طراحي يك كانديد واكسن نوتركيب حاوي پروتئين هايي از سه باكتري EHEC، ETEC و شيگلا ديسانتري در باكتري E.coli و بررسي ايمني هومورال آن در موش

Designing a Recombinant Vaccine Containing Three Bacterial Proteins of EHEC, ETEC, and shigella Dysentery Antigens in E. coli and Evaluation of its Humoral Immunity in Mic

سابقه و هدف: جنس‌هاي مختلف انتروباكترياسه نقش مهمي در ايجاد بيماري‌هاي گوارشي، از جمله اسهال دارند. از اين ميان، اشريشيا كلي انتروتوكسيژنيك، اشريشيا كلي انتروهموراژيك و شيگلا سه باكتري مهمي هستند كه از طريق آب و غذا منتقل مي‌شوند. واكسيناسيون يكي از استراتژي‌هاي مناسب براي مقابله با اين پاتوژن‌ها مي‌باشد. در مطالعه حاضر يك آنتي‌ژن كايمر، حاوي آنتي‌ژن‌هاي اصلي از اين سه باكتري، طراحي و در ميزبان بياني اشريشيا كلي بيان گرديد و براي بررسي ايجاد محافظت در برابر باكتري EHEC مورد آزمايش قرار گرفت. مواد و روش‌ها: پرايمرهاي اختصاصي براي تركيب اين آنتي‌ژن‌ها طراحي گرديد. خصوصيات آنتي‌ژن كايمر، از جمله خواص فيزيكي و شيميايي، ساختار دوم و سوم و اپي‌توپ‌هاي سلول B و T از طريق تجزيه و تحليل بيوانفورماتيكي تعيين گرديد. پس از تركيب اين ژن ها، وكتور نوتركيب pET28a(+) حاصل، به سلول‌هاي مستعد منتقل شد. سپس پروتئين كايمر در باكتري بيان و پروتئين توليد شده تخليص گرديد. پس از آن، حيوانات از طريق تجويز زير جلدي از آنتي‌ژن ايمن شدند. در نهايت، حيوانات ايمن شده با باكتري زنده E. coli O157:H7 مورد چالش قرار گرفتند. يافته‌ها: تجزيه و تحليل بيوانفورماتيكي نشان داد كه آنتي‌ژن كايمر داراي خواص فيزيكي وشيميايي مناسبي بوده كه مي‌تواند به خوبي در ميزبان‌هاي بياني مختلف بيان شود. هم‌چنين اين آنتي‌ژن، داراي اپي‌توپ‌هاي ويژه سلول‌هاي B و T مي‌باشد. نتايج تجربي نشان داد كه اين آنتي‌ژن پاسخ ايمني هومورال مناسبي را در موش برمي‌انگيزد. چالش موش‌هاي ايمن شده نشان داد كه آنتي‌ژن فوق توانايي لازم براي محافظت موش‌ها در برابر سويه باكتريايي E. coli O157:H7 را دارد. استنتاج: آناليزهاي بيوانفورماتيكي و نيز آزمايشات تجربي نشان داد كه اين پروتئين مي‌تواند يك كانديد واكسن مناسب عليه سه باكتري مذكور باشد.

Background and purpose: Different genera of enterobacteriaceae have important roles in gastrointestinal diseases such as diarrhea. Among these, Enterotoxigenic E. coli (ETEC), enterohemorrhagic E. coli (EHEC), and Shigella are three main bacteria which are transmitted via contaminated food and water. Vaccination is a good strategy to combat these pathogens. In the present study, a chimeric antigen, containing the main antigens of these three bacteria was designed, expressed in E. coli host, and tested for protection against EHEC strain. Materials and methods: Specific primers were designed to fuse these antigens. The properties of the chimeric antigen, including physical and chemical properties, secondary and tertiary structures, and B cell and T cell epitopes were obtained via in silico analysis. After the fusion of the genes, the resulting recombinant pET28a(+) vector was transferred into the competent E. coli cells. Expression was induced and the protein was purified. Then, the animals were immunized through subcutaneous administration of the antigen. Finally, the immunized animals were challenged by live E. coli O157:H7 cells. Results: In silico analysis showed that the chimeric antigen had appropriate physical and chemical properties which could be expressed in various expression systems. In addition, the antigen has potent B- and T-cell epitopes. Experimental results showed that the antigen has efficiently provoked the mice's humoral immune system. Challenging the immunized mice by live bacterial cells showed that the chimeric antigen was able to protect the mice against E. coli O157:H7 strain. Conclusion: Both in silico analysis and experimental results showed that the chimeric antigen has appropriate properties which can be considered as a proper candidate vaccine against the three bacteria mentioned.