Integrated computational approaches assisted development of a novel multi-epitope vaccine against MDR Streptococcus pseudopneumoniae / Abordagens computacionais integradas que auxiliaram no desenvolvimento de uma nova vacina multiepítopo contra Streptococcus pseudopneumoniae multirresistente

ABSTRACT

The emergence of antibiotic resistance (AR) in bacteria is becoming an alarming health concern because it allows them to adapt themselves to changing environments. It is possible to prevent the spread of AR in many ways, such as reducing antibiotic misuse in human and veterinary medicine. Streptococcus pseudopneumoniae is one of these AR bacterial species that can cause pneumonia in humans and is responsible for high mortality and morbidity rates. It is oval shaped gram-positive bacterium that shows resistance to several antibiotics like penicillin, tetracycline, ciprofloxacin, erythromycin, and co-trimoxazale and no approved vaccine is available to overcome diseases of the pathogen. Thus, substantial efforts are necessary to select protective antigens from a whole genome of pathogens that are easily tested experimentally. The in silico designed vaccine was safe and potent in immunizing individuals against the aforementioned pathogens. Herein, we utilized a subtractive genomic approach to identify potential epitope-based vaccine candidates against S. pseudopneumoniae. In total, 50850 proteins were retrieved from the NCBI, representing the complete genome of S. pseudopneumoniae. Out of the total, CD-HIT analysis identified 1022 proteins as non-redundant and 49828 proteins as redundant and further subjected for subcellular localization in which bulk of proteins was located in the cytoplasm, with seven extracellular proteins (penicillin-binding protein, alpha-amylase, solute-binding protein, hypothetical protein, CHAP domain-containing protein, polysaccharide deacetylase family protein, hypothetical protein). Six immune cells epitopes (SNLQSENDRL, RNDSLQKQAR, NPTTTSEGF, KVKKKNNKK, AYSQGSQKEH, and SVVDQVSGDF) were predicted with the help of the IEDB server. To design a multi-epitopes vaccine these immune cell epitopes were together by GPGPG and adjuvant linker to enhance immune response efficacy. The 3D structure of the designed vaccine was modeled and conducted molecular docking and dynamic simulation studies were to check the binding efficacy with immune cells receptor and dynamic behavior of the docked complex. Finally, we concluded that the designed vaccine construct can provoke a proper and protective immune response against S. pseudopneumoniae.

RESUMO

O surgimento de resistência a antibióticos (AR) em bactérias tem se tornando uma preocupação sanitária alarmante, uma vez que permite que elas se adaptem a ambientes em constante alteração. É possível prevenir a disseminação da RA de várias maneiras, como reduzir o uso indevido de antibióticos na medicina humana e veterinária. O Streptococcus pseudopneumoniae é uma dessas espécies bacterianas de AR que podem causar pneumonia em humanos e são responsáveis por altas taxas de mortalidade e morbidade. É uma bactéria gram-positiva de forma oval que mostra resistência a diversos antibióticos como penicilina, tetraciclina, ciprofloxacina, eritromicina e cotrimoxazale, além disso, nenhuma vacina aprovada está disponível para superar as doenças do patógeno. Assim, esforços substanciais são necessários para selecionar antígenos protetores de todo um genoma de patógenos que são facilmente testados experimentalmente. A vacina projetada in silico foi considerada segura e potente na imunização de indivíduos contra os patógenos mencionados. Neste trabalho, utilizamos uma abordagem genômica subtrativa para identificar potenciais candidatos a vacinas baseadas em epítopos contra S. pseudopneumoniae. No total, 50.850 proteínas foram recuperadas do NCBI, representando o genoma completo de S. pseudopneumoniae. Do total, a análise de CD-HIT identificou 1.022 proteínas como não redundantes e 49.828 proteínas como redundantes e posteriormente submetidas à localização subcelular na qual a maior parte das proteínas estava localizada no citoplasma, com sete proteínas extracelulares (proteína de ligação à penicilina, alfa- amilase, proteína de ligação a soluto, proteína hipotética, proteína contendo domínio CHAP, proteína da família polissacarídeo desacetilase, proteína hipotética). Seis epítopos de células imunes (SNLQSENDRL, RNDSLQKQAR, NPTTTSEGF, KVKKKNNKK, AYSQGSQKEH e SVVDQVSGDF) foram previstos com a ajuda do servidor IEDB. Para projetar uma vacina de múltiplos epítopos, esses epítopos de células imunes foram reunidos por GPGPG e um ligante adjuvante para aumentar a eficácia da resposta imune. A estrutura 3D da vacina projetada foi modelada e conduzido estudos de docking molecular e simulação dinâmica para verificar a eficácia da ligação com o receptor de células imunes e o comportamento dinâmico do complexo docked. Finalmente, concluímos que a construção da vacina projetada pode provocar uma resposta imune adequada e protetora contra S. pseudopneumoniae.