基于免疫信息学方法的布氏锥虫新型mRNA疫苗候选株设计

《Acta Parasitologica》：Immunoinformatics Approach for the Designing of a Novel mRNA Vaccine Candidate Against Trypanosoma brucei

　　

摘要

背景

布氏锥虫（Trypanosoma brucei）引起非洲人类锥虫病（HAT），对个体健康造成毁灭性影响。目前，尚无法定药品监督管理局（FDA）批准的用于预防HAT的疫苗。因此，本研究采用反向疫苗学方法设计了一种mRNA疫苗候选方案。

方法

以布氏锥虫的变异表面糖蛋白、热休克蛋白70和液泡转运伴侣复合体为靶点，预测免疫原性、非致敏性和非毒性肽段。对疫苗候选方案进行了人群覆盖度、生物物理特性、结构稳定性和优化等方面的评估。通过分子对接、分子动力学模拟和MM-GBSA分析评估受体结合力和复合物稳定性。使用pET-28a（+）质粒在大肠杆菌（K12菌株）中进行了密码子优化和计算机模拟克隆。免疫模拟预测了体液和细胞免疫应答，并通过最小自由能（MFE）分析评估mRNA完整性。

结果

该疫苗候选方案实现了100%的全球人群覆盖度。生物物理特性显示脂溶指数为71.23，GRAVY评分为?0.719。预测的三级结构（TM-score 0.65 ± 0.13，C-score ?0.50）经过优化，具有稳定的验证指标（Ramachandran评分86.8%，Z-score ?5.26）。分子对接预测其与TLR-2和TLR-4之间存在显著结合（结合能分别为?1013.5和?1002.8 kJ/mol），并通过分子动力学模拟、PCA、DCCM及MM-GBSA分析进行了验证。密码子优化结果（CAI 0.9688；GC含量44.70%）表明具有高表达潜力；免疫模拟显示抗体和细胞介导的免疫应答均较为强效，包括B淋巴细胞、T淋巴细胞水平的升高以及IgM和IgG滴度的提升。最后，通过MFE值预测了mRNA的结构完整性。

结论

该计算机模拟设计的疫苗对布氏锥虫表现出优异的结构稳定性、受体相互作用和免疫原性潜力。仍需通过实验验证和体内研究以确认该疫苗候选方案的安全性和有效性。