Расшифрованный геном штамма листерий поможет сделать вакцины безопаснее

Впервые в мире расшифрован геном штамма листерий, который применяется в качестве ветеринарной вакцины для профилактики тяжелого и опасного заболевания сельскохозяйственных животных – листериоза. Российским исследователям удалось выявить основные гены, которые прямо или косвенно вовлечены в процесс ослабления заражения и «остаточную» вирулентность вакцинного штамма. Полученные данные могут послужить основой для раскрытия механизмов вирулентности и патогенности микроорганизмов и будут востребованы как для фундаментальной вакцинологии, так и для разработки эффективных и безопасных вакцин нового поколения. Результаты исследования, выполненного при поддержке Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Scientific Data.

Больше 220 лет назад ученый Эдвард Дженнер успешно вакцинировал 8-летнего мальчика живыми клетками вируса коровьей оспы, что стало точкой отсчета для разработки и применения десятков и сотен вакцин против различных инфекций человека и животных. Как правило, наиболее распространенной до начала XXI века оставалась технология получения вакцин путем аттенуации вакцинных штаммов из вирулентных микроорганизмов, выделенных от больных, переболевших животных или человека. Ученые «ослабляли» способность бактерий вызывать инфекционное заболевание с помощью многократных пересевов на бактериологических средах или влияя на них другими лабораторными методами. Несмотря на то, что при определенных обстоятельствах (например, при ослаблении микроорганизма в результате длительного заболевания, истощения, патологии иммунной системы и др.) бактерии могут частично восстановить свою способность к заражению, в первую очередь, вирулентность зависит от свойств самого микроорганизма, на чем исследователи и сосредоточили свое внимание в новой работе.

Сотрудники Саратовского государственного университета генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова (Саратов) и Всероссийского научно-исследовательского и технологического института биологической промышленности (Москва) изучили и расшифровали геном вакцинного штамма бактерии Listeria monocytogenes. Листерии вызывают тяжелое и опасное заболевание «листериоз», поражающее сельскохозяйственных, домашних и диких животных, а также людей. Хотя эта болезнь возникает относительно редко (по данным ВОЗ, 01,-10 случаев на 1 млн человек ежегодно, по данным Россельхознадзора, более 100 случаев среди сельскохозяйственного скота ежегодно), она может приводить к развитию тяжелого сепсиса, менингита или энцефалита, а, в некоторых случаях, и к летальному исходу (до 30-40%).

В качестве модели для изучения исследователи выбрали штамм листерий, который успешно применяется с 60-х гг. прошлого века в качестве живой цельно-клеточной ветеринарной вакцины против листериоза. С помощью метода полногеномного секвенирования на платформах 2-го и 3-го поколения и последующей биоинформатической обработки массива полученных данных ученым удалось расшифровать наиболее важные фрагменты (локусы) генома, которые могут быть прямо или косвенно вовлечены в аттенуацию, то есть «ослабление», и «остаточную» вирулентность вакцинного штамма. После этого исследователи сравнили геном с девятью эталонными вирулентными штаммами, полученными от больных листериозом животных, что дало возможность идентифицировать конкретные гены, вовлеченные в ключевые характеристики изучаемого вакцинного штамма. Причем генов «вирулентности» оказалось, по крайней мере, примерно на 10% меньше, чем у полностью заразных штаммов листерий.

Кроме того, ученым удалось определить сочетание тех генов и антигенных субстанций, которые способны вызывать нормальное формирование иммунитета, а также тех, которые следует удалить из существующей вакцины для снижения риска осложнений после введения вакцины. Эта работа существенно повысит защитные свойства вакцины и позволит снизить или даже полностью исключить недостатки, свойственные и другим живым вакцинам, которые готовят по классической технологии, разработанной еще Луи Пастером.

«Результаты нашего исследования могут стать базовой платформой для разработки эффективной и безопасной вакцины нового поколения с улучшенными характеристиками для профилактики листериоза у животных во всем мире. Это имеет решающее значение для здоровья и благополучия животных, безопасности пищевых продуктов и здоровья населения, равно как и «биологизации», то есть использования методов молекулярной биологии в сельском хозяйстве для повышения его эффективности», – рассказала руководитель проекта по гранту РНФ Валентина Федорова, профессор, доктор медицинских наук, профессор кафедры «Микробиология и биотехнология», главный научный сотрудник лаборатории ФиПИ Саратовского государственного университета генетики, биотехнологии и инженерии имени Н.И. Вавилова.