاتوژنها واکسیناسیون ایمن با انواع واکسنهای زیر واحدی میباشد. آنتیژن Omp28 به عنوان یک پروتئین خارج غشایی مهم در باکتری سالمونلا تیفیموریوم توانایی اثبات شدهای در تحریک سیستم همورال و سلولار میزبان را دارد. از طرفی جهت بهبود واکنش ایمنی نسبت به آنتیژنها، در طراحی واکسنها معمولاً از ادجوانتها استفاده میشود. هدف: مطالعه حاضر به منظور طراحی کایمر نوترکیب HBHA-Omp28 به عنوان یک واکسن علیه پاتوژن سالمونلا اجرا شد. روشکار: برای این منظور، توالیهای نوکلئوتیدی و آمینو اسیدی آنتیژن Omp28 و مولکول HBHA از پایگاه دادههای NCBI استخراج شد. سپس کایمر نوترکیب HBHA-Omp28 با استفاده از لینکر پپتیدی غیر منعطف به صورت درون رایانهای طراحی شد. پیش بینی اپی توپهای سلولهای T و B به ترتیب توسط سرورهای IEDB و ABCpred انجام شد و خواص آنتیژنسیتی، آلرژنسیتی و فیزیکوشیمایی سازه طراحی شده نیز به ترتیب توسط سرورهای VaxiJen، AllerTOP و ProtParam بررسی شد. در ادامه برای ارزیابی ساختار دوم و ساختار سوم سازه، به ترتیب سرورهای SOPMA وI-TASSER به کار گرفته شدند. داکینگ مولکولی بین کایمر نوترکیب و گیرنده TLR4/MD2 با استفاده از سرور ClusPro بررسی شد. در نهایت پس از بهینهسازی کدونهای توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب در سامانه پروکاریوتی E. Coli سویه K-12، امکان کلون کایمر نوترکیب درون وکتور pET21-a (+) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج: بر اساس نتایج به دست آمده در مطالعه حاضر، کایمر نوترکیب HBHA-Omp28 یک پروتئین غیرآلرژن و آنتیژنتیک با وزن مولکولی 19/34 کیلو دالتون بود. این سازه با توزیع 91 درصد اسیدهای آمینه در ناحیه هسته (بر اساس آنالیزهای راماچاندران) مدل شد. همچنین بر اساس داکینگ مولکولی مشخص شد که پروتئین HBHA توانسته با تشکیل 9 پیوند هیدروژنی به گیرنده TLR4/MD2 متصل شود. همچنین نتایج کلونینگ اثبات کرد که کایمر نوترکیب با موفقیت درون وکتور بیانی pET21-a(+) کلون شد. نتیجهگیری نهایی: به طور کلی میتوان نتیجه گرفت که سازه طراحی شده HBHA-Omp28 در مطالعه حاضر میتواند کاندید قابل اعتمادی در ساخت واکسنهای نوترکیب علیه باکتری سالمونلا باشد. | ||
کلیدواژهها | ||
بیوانفورماتیک؛ پروتئین نوترکیب؛ سالمونلوزیس؛ عفونت؛ واکسیناسیون | ||
عنوان مقاله [English] | ||
Design and Molecular Docking Study of Recombinant Chimera Protein HBHA-Omp28 for Developing an Efficient Vaccine Against Salmonella typhimurium | ||
نویسندگان [English] | ||
Seyedeh Zahra Abolvafaei1؛ Nemat Shams2؛ Ali Forouharmehr3؛ Amin Jaydari2؛ Narges Nazifi4 | ||
1Graduated from the Faculty of Veterinary Medicine, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
2Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
3Department of Animal Sciences, Faculty of Agriculture, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
4Department of Basic Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Lorestan University, Khorramabad, Iran | ||
چکیده [English] | ||
BACKGROUND: Salmonellosis is a dangerous disease that can threaten the health of humans and animals. This disease can lead to economic losses annually; therefore, many studies have been conducted to prevent this disease. OBJECTIVES: The current study aims to design a recombinant chimera protein HBHA-Omp28 as a vaccine against Salmonella typhimurium. METHODS: The nucleotide and amino acid sequences of Omp28 and HBHA proteins were first extracted from the NCBI database. Then, the recombinant chimera of HBHA-Omp28 was bioinformatically assembled using a rigid linker. Epitope prediction of T and B cells, antigenicity, allergenicity, and physicochemical features assessments of HBHA-Omp28 were done using Immune Epitope Database (IEDB), ABCpred, VaxiJen, AllerTOP and ProtParam online servers, respectively. To assess the secondary and tertiary structures, the Self-Optimized Prediction Method with Alignment (SOPMA) and the Iterative Threading ASSEmbly Refinement (I-TASSER) server were used, respectively. Molecular docking between recombinant chimera and TLR4/MD2 receptor was assessed by ClusPro server. Finally, after codon optimization of nucleotide sequence of recombinant chimera to express in Escherichia Coli k-12 strain, the cloning of recombinant chimera in pET21-a (+) vector was examined. RESULTS: The designed recombinant chimera was classified as an antigenic and non-allergenic protein with molecular weight of 34.19 kDa. According to the results of molecular docking study, the HBHA-Omp28 protein was able to bind to TLR4/MD2 receptor using 9 hydrogen bonds. The results of cloning study demonstrated that HBHA-Omp28 successfully cloned into pET21-a (+). CONCLUSIONS: The designed recombinant chimera can be an appropriate vaccine against salmonella bacteria. | ||
کلیدواژهها [English] | ||
Bioinformatics, Salmonellosis, Recombinant protein, Infection, Vaccination | ||
اصل مقاله | ||
مقدمهامروزه نقش واکسیناسیون در جهت مقابله با انواع بیماریهای عفونی ضرورتی انکارناپذیر است. واکسنها سبب کاهش میزان مرگ و میر ناشی از بیماریهای عفونی در جهان میشوند و نقش مهمی در کنترل و پیشگیری از بیماریهای عفونی دارند (1، 2). واکسنهایی که عمدتاً مورد استفاده قرار میگیرند، شامل پاتوژنهای زنده ضعیف شده، پاتوژنهای کشته شده و واکسنهای زیرواحدی مانند سموم باکتریایی غیرفعال شده میباشند. امروزه نسلهای جدید از انواع واکسن مانند واکسنهای نوترکیب به منظور ایجاد پاسخهای ایمنی قوی و پایدار مورد استفاده قرار میگیرند (3، 4). از مزیتهای واکسنهای زیرواحدی، کاهش اثرات و واکنشهایی است که میتواند در صورت استفاده از واکسنهای زنده یا کشته شده در بدن ایجاد شود (5). واکسنهای زیرواحدی، برخلاف واکسنهای زنده ضعیف شده به منظور اثرگذاری بهتر، به ادجوانت نیاز دارند. از جمله مزایای ادجوانتها میتوان به تولید سریع و طولانی مدت آنتیبادی، افزایش تیتر آنتیبادی و کاهش دفعات تزریق واکسن اشاره کرد (6). مهمترین عامل محدود کننده استفاده و توسعه واکسنهای نوترکیب به موضوع ایمنی ادجوانتها بر میگردد (7). باکتری سالمونلا جزء خانواده انتروباکتریاسه میباشد و به صورت باسیلهای گرم منفی دیده میشود. این جنس باکتری به صورت هوازی یا بیهوازی اختیاری فعالیت دارد. سالمونلوزیس از جمله بیماریهای زئونوز مهم عفونی میباشد، عامل آن باکتری سالمونلا است که از مهمترین عوامل ایجاد آلودگی در مواد غذایی به شمار میآید (8). امروزه برای باکتری سالمونلا بیشتر از 2400 سروتایپ معرفی شده است که شامل دو گروه عمده سالمونلا انتریکا با شش زیر گروه و سالمونلا بونگوری است. سویههای بیماریزا انسانی به طور معمول در گروه انتریکا قرار دارند که به منظور بررسی ایمنیزایی سروتیپهای سالمونلا ابتدا آزمایشهای بیوشیمیایی و سرولوژی صورت میگیرد (9، 10). یکی از انواع آنتیژنهای قابل بررسی باکتری سالمونلا جهت تولید واکسن، پروتئینهای سطحی آن به خصوص پروتئینهای غشا خارجی میباشد، مطالعات نشان داده است که پروتئین غشاء خارجی 28 (Omp28) دارای خاصیت آنتیژنیک میباشد، لذا این پروتئین میتواند در ساخت واکسن استفاده شود (11). یکی از نکات مهمی که در طول طراحی و ساخت یک واکسن نوترکیب باید به آن توجه شود، اعمال یک ادجوانت مولکولی مناسب میباشد. طبق گزارشات انجام شده، یکی از پروتئینهای سطحی باکتریهای خانواده مایکوباکتریوم (عامل سل) بهنام هماگلوتینین چسبنده به هپارین (HBHA) میتواند به عنوان ادجوانت مولکولی برای بهبود تأثیرگذاری واکسن در نظر گرفته شود (12). در مطالعه حاضر، یک کایمر نوترکیب بر پایه پروتئین آنتیژنیک Omp28 از باکتری سالمونلا تیفیموریوم و ادجوانت مولکولی HBHA از باکتری مایکوباکتریوم بویس طراحی گردید و به عنوان کاندید واکسن علیه سالمونلوز با استفاده از روشهای بیوانفورماتیکی مورد بررسی قرار گرفت. مواد و روش کارجمعآوری اطلاعات از پایگاه دادهها: به منظور انجام مطالعه حاضر، توالی نوکلئوتیدی و آمینو اسیدی مولکول HBHA از باکتری مایکوباکتریوم بوویس و آنتیژن Omp28 از باکتری سالمونلا تیفیموریوم، از پایگاه داده NCBI (https://www.ncbi.nlm.nih.goV) استخراج شدند. شماره دسترسی پروتئین HBHA و Omp28 به ترتیب 3/000962NC_ و 104638CP بودند. علاوه بر این فایل pdb مربوط به گیرنده TLR4/MD2 با شماره دسترسی 64Z 2 از پایگاه دادههای RCSB (https://www.rcsb.org/) استخراج شد. طراحی کایمر نوترکیب: برای طراحی کایمر نوترکیب متشکل از توالی آمینواسیدی پروتئینهای Omp28 و HBHA از نرمافزار CLC Main WorkBench استفاده شد. بدین منظور ابتدا توالی پروتئین این دو مولکول توسط نرمافزار CLC Main WorkBench ورژن 5/5 به دست آمد سپس در کایمر نوترکیب، توالی آمینواسیدی پروتئین HBHA در بالادست (انتهای N) و توالی آمینو اسیدی آنتیژن Omp28 در پاییندست (انتهای C) کایمر گنجانده شد. با هدف حفظ فاصله بین دو دومین پروتئینی از یکدیگر و به دنبال آن عملکرد صحیح آنها، از لینکر غیرمنعطف EAAAK استفاده شد. بررسی آنتیژنیسیتی و آلرژنزایی کایمر نوترکیب: برای سنجش میزان آنتیژنسیتی و آلرژنزایی کایمر نوترکیب HBHA-Omp28، به ترتیب سرورهای VaxiJen (http://www.ddg-pharmfac.net/vaxijen) ورژن 2، وAllerTOP (https://www.ddg-pharmfac.net/AllerTOP/) ورژن 1 به کار گرفته شدند. برای استفاده از این سرورها توالی اسیدآمینهای پروتئین نوترکیب مذکور با فرمت FASTA به کار گرفته شد. پیش بینی اپی توپهای سلولهای T و B کایمر نوترکیب: با هدف تعیین اپی توپهای اختصاصی سلولهای B و T موجود در کایمر نوترکیب طراحی شده در مطالعه حاضر، از سرورهای معتبر IEDB (http://tools.iedb.org/) و ABCpred (https://webs.iiitd.edu.in/raghava/abcpred/index.html) به ترتیب برای پیش بینی اپی توپهای سلولهای T (MHCI و MHCII) و سلولهای B استفاده شد. لازم به ذکر است که برای استفاده از سرورهای مذکور از توالی اسید آمینهای پروتئین کایمر نوترکیب طراحی شده با فرمت FASTA استفاده شد. در ادامه برای ارزیابی بیشتر آنتی ژنسیتی اپی توپهای به دست آمده، سرور معتبر VaxiJen (dg-pharmfac.net/vaxijen/scripts/VaxiJen_scripts/) با حد آستانه 4/0 مورد استفاده قرار گرفت. بررسی خواص فیزیکوشیمایی و ساختار دوم کایمر نوترکیب: در مطالعه حاضر برای بررسی خواص فیزیکوشیمایی کایمر نوترکیب، از سرور ProtParam (https://web.expasy.org/protparam/) استفاده شد. شایان ذکر است این سرور توانایی آنالیز خواص فیزیکوشیمایی مهم از قبیل وزن مولکولی، نقطه ایزوالکتریک، شاخص آلفاتیک، شاخص ناپایداری و GRAVY را دارا میباشد. همچنین به منظور بررسی ساختار دوم و پیشبینی حالتهای مختلف فضایی (آلفا هلیکس، پیچهای تصادفی، صفحات گسترده و پیچهای بتا) کایمر نوترکیب HBHA-Omp28 طراحی شده از سرور SOPMA (https://npsa-prabi.ibcp.fr/NPSA/npsa_sopma.html) استفاده شد. بررسی ساختار سوم کایمر نوترکیب: در مطالعه حاضر به منظور مدل کردن ساختار سوم کایمر نوترکیب طراحی شده از سرور I-TASSER (https://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/I-TASSER/) استفاده شد. سپس ساختار سوم مدل شده برای استفاده در مراحل بعد توسط سرور GalaxyRefine (https://galaxy.seoklab.org/cgi-bin/submit.cgi/type=REFINE) ریفاین گردید و بهترین مدل ریفاین شده از طریق آنالیز پلات راماچاندران ارائه شده توسط سرور VADAR (http://vadar.wishartlab.com) انتخاب شد. در نهایت بهترین مدل ریفاین شده کایمر HBHA-Omp28 با استفاده از نرمافزار PyMol (https://pymol.org) ورژن 4/5/2 رویتسازی شد. بررسی داکینگ مولکولی: بررسی برهمکنش پروتئین-پروتئین بین کایمر HBHA-Omp28 و گیرنده TLR4/MD2، توسط سرور ClusPro (https://cluspro.org/login.php/redir=/queue.php) ورژن 2 انجام شد. به این منظور از فرمت pdb پروتئین TLR4/MD2 به عنوان گیرنده و فایل pdb بهترین مدل ریفاین شده کایمر HBHA-Omp28 که از مراحل قبل به دست آمده بود به عنوان لیگاند، استفاده شد. بهترین مدل داک شده بر اساس بزرگترین سایز کلاستر و کمترین انرژی انتخاب شد. رویتسازی و بررسی طول و تعداد پیوندهای هیدروژنی بین دو دمین مورد مطالعه توسط نرمافزارهای PyMol ورژن 4/5/2 و +LigPlot ورژن 8/2/2 انجام شد. بهینه سازی کدونهای بیانی توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب: در مطالعه حاضر به منظور بهینه سازی کدونهای بیانی توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب در سیسم بیانی پروکاریوتی E. Coli سویه K--12 از سرور JCat (http://www.jcat.de) استفاده گردید. برای این منظور توالی اولیه در سرور بارگزاری شد و علاوه بر بهینهسازی کدونها، حدف جایگاههای برشی آنزیمهای محدودالاثر اضافی و جایگاههای اتصال ریبوزم پروکاریوتی نیز در دستور کار قرار گرفت. کلونینگ توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب: در مطالعه حاضر امکان کلون شدن توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب بین جایگاه برشی دو آنزیم محدودالاثر BamHI و HindII (به ترتیب در انتهای ´5 و ´3) در وکتور بیانی pET21-a(+) با نرمافزار Snap Gene ورژن 3/5/1 مورد بررسی قرار گرفت. نتایجطراحی سازه ایمنوژنیک نوترکیب: همانطور که در تصویر 1 مشاهده میشود، در سازه کایمر نوترکیب از N انتهایی به سمت C انتهایی به ترتیب، توالی پروتئینی ادجوانت مولکولی HBHA از باکتری مایکوباکتریوم، لینکر سخت و غیرمنعطف EAAAK و توالی آمینواسیدی آنتیژن 28 کیلودالتونی غشاء خارجی باکتری سالمونلا تیفیموریوم (Omp28) قرار گرفته است. این سازه نوترکیب دارای 313 آمینواسید باقی مانده در ساختار اول خود بود (تصویر 1). ارزیابی آنتیژنسیتی، آلرژنزایی و خواص فیزیکوشیمیایی کایمر نوترکیب: در مطالعه حاضر، نتایج حاصل از سرور معتبر ProtParam نشان داد، وزن مولکولی، نقطه ایزوالکتریک، شاخص آلفاتیک، شاخص ناپایداری و GRAVY سازه نوترکیب طراحی شده HBHA-Omp28 به ترتیب 19/34، 01/6، 13/83، 12/41 و 453/0- بودند. علاوه بر این مشخص شد که نیمه عمر واکسن طراحی شده در پستانداران، مخمرها و باکتری اشریشیاکلی به ترتیب، 30 ساعت، بیشتر از 20 ساعت و بیشتر از 10 ساعت میباشد. اطلاعات به دست آمده از سرورهای VaxiJen و AllerTOP نشان داد که سازه مهندسی شده مورد مطالعه (با توجه به امتیاز آنتیژنی63/0و سطح آستانه 4/0) میتواند به عنوان یک آنتیژن سبب تحریک سیستم ایمنی شود ولی در عین حال هیچگونه واکنش آلرژنی در بدن ایجاد نمیکند. نتایج پیش بینی اپی توپهای سلولهای B و T: محتملترین و قویترین اپی توپهای سلولهای گروه T و B که بالاترین امتیاز ارائه شده را به ترتیب توسط سرورهای آنلاین IEDB و ABCpred داشتند انتخاب شدند. در ادامه آنتی ژنسیتی هر یک از اپی توپهای انتخاب شده از مرحله قبل مجدد توسط سرور VaxiJen با موفقیت ارزیابی شد و در نهایت از هر گروه دو اپی توپ برتر معرفی گردید (جدول 1). پیش بینی ساختار دوم و سوم سازه کایمر نوترکیب طراحی شده: همانطور که در تصویر 2 نشان داده شده است، نتایج به دست آمده از بررسی پیشبینی ساختار دوم به کمک سرور SOPMA مشخص کرد که میزان حضور هر یک از ساختارهای آلفا هلیکس، پیچههای تصادفی، صفحات گسترده و پیچهای بتا به ترتیب 73/67، 73/21، 99/7 و 56/2 درصد در سازه نهایی میباشد. با توجه به دادههای تصویر 2، ساختار مارپیچهای آلفا بیشترین مقدار را در بین ساختارهای پروتئین نوترکیب به خود اختصاص دادند. در ادامه، ساختار سه بعدی سازه نوترکیب مورد مطالعه توسط سرور I-TASSER مدل شد و بهترین فایل pdb با ضریب اطمینان (C-Scor) 73/2- و شاخص RMSD: Aº2/4 ±8/12 انتخاب گردید. بر اساس آنالیزهای راماچاندران در این مدل، 82 درصد از اسیدهای آمینه در ناحیه هسته، 13 درصد از آنها در منطقه مجاز و 1 درصد در منطقه خارج قرار داشتند (تصویر 3). پس از ریفاین کردن این مدل توسط سرور GalaxyRefine و پس از ارزیابی توسط پلات و آنالیزهای راماچاندران، مشخص شد که در مدل سهبعدی ریفاین شده نهایی، 91 درصد اسیدهای آمینه در ناحیه هسته، 6 درصد اسیدهای آمینه در منطقه مجاز و 0 درصد از آنها در منطقه خارج قرار داشتند (تصویر 4). در نهایت بهترین مدل ریفاین شده سازه نوترکیب HBHA- Omp28، توسط نرمافزار PyMol رویتسازی شد (تصویر 5). داکینگ مولکولی: برای بررسی اتصال مولکولی بین پروتئین نوترکیب و گیرنده اختصاصی TLR4/MD2، از سرور آنلاین ClusPro استفاده شد. نتایج داکینگ نشان داد که HBHA با کمترین انرژی به گیرنده خود متصل شد (تصویر 6). این برهمکنش با 60 عضو خوشه دارای امتیاز مرکز خوشه 8/683- بود. کمترین انرژی این اتصال 3/867- کیلوکالری بر مول محاسبه شد. نرمافزارهای +LigPlot و PyMol جهت ارزیابی بیشتر محصول داک شده و برآورد تعداد و طول پیوندهای هیدروژنی مورد استفاده قرار گرفت. طبق مشاهدات ارائه شده در تصویر 7، در طی برهمکنش مولکول HBHA با پروتئین گیرنده مولکولی TLR4/MD2، تعداد 9 پیوند هیدروژنی ایجاد شد. اسیدهای آمینه مؤثر در ایجاد پیوندهای هیدروژنی در جدول 2 ارائه شده است. بهینهسازی کدونهای بیانی توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب: نتایج بهینهسازی کدونهای بیانی توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب در سیسم بیانی پروکاریوتی نشان داد درصد GC که توالی اولیه 8/58 درصد بود به 5/50 درصد در توالی بهینه شده تغییر یافت. همچنین شاخص بهینهسازی کدونها (CAI) از 31/0 در توالی اولیه به 94/0 در توالی بهینه شده ارتقاء یافت. کلونینگ توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب: نتایج کلونینگ توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب نشان داد این توالی میتواند در pET21-a(+) به عنوان یک وکتور بیانی در سیستم پروکاریوتی کلون شود (تصویر 8). همانطور که در تصویر 8 نمایش داده شده است به جز انتهای ´5 و ´3، هیچگونه جایگاه برشی برای دو آنزیم BamHI و HindIII در طول توالی کلون شده وجود ندارد. بحثسالمونلا انتریتیدیس و تیفیموریوم شایعترین سروتیپهای سالمونلا میباشند که باعث بیماری در انسان و حیوانات میشوند. شواهد اپیدمیولوژی و باکتریولوژی نشان داد که پرندگان وحشی ممکن است عفونت را به انسان و مرغ انتقال دهند (13). در مناطق شرقی آسیا میزان شیوع گونههای سالمونلا در لاشه مرغ معادل 3/8 درصد بیان شد (12). در سالهای اخیر با توجه به محدودیت واکسنهای غیرفعال، ایده استفاده از واکسنهای نسل جدید جهت کنترل بیماریهای عفونی قوت بیشتری گرفته است. اما نقطه چالش برانگیز واکسنهای نوترکیب، تولید اندک آنتیژن نوترکیب در میزبان پروکاریوتی میباشد. استفاده از ادجوانت مناسب با هدف تحریک گسترده سیستم ایمنی میتواند این مشکل را برطرف کند (14، 15). مطالعات مختلفی در طی سالهای گذشته برای تولید واکسنهای نوین مانند انواع واکسنهای تحت واحدی، نوترکیب، DNA واکسنها و یا استفاده از ادجوانتهای مختلف در ساختار واکسن انجام شد (16-18). امروزه طراحی و ساخت واکسنهای نوترکیب که در تهیه آنها فقط از اجزای ایمن آنتیژنی استفاده میشود، بسیار توسعه یافته است. این دستاورد مهم توسط علم بیوانفورماتیک و مهندسی ژنتیک امکانپذیر شده است (11، 19، 20). دسترسی به این فناوری از یک سو اجازه تولید واکسنهای نوترکیب تشکیل شده از آنتیژنهای پروتئینی را به جای واکسنهای باکتریایی و ویروسی ضعیف شده و یا غیر فعال را میدهد و از سوی دیگر تولید پروتئین نوترکیب را در مقیاس عظیم با کمترین هزینه مقدور ساخته است (21). امروزه مطالعات بیوانفورماتیکی فراوانی در زمینه طراحی و ساخت واکسنهای نوترکیب صورت گرفته است. اخیراً Shams و همکاران در سال 2019، با استفاده از سه پروتئین ایمنیزا یک واکسن چند اپیتوپی علیه عفونت سالمونلایی طراحی کردند (22). همچنین Forouharmehr و همکاران در سال 2022، با استفاده از علم بیوانفورماتیک، واکسن نوترکیب مبتنی بر اپیتوپ به همراه ادجوانت مولکولی طراحی کردند که میتواند کاندید مناسبی برای جلوگیری از عفونت بابزیوز گاوی محسوب شود (23). بر اساس مطالعه Pandey و همکاران در سال 2018، پروتئینهای غشاء خارجی 28 باکتری سالمونلا تیفیموریوم (Omp28) پتانسیل امیدوارکنندهای را به عنوان کاندیدای واکسن ارائه کرده است. این پروتئین با داشتن 108 اسید امینه و همچنین دارا بودن خاصیت اسیدی، قادر به تحریک هر دو نوع ایمنی همورال و سلولی با شاخص آنتیژنی بالا میباشد. در نتیجه پروتئین Omp28 یک پروتئین آنتیژنیک محسوب میشود (24). طبق گزارشات موجود دامنه آنتیژنیسیتی باید بین 55/0 تا 92/0 باشد تا بتواند سیستم ایمنی را تحریک کند (25، 26). بر اساس نتایج سرور VaxiJen، مشخص شد که سازه مهندسی شده در مطالعه حاضر با امتیاز آنتیژنی 67/0 خاصیت ایمنیزایی دارد و سبب تحریک سیستم ایمنی میشود. علاوه بر این، بر اساس پارامتر GRAVY میتوان آبدوست یا آبگریز بودن یک پروتئین را تعیین کرد. به طور کلی یک پروتئین با GRAVY منفی، به عنوان یک پروتئین آبدوست شناخته میشود (27). بنابراین پروتئین نوترکیب طراحی شده در این مطالعه با GRAVY، 453/0- آبدوست میباشد. از جمله مشاهدات مطالعه حاضر که میتواند به عنوان یک دستاورد مهم قلمداد شود، وزن مولکولی سازه طراحی شده است. به طور کلی چنانچه وزن مولکولی پروتئینی کمتر از KDa10 باشد، به دلیل دفع سریع از مجاری کلیوی، ماندگاری کمتری در بدن میزبان موجود زنده دارد. این موضوع میتواند به عنوان نقطه ضعف در طراحی سازههای مناسب برای ساخت واکسن در نظر گرفته شود (28). نتایج بیوانفورماتیک در مطالعه حاضر نشان داد که وزن مولکولی سازه طراحی شده 19/34KDa بود، لذا میتوان نتیجهگیری کرد که چنین سازهای با وزن مولکولی مذکور در بدن موجود زنده پایداری بیشتری دارد. سرورهای I-TASSER و VADAR جهت مدلسازی و ریفاین ساختار سوم سازه استفاده شدند. نتایج حاصل از ریفاین ساختار سوم نشان داد که بخش عمده اسیدهای آمینه (91 درصد) در منطقه هسته قرار گرفتهاند. لذا میتوان بیان کرد که واکسن مهندسی شده به خوبی مدل شده است. با توجه به گزارشات موجود، کارکرد واکسنهای نوترکیب و چند اپیتوپی با استفاده از لینکرهای مناسب تضمین میشود. همچنین گزارش شده است که لینکرها نقش مهمی در حفظ فضای مناسب بین اجزاء تشکیلدهنده یک واکسن را ایفا میکنند و نه تنها به ارائه صحیح واکسن به سیستم ایمنی کمک میکنند، بلکه از تشکیل ناخواسته ساختارهای حساسیتزا و آلرژیک علیه واکسن جلوگیری میکنند (29). طبق نتایج حاصل از نرمافزارCLC Main WorkBench ، توالی پروتئینی آنتیژن 28 کیلو دالتونی غشاء خارجی باکتری سالمونلا تیفیموریوم (Omp28) در انتهای C و همچنین توالی پروتئینی ادجوانت مولکولی HBHA از باکتری مایکوباکتریوم در انتهای N، از طریق لینکر سخت و غیرمنعطف EAAAK به یکدیگر متصل شدند. همان طور که در قسمت نتایج نشان داده شد شاخص بهینه سازی کدونها (CAI) سازه طراحی شده از 31/0 در توالی اولیه به 94/0 در توالی بهینه شده ارتقاء یافت که نزدیک شدن این شاخص به عدد 1 نشان دهنده این مهم است که اکثر کدونهای این سازه نوترکیب برای بیان در سیستم پروکاریوتی بهینه شدهاند. سیستم بیانی پروکاریوتی، سیستمی ارزان قیمت، ایمن و کاربرپسند میباشد که به طور گستردهای برای تولید پروتئینهای نوترکیب ساده که نیاز به تغییرات پس از ترجمه ندارند استفاده میشود (30) نتایج کلونینگ نشان داد، توالی نوکلئوتیدی کایمر نوترکیب در وکتور بیانی pET21-a(+) که مربوط به سیستم بیانی پروکاریوتی است قابل کلون و در نتیجه تحت پروموتر T7 وکتور ذکر شده قابل بیان است. برهمکنش ادجوانت مولکولی کایمر شده با گیرنده آن میتواند تأثیر منفی بر روی واکسن داشته باشد. در نتیجه تعامل بین ادجوانت واکسن و گیرنده آن باید به صورت دقیق ارزیابی شود (17، 27). نتایج داکینگ مولکولی انجام شده با استفاده از سرور ClusPro بیان میکند که پروتئین HBHA- Omp28 توانایی اتصال به گیرنده TLR4/MD2 را با حداقل اتلاف انرژی دارد. لذا بر اساس نتایج حاصل، HBHA میتواند به عنوان یک ادجوانت مولکولی مناسب در تهیه واکسنهای نوترکیب استفاده شود. نتیجهگیری نهایی: به طور کلی میتوان نتیجهگیری کرد که پروتئین نوترکیب طراحی شده HBHA- Omp28 با وزن مولکولی 19/34KDa و برهمکنش مناسب با گیرنده اختصاصی خود، کاندید مناسبی به عنوان یک واکسن کارآمد، مؤثر و محرک سیستم ایمنی علیه بیماری سالمونلوز میباشد. سپاسگزاری نویسندگان مقاله از حمایتهای معاونت پژوهشی دانشگاه لرستان برای انجام مطالعه حاضر تشکر و قدرانی مینمایند. تعارض منافعبین نویسندگان تعارض در منافع گزارش نشده است. | ||
مراجع | ||
| ||
آمار تعداد مشاهده مقاله: 426 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 346 |