2026-09-03
Резюме: Инфекция, вызываемая Actinobacillus pleuropneumoniae (App), является одним из основных заболеваний дыхательных путей, приводящих к серьезным экономическим потерям. Высокая заразность и серотипическое разнообразие этого возбудителя создают сложности для мер по профилактике и борьбе с болезнью. В данном обзоре рассматриваются стратегии разработки вакцин нового поколения, а также роль факторов вирулентности, таких как токсин App, капсульный полисахарид (CPS), липополисахарид (LPS) и белки наружной оболочки (OMPs), в разработке вакцин. Традиционные вакцины обладают ограниченным перекрестным иммунитетом, в то время как аттенуированные живые вакцины, субъединичные вакцины и токсинные вакцины демонстрируют хорошие перспективы улучшения эффективности и безопасности. Существующие и вакцины последнего поколения субъединичных и токсинных вакцин в основном построены на основе консервативных антигенов и включают такие компоненты, как токсин App, белки наружной оболочки (OMPs), адгезин филаментов A (ApfA) и галактозо-1-фосфат-уридилтрансферазу (GALT), что значительно повышает эффективность перекрестной защиты и безопасность. Другие стратегии включают ДНК-вакцины и комбинированные многовалентные вакцины. Такие вакцины, направленные против широко распространенных серотипов App, содержат антигены других патогенов и представляют собой современный подход, направленный на усиление межсеротипной защиты, снижение побочных эффектов и реализацию функции дифференциации между инфицированными и иммунизированными животными (DIVA).
Ключевые слова: Actinobacillus pleuropneumoniae; разработка вакцин; токсины; факторы вирулентности; иммунная защита
1
Введение
Актинобактерия пневмонии (App) представляет собой грамотрицательную условно-анаэробную бактерию, которая подразделяется на два биотипа, 19 серотипов, а 26 полных геномов служат основой для соответствующих исследований. Данный микроорганизм обладает высокой инфекционностью и передается посредством прямого или косвенного контакта; период отлучения от свиноматки является ключевым этапом передачи инфекции. Он вызывает респираторные заболевания у свиней, нанося огромный экономический ущерб свиноводческой отрасли. Вакцинация является основным средством профилактики и борьбы с заболеванием, однако большинство существующих коммерческих вакцин представляют собой цельноклеточные инактивированные вакцины, не обеспечивающие перекрестную защиту между серотипами. В данном обзоре рассматриваются факторы вирулентности, имеющие отношение к разработке вакцин, сравниваются характеристики вакцин разных поколений и обсуждаются различные стратегии разработки вакцин нового поколения, что может служить ориентиром для профилактики и борьбы с заболеванием, а также для разработки вакцин.
2
Факторы вирулентности и их роль в составе вакцин
Факторы вирулентности Actinobacillus pleuropneumoniae играют ключевую роль в процессе инфекции, участвуя в таких этапах, как адгезия к клеткам хозяина, получение питательных веществ, образование очагов поражения и уклонение от защитных механизмов хозяина. К соответствующим факторам относятся фибриллы 4-го типа, белки наружной оболочки и др., которые способствуют колонизации бактерий и уклонению от иммунной системы, а также связаны с различными путями поглощения, стрессовыми реакциями и экзотоксинами (табл. 1).
Таблица 1. Описание различных факторов вирулентности, участвующих в защитных механизмах клетки-хозяина и имеющих потенциал для использования в вакцинах
К основным факторам вирулентности Actinobacillus pleuropneumoniae относятся токсины Apx (ApxI–IV), ЛПС, CPS и др. Токсины Apx являются важными мишенями для разработки вакцин; белки, связанные с адгезией и поглощением железа, а также белки, обеспечивающие целостность клетки, также являются потенциальными мишенями для вакцин. CPS и LPS выполняют как диагностические, так и иммуногенные функции, а очищенные токсины обладают потенциалом перекрестной реакции между серотипами. Внеклеточный белок TolC1, пузырьки наружной мембраны (OMV), а также различные белки наружной мембраны и липопротеины, благодаря своей ключевой роли в патогенезе и консервативности, являются важными кандидатами для разработки вакцин.
3. Компьютерный моделирующий анализ мишеней для вакцин
Исследователи уделяют большое внимание роли методов компьютерного моделирования в выявлении мишеней для вакцин и лекарственных средств против заболеваний, имеющих значительное экономическое воздействие. Такие технологии, как компьютерное проектирование и искусственный интеллект, в сочетании с методами биоинформатики и иммуноинформатики, могут способствовать отбору мишеней, прогнозированию эпитопов и другим задачам и уже применяются в исследованиях туберкулеза, вируса Зика и других заболеваний. В ходе исследований Actinobacillus pleuropneumoniae с помощью соответствующих баз данных и компьютерного моделирования из 122 эссенциальных белков было отобрано 11 потенциальных вакцинных мишеней, обладающих антигенностью; кроме того, с помощью других методов анализа было установлено, что консервативные белки наружной оболочки, такие как comL, требуют сочетания с другими компонентами для обеспечения защитного эффекта.
4. Типы вакцин
4.1 Инактивированные вакцины. Первое поколение коммерческих вакцин против Actinobacillus pleuropneumoniae для свиней представляло собой цельнобактериальные инактивированные вакцины, изготовленные путем термической инактивации или обработки формалином. Они способны предъявлять множество антигенных детерминант и не несут риска реверсивного усиления вирулентности, характерного для аттенуированных живых вакцин; культивирование в условиях, имитирующих среду хозяина, может усиливать их иммуногенность. Некоторые из недавних инактивированных вакцин и вакцин-кандидатов приведены в таблице 2.
Таблица 2. Перечень инактивированных вакцин и вакцин-кандидатов
Коммерческая вакцина C (Coglapix®) содержит цельные клетки серотипов 1 и 2, а также токсины ApxI–III; она обеспечивает серотип-независимую защиту от 8 серотипов и способна значительно уменьшить легочные поражения. Вакцина из серотипа 10, культивированная в условиях ограничения NAD и инактивированная ультрафиолетом, обладает более высокой адгезивностью и обеспечивает лучшую частичную защиту. Вакцины с пустыми оболочками серотипов 9 и 2 демонстрируют более высокую эффективность в плане ограничения колонизации легких, перекрестной защиты и распознавания антигенов, а также имеют меньше побочных эффектов и способны индуцировать уникальный титр антител. Пероральная вакцина AQ6-AP, полученная методом совместной распылительной сушки, по сравнению с внутримышечно вводимой вакциной, инактивированной формалином с алюминиевым адъювантом, обеспечивает более высокую эффективность защиты, способна повысить выживаемость свиней, уменьшить легочные поражения и клинические симптомы. Эти исследования предоставляют важную основу для оптимизации и применения инактивированных вакцин.
4.2 Аттенуированные живые вакцины
Несмотря на присущие аттенуированным живым вакцинам против Actinobacillus pleuropneumoniae риски, такие как возврат вирулентности и недостаточная аттенуация, их основное преимущество заключается в способности имитировать естественную инфекцию, что обеспечивает выжившим свиньям полную защиту от гомологичных штаммов и частичную перекрестную защиту от гетерологичных серотипов. Вакцины этого типа в основном разрабатываются путем нокаута ключевых генов вирулентности, и многие мутантные вакцины-кандидаты демонстрируют хороший потенциал. Некоторые из недавних аттенуированных живых вакцин и вакцин-кандидатов приведены в таблице 3.
Таблица 3. Перечень аттенуированных вакцин и вакцин-кандидатов
На основе аттенуированных ключевых генов вирулентности были разработаны аттенуированные живые вакцины. Мутанты с дефицитом рибофлавина, двойные мутанты S-8△clpP△apxIIC и др. способны вызывать сильный иммунный ответ, обеспечивая высокую защиту от атак гомологичных и некоторых гетерологичных серотипов, а также уменьшая легочные поражения и снижая бактериальную нагрузку. Мутант APP1△apxIBD△pnp обеспечивает защиту от гомологичной инфекции серотипа 1 на уровне 75 %, но неэффективен против серотипа 5; штамм SL03 не содержит экзогенной ДНК, и при интраназальном введении обеспечивает межсеротипную защиту от серотипов 1 и 9. Мутанты SLW05, △znuA и другие также демонстрируют превосходную межсеротипную защиту.
Разработанные для серотипа 2 двойные мутанты уреазы C и apxIIA, а также шестигенные мутанты при введении в виде аэрозоля защищают свиней от заражения однородными или гетерогенными серотипами и позволяют различать инфицированных и иммунизированных животных; мутант ApxIIC и двойной мутант △apxIIC/△apxIVA, разработанные для серотипа 7, обладают значительной защитной эффективностью против гомологичных и гетерологичных серотипов, причем последний позволяет осуществлять серологическую дифференциацию, что открывает многосторонние перспективы для разработки и применения аттенуированных живых вакцин.
4.3 Субъединичные вакцины и вакцинные кандидаты Поверхностные компоненты Actinobacillus pleuropneumoniae, такие как капсула, липополисахарид и белки наружной оболочки, являются важными антигенами, а трансферрин-связывающий белок и гемоглобин-связывающий белок — потенциальными вакцинными кандидатами, выявленными на ранних этапах. Благодаря содержанию таких компонентов, как токсин Apx и белки наружной оболочки, субъединичные вакцины обладают более высокой эффективностью перекрестной защиты по сравнению с традиционными бактериальными вакцинами; некоторые из них уже внедрены в коммерческое производство, например вакцина Porcilis, содержащая компоненты ApxIA, ApxIIA и др., которая способна снижать заболеваемость плевронитом и пневмонией, а также сокращать использование антибиотиков. Некоторые недавно разработанные субъединичные вакцины и вакцинные кандидаты приведены в таблице 4.
Таблица 4. Список субадиничных вакцин и вакцин-кандидатов 
Ряд вакцин на основе субъединиц продемонстрировал впечатляющие результаты: вакцина DIVA (дифференциация между инфицированными и иммунизированными животными), содержащая токсин ApxII, после внутримышечной иммунизации обеспечивает свиньям защиту от инфекции как гомологичными, так и гетерологичными штаммами, значительно снижая уровень колонизации; комбинация рекомбинансных белков, таких как rApxI и rApxII, обеспечивает значительную перекрестную защиту от гомологичных и гетерологичных атак серотипов 1 и 2; высококонсервативный ген GalT, различные липопротеины штамма JL03 и ген APJL_0126 способны индуцировать иммунный ответ или обеспечивать защитный иммунитет, причем для достижения полной защиты некоторые из них необходимо использовать в сочетании с токсином Apx.
Кроме того, внеклеточные везикулы (App-EVs) могут усиливать защитную реакцию на инфекцию, а шесть индуцируемых in vivo маркерных белков обеспечивают частичную защиту. Внеклеточные везикулы (OMVs) при отдельном применении обеспечивают недостаточную защиту, однако шестиантигенная вакцина, состоящая из ApfA в сочетании с различными рекомбинантными антигенами, обладает сильной иммуногенностью и определяет важное направление в разработке субъединичных вакцин.
4.4 Вакцины на основе токсинов
Токсин Apx является основным фактором вирулентности Actinobacillus pleuropneumoniae, относится к семейству токсинов RTX и обладает высокой иммуногенностью. Он подразделяется на четыре типа: ApxI–IV, причем ApxI–III могут секретироваться в супернатант культуры, а ApxIV экспрессируется в организме; серотипы 1 и 5 обладают наибольшей токсичностью из-за продукции токсинов ApxI и ApxII. Благодаря высокой иммуногенности токсина Apx было разработано множество коммерческих и экспериментальных вакцин на основе токсина. Некоторые из недавних вакцин, производных от токсинов, и вакцин-кандидатов приведены в таблице 5.
Таблица 5. Список токсиновых вакцин и вакцин-кандидатов 
Двухвалентная вакцина L, созданная на основе комбинации белков ApxIA и ApxIIA, вызывает сильный реакцию humoralного и клеточного иммунитета и обеспечивает полную перекрестную защиту; трехвалентный слитный белок Apx, заключенный в везикулы наружной оболочки (Apxr-OMV), демонстрирует перекрестную защиту против серотипов 1 и 7 на мышиной модели. Среди коммерческих вакцин препарат Coglapix®, содержащий цельные клетки и токсины ApxI–III различных серотипов, превосходит вакцину Porcilis App®, содержащую атоксины Apx и белки наружной оболочки, по таким показателям, как снижение легочных поражений и летальности.
Кроме того, сахаризированные вакцины, разработанные с использованием системы N-гликозилирования, обеспечивают новый путь для генерации эпитопов за счет экспрессии гликозилированных фрагментов токсина Apx в рекомбинантной E. coli; пероральная вакцина на основе токсина Apx, экспрессируемого в пивных дрожжах, вызывает сильную иммунную реакцию в ответ на атаку серотипа 5. Фрагмент ApxIIA № 5 содержит ключевой эпитоп; при интраназальном введении в сочетании с пептидным лигандным адъювантом он может индуцировать гуморальный и слизистый иммунные ответы, подавлять колонизацию бактерий и обеспечивать защиту как от серотипа 2, так и от гетеросеротипа 5, что открывает разнообразные возможности для разработки вакцин на основе токсинов.
4.5 ДНК-вакцины
ДНК-вакцины, как вакцины третьего поколения, обладают такими преимуществами, как высокая безопасность, хорошая термостабильность и простота производства; они имеют стабильную молекулярную структуру и высокую специфичность кодирования антигена, способны индуцировать как humoral, так и клеточный иммунный ответ, причем даже небольшое количество плазмидной ДНК может вызвать сильный иммунный ответ.
В исследованиях ДНК-вакцин против Actinobacillus pleuropneumoniae достигнут определенный прогресс: двухвалентная ДНК-вакцина, полученная из серотипа 1 (содержащая pcDNA-apxIA и pcDNA-apxIIA), после внутримышечного введения способна индуцировать выраженный humoralный иммунный ответ, активировать клетки Th1 и Th2 и обеспечивает защиту от летального заражения серотипом 1, представляя собой потенциальную инновационную стратегию профилактики и борьбы с заболеванием. Вакцина pcDNA-apfA, кодирующая высококонсервативный филаментарный белок типа 4 (ApfA), хотя и обладает эффективностью защиты от атаки серотипа 2 всего на 30 %, успешно индуцирует иммунный ответ и, как ожидается, может быть использована в качестве компонента многовалентной ДНК-вакцины в стратегиях профилактики и контроля следующего поколения.
4.6 Комбинированные вакцины и вакцины-кандидаты Комбинированные вакцины
Благодаря комбинации различных компонентов Actinobacillus pleuropneumoniae или включению антигенов других бактерий можно обеспечить максимальный охват различных серотипов Actinobacillus pleuropneumoniae, повысить эффективность защиты и оптимизировать эффективность профилактики и борьбы с заболеванием в животноводстве. Некоторые из таких комбинированных вакцин и вакцин-кандидатов приведены в таблице 6.
Таблица 6. Список комбинированных вакцин и вакцин-кандидатов 
Вакцина Bac-sub состоит из инактивированного бактериального штамма серотипа 1 и трёх рекомбинантных прототоксинов в сочетании с адъювантом Montanide IMS7 и не вызывает заметных побочных эффектов. Уровень специфических антител к токсину Apx, индуцированный после ревакцинации, превышает показатели коммерческих тривалентных вакцин и субадинитарных вакцин; эффективность защиты от серотипов 1, 5 и 7 составляет 91,76–100 %, что позволяет значительно снизить бактериальную нагрузку в легких и степень поражения. Многовалентная вакцина против плевропневмонии свиней и микоплазменной пневмонии, объединяющая бактериальные штаммы, токсины и адгезины обоих типов патогенов, превосходит коммерческие вакцины и позволяет снизить стресс от инъекции; вакцина на основе химерных белков, сочетающая токсин ApxIII с консервативными участками микоплазменных адгезинов, обеспечивает двойную защиту от обоих патогенов.
Кроме того, включение токсина ApxIV в многокомпонентную вакцину позволяет повысить эффективность защиты от серотипов 1 и 2; сочетание рекомбинантного тандемного антигена (RTA) с инактивированным штаммом Actinobacillus pleuropneumoniae 5b обеспечивает 100 % перекрестную защиту от гетерологичного серотипа 1. Белок Propionibacterium acnes благодаря иммунной перекрестной реактивности обеспечивает частичную защиту от некоторых серотипов; аттенуированный штамм Actinobacillus pleuropneumoniae SLW05 также обеспечивает перекрестную защиту от инфекции Haemophilus parasuis, что открывает многосторонние перспективы для разработки комбинированных вакцин.
5. Выводы
Актиномикоз плевропневмонии является серьезным бактериальным заболеванием в мировой свиноводческой отрасли. Его высокая заразность и многосеротипность затрудняют профилактику и борьбу с ним. Вакцинация по-прежнему остается наиболее эффективным средством профилактики и борьбы, однако существующие вакцины имеют свои ограничения. Инактивированные цельнобактериальные вакцины первого поколения способны индуцировать иммунный ответ, но обладают слабой перекрестной защитой и могут вызывать побочные реакции; живые аттенуированные вакцины, в которых путём удаления генов вирулентности снижена патогенность, обладают сильной перекрестной защитой, но сопряжены с риском восстановления вирулентности и сложны в производстве. Вакцины третьего поколения, ориентированные на консервативные антигены, демонстрируют значительно повышенный потенциал перекрестной защиты и безопасность; некоторые из них уже продемонстрировали более эффективную защиту. Комбинированные вакцины, объединяющие несколько компонентов или антигены нескольких патогенов, позволяют предотвращать и контролировать различные респираторные заболевания, сократить количество прививок и повысить экономическую эффективность свиноводства.
