Український часопис ветеринарних наук

Особливості продукції екзотоксину вакцинних штамів збудника сибірки для застосування у ветеринарній галузі

Ганна Анатоліївна Завірюха, Ірина Анатоліївна Вишницька, Уляна Миколаївна Яненко, Наталія Григорівна Сорокіна, Тетяна Борисівна Васильєва
Завантажити статтю
Анотація

Основним джерелом імуногенності протисибіркових вакцин, які застосовуються у ветеринарній медицині є екзотоксини, що продукують вакцинні штами збудника сибірки. Актуальність дослідження зумовлена пошуком найпридатніших до використання вакцинних штамів збудника сибірки, з метою отримання високої продукції екзотоксину, як фактора ефективності препаратів для здійснення профілактичних і безпекових заходів у галузі ветеринарії. У зв’язку з цим, мета роботи полягала у дослідженні продуктивних властивостей мікробів роду Bacillus щодо продукції екзотоксину за зміни умов культивування під час інкубації. При дослідженні вакцинних штамів збудника сибірки використовували мікробіологічні та біотехнологічні методи, а також порівняльний статистичний аналіз. Проводили відбір штамів за інтенсивністю росту на поживних середовищах. Для вивчення продукції екзотоксину вакцинними штамами збудника антракса застосовували біотехнологічний підхід отримання специфічного сибіркового білка. При культивуванні на ідентичних поживних середовищах вакцинні штами продукували різну кількість екзотоксину. Досліджено вірулентні (В. anthracis ІВМ-92 Z), вакцинні (В. аnthracis К-79 Z, B. anthracis Sterne 34F 2, B. anthracis 55, B. anthracis СБ, B. anthracis Ценковського IІ) штами, а також сибіркоподібні культури (В. cereus 8035, B. anthracoides 67, B. subtilis ВКМ 17). У процесі експериментальної роботи визначено, що продукція екзотоксину різних штамів збудника сибірки залежить від рН середовища. Встановлено, що при ідентичних показниках рН середовища та умов культивування найвищу продукцію екзотоксину показав вакцинний штам В. аnthracis К-79 Z. Титр специфічного сибіркового білка становив 1:64. Зміна рН середовища при культивуванні штамів впливає на кількість утворення екзотоксину – основного фактору формування специфічного імунітету проти збудника антракса. Результати досліджень можуть бути застосовані фахівцями ветеринарної служби для відбору продуцентів антигену при розробці нових препаратів проти сибірки в тварин на основі екзотоксинів

Ключові слова

антракс; токсиноутворення; культивування; рН середовища; вірулентні штами; референтні культури

ЦИТУВАТИ
Zaviriukha, H., Vyshnytska, I., Yanenko, U., Sorokina, N., & Vasylieva, T. (2024). Features of exotoxin production of vaccine strains of anthrax pathogen for use in the veterinary industry. Ukrainian Journal of Veterinary Sciences, 15(1), 84-104. https://doi.org/10.31548/veterinary1.2024.84
Використані джерела
  1. Alameh, S., Bartolo, G., O’Brien, S., Henderson, E.A., Gonzalez, L.O., Hartmann, S., Klimko, C.P., Shoe, J.L., Cote, C.K., Grill, L.K., Levitin, A., & Martchenko, Sh.M. (2020). Anthrax toxin component, Protective Antigen, protects insects from bacterial infections. PLoS ONE, 16(8), article number 1008836. doi: 10.1371/journal.ppat.1008836.
  2. Ashenefe, W., Fantaw, S., Mekonene, Y., Teshale, A., Yitagesu, Y., Tsige, E., Getahun, D., Geremew, T., Abichu, G., Moges, B., Abate, E., Abayneh, T., Zeru, T., Belay, Z., & Mor, S. (2022). First PCR Confirmed anthrax outbreaks in Ethiopia-Amhara region, 2018-2019. PLOS Neglected Tropical Diseases, 16(2), article number e0010181. doi: 10.1371/journal.pntd.0010181.
  3. Crawford, T., Fletcher, N., Veitch, M., Gonzalez, J.L., Pett, N., Brereton, I., Wells, J.W., Mobli, M., & Tesiram, Y. (2019). Bacillus anthracis protective antigen shows high specificity for a UV induced mouse model of cutaneous squamous cell carcinoma frontiers in medicine (Lausanne). Frontiers in Medicine, 6, article number 22. doi: 10.3389/fmed.2019.00022.
  4. Dale, J.L., Raynor, M.J., Ty, M.C., Hadjifrangiskou, M., & Koehler, T.M. (2018). A dual role for the bacillus anthracis master virulence regulator AtxA: Control of sporulation and anthrax toxin production. Frontiers in Microbiology, 9, article number 482. doi: 10.3389/fmicb.2018.00482.
  5. Diaz-Arévalo, D., Chen, Y., & Zeng, M. (2021). Vaccine delivery with a detoxified bacterial toxin, methods in molecular biology, 2183, 423-435. doi: 10.1007/978-1-0716-0795-4_22.
  6. DSTU 4483:2005. (2006). Veterinary immunobiological preparations. Methods of determining bacterial and fungal contamination. Retrieved from http://shop.uas.org.ua/ua/katalog-normativnih-dokumentiv/11-okhorona-zdorovya/preparati-veterinarni-imunobiologichni-metodi-viznachannja-bakterial-noi-i-gribnoi-kontaminacii.html.
  7. Dumas, E.K., Demiraslan, H., & Ingram, R.J., Sparks, R.M., Muns, E., Zamora, A., Larabee, J., Garman, L., Ballard, J.D., Boons, G.J., James, J.A., Kayabas, U., Doganay, M., & Darise Faris, A. (2020). Toxin neutralizing antibodies elicited by naturally acquired cutaneous anthrax are elevated following severe disease and appear to target conformational epitopes. PLoS ONE, 15(4), article number e0230782. doi: 10.1371/journal.pone.0230782.
  8. Felix, J.B., Chaki, S.P., Xu, Y., Ficht, T.А.,  Rice-Ficht, A.C., & Cook, W.E. (2020). Protective antibody response following oral vaccination with microencapsulated Bacillus Anthracis Sterne strain 34F2 spores. NPJ Vaccines, 5, article number 59. doi: 10.1038/s41541-020-0208-3.
  9. Fischer, E.S., Campbell, W.A., Liu, Sh., Ghirlando, R., Fattah, R.J., Bugge, T.H., & Leppla, S. H. (2019). Bismaleimide cross-linked anthrax toxin forms functional octamers with high specificity in tumor targeting. Protein Science, 28(6), 1059-1070. doi: 10.1002/pro.3613.
  10. Frydrych, J., Skácel, J., Šmídková, M., Mertlíková-Kaiserová, H., Dračínský, M., Gnanasekaran R., Lepšík, M., Soto-Velasquez, M., Watts, V.J., & Janeba, Z. (2018). Synthesis of α-branched acyclic nucleoside phosphonates as potential inhibitors of bacterial adenylate cyclases. ChemMedChem, 13(2), 199-206. doi: 10.1002/cmdc.201700715.
  11. Fonseca, J.M., Mackowiak da Fonseca, I.I., Nagamine, M.K., Oliveira Massoco, C., Nishiya, A.T., Ward, J.M., Liu, Sh., Leppla, S.H., Bugge, T.H., & Dagli, M.L. (2020). Inhibitory effects of a reengineered anthrax toxin on canine and human osteosarcoma cells. Toxins (Basel), 12(10), article number 614. doi: 10.3390/toxins12100614.
  12. Gallagher, T.B., Mellado-Sanchez, G., Jorgensen, A.L., Moore, S., Nataro, J.P., Pasetti, M.F., & Baillie, L.W. (2019). Development of a multiple-antigen protein fusion vaccine candidate that confers protection against Bacillus anthracis and Yersinia pestis. PLOS Neglected Tropical Diseases, 13(8), article number e0007644. doi: 10.1371%2Fjournal.pntd.0007644. 
  13. Galante, D., Manzulli, V., Donatiello, A., Fasanella, A., Chirullo, B., Francia, M., Rondinone, V., Serrecchia, L., Pace, L., Iatarola, M., Tarantino, M., & Adone, R. (2022). Production of a Bacillus anthracis secretome with suitable characteristics as antigen in a complement fixation test. Life, 12(2), article number 312. doi: 10.3390/life12020312.
  14. Jauro, S., Ndumnego, O.C., Ellis, Ch., Buys, A., Beyer, W., & Heerden, H. (2020). Immunogenicity of non-living anthrax vaccine candidates in cattle and protective efficacy of immune sera in A/j mouse model compared to the sterne live spore vaccine. Pathogens, 9(7), article number 557. doi: 10.3390/pathogens9070557.
  15. Kang, Ch.K., Kim, N.H., Kim, Ch.J., Rhie, Gi.E., Jo, S.K., Ahn, M., Kang, J., Choe, P.G., Park, W.B., Kim, N.J., & Oh, M.D. (2019). Immunogenicity and safety of a novel recombinant protective antigen anthrax vaccine (GC1109), a randomized, single-blind, placebo controlled phase II clinical study. Vaccine, 37(29), 3820-3824. doi: 10.1016/j.vaccine.2019.05.057.
  16. Kisaakye, E., Riolexus Ario, A., Bainomugisha, K., Cossaboom, C., Lowe, D., Bulage, L., Kadobera, D., Sekamatte, M., Lubwama, B., Tumusiime, D., Tusiime, P., Downing, R., Buule, J., Lutwama, J., Salzer, J.S., Matkovic, E., Ritter, J., Gary, J., & Zhu, B. (2020). Outbreak of anthrax associated with handling and eating meat from a cow, Uganda, 2018. Emerging Infectious Diseases, 26(12), 2799-2806. doi: 10.3201/eid2612.191373.
  17. Kondakova, O.A, Nikitin, N.A., Evtushenko, E., Ryabchevskaya, E.M., Atabekov, J.G., & Karpova, O.V. (2019). Vaccines against anthrax based on recombinant protective antigen: Problems and solutions. Expert Review of Vaccines, 18(8), 813-828. doi: 10.1080/14760584.2019.1643242.
  18. Liddington, R.C. (2021). Assembly and Function of the anthrax toxin protein translocation complex. Subcell Biochem, 96, 563-577. doi: 10.1007/978-3-030-58971-4_18.
  19. Liu, W., & Nestorovich, E.M. (2021). Anthrax toxin channel: What we know based on over 30 years of research. Biochimica et Biophysica Acta, 1863(11), article number 183715. doi: 10.1016/j.bbamem.2021.183715. 
  20. Manish, M., Verma, Sh., Kandari, D., Kulshreshtha, P., Singh, S., & Bhatnagar, R. (2020). Anthrax prevention through vaccine and post-exposure therapy. Expert Opinion on Biological Therapy, 20(12), 1405-1425. doi: 10.1080/14712598.2020.1801626.
  21. Mirhaj, H., Honari, H., & Zamani, E. (2019). Evaluation of immune response to recombinant Bacillus anthracis LFD1-PA4 chimeric protein. Iranian Journal of Veterinary, 20(2), 112-119.
  22. Modi, T., Gervais, D., Smith, S., Miller, J., Subramaniam, Sh., Thalassinos, K., & Shepherd, A. (2021). Characterization of the UK anthrax vaccine and human immunogenicity. Human Vaccines & Immunotherapeutics, 17(3), 747-758. doi: 10.1080/21645515.2020.1799668. 
  23. Norris, M.H., Zincke, D., Leiser, O.P., Kreuzer, H., Hadfied, T.L., & Blackburn, J.K. (2020). Laboratory strains of Bacillus anthracis lose their ability to rapidly grow and sporulate compared to wildlife outbreak strains. Retrieved from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31978128/.  
  24. Omodo, M., Gardela, J., Namatovu, A., Okurut, A., Esau, M., Acham, M., Nakanjako, M., Israel, M., Isingoma, E., Moses, M., Paul, L., Ssenkeera, B., Atim, S., Gonahasa, D., Sekamatte, M., Gouilh, M., & Gonzalez, J. (2023). Anthrax bio-surveillance of livestock in Arua District, Uganda, 2017-2018. Acta Tropica, 240, article number 106841. doi: 10.1016/j.actatropica.2023.106841.
  25. Pilo, P., & Frey, J. (2018). Pathogenicity, population genetics and dissemination of Bacillus anthracis. Infection, Genetics and Evolution, 64, 115-125. doi: 10.1016/j.meegid.2018.06.024.
  26. Savransky, V., Lacy, M., Ionin, B., Skiadopoulos, M.H., & Shearer, J. (2019). Toxicity study of a lyophilized recombinant protective antigen-based anthrax vaccine adjuvanted. International Journal of Toxicology, 38(3), 163-172. doi: 10.1177/1091581819848722.
  27. Simonsen, K.A., & Chatterjee, K. (2019). Anthrax. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK507773/.
  28. Smiley, M.A., Sanford, D.C., Triplett, Ch.A., Callahan, D., Frolov, V., Look, J., Ruiz, Ch., Reece, J.J., Miles, A., Ruiz, E., Ionin, B., Shearer, J.D., & Savransky, V. (2019). Comparative immunogenicity and efficacy of thermostable (lyophilized) and liquid formulation of anthrax vaccine candidate AV7909. Vaccine, 37(43), 6356-6361. doi: 10.1016/j.vaccine.2019.09.015.
  29. Sumithra, T.G., Chaturvedi, V.K., Gupta, P.K., Bincy, J., Siju, S.J., Sunita, S.C., Reshma, K.J., Patel, C.L., & Rai, A.K. (2021). A novel bicistronic DNA vaccine with enhanced protective immune response against Bacillus anthracis through DNA prime-protein boost vaccination approach. Microbial Pathogenesis, 158, article number 105104. doi: 10.1016/j.micpath.2021.105104.
  30. Topluoglu, S., Aktas, D., Celebi, B., Kara, F., Doganay, M., & Alp, E. (2021). Human anthrax in Turkey: A ten years' experience (2009-2018). Tropical Doctor, 51(1), 80-83. doi: 10.1177/0049475520969542.
  31. Tournier, J., & Rougeaux, C. (2020). Anthrax toxin detection: From in vivo studies to diagnostic applications. Microorganisms, 8(8), article number 1103. doi: 10.3390/microorganisms8081103.
  32. Verma, A., & Burns, D.L. (2018). Improving the stability of recombinant anthrax protective antigen vaccine. Retrieved from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30228030/.
  33. Walker, M.A., Uribasterra, M., Asher, V., Getz, W.M., Ryan, S.J., Ponciano, J.M., & Blackburn, J.K. (2021). Anthrax surveillance and the limited overlap between obligate scavengers and endemic anthrax zones in the United States. Vector-Borne and Zoonotic Diseases, 21(9), 675-684. doi: 10.1089/vbz.2020.2747.
  34. Weilhammer, D.R., Dunkle, A.D., Boone, T.,  Gilmore, S.F., Khemmani, M., Peters, S.K.G., Hoeprich, P.D., Fischer, N.O., Blanchette, C.D., Driks, A., & Rasley, A. (2020). Characterization of Bacillus anthracis spore proteins using a nanoscaffold vaccine platform. Frontiers in Immunology, 11, article number 1264. doi: 10.3389/fimmu.2020.01264.
  35. Young, C.J., Richard, K., Beruar, A., Lo, S.Y., & Siemann, S. (2018). An investigation of the pH dependence of copper-substituted anthrax lethal factor and its mechanistic implications. Journal of Inorganic Biochemistry, 182, 1-8. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2018.01.015.
  36. Żakowska, D., Graniak, G., Rutyna, P., Naylor, K., Głowacka, P., & Niemcewicz, M. (2019). Protective antigen domain 4 of Bacillus anthracis as a candidate for use as vaccine for anthrax. Annals of Agricultural and Environmental Medicine, 26(3), 392-395. doi: 10.26444/aaem/99669.