Липоолигосахарид в цельноклеточных коклюшных вакцинах: корреляция его содержания с параметрами специфической безопасности у мышей

ВВЕДЕНИЕ. Реактогенность цельноклеточных коклюшных вакцин (ЦКВ) в основном обусловлена присутствием липоолигосахарида (ЛОС) – бактериального эндотоксина (БЭ) наружной мембраны Bordetella pertussis. Оценка содержания ЛОС в ЦКВ и его корреляции со специфической безопасностью позволит определить приемлемый уровень ЛОС, не усиливающий реактогенность.

ЦЕЛЬ. Определение содержания липоолигосахарида в цельноклеточных коклюшных вакцинах и установление корреляции с параметрами специфической безопасности у мышей (изменением массы тела и показателем специфической безопасности).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Исследовали экспериментальные серии ЦКВ из производственных (38, 475, 703) и циркулирующих штаммов B. рertussis (1-20, 2-20, 16-16, 25-16, 28(1)-18, 30-18, 33-18), выделенных от больных коклюшем детей. Содержание БЭ определяли гель- тромб тестом и турбидиметрическим методом. Параметры специфической безопасности оценивали через 24 ч и 7 сут после введения препарата по изменению массы тела аутбредных мышей обоего пола, а также по значению показателя специфической безопасности (%).

РЕЗУЛЬТАТЫ. Определено содержание БЭ на протяжении следующих сроков хранения: 1 год после изготовления ЦКВ (до сведения ЦКВ с другими компонентами АКДС-вакцины); от 1 до 2,5 года (срок годности ЦКВ в составе АКДС-вакцины); от 2,5 до 6 лет (после истечения срока годности). Средние значения содержания БЭ в ЦКВ из циркулирующих штаммов при хранении 1 год и 1–2,5 года составили 41872,9–70576,0 ЕЭ/мл; в ЦКВ из производственного штамма при хранении 1–2,5 года – 43980,6 ЕЭ/мл. В вакцинах с продолжительностью хранения 2,5–6 лет средние значения БЭ составляли 1353,8–26655,0 ЕЭ/мл. Установлен широкий диапазон значений содержания БЭ в изготовленных сериях: от <1000–1270 ЕЭ/мл (штамм 30-18) до 36430–94270 ЕЭ/мл (штамм 703). Показатели специфической безопас­ности образцов, кроме свежеизготовленных 16-16 и 33-18, составили >60%. Установлена обратная корреляционная связь умеренной силы между содержанием БЭ и изменением массы тела мышей и показателем специфической безопасности.

ВЫВОДЫ. Содержание БЭ в образцах ЦКВ с продолжительностью хранения 1 год и 1–2,5 года статистически не различалось. Показатели специфической безопасности образцов (>60%) свидетельствуют о соответствии уровня БЭ требованиям безопасности. Обратная корреляция между содержанием БЭ (in vitro) и показателем специфической безопасности (in vivo) подтверждает роль ЛОС в специфической токсичности препарата, что обосновывает актуальность дальнейшего изучения его уровня в штаммах B. pertussis и влияния на безопасность ЦКВ.

1. Gendrel D, Raymond J. Pertussis worldwide. Vaccinating children and adults. Med Trop Sante Int. 2023;3(4): mtsi.v3i4.2023.446 (In French). https://doi.org/10.48327/mtsi.v3i4.2023.446

2. Liu Y, Yu D, Wang K, Ye Q. Global resurgence of pertussis: A perspective from China. J Infect. 2024;89(5):106289. https://doiorg/10.1016/j.jinf.2024.106289

3. Winter K, Harriman K, Murray E, et al. Risk factors associated with infant death from pertussis: A case-control study. Clin Infect Dis. 2015;61(7):1099–106. https://doi.org/10.1093/cid/civ472

4. Guzman-Holst A, Luna-Casas G, Cervantes-Apolinar MY, et al. Pertussis infant morbidity and mortality trends after universal maternal immunisation in Mexico: An ecological database study with time-series analysis. Vaccine. 2021;39(16):2311–18. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2021.02.038

5. Macina D, Evans KE. Bordetella pertussis in school-age children, adolescent and adults: A systematic review of epidemiology and mortality in Europe. Infect Dis Ther. 2021;10(4):2071–118. https://doi.org/10.1007/s40121-021-00520-9

6. Decker MD, Edwards KM. Pertussis (whooping cough). J Infect Dis. 2021;224(12 Suppl 2):S310-S320. https//doi.org/10.1093/infdis/jiaa469

7. Ayme G, Caroff M, Chaby R, et al. Biological activities of fragments derived from Bordetella pertussis endotoxin: isolation of a nontoxic, Shwartzman-negative lipid A possessing high adjuvant properties. Infect Immun. 1980;27(3): 739–45. https://doi.org/10.1128/iai.27.3.739-745.1980

8. Watanabe M, Takimoto H, Kumazawa Y, Amano K. Biological properties of lipopolysaccharides from Bordetella species. J Gen Microbiol. 1990;136(3):489–93. https://doi.org/10.1099/00221287-136-3-489

9. Алексеева ИА, Перелыгина ОВ, Колышкина ЕД. Коклюшные вакцины и роль липоолигосахарида Bordetella pertussis в иммунном ответе на коклюшную инфекцию и вакцинацию. БИОпрепараты. Профилактика, диагностика, лечение. 2021;21(1):10–9. https://doi.org/10.30895/2221-996X-2021-21-1-10-19

10. Brito LA, Singh M. Acceptable levels of endotoxin in vaccine formulations during preclinical research. J Pharm Sci. 2011;100(1):34–7. https://doi.org/10.1002/jps.22267

11. Nazirov MR, Poddubikov AV, Kukes VG, et al. Quantitative assay of B. pertussis lipopolysaccharide. Bull Exp Biol Med. 2022; 172(6):718–20. https://doi.org/10.1007/s10517-022-05463-w

12. Dias WO, van der Ark AAJ, Sakauchi MA, et al. An improved whole cell pertussis vaccine with reduced content of endotoxin. Hum Vaccin Immunother. 2013;9(2):339–48. https://doi.org/10.4161/hv.22847

13. Moylett EH, Hanson IC. Mechanistic actions of the risks and adverse events associated with vaccine administration. J Allergy Clin Immunol. 2004;114(5):1010–20. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2004.09.007

14. Pérez-Ortega J, van Boxtel R, de Jonge EF, Tommassen J. Regulated expression of lpxC allows for reduction of endotoxicity in Bordetella pertussis. Int J Mol Sci. 2022;23(14):8027. https://doi.org/10.3390/ijms23148027

15. Baffeta F, Cecchi R, Guerrini E, et al. Relationship between endotoxin content in vaccine preclinical formulations and animal welfare: An extensive study on historical data to set an informed threshold. Vaccines 2024;12(7):815. https://doi.org/10.3390/vaccines12070815

16. Koj S, Ucieklak K, Lugowski C, Niedziela T. Structure and immunogenicity of the Bordetella pertussis LOS-derived oligosaccharides in the endosomal-like pre-processing mice model. Vaccines (Basel). 2021;9(6):645. https://doi.org/10.3390/vaccines9060645

17. Geurtsen J, Steeghs L, Hamstra HJ, et al. Expression of the lipopolysaccharide-modifying enzymes PagP and PagL modulates the endotoxic activity of Bordetella pertussis. Infect Immun. 2006;74(10):5574–85. https://doi.org/10.1128/IAI.00834-06

18. Arenas J, Pupo E, Phielix C, 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

19. Pérez-Ortega J, van Boxtel R, Plisnier M, et al. Biosynthesis of the inner core of Bordetella pertussis lipopolysaccharides: Effect of mutations on LPS structure, cell division, and Toll-like receptor 4 activation. Int J Mol Sci. 2023;24(24):17313. https://doi.org/10.3390/ijms242417313

20. Skopova K, Holubova J, Bockova B, et al. Less reactogenic whole-cell pertussis vaccine confers protection from Bordetella pertussis infection. mSphere. 2025;10(4):e0063924. https://doi.org/10.1128/msphere.00639-24

21. Mohamed YF, Fernandez RC. Programming Bordetella pertussis lipid A to promote adjuvanticity. Microbial Cell Factories. 2024;23(1):250. https://doi.org/10.1128/s12934-024-02518-7

22. de Gouw D, Diavatopoulos DA, Bootsma HJ, et al. Pertussis: A matter of immune modulation. FEMS Microbiol Rev. 2011;35(3):441–74. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2010.00257.x

23. 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

24. Flak TA, Heiss LN, Engle JT, Goldman WE. Synergistic epithelial responses to endotoxin and a naturally occurring muramyl peptide. Infect Immun. 2000;68(3):1235–42. https://doi.org/10.1128/IAI.68.3.1235-1242.2000

25. Trollfors B, Lagergård T, Taranger J, et al. 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):1015–17. https://doi.org/10.1128/CDLI.8.5.1015-1017.2001

26. Belcher T, Dubois V, Rivera-Millot A, et al. Pathogenicity and virulence of Bordetella pertussis and its adaptation to its strictly human host. Virulence. 2021;12(1):2608–32. https://doi.org/10.1080/21505594.2021.1980987

27. Gao J, Huang L, Luo S, et al. A novel vaccine formulation candidate based on lipooligosaccharides and pertussis toxin against Bordetella pertussis. Front Immunol. 2023; 14:1124695. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1124695

28. Mountzouros KT, Kimura A, Cowell JL. A bactericidal monoclonal antibody specific for the lipooligosaccharide of Bordetella pertussis reduces colonization of the respiratory tract of mice after aerosol infection with B. pertussis. Infect Immun. 1992;60(12):5316–8. https://doi.org/10.1128/iai.60.12.5316-5318.1992

29. Weiss AA, Patton AK, Millen SH, et al. Acellular pertussis vaccines and complement killing of Bordetella pertussis. Infect Immun. 2004;72(12):7346–51. https://doi.org/10.1128/iai.72.12.7346-7351.2004

30. Wang P, Ramadan S, Dubey P, et al. Development of carbohydrate based next-generation anti-pertussis vaccines. Bioorg Med Chem. 2022;15(74):117066. https://doi.org/10.1016/j.bmc.2022.117066

31. Albitar-Nehme S, Basheer SM, Njamkepo E, et al. Comparison of lipopolysaccharide structures of Bordetella pertussis clinical isolates from pre- and post-vaccine era. Carbohydr Res. 2013;378:56–62. https://doi.org/10.1016/j.carres.2013.05.002

32. Steinman RM, Hemmi H. Dendritic cells: Translating innate to adaptive immunity. In: Pulendran B, Ahmed R, eds. From innate immunity to immunological memory. Current topics in microbiology and immunology. Berlin, Heidelberg: Springer; 2006. P. 17–58. https://doi.org/10.1007/3-540-32636-7_2