创新多表位疫苗:对抗伤寒与非伤寒沙门氏菌的新希望

【字体: 时间:2025年02月28日 来源:Heliyon 3.4

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  为解决现有伤寒疫苗局限性及非伤寒沙门氏菌无疫苗问题,研究人员设计多表位疫苗,结果良好,有望提供交叉保护。

  在全球范围内,伤寒和非伤寒沙门氏菌感染一直是严重威胁人类健康的 “隐形杀手”。在卫生条件欠佳的地区,这些病菌通过受污染的食物和水源肆意传播,引发一系列疾病。伤寒热,作为由伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhi)引发的病症,对幼儿的生命安全构成极大威胁,严重时甚至会夺走他们的生命。而非伤寒沙门氏菌感染同样不容小觑,在一些地区,其发病率相当高,给患者带来极大痛苦。
目前,针对伤寒的现有疫苗存在诸多缺陷。比如,活减毒 Ty21a 疫苗有恢复毒性的风险,对免疫功能低下的人群十分危险,且不适合 5 岁以下儿童;Vi - 多糖疫苗可能会引起不适,而且随着 Vi - 多糖阴性菌株的出现,它的有效性大打折扣。更糟糕的是,对于非伤寒沙门氏菌,至今尚无获批疫苗。这些问题犹如一道道难以跨越的障碍,横亘在人类对抗沙门氏菌的道路上。

为了攻克这些难题,来自孟加拉国达卡大学微生物学系的研究人员 Ahmad Salman Sirajee 和 Sunjukta Ahsan 开展了一项极具意义的研究。他们致力于设计一种创新的多表位疫苗,旨在同时对抗伤寒和非伤寒沙门氏菌菌株。这项研究成果发表在《Heliyon》杂志上,为我们带来了对抗沙门氏菌的新希望。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先,通过 NCBI 数据库检索伤寒沙门氏菌的完整基因组,再利用 RAST 服务器将其转化为完整蛋白质组并注释。借助 PSORTb v3.0.2 确定蛋白质定位,Vaxijen v2.0 评估抗原性等一系列生物信息学工具筛选合适的蛋白质及表位。之后,运用分子对接、分子动力学模拟等技术研究疫苗与受体的相互作用和稳定性,还通过免疫模拟预测疫苗的免疫效果,并且进行了密码子优化和电子克隆,确保疫苗能高效表达。

研究结果如下:

  1. 确定蛋白质靶点:研究人员通过对蛋白质定位、抗原性和序列保守性的评估,从伤寒沙门氏菌中筛选出 5 种表面蛋白,分别是肽聚糖相关脂蛋白(pal)、外膜蛋白 S1(ompS1 )、外膜蛋白 F(ompF)、血凝素(hem)和外膜孔蛋白 L(ompL),这些蛋白被认为是疫苗开发的最有前景的靶点。
  2. 选择 T 细胞和 IFN - γ 诱导表位:经过一系列复杂的分析流程,研究人员确定了多个 T 细胞表位和 IFN - γ 诱导表位。最终,挑选出 7 个 T 细胞表位和 4 个 IFN - γ 诱导表位用于疫苗设计。
  3. 交叉反应性评估:通过 BLASTp 分析发现,针对伤寒沙门氏菌选择的表位与副伤寒甲沙门氏菌、鼠伤寒沙门氏菌和肠炎沙门氏菌的相应表位具有 100% 的序列相似性,这表明该疫苗可能具有广泛的疗效。
  4. 多表位疫苗建模与优化:设计的疫苗包含 T 细胞表位、IFN - γ 诱导表位和佐剂肽,通过合适的连接子连接,并添加六组氨酸标签用于纯化。经预测,该疫苗是一种可能的抗原,具有良好的抗原性(预测分数为 0.8703),且被预测为非过敏原。同时,对疫苗的二级结构、三级结构进行预测和优化,结果显示疫苗结构稳定。
  5. B 细胞表位鉴定和理化分析:研究人员鉴定出 4 个连续 B 细胞表位和 3 个构象 B 细胞表位。此外,对疫苗的理化性质分析表明,其具有适宜的分子量、等电点、半衰期、稳定性等,具备良好的疫苗效力。
  6. 分子对接和分子动力学模拟:分子对接和分子动力学模拟结果显示,疫苗与 TLR - 4 能够有效结合,且结合后整体结构稳定。
  7. 电子克隆和免疫反应模拟:优化后的疫苗 DNA 序列具有良好的 GC 含量和密码子适应指数(CAI),插入 pET - 28a( + )载体后,免疫模拟显示该疫苗能引发有效的免疫反应,包括产生免疫记忆,增强抗原清除能力。

在研究结论和讨论部分,研究人员设计的多表位疫苗展现出诸多优势。与以往针对单一沙门氏菌血清型的疫苗不同,它能对伤寒和常见的非伤寒沙门氏菌致病性血清型提供交叉保护。这一特性源于精心挑选的针对核心毒力因子的保守表位,有效克服了沙门氏菌菌株的抗原变异性问题。疫苗中使用的特定连接子和佐剂增强了其稳定性和免疫原性,抗原性得分高于一些已发表的多表位沙门氏菌疫苗。免疫反应模拟结果也表明,该疫苗能有效激发机体的体液免疫和细胞免疫,建立免疫记忆,增强抗原清除能力。

然而,这项研究也存在一定局限性。由于研究是基于计算机模拟,预测的免疫反应可能无法完全在体内实现,疫苗的免疫原性和安全性还需要通过体外研究和动物模型测试进一步验证。尽管如此,该研究为沙门氏菌疫苗的开发提供了新的思路和方向。如果能够成功将预测的免疫效果转化为实际应用,这款疫苗将成为对抗沙门氏菌的有力武器,为那些易受感染的人群带来健康的曙光,在全球公共卫生领域发挥重要作用。
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