CC BY
7© коллектив авторов, 2018
Е.О.Калиниченко, С.А.Сходова, Н.К.Ахматова, Н.А.Михайлова
ИММУНИЗАЦИЯ БЕЛКАМИ PSEUDOMONAS AERUGINOSA OprF И aTox УСИЛИВАЕТ ФАГОЦИТАРНУЮ И БАКТЕРИЦИДНУЮ АКТИВНОСТЬ ЛЕЙКОЦИТОВ У МЫШЕЙ
НИИ вакцин и сывороток им. И.И. Мечникова, Москва
Цель. Изучить влияние иммунизации вакцинным препаратом против синегнойной палочки на фагоцитарную и бактерицидную активность лейкоцитов периферической крови у мышей. Материалы и методы. Препарат: 25 мкг OprF, 50 мкг aTox, сорбированные на 75 мкг гидроксида алюминия (НПО Микроген). Для иммунизации препарат реком-бинантных белков смешивали в равных весовых долях с гелем гидроксида алюминия, разводили в фосфатно-солевом буфере и проводили сорбцию в течение 12 ч при 4°С. Вакцинный препарат вводили мышам-самкам линии BALB/с весом 14 — 16 г внутрибрю-шинно в объеме 0,5 мл. Фагоцитарную активность лейкоцитов периферической крови определяли по поглотительной способности убитых нагреванием FITC-меченных микробных клеток Staphylococcus aureus нейтрофилами и моноцитами периферической крови иммунизированных мышей методом проточной цитометрии. Бактерицидную активность лейкоцитов крови мышей оценивали в отношении живой культуры S. aureus на проточном цитофлюориметре Cytomix FC-500 (Beckman Coulter). Результаты. Введение мышам рекомбинантных белков Pseudomonas aeruginosa OprF и aTox, сорбированных на гидро-ксиде алюминия, приводило к усилению фагоцитарной и бактерицидной активности S. aureus моноцитами и гранулоцитами периферической крови. Максимальное повышение численности фагоцитировавших моноцитов отмечено на 7, а гранулоцитов на 17 сутки после первой иммунизации. Бустерная иммунизация не приводила к дополнительной стимуляции фагоцитарной активности, но численность фагоцитировавших клеток была существенно (p<0,05) выше контроля (интактные мыши). Заключение. Кандидатная вакцина против синегнойной палочки на основе ее рекомбинантных белков OprF и aTox активирует клеточное звено иммунной системы с индукцией активности профессиональных макрофагов.
Журн. микробиол., 2018, № 2, С. 10—15
Ключевые слова: рекомбинантные белки OprF и aTox Pseudomonas aeruginosa, фагоцитоз, бактерицидная активность
E.О.Kalinichenko, S.A.Skhodova, N.K.Akhmatova, N.A.Mikhailova
IMMUNIZATION WITH PROTEINS OF PSEUDOMONAS AERUGINOSA OprF AND aTox ENHANCES THE PHAGOCYTIC AND BACTERICIDAL ACTIVITY OF LEUKOCYTES IN MICE
Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera, Moscow, Russia
Aim. To study the effect of vaccine preparation against Pseudomonas aeruginosa on the phagocytic and bactericidal activity of immunocompetent cells in mice. Materials and methods. Preparation: 25 ^g of OprF, 50 ^g of aTox sorbed by 75 ^g of aluminum hydroxide. For immunization, the recombinant protein preparation was mixed in equal weight fractions with an aluminum hydroxide gel, diluted in phosphate buffered saline, and sorbed for 12 hours at 4°C. The vaccine preparation was administered intraperitoneally in 0.5 ml to BALB/с mice. The phagocytic activity of peripheral blood leukocytes was determined from the absorption capacity of heat-killed FITC-labeled Staphylococcus aureus by neutrophils and monocytes of immunized mice by flow cytometry. The bactericidal activity of mice blood leukocytes was assessed for the live culture of S.aureus using flow cytometry Cytomix FC-500 (Beckman Coulter). Results. Administration to mice of recombinant proteins P. aeruginosa OprF and aTox sorbed on aluminum hydroxide led to an increase in the phagocytic and bactericidal activity of monocytes and granulocytes of periphe-
ral blood. The maximum increase in the number of phagocytized monocytes was observed on the 7th, and granulocytes on the 17th day after the first immunization. Booster immunization did not lead to additional stimulation of phagocytic activity, but the number of phagocytic cells was significantly (p<0.05) higher than control (intact mice). Conclusion. Candidate vaccine against P. aeruginosa based on its recombinant proteins OprF and aTox activates the cellular unit of the immune system with the induction of the activity of professional macrophages.
Zh. Mikrobiol. (Moscow), 2018, No. 2, P. 10-15
Key words: recombinant proteins OprF and aTox of Pseudomonas aeruginosa, phagocytosis, bactericidal activity
ВВЕДЕНИ Е
Инфекции, вызываемые Pseudomonas aeruginosa, представляют важную проблему медицинской практики. Факторами, определяющими трудности терапии этой патологии, являются значительная резистентность возбудителя к широкому спектру антибиотиков, хронический характер течения болезни, а также развитие ее на фоне снижения эффекторных функций врожденного иммунитета и соответственно резистентности организма к инфекции [9, 10].
Вторичные иммунодефицитные состояния могут приводить к затяжному течению, хронизации воспалительных процессов, частым рецидивам и осложнениям [1]. Этим определяется необходимость комплексной терапии синег-нойной инфекции с использованием антибиотиков, ингибирующих развитие микроорганизма, и иммунотропных препаратов, воздействующих на ключевые эффекторы врожденного и адаптивного иммунитета, активация которых должна способствовать полной элиминации возбудителя.
Исходя из современных представлений [4 — 8, 11, 12] о роли врожденного иммунитета, обеспечивающей не только первую линию защиты с немедленным сдерживанием распространения патогена, но участвующей также в про-цессинге, презентации антигена Т-лимфоцитам и осуществлении при этом инструктивной функции, определяющей направленность пути развития адаптивного иммунитета, становится необходимым проведение при синегнойной инфекции комплексных мероприятий профилактического характера с использованием препаратов, активирующих систему врожденного иммунитета, а также одновременно индуцирующих эффекторы адаптивного иммунитета к синегнойной палочке. В НИИВС им. И.И.Мечникова ведется разработка кандидатной вакцины против синегнойной палочки на основе ее рекомби-нантных белков OprF и aTox (делеционной атоксической формы экзотоксина А), сорбированных на гидроксиде алюминия.
Цель работы — изучить влияние иммунизации вакцинным препаратом против синегнойной палочки на фагоцитарную и бактерицидную активность лейкоцитов периферической крови у мышей.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Препарат: 25 мкг OprF, 50 мкг aTox, сорбированные на 75 мкг гидроксида алюминия (НПО Микроген). Для иммунизации препарат рекомбинантных белков смешивали в равных весовых долях с гелем гидроксида алюминия, разводили в фосфатно-солевом буфере и проводили сорбцию в течение 12 ч при 4°С. Вакцинный препарат вводили мышам-самкам линии BALB/с весом 14 — 16 г внутрибрюшинно в объеме 0,5 мл.
Фагоцитараную активность определяли по поглотительной способности убитых нагреванием микробных клеток S. aureus нейтрофилами и моноцитами периферической крови иммунизированных мышей (n=10). Убитые нагреванием бактерии окрашивали FITC. К периферической крови мышей прибавляли FITC-меченные бактерии (109 микробных клеток/мкл).
Количество нейтрофилов и моноцитов, захвативших FITC-меченные бактерии, определяли с помощью проточной цитометрии (Cytomix FC-500, Beckman Coulter, США с CXP программым обеспечением). Гейт клеточной популяции определяли путем оценки фронтального и бокового светорассеи-вания и размера клеток; в каждом гейте оценивали 10 000 клеток. Результат представляли как процент нейтрофилов или моноцитов, фагоцитировавших убитые нагреванием FITC-меченные бактериальные клетки S. aureus.
Бактерицидную активность лейкоцитов крови мышей оценивали в отношении живой культуры S. aureus на проточном цитофлюориметре FC-500 (Beckman Coulter, США) в координатах FL1 и FL3. Лейкоцитарную суспензию, полученную на сроки 4 и 24 ч после иммунизации, инкубировали в течение 1 и 3 ч с суспензией живых микробных клеток S. aureus, меченных FITC. Непоглощенные лейкоцитами микробные клетки удаляли центрифугированием. Через 1 и 3 ч инкубации лейкоциты, захватившие живые бактерии, разрушали 10 мМ карбонатно-бикарбонатным буфером, содержащим 0,2% сапонина (Sigma, США). Погибшие внутриклеточно микробные клетки окрашивали йодидом пропидия. Этот флуорохром предназначен для окрашивания убитых микробных клеток. Среди общей популяции клеток S. aureus, окрашенных FITC, определяли процент убитых клеток стафилококка, окрашенных йодидом пропидия, и вычисляли процент убитых микробных клеток.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Мышей иммунизировали дважды с интервалом в 14 дней. Исследовали фагоцитарную активность моноцитов и гранулоцитов по поглотительной способности S. aureus через 7 и 14 дней после каждой иммунизации (табл.). На 7 сутки после первой иммунизации отмечено повышение уровня фагоцитоза бактериальных клеток моноцитами в 1,82 раза, гранулоцитами в 1,46 раза по сравнению с интактными мышами. Высокий уровень активности фагоцитов сохранялся также на 14 сутки (76,64% моноцитов, повышение в 1,8 раза; 90,64% гранулоцитов, повышение в 1,7 раза по сравнению с контролем).
Повторное введение препарата не приводило к дополнительной стимуляции фагоцитов, так как уровень их активности на 7 и 14 сутки значимо снижался по сравнению с первой вакцинацией (с 63,08% до 67,38 — 63,08% — моноциты; с 90,64% до 75,02 — 73,58% — гранулоциты). Но активность профессиональных фагоцитов оставалась достаточно высокой по сравнению с контрольной группой, превышая значения в 1,5 раза (моноциты) и 1,4 раза (гранулоциты).
Оценка бактерицидной активности лейкоцитов под действием антигенных препаратов является одним из показателей активации врожденного иммунитета. Проведено сравнительное изучение бактерицидной активности лейкоцитов периферической крови мышей через 4 и 24 ч после однократной иммунизации рекомбинантными белками P. aeruginosa OprF и aTox, не сорбированными и сорбированными на гидроксиде алюминия, в отношении гетерологичного микроорганизма — убитых микробных клеток S. aureus (рис.).
Влияние иммунизации белками P.aeruginosa OprF и aTox на фагоцитарную активность клеток у мышей
Рек. белки OprF и aTox+AL Моноциты, % Достоверность различий между группами Гранулоциты, % Достоверность различий между группами
M±SD Med(25%—75%) M±SD Med(25%—75%)
Контроль 42,76±1,33 Р1и2=0,0121 53,22±11,1 Р1и2=0,0081
43(42,5—43) Р1и3=0,012 51(43—62) Р1и3=0,0122
Р1и4=0,0119 Р1и4=0,0367
Р1и5=0,0119 Р1и5=0,0122
Первая иммунизация
7 сут 77,82±5,29 Р2и1=0,0121 77,68±4,32 Р2и1=0,0081
77,59(75,59—82,31) Р2и3=0,676 79,9(72,2—80,7) Р2и3=0,0122
Р2и4=0,021 Р2и4=0,53
Р2и5=0,012 Р2и5=0,21
14 сут 76,64±2,83 Р3и1=0,012 90,64±4,14 Р3и1=0,0122
76,8(73,9—78,8) Р3и2=0,676 91,8(88,4—92) Р3и2=0,008
Р3и4=0,0121 Р3и4=0,037
Р3и5=0,0121 Р3и5=0,0122
Вторая иммунизация
7 сут 67,38±4,32 Р4и1=0,0119 75,02±13,47 Р4и1=0,0367
68,3(63,7—69) Р4и2=0,0215 79,3(71,9—79,5) Р4и2=0,411
Р4и3=0,1218 Р4и3=0,0367
Р4и5= 0,144 Р4и5=0,403
14 сут 63,08±2,38 Р5и1=0,0119 73,58±3,65 Р5и1=0,0122
62,8(61,9—64,5) Р5и2=0,0122 73,4(70,2—75,5) Р5и2=0,121
Р5и3=0,0121 Р5и3=0,012
Р5и4=0,143 Р5и4=0,403
Лейкоциты периферической крови мышей инкубировали с микробными клетками в течение 1 и 3 часов. Установлено, что бактерицидная активность лейкоцитов мышей, иммунизированных сорбированными белками, существенно отличалась от контроля. Усиление бактерицидной активности лейкоцитов происходило уже через 4 часа после введения препарата, что проявлялось в увеличении численности убитых микробных клеток с 57,9 до 65,36% при инкубации в течение 1 и 3 ч соответственно, по сравнению с контролем — 35,2 и 39,12% соответственно. Спустя 24 ч уровень бактерицидной активности лейкоцитов существенно увеличивался и доля убитых микробных клеток составила 68,3 и 79,54% при
инкубации 1 и 3 ч соответственно. Несорбирован-ные белки активировали бактерицидную активность позже (через 24 ч) и менее интенсивно, чем сорбированные белки. Гидроксид алюминия в отсутствие белков P. aeruginosa OprF и aTox не активировал бактерицидную активность лейкоцитов крови мышей.
Таким образом, введение мышам препарата приводило к усилению фагоцитарной и бактерицидной активности S. aureus
% убитых микробных клеток S. aureus 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
1 ч
3 ч
1 ч
3 ч
2 ч
24 ч
ШЗ OprF и аТох ■ OprF и aTox+AL
] AL
| Контроль
Бактерицидная активность лейкоцитов периферической крови мышей, иммунизированных рекомбинантными белками P.aeruginosa OprF и aTox, в отношении S. aureus.
# Достоверность различий между опытом и контролем; * между сорбированными на гидроксиде алюминия и не-сорбированными белками, p<0,05. Тест Манна-Уитни для независимых выборок.
лейкоцитами периферической крови на все сроки наблюдения. Максимальное повышение численности фагоцитировавших моноцитов отмечено на 7, а гра-нулоцитов на 17 сутки после первой иммунизации. Бустерная иммунизация не приводила к дополнительной стимуляции фагоцитарной активности, но численность фагоцитировавших клеток была существенно (p<0,05) выше контроля (интактные мыши). Усиление бактерицидной активности лейкоцитов происходило уже через 4 часа после введения белков OprF и aTox, сорбированных на гидроксиде алюминия.
Фагоциты признаются важным компонентом врожденного звена иммунного ответа на патогены. Кроме того, в работах последних лет было показано, что фагоцитоз играет существенную роль в гомеостазе и ремоделировании тканей [2]. Оценка фагоцитарной активности характеризует функциональную активность иммунокомпетентных клеток, а вместе с тем, их способность распознавать и элиминировать из организма все чужеродное: микроорганизмы, а также трансформированные собственные клетки и ткани.
Кроме фагоцитарной функции профессиональные фагоциты играют ключевую роль в индукции адаптивного иммунного ответа, благодаря синтезу провоспалительных цитокинов, привлекающих в очаги инфекции соответствующие лимфоидные клетки, а также обеспечивают процессинг и представление антигена Т-лимфоцитам, определяющих поляризацию иммунного ответа [3].
Иммуносупрессивные состояния у современного человека стали главным вопросом медицины и источником проблем со здоровьем. Важную роль в ослаблении резистентности организма также играет появление новых штаммов, обладающих антибиотикорезистентностью.
Клиническое течение синегнойной инфекции обретает серьезный характер из-за устойчивости возбудителя к широкому спектру антибиотиков, поэтому актуальными становятся профилактика и лечение инфекции как у госпитализированных больных, так и у пациентов с муковисцидозом. Активация клеточного звена иммунной системы под воздействием препаратов на основе антигенов синегнойной палочки имеет важное значение в очищении организма от возбудителя. На основании проведенного фрагмента исследования показано, что рекомбинантные белки P.aeruginosa OprF и aTox, сорбированные на гидроксиде алюминия как при однократной, так и при двукратной иммунизации мышей, оказывали стимулирующее влияние на иммунокомпетент-ные клетки, которые обладали способностью распознавать бактериальные белки, о чем можно судить по стимуляции фагоцитоза инактивированных бактерий нейтрофилами и моноцитами периферической крови иммунизированных животных. Таким образом, кандидатная вакцина против синегнойной палочки на основе ее рекомбинантных белков OprF и aTox активирует клеточное звено иммунной системы с индукцией активности профессиональных макрофагов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Егорова Н.Б, Ефремова В.Н., Курбатова Е., Грубер И.М. Экспериментальная и клинико-иммунологическая оценка бесклеточной стафилококковой вакцины «Стафиловак». Журн. микробиол. 2008, 6:102-108.
2. Лямина С.В., Веденикин Т.Ю., Круглов С.В., Шимшелашвили Ш.Л., Буданова О.П., Малышев И.Ю., Малышев И.Ю. Особенности фагоцитарной и миграционной активности альвеолярных макрофагов М1 и М2 фенотипов. Фундаментальные исследования. 2011, 11 (3): 536-539.
3. Hazlett L.D. Role of innate and adaptive immunity in the pathogenesis of keratitis. Ocul. Immunol. Inflamm. 2005, 13 (2-3): 133-138.
4. Ip W.K.E., Hoshi N., Shouval D.S. et al. Anti-inflammatory effect of IL-10 mediated by metabolic reprogramming ofmacrophages. Science. 2017, 5; 356 (6337): 513-519. doi: 10.1126/ science.aal3535.
5. Iwasaki A., Medzhitov R. Control of adaptive immunity by the innate immune system. Nat. Immunol. 2015 Apr; 16 (4): 343-53. doi: 10.1038/ni.3123.
6. Kaufmann S.H.E. Novel vaccination strategieis. Wiley-VCH Verlag GmbH Co KGaA. Weinheim, 2004.
7. Kayama H., Takeda K. Functions of innate immune cells and commensal bacteria in gut homeostasis. J. Biochem. 2016 Feb; 159 (2): 141-9. doi: 10.1093/jb/mvv119.
8. Okabe Y., Medzhitov R. Tissue biology perspective on macrophages. Nat. Immunol. 2016, 17 (1): 9-17. doi: 10.1038/ni.3320.
9. Rodesney C.A., Roman B., Dhamani N. et al. Mechanosensing of shear by Pseudomonas aeruginosa leads to increased levels ofthe cyclic-di-GMP signal initiating biofilm development. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2017. pii: 201703255. doi: 10.1073/pnas.1703255114.
10. Shteinberg M., Schneer S., Lavon O., Adir Y. Long term treatment with macrolides in chronic lung diseases. Harefuah. 2016, 155 (9): 567-571.
11. Vivier E., Medzhitov R. Editorial overview: Innate immunity. Curr. Opin. Immunol. 2016;38:v-vii. doi: 10.1016/j.coi.2015.12.005.
12. Wang A., Huen S.C., Luan H.H. et al. Opposing effects of fasting metabolism on tissue tolerance in bacterial and viral inflammation. Cell. 2016, 8; 166 (6): 1512-1525.e12. doi: 10.1016/j. cell.2016.07.026.
Поступила 31.10.17
Контактная информация: Калиниченко Е.О.,
105064, Москва, М. Казенный пер., 5а, р.т. (495)917-49-00
© коллектив авторов, 2018
Н.К.Ахматова1, Е.О.Калиниченко1, И.Д.Макаренкова2, Э.А.Ахматова1, А.И.Тухватулин3, Д.Ю.Логунов3, Н.А.Михайлова1
ЦИТОКИНОВЫЙ ПРОФИЛЬ ДЕНДРИТНЫХ КЛЕТОК МЫШЕЙ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ БЕЛКОВ PSEUDOMONAS AERUGINOSA OprF И aTox
1НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова, Москва; 2НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.П.Сомова, Владивосток; 3Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи, Москва
Цель. Изучение влияния белков OprF и aTox Pseudomonas aeruginosa на цитокиновый профиль дендритных клеток мышей. Материалы и методы. Дендритные клетки (ДК) получали из клеток костного мозга мышей при культивировании с 20 нг/мл рекомбинантных GM-CSF и IL-4 (Biosource, США). В качестве индуктора созревания использовали белки OprF и aTox P. аeruginosa (НИИВС им. И.И.Мечникова). Уровень цитокинов определяли в супернатантах ДК с использованием набора Bio-Plex Pro™ Mouse Cytokine 23-plex Assay (BioRad, США). Результаты. Оценка профиля и уровня цитокинов, продуцируемых дендритными клетками мышей, демонстрирует высокую активность зрелых ДК. Под воздействием рекомбинантных белков OprF+aTox как несорбированных, так и сорбированных на гидроксиде алюминия, ДК синтезировали большое количество Th-1 цитокинов: IL-1a, IL-1ß, IL-6, TNF-a, Th-2 цитокинов: IL-4, IL-10, IL-13, регуляторных цитокинов: IL-12, IFN-y, IL-17A и хемокинов: KC(CXCL1), MIP-1a (CCL3), MIP-1ß(CCL4), RANTES (CCL5). В наших исследованиях продемонстрирована возможность получения культуры клеток, состоящей как из зрелых ДК, так и макрофагов из костномозговых предшественников мышей при цитокиновой стимуляции с использованием в качестве индуктора созревания ДК комплекса антигенов P. aeruginosa. Заключение. Кандидатная вакцина против синегнойной палочки на основе ее рекомбинантных белков OprF и aTox индуцирует продукцию хемокинов и Th-1, Th-2, Th-17 цитокинов дендритными клетками у мышей.
Журн. микробиол., 2018, № 2, С. 15—22
