Immunoinformatics Approach for the Designing of a Novel mRNA Vaccine Candidate Against Trypanosoma brucei.

چکیده اصلی

BACKGROUND: Trypanosoma brucei causes Human African Trypanosomiasis (HAT), which has a devastating impact on an individual's health. Currently, there is no FDA-approved vaccine for HAT prevention. Therefore, reverse vaccinology approaches were utilized to design an mRNA vaccine candidate. METHODS: Variant surface glycoprotein, heat shock protein 70, and vacuolar transporter chaperone complex of T. brucei were targeted to predict immunogenic, non-allergenic, and non-toxic peptides. The vaccine candidate was evaluated for population coverage, biophysical attributes, structural stability, and refinement. Molecular docking, MD simulation, and MM-GBSA analyses evaluate receptor binding and complex stability. Codon optimization and in-silico cloning were conducted in Escherichia coli (strain K12) using pET-28a( +). Immune simulations predicted humoral and cellular responses, while mRNA integrity was evaluated through MFE analysis. RESULTS: The vaccine candidate achieved 100% global population coverage. Biophysical attributes indicated aliphaticity 71.23, and GRAVY score -0.719. Predicted tertiary structure (TM-score 0.65 ± 0.13, and C-score -0.50) was refined with stable validation metrics (Ramachandran score 86.8%, and Z-score -5.26). Docking predicted significant binding with TLR-2 and TLR-4 (energy scores -1013.5 and -1002.8 kJ/mol), validated through MD simulation, PCA, DCCM, MM-GBSA analyses. Codon optimization (CAI 0.9688; GC 44.70%) indicated high expression potential, and immune simulation exhibits robust antibody and cell-mediated responses, including elevated B lymphocyte, T lymphocyte levels, and IgM, IgG titers. Finally, the structural integrity of mRNA was predicted by MFE values. CONCLUSION: This in-silico designed vaccine demonstrated strong structural stability, receptor interactions, and immunogenic potential against T. brucei. Experimental validation and in-vivo studies are required to verify safety and efficacy of vaccine candidate.

ترجمه فارسی چکیده

تریپانوزوما بروسی باعث بیماری استپانوزوما آفریقایی انسانی (HAT) می‌شود که تأثیر مخربی بر سلامت فرد دارد. در حال حاضر هیچ واکسن تأیید شده توسط آژانس غذا و داروی آمریکا (FDA) برای پیشگیری از HAT وجود ندارد. بنابراین، رویکردهای واکسن‌سازی معکوس برای طراحی یک کاندیدای واکسن mRNA استفاده شد. پروتئین‌های گلیکوپروتئین سطحی متغیر، پروتئین استرس حرارتی ۷۰ و کمپلکس چاپر وانت کیسه‌ای تریپانوزوما بروسی هدف قرار گرفتند تا پپتیدهای ایمونوژن، آلرژن‌زدا و غیرسمی پیش‌بینی شوند. کاندیدای واکسن برای پوشش جمعیت، ویژگی‌های بیوفیزیکی، پایداری ساختاری و بهینه‌سازی ارزیابی شد. آنالیزهای بندرگاه مولکولی، شبیه‌سازی MD و MM-GBSA تعامل گیرنده و پایداری کمپلکس را ارزیابی کردند. بهینه‌سازی کدون و کلونینگ درون‌شبکه‌ای در E. coli (استرین K12) با استفاده از pET-28a( +) انجام شد. شبیه‌سازی‌های ایمنی پاسخ‌های هومورال و سلولی را پیش‌بینی کردند، در حالی که یکپارچگی mRNA از طریق آنالیز MFE ارزیابی شد. کاندیدای واکسن ۱۰۰٪ پوشش جهانی جمعیت را به دست آورد. ویژگی‌های بیوفیزیکی نشان‌دهنده آلفایی ۷۱.۲۳ و امتیاز GRAVY -۰.۷۱۹ بود. ساختار ثالثیه پیش‌بینی شده (TM-score ۰.۶۵ ± ۰.۱۳ و C-score -۰.۵۰) با شاخص‌های اعتبارسنجی پایدار (امتیاز راماکاندران ۸۶.۸٪ و Z-score -۵.۲۶) بهینه‌سازی شد. بندرگاه مولکولی تعامل قابل توجهی با TLR-2 و TLR-4 (امتیاز انرژی -۱۰۱۳.۵ و -۱۰۰۲.۸ کیلوژول/مول) را پیش‌بینی کرد که از طریق شبیه‌سازی MD، PCA، DCCM و MM-GBSA تأیید شد. بهینه‌سازی کدون (CAI ۰.۹۶۸۸؛ GC ۴۴.۷۰٪) نشان‌دهنده پتانسیل بیان بالا بود و شبیه‌سازی ایمنی پاسخ‌های قوی آنتی‌بادی و سلولی را از جمله سطح بالای لنفوسیت B و T و تیتروهای IgM و IgG نشان داد. در نهایت، یکپارچگی ساختاری mRNA از طریق مقادیر MFE پیش‌بینی شد. این واکسن طراحی شده درون‌شبکه‌ای پایداری ساختاری قوی، تعاملات گیرنده و پتانسیل ایمونوژن علیه T. brucei را نشان داد. اعتبارسنجی تجربی و مطالعات درون‌جاندازی برای تایید ایمنی و اثربخشی کاندیدای واکسن مورد نیاز است.

متن کامل اصلی