پیش بینی اپی توپ های انتی ژن های omp25 و BLS باکتری بروسلا و برهمکنش آن‌ها با مولکولهای MHC در گوسفند به روش بیوانفورماتیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم دامی- دانشکده کشاورزی- دانشگاه فردوسی- مشهد- ایران

2 مشهد - دانشگاه فردوسی مشهد - گروه علوم دام

3 گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

هدف: بیماری بروسلوز یک بیماری مشترک بین انسان و دام بوده که در سال های اخیر خسارت های زیادی را به صنعت دامپروری وارد کرده است. یکی از راه­های پیشگیری این بیماری تهیه واکسن است. برای تولید یک واکسن نوترکیب موفق عواملی از جمله، انتخاب یک آنتی ژن مناسب از اهمیت بالایی برخوردار می باشند. بدین منظور، اخیرا در تحقیقات بالینی ، زیست پزشکی و تولید واکسن های نوترکیب از اپی توپ ها در به طور گسترده ای استفاده می شود. پروتئین های سطحی این باکتری از جمله پروتئین های  BLS و OMP25،  دارای ویژگی های آنتی ژنیک بوده و نقش مهمی در ایجاد این بیماری بازی میکنند. با توجه به عدم وجود واکسن های موثر، امروزه نیاز به تولید واکسن های جدید و کارآمد بیش از پیش احساس می شود. هدف از این مطالعه، پیش بینی بیوانفورماتیکی اپی توپ های ژن های  BLS و Omp25 باکتری بروسلا به منظور معرفی کاندید مناسب برای تولید واکسن بود.
مواد و روش‌ها: بدین منظور، جهت پیش بینی اپی توپ ها، از سرور های SYFFPEITHI، PROPRED و IEDB استفاده شد. سپس ساختار سه بعدی  به دست آمد. ، سپس مدلسازی اپی توپ های پیش بینی شده با استفاده از سرور Pepfold 3 انجام شد. به منظور بررسی پایداری ساختارهای پیش بینی شده و اطمینان از صحت ساختار سوم پپیتیدها، شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از نرم افزار GROMACS ورژن 2019 و در مدت زمان 10 نانوثانیه انجام شد. به منظور بررسی پایداری کمپلکس ها، بر اساس نتایج به دست آمده از داکینگ مولکولی، کمپلکس های با مقادیر منفی تر انرژی آزاد اتصال، جهت انجام شبیه سازی دینامیک مولکولی انتخاب شدند.  در نهایت نتایج به دست آمده، در شرایط دینامیکی در نرم افزار گرومکس مورد بررسی قرار گرفت. بررسی استاتیک برهمکنش بین اپی توپ ها با  مولکول های MHC II و MHC I گوسفندی به کمک نرم افزار Autodock vina انجام شد.
نتایج:  از بین نتایج به دست آمده از سرورهای مختلف، اپی تـوپ هـایی انتخـاب شده اند کـه در بین نتایج همـه سـرورها مشـترک و دارای بهترین پارامترها بودند. در نهایت، 8 پپتید کـه عـددهای بهتـری داشتند به عنوان اپی توپ های پیشنهادی در نظر گرفته شدند. نتایج به دست آمده از دینامیک مولکولی نشان داد که مقادیر rmsd برای اینترلوکین و اینترلوکین متصل به پلی اپی توپ در دو حالت تفاوت زیادی نداشته، لذا این نتایج بیانگر این موضوع است که فعالیت اینترلوکین متصل به پلی اپی توپ تغییر نمی یابد. مقادیر rmsf  هم نشانگر پایداری یکسان در هر دو پروتئین می باشد. در نهایت نتایج این مطالعه نشان داد که در شرایط دینامیکی، 4 اپی توپ پیش بینی شده، دارای قدرت اتصال بالا به گیرنده های MHC کلاس 1 و 2 می باشند.
نتیجه‌گیری: علاوه بر این نتایج داکینگ و دینامیک مولکولی نشان داد که پلی اپی توپ پیش بینی شده در این مطالعه، می تواند به عنوان یک پلی اپی توپ کاندید در طراحی واکسن نوترکیب بر علیه بیماری بروسلوز مورد استفاده قرار گیرد.  هرچند که برای تایید این نتایج، نیاز به انجام مطالعات تکمیلی و آزمایشگاهی می باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Prediction of Brucella omp25 and BLS antigens epitopes and their interaction with MHC molecules in sheep by in silico methods

نویسندگان [English]

  • hashem Honar Hadadan 1
  • Mojtaba Tahmoorespur 2
  • Mohammad Hadi Sekhavati 3
1 Dept. of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor, Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Dept. of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Brucellosis is a common disease between humans and livestock that has caused a great deal of damage to the livestock industry in recent years. One way to prevent this disease is to get a vaccine to immunize disease-prone herds. To produce a successful recombinant vaccine, factors such as: selecting the right adjuvant, selecting the right antigen and the right delivery system are very important. To this end, epitopes have recently been widely used in clinical research, biomedicine, and the production of recombinant vaccines. Surface proteins of this bacterium, including BLS and Omp25 proteins, have antigenic properties and play an important role in causing this disease. Due to the lack of effective vaccines, today the need to produce new and effective vaccines is felt more than ever. The aim of this study was to bioinformatically predict the epitopes of BLS and Omp25 genes of Brucella bacterium in order to introduce a suitable candidate for vaccine production.
Materials and methods
For this purpose, SYFFPEITHI, PROPRED and IEDB servers were used to predict epitopes. Since the three-dimensional structure of the protein is required to investigate the interaction of antigens with cell surface receptors, in the next step, the predicted epitopes were modeled using the Pepfold 3 server. In addition, in order to evaluate the stability of the predicted structures and to ensure the accuracy of the third structure of the peptides, molecular dynamics simulations were performed using GROMACS software version 2019 and in a duration of 10 nanoseconds. Then, the three-dimensional structure was obtained by modeling homology method and the docking study of the interaction between epitopes with sheep MHCII and MHCI cells was performed using Autodock vina software.
Results
Then, in order to evaluate the stability of the complexes based on the results obtained from molecular docking, complexes with negative values of free binding energy were selected to perform molecular dynamics simulations. Finally, 8 peptides with better numbers were considered as suggested epitopes. The results obtained from molecular dynamics showed that the rmsd values for interleukin and interleukin bound to the polypeptide did not differ much in the two cases, so these results indicate that the activity of interleukin bound to the polypeptope did not change. The rmsf values also indicate the same stability in both proteins.Finally, the obtained results were evaluated in dynamic conditions in GROMACS software. The results of this study showed that in dynamic conditions, 4 predicted epitopes have high binding power to MHC class 1 and 2 receptors.
Conclusions
 In addition, docking and molecular dynamics results showed that the polypeptide predicted in this study could be used as a candidate polypeptide in the design of a recombinant vaccine against brucellosis. However, to confirm these results, additional and laboratory studies are needed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Brucellosis
  • Recombinant vaccine
  • Molecular dynamic
  • Epitope

مراجع

Agarwal S, Mehrotra RJJC (2016) An overview of molecular docking. JSM Chem 4(2), 1024-1028.
Ahsani M, Bafti MS, Esmailizadeh A et al. (2011) Genotyping of isolates of Clostridium perfringens from vaccinated and unvaccinated sheep. Small Rumin Res 95, 65-69.
Baghizadeh A, Bahaaddini M, Mohamadabadi M et al. (2009) Allelic variations in exon 2 of Caprine MHC class II DRB3 gene in Raeini Cashmere goat. Am-Eurasian J Agric Environment Sci 6, 454-459.
Carugo O, Pongor S (2001) A normalized root‐mean‐spuare distance for comparing protein three‐dimensional structures. Prot Sci 10, 1470-1473.
Cassataro J, Estein SM, Pasquevich KA et al. (2005) Vaccination with the recombinant Brucella outer membrane protein 31 or a derived 27-amino-acid synthetic peptide elicits a CD4+ T helper 1 response that protects against Brucella melitensis infection. Infect immun 73, 8079-8088.
Chikalov I, Yao P, Moshkov M et al. (2011) Learning probabilistic models of hydrogen bond stability from molecular dynamics simulation trajectories. BMC bioinformatic 12, 1-6.
Corbel MJ (2006) Brucellosis in humans and animals. WHO.
Dean AS, Crump L, Greter H et al. (2012) Global burden of human brucellosis: a systematic review of disease frequency. PLoS Negl Trop Dis 6, e1865.
Dorneles EM, Sriranganathan N, Lage AP (2015) Recent advances in Brucella abortus vaccines. Veterinary res 46, 76.
Edmonds M, Cloeckaert A, Hagius S et al. (2002) Pathogenicity and protective activity in pregnant goats of a Brucella melitensis Δomp25 deletion mutant. Res veterin sci 72, 235-239.
Edmonds MD, Cloeckaert A, Booth NJ et al. (2001) Attenuation of a Brucella abortus mutant lacking a major 25 kDa outer membrane protein in cattle. Am J Vet Res 62, 1461-1466.
Eini P, Keramat F, Hasanzadehhoseinabadi M (2012) Epidemiologic, clinical and laboratory findings of patients with brucellosis in Hamadan, west of Iran. J res health sci 12, 105-108.
Franco MP, Mulder M, Gilman RH et al. (2007) Human brucellosis. Lancet Infect Dis 7, 775-786.
Guerra H (2007) The brucellae and their success as pathogens. Crit Rev Microbiol 33, 325-331.
Hildebrand PW, Rose AS, Tiemann JK (2019) Bringing molecular dynamics simulation data into view. Trends Biochem Sci 44, 902-913.
Jubier-Maurin V, Boigegrain R-A, Cloeckaert A et al. (2001) Major outer membrane protein Omp25 of Brucella suis is involved in inhibition of tumor necrosis factor alpha production during infection of human macrophages. Inf Immun 69, 4823-4830.
Li Y, Liu X, Zhu Y et al. (2013) Bioinformatic prediction of epitopes in the Emy162 antigen of Echinococcus multilocularis.  Exp Ther Med 6, 335-340.
Mirnejad R, Piranfar V, Mortazavi SM et al. (2013) A duplex PCR for rapid and simultaneous detection of Brucella spp. in human blood samples. Asian Pac J Trop Med 6, 453-456.
Pappas G, Akritidis N, Bosilkovski M et al. (2005) Medical Progress. New Eng Jou of Med 352, 2325-2336.
Refai M (2002) Incidence and control of brucellosis in the Near East region. Veter Micr 90, 81-110.
Ruzina M, Shtyfurko T, Mohammadabadi M et al. (2010) Polymorphism of the BoLA-DRB3 gene in the Mongolian, Kalmyk, and Yakut cattle breeds. Russ J Genet 46, 456-463.
Shen M, Zhou S, Li Y et al. (2013) Discovery and optimization of triazine derivatives as ROCK1 inhibitors: molecular docking, molecular dynamics simulations and free energy calculations. Mol Biosyst 9, 361-374.
Simon GG, Hu Y, Khan AM et al. (2010) Dendritic cell mediated delivery of plasmid DNA encoding LAMP/HIV-1 Gag fusion immunogen enhances T cell epitope responses in HLA DR4 transgenic mice. Plos One 5, e8574.
Tahmoorespur M, Sekhavati MH, Yousefi S et al. (2016) In silico analysis of Omp25 and BLS Brucella melitensis antigens for designing subunit vaccine. Arch Razi Inst 71, 35-42.
Trott O, Olson AJ (2010) AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization, and multithreading. J Comput Chem 31, 455-461.
Van Der Spoel D, Lindahl E, Hess B et al. (2005) GROMACS: fast, flexible, and free. J Comput Chem 26, 1701-1718.
Yang X, Skyberg JA, Cao L et al. (2013) Progress in Brucella vaccine development. Front biol 8, 60-77.
Zarrabi A, Alipoor Amro Abadi M, Khorasani S et al. (2020) Nanoliposomes and tocosomes as multifunctional nanocarriers for the encapsulation of nutraceutical and dietary molecules. Mol 25, 638.
Zowghi E, Ebadi A (1982) Typing of Brucella strains isolated in Iran. Arch Razi Inst 33, 109-114.
مجله بیوتکنولوژی کشاورزی
دوره 13، شماره 4
دی 1400
صفحه 19-34

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار