Влияние коклюшного токсина и липоолигосахарида Bordetella pertussis на специфическую токсичность и защитную активность цельноклеточной коклюшной вакцины

Актуальность. Главными факторами, определяющими реактогенность коклюшной цельноклеточной вакцины, принято считать содержание липоолигосахарида Bordetella pertussis и остаточное содержание активного коклюшного токсина. Изучение токсического воздействия коклюшных компонентов бактериальной клетки B. pertussis на основные показатели качества цельноклеточной коклюшной вакцины (защитную активность и специфическую токсичность — термины, принятые в рекомендациях ВОЗ и Европейской фармакопее) актуально и необходимо для повышения качества препарата.

Цель. Изучение токсического влияния липоолигосахарида B. pertussis и остаточного количества активного коклюшного токсина, присутствующих в цельноклеточной адсорбированной коклюшно-дифтерийно-столбнячной вакцине, на специфическую токсичность и защитную активность препарата.

Материалы и методы. Исследовали 57 коммерческих серий адсорбированной коклюшно-дифтерийно-столбнячной вакцины на соответствие показателей качества требованиям нормативной документации. К группе 1 отнесли серии, не выдержавшие испытания по показателю «Специфическая токсичность»; к группе 2 — соответствующие требованиям. Защитную активность определяли в тесте экспериментального менингоэнцефалита на мышах линии F1 CBA×C57Bl/6j, иммунизированных АКДС- и референс-вакцинами. Специфическую токсичность препарата определяли в тесте изменения массы тела мышей после внутрибрюшинного введения вакцины АКДС. Токсическое действие липоолигосахарида оценивали опосредованно — через изменение массы тела мышей в первые 16–24 ч; коклюшного токсина — на 7-е сутки. Корреляционный анализ тесноты связи между установленными показателями токсического действия исследуемых компонентов и показателями специфической токсичности и защитной активности, полученными в этих же сериях вакцины, проводили при помощи коэффициента ранговой корреляции Спирмена.

Результаты. Опосредованно определили токсическое действие липоолигосахарида и остаточного количества активного коклюшного токсина в исследуемых сериях. Коэффициенты корреляции между показателями специфической токсичности и защитной активности вакцины и показателями токсического действия липоолигосахарида составили 0,113 (р>0,05) и 0,049 (р>0,05) соответственно, для коклюшного токсина — 0,595 (р<0,01) и –0,534 (р<0,01) соответственно.

Выводы. Выявили и оценили токсическое действие липоолигосахарида B. pertussis и остаточного количества активного коклюшного токсина в цельноклеточной вакцине; установили обратную корреляционную связь между защитной активностью вакцины и токсическим действием остаточного уровня активного коклюшного токсина. Тесты продемонстрировали, что показатель, оценивающий специфическую токсичность цельноклеточной коклюшной вакцины, не отражает присутствие и содержание липоолигосахарида в вакцине. Опираясь на результаты исследования, можно утверждать, что в производственных коклюшных штаммах, используемых для изготовления цельноклеточной коклюшной вакцины, целесообразно определять содержание липоолигосахарида B.pertussis, что в Российской Федерации в настоящее время не принято.

1. Wirsing von König CH, Campins-Marti M, Finn A, Guiso N, Mertsola J, and Liese J. Pertussis immunization in the global pertussis initiative European region: recommended strategies and implementation considerations. Pediatr Infect Dis J. 2005;24(5 Suppl):S87–92. https://doi.org/10.1097/01.inf.0000160920.75623.a3

2. Simondon F, Preziosi MP, Yam A, Kane CT, Chabirand L, Iteman I, et al. A randomized double-blind trial comparing a two-component acellular to a whole-cell pertussis vaccine in Senegal. Vaccine. 1997;15(15):1606–12. https://doi.org/10.1016/s0264-410x(97)00100-x

3. Winter K, Harriman K, Zipprich J, Schechter R, Talarico J, Watt J, Chavez G. California pertussis epidemic, 2010. J Pediatr. 2012;161(6):1091–6. https://doi.org/10.1016/j.jpeds.2012.05.041

4. Libster R, Edwards KM. Re-emergence of pertussis: what are the solutions? Expert Rev Vaccines. 2012;11(11):1331–46. https://doi.org/10.1586/erv.12.118

5. McGirr A, Fisman DN. Duration of pertussis immunity after DTaP immunization: a meta-analysis. Pediatrics. 2015;135(2):331–43. https://doi.org/10.1542/peds.2014-1729

6. Pertussis vaccines: WHO position papers. Wkly Epidemiol Rec. 1999;74(18):137–44.

7. Pertussis vaccines: WHO position paper. Wkly Epidemiol Rec. 2010;85(40):385–400. PMID: 20939150

8. Lugauer S, Heininger U, Cherry JD, Stehr K. Long-term clinical effectiveness of an acellular pertussis component vaccine and a whole cell pertussis component vaccine. Eur J Pediatr. 2002;161(3):142–146. https://doi.org/10.1007/s00431-001-0893-5

9. Melvin JA, Scheller EV, Miller JF, Cotter PA. Bordetella pertussis pathogenesis: current and future challenges. Nat Rev Microbiol. 2014;12(4):274–88. https://doi.org/10.1038/nrmicro3235

10. Witt MA, Arias L, Katz PH, Truong ET, Witt DJ. Reduced risk of pertussis among persons ever vaccinated with whole cell pertussis vaccine compared to recipients of acellular pertussis vaccines in a large US cohort. Clin Infect Dis. 2013;56(9):1248–54. https://doi.org/10.1093/cid/cit046

11. Klein NP, Bartlett J, Fireman B, Baxter R. Waning Tdap effectiveness in adolescents. Pediatrics. 2016;137(3):e20153326. https://doi.org/10.1542/peds.2015-3326

12. Liko J, Robison SG, Cieslak PR. Priming with whole–cell versus acellular pertussis vaccine. N Engl J Med. 2013;368(6):581–2. https://doi.org/10.1056/nejmc1212006

13. Klein NP, Bartlett J, Fireman B, Rowhani-Rahbar A, Baxter R. Comparative effectiveness of acellular versus whole–cell pertussis vaccines in teenagers. Pediatrics. 2013;131(6):e1716–22. https://doi.org/10.1542/peds.2012-3836

14. Warfel JM, Edwards KM. Pertussis vaccines and the challenge of inducing durable immunity. Curr Opin Immunol. 2015;35:48–54. https://doi.org/10.1016/j.coi.2015.05.008

15. Чупринина РП, Алексеева ИА. Возможность повышения иммуногенной активности и стабильности цельноклеточного коклюшного компонента комбинированных вакцин. Эпидемиология и вакцинопрофилактика. 2014;(2):89–95. EDN: SBEUOR

16. Hozbor D. New pertussis vaccines: a need and a challenge. In: Fedele G, Ausiello C, eds. Pertussis infection and vaccines. Advances in experimental medicine and biology. Springer; 2019. P. 115–26. https://doi.org/10.1007/5584_2019_407

17. Locht C, Papin JF, Lecher S, Debrie AS, Thalen M, Solovay K, et al. Live attenuated pertussis vaccine BPZE1 protects baboons against Bordetella pertussis disease and infection. J Infect Dis. 2017;216(1):117–24. https://doi.org/10.1093/infdis/jix254

18. Li P, Asokanathan C, Liu F, Khaing KK, Kmiec D, Wei X, et al. PLGA nano/micro particles encapsulated with pertussis toxoid (PTd) enhances Th1/Th17 immune response in a murine model. Int J Pharm. 2016;513(1–2):183–90. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.08.059

19. Barkoff AM, Knuutila A, Mertsola J, He Q. Evaluation of anti-PT antibody response after pertussis vaccination and infection: the importance of both quantity and quality. Toxins (Basel). 2021;13(8):508. https://doi.org/10.3390/toxins13080508

20. Зубов НН, Кувакин ВИ, Умаров СЗ. Биомедицинская статистика: информационные технологии анализа данных в медицине и фармации. М.: RuScience; 2023.

21. Nikaido H, Vaara M. Outer membrane. In: Neidhardt FC, Ingraham JL, Low KB, Magasanik B, Schaechter M, Umbarger HE, eds. Escherichia coli and Salmonella typhimurium – cellular and molecular biology. Washington DC: ASM; 1987. P. 7–22.

22. Whitfield C, Trent MS. Biosynthesis and export of bacterial lipopolysaccharides. Annu Rev Biochem. 2014;83:99–128. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-060713-035600

23. Sperandeo P, Martorana AM, Polissi A. Lipopolysaccharide biogenesis and transport at the outer membrane of Gram-negative bacteria. Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids. 2017;1862(11):1451–60. https://doi.org/10.1016/j.bbalip.2016.10.006

24. Pittman M. Pertussis toxin: the cause of the harmful effects and prolonged immunity of whooping cough. A hypothesis. Rev. Infect Dis. 1979;1(3):401–12. https://doi.org/10.1093/clinids/1.3.401

25. Koj S, Ługowski C, Niedziela T. Bordetella pertussis lipooligosaccharide–derived neoglycoconjugates — new components of pertussis vaccine. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2015;69:1013–30 (In Pol.). PMID: 26400888

26. Flak TA, Goldman WE. Signalling and cellular specificity of airway nitric oxide production in pertussis. Cell Microbiol. 1999;1(1):51–60. https://doi.org/10.1046/j.1462-5822.1999.00004.x

27. Higgins SC, Jarnicki AG, Lavelle EC, Mills KHG. TLR4 mediates vaccine-induced protective cellular immunity to Bordetella pertussis : role of IL-17-producing T cells. J Immunol. 2006;177(11):7980–9. https://doi.org/10.4049/jimmunol.177.11.7980

28. Kapsenberg ML. Dendritic-cell control of pathogen-driven T-cell polarization. Nat Rev Immunol. 2003;3(12):984–93. https://doi.org/10.1038/nri1246

29. Arenas J, Pupo E, Phielix C, David D, Zariri A, Zamyatina A, et al. Shortening the lipid A acyl chains of Bordetella pertussis enables depletion of lipopolysaccharide endotoxic activity. Vaccines (Basel). 2020;8(4):594. https://doi.org/10.3390/vaccines8040594

30. Trollfors B, Lagergard T, Taranger J, Bergfors E, Schneerson R, Robbins JB. Serum immunoglobulin G antibody responses to Bordetella pertussis lipooligosaccharide and B. parapertussis lipopolysaccharide in children with pertussis and parapertussis. Clin Diagn Lab Immunol. 2001;8(5):1015–7. https://doi.org/10.1128/CDLI.8.5.1015-1017.2001

31. Schaeffer LM, McCormack FX, Wu H, Weiss AA. Bordetella pertussis lipopolysaccharide resists the bactericidal effects of pulmonary surfactant protein A. J Immunol. 2004;173(3):1959–65. https://doi.org/10.4049/jimmunol.173.3.1959

32. Zahringer U, Ittig, S, Lindner B, Moll H, Schombel U, Gisch N, Cornelis GR. NMR-based structural analysis of the complete rough-type lipopolysaccharide isolated from Capnocytophaga canimorsus. J Biol Chem. 2014;289(34):23963–76. https://doi.org/10.1074/jbc.m114.571489

33. Raetz CRH, Garrett TA, Reynolds CM, Shaw WA, Moore JD, Smith DCJ Jr, et al. Kdo2–lipid A of Escherichia coli, a defined endotoxin that activates macrophages via TLR-4. J Lipid Res. 2006;47(5):1097–111. https://doi.org/10.1194/jlr.m600027-jlr200

34. Needham BD, Carroll SM, Giles DK, Georgiou G, Whiteley M, Trent MS. Modulating the innate immune response by combinatorial engineering of endotoxin. Proc Natl Acad Sci USA. 2013;110(4):1464–9. https://doi.org/10.1073/pnas.1218080110

35. Needham BD, Trent MS. Fortifying the barrier: the impact of lipid A remodelling on bacterial pathogenesis. Nat Rev Microbiol. 2013;11(7):467–81. https://doi.org/10.1038/nrmicro3047

36. Teghanemt AD, Zhang D, Levis EN, Weiss JP, Gioannini TL. Molecular basis of reduced potency of underacylated endotoxins. J Immunol. 2005;175(7):4669–76. https://doi.org/10.4049/jimmunol.175.7.4669