پديد آورندگان :
هنرحدادان، هاشم دانشگاه فردوسي مشهد - دانشكده كشاورزي - گروه علوم دامي، مشهد، ايران , طهمورث پور، مجتبي دانشگاه فردوسي مشهد - دانشكده كشاورزي - گروه علوم دامي، مشهد، ايران , سخاوتي، محمدهادي دانشگاه فردوسي مشهد - دانشكده كشاورزي - گروه علوم دامي، مشهد، ايران
كليدواژه :
بروسلوز , واكسن نوتركيب , ديناميك مولكولي , اپي‌توپ
چكيده فارسي :
هدف: بيماري بروسلوز يك بيماري مشترك بين انسان و دام بوده كه در سال هاي اخير خسارت هاي زيادي را به صنعت دامپروري وارد كرده است. يكي از راههاي پيشگيري اين بيماري تهيه واكسن است. براي توليد يك واكسن نوتركيب موفق عواملي از جمله، انتخاب يك آنتي ژن مناسب از اهميت بالايي برخوردار مي باشند. بدين منظور، اخيرا در تحقيقات باليني ، زيست پزشكي و توليد واكسن هاي نوتركيب از اپي توپ ها در به طور گسترده اي استفاده مي شود. پروتئين هاي سطحي اين باكتري از جمله پروتئين هاي BLS و OMP25، داراي ويژگي هاي آنتي ژنيك بوده و نقش مهمي در ايجاد اين بيماري بازي ميكنند. با توجه به عدم وجود واكسن هاي موثر، امروزه نياز به توليد واكسن هاي جديد و كارآمد بيش از پيش احساس مي شود. هدف از اين مطالعه، پيش بيني بيوانفورماتيكي اپي توپ هاي ژن هاي BLS و Omp25 باكتري بروسلا به منظور معرفي كانديد مناسب براي توليد واكسن بود.
مواد و روش‌ها: بدين منظور، جهت پيش بيني اپي توپ ها، از سرور هاي SYFFPEITHI، PROPRED و IEDB استفاده شد. سپس ساختار سه بعدي به دست آمد. ، سپس مدلسازي اپي توپ هاي پيش بيني شده با استفاده از سرور Pepfold 3 انجام شد. به منظور بررسي پايداري ساختارهاي پيش بيني شده و اطمينان از صحت ساختار سوم پپيتيدها، شبيه سازي ديناميك مولكولي با استفاده از نرم افزار GROMACS ورژن 2019 و در مدت زمان 10 نانوثانيه انجام شد. به منظور بررسي پايداري كمپلكس ها، بر اساس نتايج به دست آمده از داكينگ مولكولي، كمپلكس هاي با مقادير منفي تر انرژي آزاد اتصال، جهت انجام شبيه سازي ديناميك مولكولي انتخاب شدند. در نهايت نتايج به دست آمده، در شرايط ديناميكي در نرم افزار گرومكس مورد بررسي قرار گرفت. بررسي استاتيك برهمكنش بين اپي توپ ها با مولكول هاي MHC II و MHC I گوسفندي به كمك نرم افزار Autodock vina انجام شد.
نتايج: از بين نتايج به دست آمده از سرورهاي مختلف، اپي تـوپ هـايي انتخـاب شده اند كـه در بين نتايج همـه سـرورها مشـترك و داراي بهترين پارامترها بودند. در نهايت، 8 پپتيد كـه عـددهاي بهتـري داشتند به عنوان اپي توپ هاي پيشنهادي در نظر گرفته شدند. نتايج به دست آمده از ديناميك مولكولي نشان داد كه مقادير rmsd براي اينترلوكين و اينترلوكين متصل به پلي اپي توپ در دو حالت تفاوت زيادي نداشته، لذا اين نتايج بيانگر اين موضوع است كه فعاليت اينترلوكين متصل به پلي اپي توپ تغيير نمي يابد. مقادير rmsf هم نشانگر پايداري يكسان در هر دو پروتئين مي باشد. در نهايت نتايج اين مطالعه نشان داد كه در شرايط ديناميكي، 4 اپي توپ پيش بيني شده، داراي قدرت اتصال بالا به گيرنده هاي MHC كلاس 1 و 2 مي باشند.
نتيجه‌گيري: علاوه بر اين نتايج داكينگ و ديناميك مولكولي نشان داد كه پلي اپي توپ پيش بيني شده در اين مطالعه، مي تواند به عنوان يك پلي اپي توپ كانديد در طراحي واكسن نوتركيب بر عليه بيماري بروسلوز مورد استفاده قرار گيرد. هرچند كه براي تاييد اين نتايج، نياز به انجام مطالعات تكميلي و آزمايشگاهي مي باشد.
چكيده لاتين :
Brucellosis is a common disease between humans and livestock that has caused a great deal of damage to the livestock industry in recent years. One way to prevent this disease is to get a vaccine to immunize disease-prone herds. To produce a successful recombinant vaccine, factors such as: selecting the right adjuvant, selecting the right antigen and the right delivery system are very important. To this end, epitopes have recently been widely used in clinical research, biomedicine, and the production of recombinant vaccines. Surface proteins of this bacterium, including BLS and Omp25 proteins, have antigenic properties and play an important role in causing this disease. Due to the lack of effective vaccines, today the need to produce new and effective vaccines is felt more than ever. The aim of this study was to bioinformatically predict the epitopes of BLS and Omp25 genes of Brucella bacterium in order to introduce a suitable candidate for vaccine production.
Materials and methods
For this purpose, SYFFPEITHI, PROPRED and IEDB servers were used to predict epitopes. Since the three-dimensional structure of the protein is required to investigate the interaction of antigens with cell surface receptors, in the next step, the predicted epitopes were modeled using the Pepfold 3 server. In addition, in order to evaluate the stability of the predicted structures and to ensure the accuracy of the third structure of the peptides, molecular dynamics simulations were performed using GROMACS software version 2019 and in a duration of 10 nanoseconds. Then, the three-dimensional structure was obtained by modeling homology method and the docking study of the interaction between epitopes with sheep MHCII and MHCI cells was performed using Autodock vina software.
Results
Then, in order to evaluate the stability of the complexes based on the results obtained from molecular docking, complexes with negative values of free binding energy were selected to perform molecular dynamics simulations. Finally, 8 peptides with better numbers were considered as suggested epitopes. The results obtained from molecular dynamics showed that the rmsd values for interleukin and interleukin bound to the polypeptide did not differ much in the two cases, so these results indicate that the activity of interleukin bound to the polypeptope did not change. The rmsf values also indicate the same stability in both proteins.Finally, the obtained results were evaluated in dynamic conditions in GROMACS software. The results of this study showed that in dynamic conditions, 4 predicted epitopes have high binding power to MHC class 1 and 2 receptors.
Conclusions
In addition, docking and molecular dynamics results showed that the polypeptide predicted in this study could be used as a candidate polypeptide in the design of a recombinant vaccine against brucellosis. However, to confirm these results, additional and laboratory studies are needed.
