In silico framework for designing and validating a multi-stage subunit vaccine against Tuberculosis using reverse vaccinology approach.

چکیده اصلی

Tuberculosis (TB), caused by Mycobacterium tuberculosis (Mtb), remains a critical public health concern due to the limited efficacy of the Bacillus Calmette-Guerin (BCG) vaccine, the only WHO-approved vaccine so far. Based on the reverse vaccinology approach, this study involves in silico prediction of a fusion constructed from four highly immunogenic antigens from the latent, early, and active stages of the disease. The fusion named TetraFuVac11 consists of the complete sequences of the antigens CFP-7 and EspC and the truncated sequences of the antigens HspX and Hrp1. Major Histocompatibility Complex II (MHC II) binding Th-cell-specific epitopes were predicted through tools provided in the Immune Epitope Database (IEDB). The designed fusion molecule was found to be antigenic, non-allergenic and non-toxic. The instability index II and the GRAND Average of Hydropathy values were predicted to be 29.51 and -0.182, respectively. The refinement of the predicted 3D structure resulted in an improved stereochemical profile. The Z-score was predicted to be -6.8, and the ERRAT score was improved from 94.928 for the unrefined model to 97.1591 for the refined model. The data obtained from molecular dynamics (MD) simulations and Normal Mode Analysis (NMA) of the docked complex between the refined fusion protein and Toll-like Receptor 4 (TLR4) demonstrated a s interaction. The fusion construct was successfully predicted to be cloned into the pET-28a(+) vector to make a recombinant plasmid. The predicted solubility of the fusion protein exceeded the threshold values, indicating soluble expression in Escherichia coli. Finally, based on the encouraging in silico data, the proposed construct could serve as a potential vaccine candidate for detailed experimental validation towards developing an Mtb-specific vaccine.

ترجمه فارسی چکیده

سل ناشی از مایکوباکتریوم توبerkولوزس (Mtb) همچنان یک نگرانی عمومی مهم است. این مطالعه با استفاده از رویکرد واکسن‌شناسی معکوس، پیش‌بینی‌های شبیه‌سازی شده‌ای برای یک فوزیون (ترکیب) حاوی چهار آنتی‌ژن بسیار ایمنی‌زا از مراحل پنهان، اولیه و فعال بیماری انجام داد. فوزیون نام‌گذاری شده TetraFuVac11 شامل توالی کامل آنتی‌ژن‌های CFP-7 و EspC و توالی‌های بریده شده آنتی‌ژن‌های HspX و Hrp1 است. آنتی‌ژن‌های تخصصی لنفوسیت‌های T (Th) که با مولکول پیچیدگی پیوند سازنده اصلی (MHC II) می‌چسبند، با استفاده از ابزارهای موجود در پایگاه داده آنتی‌ژن‌های ایمنی (IEDB) پیش‌بینی شدند. این مولکول طراحی شده به عنوان آنتی‌ژنی، آلرژیک و سمی شناسایی شد. شاخص ناپایداری و میانگین هیدروفوبیک پیش‌بینی شده به ترتیب 29.51 و -0.182 بودند. بهبود ساختار سه‌بعدی پیش‌بینی شده، پروفایل استریوشیمیکی بهتری ایجاد کرد. امتیاز Z پیش‌بینی شده -6.8 و امتیاز ERRAT از 94.928 برای مدل نامرتب شده به 97.1591 برای مدل مرتب شده بهبود یافت. داده‌های حاصل از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (MD) و تحلیل حالت نرمال (NMA) از پیچیدگی دمون‌شده بین پروتئین فوزیون مرتب شده و گیرنده ۴ تال‌لایک (TLR4) نشان‌دهنده تعامل مثبت بود. ساختار فوزیون به طور موفقیت‌آمیز برای کلاژن در وکتور pET-28a(+) پیش‌بینی شد تا پلاسمید ریبوزومی ساخته شود. حل‌پذیری پیش‌بینی شده فوزیون پروتئین از مقادیر آستانه فراتر رفت که بیان حل‌پذیر در E. coli را نشان می‌دهد. بر اساس داده‌های شبیه‌سازی امیدوارکننده، این سازه پیشنهادی می‌تواند به عنوان یک کاندیدای بالقوه واکسن برای اعتبارسنجی آزمایشی جزئی جهت توسعه یک واکسن مخصوص Mtb خدمت کند.

متن کامل اصلی