Активное внедрение информационных технологий в современную биотехнологию открывает новые горизонты в исследованиях различных биологических объектов, процессов и живых систем и в получении приоритетных данных для решения актуальных вопросов в сфере молекулярной генетики и селекции, генетической и белковой инженерии, биотехнологии, генодиагностики, генотерапии и др.
Особую значимость это имеет для опережающего развития технологий создания и производства препаратов, необходимых в сельском хозяйстве, особенно, в животноводстве и др. сферах народного хозяйства.
Если раньше для разработки дизайна нового диагностикума или вакцины ученым требовалось 15-20 и более лет, то в настоящее время, использование исследователями современных биоинформационных алгоритмов на базе технологий искусственного интеллекта, позволяет анализировать геномы и предсказывать структуру и функции отдельных биомолекул, необходимых для создания вакцин и лекарственных препаратов нового поколения против инфекционных заболеваний более оперативно.
Биоинформационные технологии особенно необходимы для проектирования, разработки и совершенствования диагностических и профилактических препаратов против актуальных инфекций, общих для человека и животных.
Одним из таких инфекционных заболеваний является листериоз – инфекция пищевого происхождения, летальность при которой в случае поражения нервной системы и развития менингита, энцефалита или менингоэнцефалита может достигать 100%. Возбудитель листериоза - бактерия Listeriamonocytogenes (Lm), достаточно устойчив к изменениям окружающей среды и встречается повсеместно. Первые сообщения о случаях листериоза во время эпизоотии среди животных появились в конце XIX – начале XX вв.
С середины ХХ столетия в мире начались активное изучение этого заболевания и разработка первых противолистериозных вакцин. В семидесятых годах прошлого столетия в нашей стране был налажен промышленный выпуск живых цельноклеточных противолистериозных вакцин на основе аттенуированных штаммов Listeriamonocytogenes для профилактической иммунизации крупного рогатого скота (КРС), овец, свиней и кроликов в неблагополучных по листериозу хозяйствах в осенне-зимний период. Однако возможности геномных и биотехнологий открывают перспективы для совершенствования существующихи создания принципиально новых инновационных профилактических противолистериозных препаратов.
Очевидно, что разработка эффективных безопасных вакцин нового поколения невозможна без изучения молекулярно-генетической структуры листерий, а также расшифровки геномов штаммов, использующихся в качестве основы для листериозных вакцин. Это важно как для выявления основных иммунодоминантных антигенов, задействованных в индукции иммунитета против листериоза, так и профилактики поствакцинальных осложнений у СХЖ, иммунизированных клетками живого аттенуированного вакцинного штамма листерий, что, в свою очередь, может негативно повлиять и на качество животноводческой продукции.
В этом направлении проводит работу научная группа под руководством профессора, д.м.н. Валентины Федоровой в рамках проекта РНФ № 22-16-00165. Используя методы биоинформатического анализа, молодым ученым М.С. Лаврухину, Д.Г. Оглодиной, Н.В. Кичемазовой и С.С. Зайцеву – выпускникам Вавиловского университета (зав. каф. микробиологии и биотехнологии, д.б.н., доцент О.С. Ларионова) удалось выявить композицию эпитопов, расположенных на основных иммунореактивных белках листерий, потенциально способных вызывать индукцию защитной иммунной реакции у КРС - одного из наиболее восприимчивых к листериозу СХЖ. Учеными на молекулярной уровне было предсказано наличие у этих эпитопов антигенных и иммуногенных свойств, а также отсутствие аллергенности и токсичности.
Результаты работы были представлены на международной конференции Федерации европейских научных обществ биохимиков и молекулярных биологов («The 47th FEBS*Congress», 8-12 июля 2023 г.) и опубликованы в высокорейтинговом издании «FEBS OpenBio» (Q2), индексированном в международных базах данных Web of Science и Scopus.
Как пояснила профессор, доктор медицинских наук Валентина Анатольевна Федорова:
- Работа ученых выполнена на современном научном уровне с применением методов биоинформатики, молекулярного моделирования и алгоритмов искусственного интеллекта. Полученные нашими учеными данные, позволят прояснить молекулярные механизмы взаимодействия клеток вирулентных и вакцинных штаммов листерий с организмом КРС, а значит, в дальнейшем, могут способствовать, как совершенствованию уже использующихся вакцин, так и разработке новых эффективных современных профилактических препаратов, востребованных для профилактики листериоза сельскохозяйственных животных.
Для справки:
Федерация европейских биохимических обществ (FEBS) является некоммерческой академической научной организацией, основанной 1 января 1964 года. В настоящее время она представляет одну из крупнейших в Европе научных организаций в области молекулярных наук о жизни, насчитывающей в разных странах более 30 000 членов в 39 научных обществах биохимиков и молекулярных биологов и предоставляющей голос значительной части научно-исследовательского и преподавательского сообщества в Европе и за ее пределами.