Субъединичная вакцина “Дельта-Вак” индуцирует сильный гуморальный иммунный ответ против SARS-CoV-2

Пандемия COVID-19 сконцентрировала внимание исследователей всего мира на борьбе с этой инфекцией. Важнейшим подходом противодействия COVID-19 стала разработка профилактических вакцин на основе ряда платформ, включая ДНК- и РНК-вакцины, векторные и субъединичные вакцины. Одной из таких платформ стали субъединичные вакцины, которые привлекательны в первую очередь из-за непревзойденного профиля их безопасности. Однако безопасность данных вакцин часто сопряжена с невысокой эффективностью, поэтому зачастую необходимо применять адъюванты, а также использовать более сложные схемы иммунизации. В то же время важным достоинством субъединичных вакцин является масштабируемость и относительная простота производства, так как в процессе производства нет необходимости работать с живым вирусом или вирусными векторами. Целью работы была разработка кандидатной вакцины на основе рекомбинантного рецептор-связывающего домена (RBD) спайкового S-белка SARS-CoV-2 варианта Delta (B.1.617.2). В исследовании применялись иммунологические методы, методы генной инженерии и биотехнологии. В ходе работы на основе клеток млекопитающих CHO-K1 разработан продуцент рекомбинантного RBD. Для получения белка, отвечающего требованиям инъекционных препаратов, была разработана схема хроматографической очистки, включающая аффинную и ионообменную хроматографии. Предложен вариант субъединичной вакцины «Дельта-Вак» на основе полученного рекомбинантного белка. Иммуногенность кандидатной вакцины «Дельта-Вак» оценивали на модели лабораторных мышей BALB/c. Проводили двукратную иммунизацию животных дозой 50 мкг RBD в комплексе с Al(OH)3 с двухнедельным интервалом. Показана способность кандидатной вакцины индуцировать выработку специфических IgG и нейтрализующих антител у мышей линии BALB/c. Специфические титры антител иммунизированных животных лежали в диапазоне от 1/10⁵ до 1/10⁶ . При этом сыворотки крови обладали нейтрализующей активностью в отношении SARS-CoV-2 (вариант B.1.617.2 (Delta)) с титром до 1/2000. Разработанная вакцина «Дельта-Вак» обладает высокой иммуногенностью и индуцирует выработку нейтрализующих антител против гомологичного варианта Delta и гетерологичных вариантов Wuhan и Omicron SARS-CoV-2. Таким образом, «Дельта-Вак» может выступать в качестве кандидатной вакцины и служить прототипом для разработки субъединичных вакцин против COVID-19.

1. Матвеев А.Л., Хлусевич Я.А., Байков И.К., Бабкин И.В., Гончарова Е.П., Морозова В.В., Тикунова Н.В. Создание стабильного штамма-продуцента полноразмерного антитела человека на примере антитела против вируса эктромелии // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2018, Т. 21, № 8, С. 993-1000.

2. Arora P., Zhang L., Rocha C., Graichen L., Nehlmeier I., Kempf A., Cossmann A., Gema Morillas Ramos G.M., Baier E., Tampe B., Moerer O., Dickel S., Winkler M.S., Behrens G.M.N., Pöhlmann S., Hoffmann M. The SARS-CoV-2 Delta-Omicron Recombinant Lineage (XD) Exhibits Immune-Escape Properties Similar to the Omicron (BA. 1) Variant. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 22, 14057. doi: 10.3390/ijms232214057.

3. Coria L.M., Saposnik L.M., Pueblas Castro C., Castro E.F., Bruno L.A., Stone W.B., Pérez P.S., Darriba M.L., Chemes L.B., Alcain J., Mazzitelli I., Varese A., Salvatori M., Auguste A.J., Álvarez D.E., Pasquevich K.A., Cassataro J. A novel bacterial protease inhibitor adjuvant in RBD-Based COVID-19 vaccine formulations containing alum increases neutralizing antibodies, specific germinal center B cells and confers protection against SARS-CoV-2 Infection in Mice. Front. Immunol., 2022, Vol. 13, 844837. doi: 10.3389/fimmu.2022.844837.

4. Dai L., Gao G.F. Viral targets for vaccines against COVID-19. Nat. Rev. Immunol., 2021, Vol. 21, no. 2, pp. 73-82.

5. Ghaemi A., Roshani P. Asl., Zargaran H., Ahmadi D., Hashimi A.A., Abdolalipour E., Bathaeian S., Miri S.M. Recombinant COVID-19 vaccine based on recombinant RBD/Nucleoprotein and saponin adjuvant induces long-lasting neutralizing antibodies and cellular immunity. Front. Immunol., 2022, Vol. 13, 974364. doi: 10.3389/fimmu.2022.974364.

6. Han X., Cai Z., Dai Y., Huang H., Cao X., Wang Y., Fang Y., Liu G., Zhang M., Zhang Y., Yang B., Xue W., Zhao G., Tai W., Li M., Re-burying Artificially Exposed Surface of Viral Subunit Vaccines Through Oligomerization Enhances Vaccine Efficacy. Front. Cell. Infect. Microbiol., 2022, Vol. 12, 927674. doi: 10.3389/fcimb.2022.927674.

7. Heidary M., Kaviar V.H., Shirani M., Ghanavati R., Motahar M., Sholeh M., Khoshnood S.A Comprehensive Review of the Protein Subunit Vaccines Against COVID-19. Front. Microbiol., 2022, Vol. 13, 927306. doi: 10.3389/fmicb.2022.927306.

8. Karthik K., Senthilkumar T.M.A., Udhayavel S., Raj G.D. Role of antibody-dependent enhancement (ADE) in the virulence of SARS-CoV-2 and its mitigation strategies for the development of vaccines and immunotherapies to counter COVID-19. Hum. Vaccin. Immunother., 2020, Vol. 16, no. 12, pp. 3055-3060.

9. Kleanthous H., Silverman J.M., Makar K.W., Yoon I.K., Jackson N., Vaughn D.W. Scientific rationale for developing potent RBD-based vaccines targeting COVID-19. Vaccines, 2021, Vol. 6, no. 1, 128. doi: 10.1038/s41541-021-00393-6.

10. Kuo T.Y., Lin M.Y., Coffman R.L., Campbell J.D., Traquina P., Lin Y.J., Liu L. T.-Ch., Cheng J., Wu Y.-Ch., Wu Ch.-Ch., Tang W.-H., Huang Ch.-G., Tsao K.-Ch., Chen C. Development of CpG-adjuvanted stable prefusion SARS-CoV-2 spike antigen as a subunit vaccine against COVID-19. Sci. Rep., 2020, Vol. 10, no. 1, 20085. doi: 10.1038/s41598-020-77077-z.

11. Lee I.J., Sun C.P., Wu P.Y., Lan Y.H., Wang I.H., Liu W.C., Yuan J.P.-Y., Chang Y.-W., Tseng Sh.-Ch., Tsung S. I., Chou Y.-Ch., Kumari M., Lin Y.-Sh., Chen H.-F., Chen T.-Y., Lin Ch.-Ch., Chiu Ch.-W., Hsieh Ch.-H., Chuang Ch.-Y., Cheng Ch.-M., Lin H.-T., Chen W.-Y., Hsu F.-F., Hong M.-H., Liao Ch.-Ch., Chang Ch.-Sh., Liang J.J., Ma H.-H., Chiang M.-T., Liao H.-N., Ko H.-Y., Chen L.-Y., Ko Y.-A., Yu P.-Y., Yang T.-J., Chiang P.-Ch., Hsu Sh.-T., Lin Y.-L., Lee Ch.-Ch., Wu H.-Ch., Tao M.H. A booster dose of Delta × Omicron hybrid mRNA vaccine produced broadly neutralizing antibody against Omicron and other SARS-CoV-2 variants. J. Biomed. Sci., 2022, Vol. 29, no. 1, 49. doi: 10.1186/s12929-022-00830-1.

12. Liao Y., Li Y., Pei R., Fang X., Zeng P., Fan R., Ou Zh., Deng J., Zhou J., Guan W., Min Y., Deng F., Peng H., Zhang Zh., Feng Ch., Xin B., He J., Hu Zh., Zhang J. Safety and immunogenicity of a recombinant interferonarmed RBD dimer vaccine (V-01) for COVID-19 in healthy adults: a randomized, double-blind, placebo-controlled, Phase I trial. Emerg. Microbes Infect., 2021, Vol. 10, no. 1, pp. 1589-1597.

13. Lin T.W., Huang P.H., Liao B.H., Chao T.L., Tsai Y.M., Chang S.C., Chang S.-Y., Chen H.W. Tag-Free SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain (RBD), but Not C-Terminal Tagged SARS-CoV-2 RBD, Induces a Rapid and Potent Neutralizing Antibody Response. Vaccines, 2022, Vol. 10, no. 11, 1839. doi: 10.3390/vaccines10111839.

14. Liu Ch., Ginn H.M., Dejnirattisai W., Supasa P., Wang B., Tuekprakhon A., Nutalai R., Zhou D., Mentzer A.J., Zhao Y., Duyvesteyn H.M.E., López-Camacho C., Slon-Campos J., Walter Th.S., Skelly D., Johnson S.A., Ritter Th.G., Mason Ch., Clemens S.A.C., Naveca F.G., Nascimento V., Nascimento F., Fernandes da Costa C., Resende P.C., Pauvolid-Correa A., Siqueira M.M., Dold Ch., Temperton N., Dong T., Pollard A.J., Knight J.C., Crook D., Lambe T., Clutterbuck E., Bibi S., Flaxman A., Bittaye M., Belij-Rammerstorfer S., Gilbert S.C., Malik T., Carroll M.W., Klenerman P., Barnes E., Dunachie S.J., Baillie V., Serafin N., Ditse Z., Silva K.D., Paterson N.G., Williams M.A., Hall D.R., Madhi Sh., Nunes M.C., Goulder Ph., Fry E.E., Mongkolsapaya J., Ren J., Stuart D.I., Screaton G.R. Reduced neutralization of SARS-CoV-2 B. 1.617 by vaccine and convalescent serum. Cell, 2021, Vol. 184, no. 16, pp. 4220-4236.e13.

15. Malladi S.K., Singh R., Pandey S., Gayathri S., Kanjo K., Ahmed S., Khan M.S., Kalita P., Girish N., Upadhyaya A., Reddy P., Pramanick I., Bhasin M., Mani Sh., Bhattacharyya S., Joseph J., Thankamani K., Raj V.S., Dutta S., Singh R., Nadig G., Varadarajan R. Design of a highly thermotolerant, immunogenic SARS-CoV-2 spike fragment. J. Biol. Chem., 2021, Vol. 296, 100025. doi: 10.1074/jbc.RA120.016284.

16. Merkuleva I.A., Shcherbakov D.N., Borgoyakova M.B., Isaeva A.A., Nesmeyanova V.S., Volkova N.V., Aripov V.S., Shanshin D.V., Karpenko L.I., Belenkaya S.V., Kazachinskaia E.I., Volosnikova E.A., Esina T.I., Sergeev A.A., Titova K.A., Konyakhina Y.V., Zaykovskaya A.V., Pyankov O.V., Kolosova E.A., Viktorina O.E., Shelemba A.A., Rudometov A.P., Ilyichev A.A. Are Hamsters a Suitable Model for Evaluating the Immunogenicity of RBD-Based Anti-COVID-19 Subunit Vaccines? Viruses, 2022, Vol. 14, no. 5, 1060. doi: 10.3390/v14051060.

17. Merkuleva I.A., Shcherbakov D.N., Borgoyakova M.B., Shanshin D.V., Rudometov A.P., Karpenko L.I., Belenkaya S.V., Isaeva A.A., Nesmeyanova V.S., Kazachinskaia E.I., Volosnikova E.A., Esina T.I., Zaykovskaya A.V., Pyankov O.V., Borisevich S.S., Shelemba A.A., Chikaev A.N., Ilyichev A.A. Comparative Immunogenicity of the Recombinant Receptor-Binding Domain of Protein S SARS-CoV-2 Obtained in Prokaryotic and Mammalian Expression Systems. Vaccines, 2022, Vol. 10, no. 1, 96. doi: 10.3390/vaccines10010096.

18. Pang Y., Lu H., Cao D., Zhu X., Long Q., Tian F., Long X., Li Y. Efficacy, immunogenicity and safety of respiratory syncytial virus prefusion F vaccine: systematic review and meta-analysis. BMC Public Health, 2024, Vol. 24, no. 1, 1244. doi: 10.1186/s12889-024-18748-8.

19. Premkumar L., Segovia-Chumbez B., Jadi R., Martinez D.R., Raut R., Markmann A.J., Cornaby C., Bartelt L., Weiss S., Park Y., Edwards C.E., Weimer E., Scherer E.M., Rouphael N., Edupugantih S., Weiskopf D., Tse L.V., Hou Y.J., Margolis D., Sette A., Collins M.H., Schmitz J., Baric R.S., de Silva A.M. The receptor-binding domain of the viral spike protein is an immunodominant and highly specific target of antibodies in SARS-CoV-2 patients. Science immunology, 2020, Vol. 5, no. 48, eabc8413. doi: 10.1126/sciimmunol.abc8413.

20. Shimizu J., Sasaki T., Koketsu R., Morita R., Yoshimura Y., Murakami A., Saito Y., Kusunoki T., Samune Y., Nakayama E.E., Miyazaki K., Shioda T. Reevaluation of antibody-dependent enhancement of infection in anti-SARS-CoV-2 therapeutic antibodies and mRNA-vaccine antisera using FcR- and ACE2-positive cells. Sci. Rep., 2022, Vol. 12, no. 1, 15612. doi: 10.1038/s41598-022-19993-w.

21. Starr T.N., Czudnochowski N., Liu Z., Zatta F., Park Y.J., Addetia A., Pinto D., Beltramello M., Hernandez P., Greaney A.J., Marzi R., Glass W.G., Zhang I., Dingens A.S., Bowen J.E., Tortorici M.A., Walls A.C., Wojcechowskyj J.A., de Marco A., Rosen L.E., Zhou J., Montiel-Ruiz M., Kaiser H., Dillen J.R., Tucker H., Bassi J., Silacci-Fregni Ch., Housley M.P., Di Iulio J., Lombardo G., Agostini M., Sprugasci N., Culap K., Jaconi S., Meury M., Jr E.D., Abdelnabi R., Foo Sh.-Y.C., Cameroni E., Stumpf S., Croll T.I., Nix J.C., Havenar-Daughton C., Piccoli L., Benigni F., Neyts J., Telenti A., Lempp F.A., Pizzuto M.S., Chodera J.D., Hebner Ch.M., Virgin H.W., Whelan S.P.J., Veesler D., Corti D., Bloom J.D., Snell G. SARS-CoV-2 RBD antibodies that maximize breadth and resistance to escape. Nature, 2021, Vol. 597, no. 7874, pp. 97-102.

22. Wang J., Wen Y., Zhou S.H., Zhang H.W., Peng X.Q., Zhang R.Y., Yin X-G., Qiu H., Gong R., Yang G.F., Guo J. Self-Adjuvanting Lipoprotein Conjugate αgalCer-RBD Induces Potent Immunity against SARS-CoV-2 and its Variants of Concern. J. Med. Chem., 2022, Vol. 65 no. 3, pp. 2558-2570.

23. Yang D.K., Kweon C.H., Kim B.H., Lim S.I., Kwon J.H., Kim S.H., Jae-Young S., Han H.R. Immunogenicity of baculovirus expressed recombinant proteins of Japanese encephalitis virus in mice. J. Vet. Sci., 2005, Vol. 6, no. 2, pp. 125-133.

24. Yang J., Wang W., Chen Z., Lu S., Yang F., Bi Z., Bao L., Mo F., Li X., Huang Y., Hong W., Yang Y., Zhao Y., Ye F., Lin Sh., Deng W., Chen H., Lei H., Zhang Z., Luo M., Gao H., Zheng Y., Gong Y., Jiang X., Xu Y., Lv Q., Li D., Wang M., Li F., Wang Sh., Wang G., Yu P., Qu Y., Yang L., Deng H., Tong A., Li J., Wang Zh., Yang J., Shen G., Zhao Zh., Li Y., Luo J., Liu H., Yu W., Yang M., Xu J., Wang J., Li H., Wang H., Kuang D., Lin P., Hu Zh., Guo W., Cheng W., He Y., Song X., Chen Ch., Xue Zh., Yao Sh., Chen L., Ma X., Chen S., Gou M., Huang W., Wang Y., Fan Ch., Tian Zh., Shi M., Wang F.-Sh., Dai L., Wu M., Li G., Wang G., Peng Y., Qian Zh., Huang C., Lau J. Y.-N., Yang Zh., Wei Y., Cen X., Peng X., Qin Ch., Zhang K., Lu G., Wei X. A vaccine targeting the RBD of the S protein of SARS-CoV-2 induces protective immunity. Nature, 2020, Vol. 586, no. 7830, pp. 572-577.

25. Ye J., Meng S., Zhu X. Recent advances in the development of bispecific antibodies. Sheng Wu Gong Cheng Xue Bao, 2020, Vol. 36, no. 1, pp. 33-43.

26. Zang J., Gu C., Zhou B., Zhang C., Yang Y., Xu S., Bai L., Zhang R., Deng Q., Yuan Zh., Tang H., Qu D., Lavillette D., Xie Y., Huang Z. Immunization with the receptor-binding domain of SARS-CoV-2 elicits antibodies cross-neutralizing SARS-CoV-2 and SARS-CoV without antibody-dependent enhancement. Cell Discov., 2020, Vol. 6, 61. doi: 10.1038/s41421-020-00199-1.

27. Zhang J., Han Z.B., Liang Y., Zhang X.F., Jin Y.Q., Du L.F., Shao Sh., Wang H., Hou J.W., Xu K., Lei W., Lei Z.H., Liu Zh.M., Zhang J., Hou Y.N., Liu N., Shen F.J., Wu J.J., Zheng X., Li X.Y., Li X., Huang W.J., Wu G.Zh., Su J.G., Li Q.M. A mosaic-type trimeric RBD-based COVID-19 vaccine candidate induces potent neutralization against Omicron and other SARS-CoV-2 variants. Elife, 2022, Vol. 11, e78633. doi: 10.7554/eLife.78633.

28. Zhang J., Zeng H., Gu J., Li H., Zheng L., Zou Q. Progress and prospects on vaccine development against SARS-CoV-2. Vaccines, 2020, Vol. 8, no. 2, 153. doi: 10.3390/vaccines8020153.