Лаборатория инфекционной иммунологии

Наша цель: трансляция фундаментальных исследований иммунной системы в разработку новых подходов борьбы с инфекционными заболеваниями.

Направления исследований

Исследование механизмов формирования протективного иммунного ответа

Инфекционные заболевания остаются одной из главных проблем глобального здравоохранения. Наилучшим методом предотвращения и контроля инфекций является вакцинация, широкое распространение которой в XX веке позволило существенно снизить смертность и заболеваемость от целого ряда вирусных и бактериальных заболеваний. Совершенствование подходов к вакцинации и методов противодействия инфекциям требует интенсивной работы эпидемиологов, инфекционистов, иммунологов и других специалистов. Со времен создания первой вакцины Эдвардом Дженнером в 1796 году началось постепенное изучение принципов организации иммунной системы, однако более подробное понимание основных механизмов и частных деталей развития иммунных реакций появилось лишь к концу XX века, после открытия разнообразия иммунных клеток, цитокинов, рецепторов и путей их взаимодействия, а также принципов формирования иммунологической памяти.

Иммунный ответ может быть чрезвычайно продуктивным и приводить к быстрому подавлению инфекционного процесса, однако патогенные микроорганизмы в ходе эволюции приобрели большое число стратегий борьбы с иммунной системой организма-хозяина, что способно значимо снизить эффективность ответа или даже обратить его действие во вред организму. В связи с этим ключевыми задачами лаборатории инфекционной иммунологии являются

изучение формирования протективного иммунного ответа,
выявление детерминант протективности и факторов, влияющих на эффективность иммунного ответа на инфекции и иммунизацию,
разработка способов оценки протективности in vitro и in vivo.

Для реализации этих задач в лаборатории используются методики пробоподготовки и очистки белковых антигенов, подбор оптимальных адъювантов и модельных систем, иммунизация животных, выделение иммунных клеток из крови и органов, оценка гуморального иммунного ответа с помощью комплекса методов иммуноферментного анализа, методов оценки нейтрализующей активности антител, протеомики и масс-спектрометрии; оценка показателей клеточного ответа на 2D и 3D-клеточных культурах с помощью современных методик системной иммунологии, проточной цитофлуориметрии, клеточного сортинга, ELISPOT, геномики и транскриптомики для оценки уровня экспрессии цитокинов и иных иммунных маркеров в тканях и органах животных и человека, а также в модельных in vitro-системах.

Исследования, проводимые в лаборатории, находятся на стыке фундаментальной и прикладной иммунологии и вакцинологии и имеют большое практическое значение, поскольку позволяют оценивать и прогнозировать иммунный ответ против кандидатных вакцин и терапевтических препаратов, направленных против возбудителей инфекционных заболеваний.

Изучение побочных проявлений специфического иммунного ответа

Имеются обширные данные, свидетельствующие о том, что иммунный ответ может быть не только эффективным и полезным для борьбы с инфекциями, но и патологическим, приводящим к усилению инфекций. Это может быть связано не только с развитием аутоиммунных реакций непосредственно при течении болезни или сразу после завершения инфекции, но и с долгосрочными патологическими эффектами после перенесенных инфекционных заболеваний, к которым относят, к примеру, широко распространенный после пандемии COVID-19 ряд осложнений, таких как постковидный синдром (ПКС, Post-COVID conditions) и персистирующий, или «длинный», ковид. Этиология этих состояний активно исследуется, однако известно, что в значительной степени они связаны с формированием дефектного иммунного ответа на инфекцию, как, например, при выработке низкоаффинных антител к антигенам вируса и их нецелевому связыванию с нормальными белками хозяина. Также они могут быть ассоциированы с дисбалансом звеньев клеточного иммунного ответа, последующим развитием аутоиммунных реакций и потере иммунологической толерантности.

Изучение фундаментальных основ формирования дефектного иммунного ответа имеет несомненную практическую значимость, поскольку позволит повысить эффективность и безопасность вакцин, предотвратить пост-инфекционные осложнения, обеспечить рациональный дизайн новых препаратов и снизить временные затраты на их разработку. Эти исследования прямо способствуют как улучшению качества жизни и сохранению здоровья и благополучия населения, так и снижают риски, связанные с неэффективными стратегиями разработок новых вакцинных и лекарственных препаратов.

Оценка эффективности и безопасности кандидатных вакцинных препаратов

В наиболее острый начальный период пандемии COVID-19 обществу и правительствам потребовалось быстро реагировать на новую, абсолютно неизвестную инфекцию. В связи с этим методы эпидемиологического контроля были весьма жесткими, но порой противоречивыми и непоследовательными. Довольно быстро стало понятно, что ключ к завершению пандемии лежит, в первую очередь, в приобретении широкого популяционного иммунитета. Экстренно одобренные вакцинные препараты получили широкое одобрение регуляторных органов и стали активно использоваться на практике с целью достижения популяционного противовирусного иммунитета. Ключевым звеном в клинических и доклинических исследованиях новых препаратов стала оценка протективности формирующегося иммунного ответа.

На основе исследований механизмов протективности начался поиск так называемых коррелятов протективности, то есть измеряемых показателей, которые позволили бы с достаточной степенью уверенности спрогнозировать эффективность вакцин у определенных популяций. Вирулентность возбудителя COVID-19, вируса SARS-CoV-2, значительно снижается при нейтрализации вируса антителами против поверхностного спайк-белка, что определило первоначальный дизайн большинства разрабатываемых вакцин. Позднее стали известны и детали протективного иммунного ответа к SARS-CoV-2: белок спайка связывается через свой рецептор-связывающий домен (RBD) с клетками человека через рецептор ACE-2. Блокирование данного взаимодействия препятствует проникновению SARS-CoV-2 внутрь клетки, что позволяет уменьшить степень распространения инфекции или предотвращает ее полностью. Помимо передовых, наиболее успешных технологических платформ для создания вакцин против COVID-19 (мРНК и аденовирусные векторные вакцины), активно разрабатывались и субъединичные вакцины на основе RBD-антигена. В рамках лаборатории инфекционной иммунологии, помимо прочего, изучаются особенности данной вакцинной платформы и создаются кандидатные субъединичные вакцины нового поколения против широкого спектра мишеней.

Научные интересы

Выявление и изучение иммунных детерминант восприимчивости к инфекциям и протективности инфекционного иммунного ответа.
Изучение иммунологической регуляции инфекционных, воспалительных и аутоиммунных заболеваний.
Математический и биоинформатический анализ и моделирование функций компонентов иммунной системы (цитокинов, B- и T-клеточных рецепторов, MHC I-II и др.).
Механизмы клеточно-опосредованного иммунного ответа и иммунопатологии. Роль антигенпрезентирующих клеток и Т-клеточного звена.
Изучение роли В-клеток памяти, спектра антител и их функциональных особенностей.
Влияние ко- и суперинфекций на иммунный ответ, восприимчивость к инфекциям и тяжесть течения заболеваний.
Использование подходов системной иммунологии для разработки и тестирования кандидатных вакцинных препаратов.
Проведение ранних этапов разработки и доклинических испытаний кандидатных вакцинных препаратов и иных биоинженерных терапевтических и профилактических продуктов.
Проектирование новых рекомбинантных моноклональных антител для профилактики и терапии актуальных инфекционных заболеваний, создание биосимиляров.

Методы, применяемые в лаборатории

Биоинформатический анализ последовательностей и структур белковых молекул, в т.ч. методы рационального дизайна вакцин.
Методы выделения и очистки белков, подготовка антигена, формуляция вакцинных препаратов и подбор доз.
Методы синтеза белков-антигенов: экспрессия в прокариотах, транзиентная и стабильная экспрессия в эукариотических системах (HEK-293, CHO).
Организация работы в виварии, иммунизация модельных животных, работа с образцами органов, тканей и клеток, пробоподготовка для анализа.
Оценка уровня специфических антител с помощью иммуноферментного анализа и биочипов, разработка и валидация методик оценки нейтрализующей активности антител.
Разработка, валидация и проведение количественной ПЦР (qPCR) для оценки уровня экспрессии цитокинов, создание мультиплексных ПЦР-платформ, использование метода цифровой ПЦР (Digital PCR).
Работа с культурами иммунных клеток – in vitro 2D, 3D культивирование, стимуляция, активация и пролиферация.
Проточная цитофлуориметрия, иммунофенотипирование, клеточный сортинг.
Оценка клеточного иммунитета в ответ на стимуляцию специфическим антигеном методом ELISPOT.

Публикации

Lyamina S, Baranovskii D, Kozhevnikova E, Ivanova T, Kalish S, Sadekov T, Klabukov I, Maev I, Govorun V. Mesenchymal stromal cells as a driver of inflammaging. Int J Mol Sci 2023, 24, 6372. doi.org/10.3390/ijms24076372

Шокина ВА, Матюшкина ДС, Кривонос ДВ, Манувера ВА, Широков ДА, Харлампиева ДД, Лазарев ВН, Павленко АВИльина ЕН, Румянцев АГ, Румянцев СА, Иванов КП, Хромова ПА, Баклаушев ВП, Корицкий АВ, Куропаткин ВА, Москалева ЕВ, Огарков ОБ, Орлова ЕА, Петрова АГ, Поженько НС, Пушкарь ДЮ, Колонтарев КБ, Колышкина НА, Рычкова ЛВ, Самойлов АС, Синьков ВВ, Соловьева СВ, Троицкий АВ, Удалов ЮД, Юсубалиева ГМ, Говорун ВМ. Гуморальный иммунный ответ на линейные и конформационные эпитопы SARS-CoV-2 у пациентов с COVID-19 . Иммунология 2023, 44 (1): 38-52. doi.org/10.33029/0206-4952-2023-44-1-38-52

Kudriavtsev AV, Vakhrusheva AV, Kryuchkov NA, Frolova ME, Blagodatskikh KA, Ivanishin TV, Djonovic M, Romanovskaya-Romanko EA, Kovalenko AN, Lioznov DA, Zubkova TG, Teplykh SV, Oseshnyuk RA, Stukova MA, Isaev AA, Krasilnikov IV. Safety and Immunogenicity of Betuvax-CoV-2, an RBD-Fc-Based SARS-CoV-2 Recombinant Vaccine: Preliminary Results of the First-in-Human, Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Phase I/II Clinical Trial. Vaccines 2023; 11(2):326. doi.org/10.3390/vaccines11020326

Krasilnikov IV, Kudriavtsev AV, Vakhrusheva AV, Frolova ME, Ivanov AV, Stukova MA, Romanovskaya-Romanko EA, Vasilyev KA, Mushenkova NV, Isaev AA. Design and Immunological Properties of the Novel Subunit Virus-like Vaccine against SARS-CoV-2. Vaccines 2022; 10(1):69. doi.org/10.3390/vaccines10010069

Matyushkina D, Shokina V, Tikhonova P, Manuvera V, Shirokov D, Kharlampieva D, Lazarev V, Varizhuk A, Vedekhina T, Pavlenko A, Penkin L, Arapidi G, Pavlov K, Pushkar D, Kolontarev K, Rumyantsev A, Rumyantsev S, Rychkova L, Govorun V. Autoimmune Effect of Antibodies against the SARS-CoV-2 Nucleoprotein. Viruses 2022, 14, 1141. doi.org/10.3390/v14061141

Kudriavtsev AV, Vakhrusheva AV, Novoseletsky VN, Bozdaganyan ME, Shaitan KV, Kirpichnikov MP, Sokolova OS. Immune Escape Associated with RBD Omicron Mutations and SARS-CoV-2 Evolution Dynamics. Viruses 2022; 14(8):1603. doi.org/10.3390/v14081603

Shneider A, Kudriavtsev A, Vakhrusheva A. Can melatonin reduce the severity of COVID-19 pandemic? Int Rev Immunol 2020, 39(4), 153-162. doi.org/10.1080/08830185.2020.1756284

Galeeva J, Babenko V, Bakhtyev R, Baklaushev V, Balykova L, Matyushkina D, Musarova V, et al. 16S rRNA gene sequencing data of the upper respiratory tract microbiome in the SARS-CoV- 2 infected patients. Data in Brief 2022 Feb; 80. doi: 10.1016/j.dib.2021.107770.

Svetlova J, Gustin D, Manuvera V, Shirokov D, Shokina V, Matyushkina D et al. Microarray Profiling of Vaccination-Induced Antibody Responses to SARS-CoV-2 Variants of Interest and Concern. Int J Mol Sci. 2022 Oct 30;23(21):13220. doi: 10.3390/ĳms232113220.