Identification of cross-protective potential antigens against pathogenic Brucella species through combining pan-genome analysis with reverse vaccinology

Abstract

Brucellosis is an infectious zoonotic disease caused by the Brucella bacteria. The three most pathogenic Brucella species are Brucella abortus, Brucella melitensis, Brucella suis. The most efficient approach to control the disease is to vaccinate domestic animals to prevent the spread to human. Several live attenuated strains are used as vaccines to control animal Brucellosis. However, as well as their pathogenicity to humans, these vaccines have a number of limitations, such as abortion, orchitis, and infertility in animals. Therefore, safer and universal vaccine is needed to control Brucella infection. Reverse vaccinology (RV) has been far and wide applied for identifying potential antigens of pathogens of interest. In this study, a new RV strategy has provided, that combines pangenome analysis with homemade meta-SCL pipeline, followed by determination of adhesion, antigenicity, and immunogenicity. A total of 90 complete Brucella genomes corresponding to the three most important zoonotic species, 55 B. melitensis, 17 B. abortus, and 18 B. suis, were subjected to the developed RV antigen selection steps (mentioned above). Using this approach enables the identification of 34 potential cross protective candidates. These candidates found to be associated to few biological functions that are highly referred to virulence such as cell adhesion and ion transport. The resulted antigens represent the most comprehensive set of antigens that can be used to develop a universal vaccine against zoonotic Brucella species. Further experiments are needed to clarify the mechanisms, attachment, immunogenicity and the protection level of these proteins. IV الملخص ال حمىُالمالطية هيُأحدُاألمراض ال معديةُالمشتركة بين اإلنسان والحيوان والميكروب المسبب لهذا المرض بكتيريا ت سمى "البروسيال". يتسببُالمرضُبخسائر اقتصادية و صحية فادحة في قطاع المواشي وت صنف أنواع بكتيريا الـ بروسيال حسب الحاضن الحيواني إلى أكثرُمن ُعشر ُأنواع ُأهمها نوع ُالـ ُBrucella melitensis الذيُيصيب ُالماعز ُواألغنام ُونوع ُBrucella abortus الذيُيصيبُ األبقارُونوعُBrucella suis الذيُيصيبُالخنازير.ُوهذهُاألنواعُالثالث تتميزُبقدرتهاُالعاليةُعلىُاالنتقالُمنُالحيوانُإلىُاإلنسانُ وت عد األكثر قدرة على اإلمراض. تكون السيطرة على هذا المرض في الحيوانات من خالل اللقاحات المناعية التي ت عد الطريقة األنجع قاحات المرخصة ِلتطعي للقضاء عليه حيث تتوافر بعض الل مُالحيوانات.ُمع ذلك، قاحات من بعض المشاكل الجوهرية حيث ُّ ُّ تعاني هذه الل انهاُتؤثرُعلىُالسالمةُفيُاالنسانُوتسببُعددُمنُاألعراضُالجانبيةُفيُالحيوانُمثلُاإلجهاض وُالعقم.ُلهذا، تولدتُحاجةُلتطويرُ قاح جديد أكثر أماناً وفعالية. ل معُتوافر ُالعديد ُمن ُالخرائط ُالوراثية ُلعترات ُمن ُأنواع ُالبروسيال ُالمذكورةُأعالهُو ُحيث ُان ُبكتيرياُ البروسيال تندرج ضمن ممرضات الدرجة الثالثة, ي عتبر تطبيق تصميم اللقاح العكسي )RV( فيُهذهُالحالةُاستراتيجية مناسبةُُللوصولُ قاح واعد. وعليه كان الهدف إلى ل فيُهذهُالدراسةُهوُتطويرُاستراتيجيةُمبنيةُعل لقاح العكسي للوصول الى ى خطوات ال المستفزاتُ ُّ قاح جديد ضد البروسيال. اّ المناعية دخل في هذه الدراسة )المستضدات( المرشحة لكي ت ستهدف من خالل تطوير ل 90 جينومُكاملُمنُ انواع الـ بروسيال الثالثة األكثر إمراضا تمُتحديدُمجموعة منُالمستفزاتُالمناعية األكثرُت حيث انها تحتوي على ً ولقد رشيحا 34 محفزُ ً قاح شامل ضد الثالثة أنواع المذكورة أعاله.