RESUMEN

Objetivo.

Evaluar in silico y a nivel serológico el potencial antigénico del dominio extracelular recombinante de la proteína de ensamblaje de lipopolisacáridos - D (LptD) de Bartonella bacilliformis (dexr_LptD).

Materiales y métodos.

Mediante el análisis in silico se realizó la selección de una proteína de B. bacilliformis con potencial antigénico e inmunogénico. El gen de la proteína seleccionada se clonó en Escherichia coli TOP10 y se expresó en Escherichia coli BL21 (DE3) pLysS. La proteína recombinante fue expresada usando isopropil-β-D-1-tiogalactopiranósido (IPTG) y se optimizaron las condiciones de inducción. Por último, se purificó con resina Ni-IDA (His60 Ni Superflow) y se realizó un ensayo de Western Blot.

Resultados.

In silico, la proteína seleccionada fue LptD por estar localizada en la membrana externa y ser antigénica e inmunogénica. Las condiciones optimizadas para la inducción del dexr_LptD fueron 0,5 mM IPTG, 16 h, medio TB (Terrific Broth), etanol al 3% (v/v), 28 ºC, OD600: 1-1,5 y 200 r.p.m. La purificación se realizó en condiciones denaturantes a pequeña escala y se obtuvo 2,6 µg/mL de dexr_LptD parcialmente purificada. El ensayo de Western Blot mostró una reacción positiva entre los sueros provenientes de pacientes con la enfermedad de Carrión y dexr_LptD, ello evidencia la antigenicidad del dexr_LptD.

Conclusiones.

El dexr_LptD muestra antigenicidad in silico y a nivel serológico, estos resultados son base para posteriores estudios sobre candidatos vacunales contra la enfermedad de Carrión.

Palabras clave:
Infecciones por Bartonella; proteína LptD; Bartonella bacilliformis; Proteínas recombinantes; Antigenicidad vacunal, Biología computacional

INTRODUCCIÓN

Bartonella bacilliformis es el agente etiológico de la enfermedad de Carrión (EC), cuyo vector es el flebótomo del género Lutzomyia spp. La EC es una enfermedad desatendida en Perú, Colombia y Ecuador y en la primera fase de su desarrollo tiene un alto índice de letalidad y mortalidad (40 - 88%) en pacientes sin tratamiento antimicrobiano ¹1. Minnick MF, Anderson BE, Lima A, Battisti JM, Lawyer PG, Birtles RJ. Oroya fever and verruga peruana: bartonellosis unique to South America. PLoS Negl Trop Dis. 2014; 8(7): e2919. doi: 10.1371/journal.pntd.0002919.
https://doi.org/10.1371/journal.pntd.000... . Las investigaciones con relación a la EC se han direccionado a la indagación de técnicas de detección más sensibles, como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) ²2. Del Valle J, Silva W, Tinco C, Pons M, Del Valle L, Casabona V, et al. Diagnosis of Carrion's disease by direct blood PCR in thin blood smear negative samples. PLoS One. 2014; 9 (3): e92283. doi: 10.1371/journal.pone.0092283.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.009... ; a la identificación de nuevas proteínas antigénicas e inmunogénicas para ser usadas en el diagnóstico serológico ³3. Schlüfter E, Ventosilla P, Schultze TG, Ballhorn W, Tsukayama P, Kempf VA, et al. Identification of immunodominant Bartonella bacilliformis proteins: a combined in-silico and serology approach. The Lancet Microbe. 2021; 2(12): e685-e694. doi: 10.1016/S2666-5247(21)00184-1.
https://doi.org/10.1016/S2666-5247(21)00...

4. Gomes C, Pons M, del Valle-Mendoza J, Matsuoka M, Ruiz J. (2021). Immunogenic peptides from Pap31 and SCS-a of Bartonella bacilliformis: One step closer to a rapid diagnostic tool for Carrion's disease. Pathogens. 2021; 10(8):917. doi: 10.3390/pathogens10080917.
https://doi.org/10.3390/pathogens1008091...

5. Padilla C, Gallegos K, Marcelo A, Chenet S, Baldeviano C. Expresión y serorreactividad de la lipoproteína recombinante de 43-kda de Bartonella bacilliformis. Rev Peru Med Exp Salud Pública. 2006; 23 (3):182-187. doi: 10.17843/rpmesp.2006.233.1047.
https://doi.org/10.17843/rpmesp.2006.233...

6. Angkasekwinai N, Atkins EH, Romero S, Grieco J, Chao CC, Ching WM. An evaluation study of enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) using recombinant protein Pap31 for detection of antibody against Bartonella bacilliformis infection among the Peruvian population. Am J Trop Med. 2004;90(4):690-696. doi: 10.4269/ajtmh.13-0131.
https://doi.org/10.4269/ajtmh.13-0131...

7. Gomes C, Palma N, Pons MJ, Magallón-Tejada AJ, Sandoval I, Matsuoka M, et al. Succinyl-CoA Synthetase: New Antigen Candidate of Bartonella bacilliformis. PLoS Negl Trop Dis. 2016;10(9):e0004989. doi: 10.1371/journal.pntd.0004989.
https://doi.org/10.1371/journal.pntd.000... ^-88. Gallegos K, Baldeviano C, Marcelo A, Padilla C. Clonamiento, expresión y seroreactividad del antígeno recombinante flagelina de Bartonella bacilliformis. Rev Peru Med Exp Salud Pública. 2005; 22(1):39-46. doi: 10.17843/rpmesp.2005.221.979.
https://doi.org/10.17843/rpmesp.2005.221... y muy pocas en la búsqueda de candidatos vacunales ⁹9. Padilla C, Lope P, Santos L, Osorio C, Inga L, Bailon H, et al. Diseño y evaluación de una proteína multiepitópica como candidata para vacuna contra la enfermedad de Carrión. Rev Peru Med Exp Salud Pública. 2019;36(3):414-22. doi: 10.17843/rpmesp.2019.363.4430.
https://doi.org/10.17843/rpmesp.2019.363... ^,1010. Henriquez-Camacho C, Ventosilla P, Minnick MF, Ruiz J, Maguiña C. Proteins of Bartonella bacilliformis: Candidates for Vaccine Development. Int J Pept. 2015;2015:702784. doi: 10.1155/2015/702784.
https://doi.org/10.1155/2015/702784... , por lo que, en la actualidad, no se cuenta con una vacuna para esta enfermedad.

La vacunología reversa, metodología utilizada en el presente estudio, nos permite la identificación de antígenos e inmunógenos sin la necesidad de cultivar al patógeno; esto lo logra a través del uso de programas bioinformáticos, paso previo a los ensayos experimentales ¹¹11. Delany I, Rappuoli R, Seib KL. Vaccines, reverse vaccinology, and bacterial pathogenesis. Cold Spring Harb Perspectiva Medicina. 2013;(5):a012476. doi: 10.1101/cshperspect.a012476.
https://doi.org/10.1101/cshperspect.a012... . Esta metodología permitió sintetizar una proteína multiepitópica de B. bacilliformis, la cual, logró inducir una respuesta inmune en ratones, lo que la posiciona como un buen candidato vacunal contra la EC ⁹9. Padilla C, Lope P, Santos L, Osorio C, Inga L, Bailon H, et al. Diseño y evaluación de una proteína multiepitópica como candidata para vacuna contra la enfermedad de Carrión. Rev Peru Med Exp Salud Pública. 2019;36(3):414-22. doi: 10.17843/rpmesp.2019.363.4430.
https://doi.org/10.17843/rpmesp.2019.363... .

Las proteínas de membrana externa son las indicadas dentro del proteoma de un microorganismo para la búsqueda de candidatos vacunales ¹²12. Wang C, Liu Y, Li H, Xu WJ, Zhang H, Peng XX. Identification of plasma-responsive outer membrane proteins and their vaccine potential in Edwardsiella tarda using proteomic approach. J Proteomics. 2012;75(4):1263-1275. doi: 10.1016/j.jprot.2011.11.001.
https://doi.org/10.1016/j.jprot.2011.11.... ^,1313. Li C, Ye Z, Wen L, Chen R, Tian L, Zhao F, et al. Identification of a novel vaccine candidate by immunogenic screening of Vibrio parahaemolyticus outer membrane proteins. Vaccine. 2014;32(46):6115-6121. doi: 10.1016/j.jprot.2011.11.001.
https://doi.org/10.1016/j.jprot.2011.11.... , debido a su capacidad de interactuar con el sistema inmunológico del hospedero. Así tenemos, al sistema de transporte de lipopolisacáridos (LPS) LptABCDEFG, un complejo proteico, responsable de la translocación de los LPS desde la membrana interna hacia la membrana externa ⁽¹⁴14. Villa R, Martorana AM, Okuda S, Gourlay LJ, Nardini M, Polissi A, et al. The Escherichia coli Lpt transenvelope protein complex for lipopolysaccharide export is assembled via conserved structurally homologous domains. J Bacteriol. 2013. doi: 10.1128/JB.02057-12.
https://doi.org/10.1128/JB.02057-12...

15. Botos I, Majdalani N, Mayclin SJ, McCarthy JG, Lundquist K, Wojtowicz D, et al. Structural and functional characterization of the LPS transporter LptDE from Gram-negative pathogens. Structure. 2016;24(6):965-976. doi: 10.1016/j.str.2016.03.026.
https://doi.org/10.1016/j.str.2016.03.02... ^-1616. Dong H, Xiang Q, Gu Y, Wang Z, Paterson NG, Stansfeld PJ, et al. Structural basis for outer membrane lipopolysaccharide insertion. Nature. 2014;511, 52-6. doi: 10.1038/nature13464.
https://doi.org/10.1038/nature13464... . La proteína de ensamblaje de lipopolisacáridos - D (LptD), parte del sistema LptABCDEFG, ha mostrado ser altamente inmunogénica, en consecuencia, un buen candidato vacunal en otros microorganismos como Vibrio parahaemolyticus; además, podría a ser utilizada en inmunoterapia por ser pieza clave en el proceso final de translocación de LPS ¹⁷17. Zha Z, Li C, Li W, Ye Z, Pan J. LptD is a promising vaccine antigen and potential immunotherapeutic target for protection against Vibrio species infection. Sci Rep. 2016;6:38577. doi: 10.1038/srep38577.
https://doi.org/10.1038/srep38577... ^,1818. Qiao S, Luo Q, Zhao Y, Zhang XC, Huang Y. Structural basis for lipopolysaccharide insertion in the bacterial outer membrane. Nature. 2014; 511(7507):108. doi: 10.1038/nature13484.
https://doi.org/10.1038/nature13484... .

Ante lo expuesto, la presente investigación tiene como objetivo evaluar in silico y a nivel serológico el potencial antigénico del dominio extracelular recombinante de la proteína de ensamblaje de lipopolisacáridos - D (LptD) de Bartonella bacilliformis (dexr_LptD). Los resultados obtenidos serán de importancia en la línea de investigación básica para el desarrollo de una vacuna contra la EC.

MATERIALES Y MÉTODOS

La metodología presentó dos etapas: el análisis in silico y los ensayos experimentales (Figura 1).

Análisis in silico

A partir del genoma y proteoma de B. bacilliformis KC583 (ID Assembly: GCA_000015445.1) se seleccionó una proteína de membrana externa con potencial antigénico e inmunogénico. El programa SignalP4.1 (https://services.healthtech.dtu.dk/service.php?SignalP-4.1) fue el primer filtro, este permitió seleccionar a las proteínas con péptido señal, es decir, proteínas ubicadas en la membrana celular. Signal P4.1 es uno de los mejores predictores de péptido señal ¹⁹19. Nielsen H, Tsirigos KD, Brunak S, von Heijne G. A Brief History of Protein Sorting Prediction. Protein J. 2019;38(3):200-216. doi: 10.1007/s10930-019-09838-3.
https://doi.org/10.1007/s10930-019-09838... . Los siguientes filtros se realizaron con los programas VaxiJen v2.0 (http://www.ddg-pharmfac.net/vaxijen/VaxiJen/VaxiJen.html) y Vaxign (http://www.violinet.org/vaxign/), los cuales permitieron seleccionar a las proteínas ubicadas en la membrana externa con potencial antigénico e identificar la similitud con las proteínas humanas, de ratón o de cerdo, así como estimar la longitud de la proteína y su probabilidad de ser adhesinas. VaxiJen v2.0 y Vaxign son programas con interfaz gráfica rápida, uso intuitivo, que se actualizan con regularidad y han sido los más citados en comparación con los programas Nerve, Jenner-predict, Bowman-Heinson y VacSol ²⁰20. Dalsass M, Brozzi A, Medini D, Rappuoli R. Comparison of Open-Source Reverse Vaccinology Programs for Bacterial Vaccine Antigen Discovery. Front Immunol. 2019;10:113. doi: 10.3389/fimmu.2019.00113.
https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.00113... ^,2121. Dimitrov I, Zaharieva N, Doytchinova I. Bacterial Immunogenicity Prediction by Machine Learning Methods. Vaccines (Basel). 2020;8(4):709. doi: 10.3390/vaccines8040709.
https://doi.org/10.3390/vaccines8040709... .

Las propiedades fisicoquímicas (peso molecular, el pI teórico, la composición de aminoácidos, la composición atómica, el coeficiente de extinción, la vida media estimada, el índice de inestabilidad y el índice alifático) de las proteínas preseleccionadas se obtuvieron con ProtParam (https://web.expasy.org/protparam/). La modelización de las proteínas fue con RaptorX Property (http://raptorx2.uchicago.edu/StructurePropertyPred/predict/) y se validaron con el plot de Ramachandran, a través del programa Rampage: Ramachandran Plot Assessment (http://mordred.bioc.cam.ac.uk/~rapper/rampage.ph). Cabe indicar que RaptorX Property se encuentra entre los cinco mejores programas automatizados de modelamiento de proteínas ²²22. Jabeen A, Mohamedali A, Ranganathan S. Protocol for protein structure modelling. Encyclopedia of bioinformatics and computational biology: ABC of Bioinformatics. Elsevier, Amsterdam; Oxford; Cambridge. 2019;3:252-272. doi: 10.1016/B978-0-12-809633-8.20477-9.
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-809633... . La orientación espacial de la proteína se evaluó con el programa PPM server (https://opm.phar.umich.edu/ppm_server).

Una vez obtenida la proteína de interés, debía identificarse la presencia de epítopes lineales y discontinuos, para ello se utilizó el servidor Ellipro (http://tools.iedb.org/ellipro/). Este servidor selecciona los péptidos con un score mayor a 0,5 y los califica como antígenos. Por otra parte, Toxin Pred - Protein Scanning (http://crdd.osdd.net/raghava/toxinpred/) evaluó la toxicidad de los péptidos.

Una proteína con potencial vacunal debe poseer epítotes capaces de interactuar con el sistema del antígeno leucocitario humano (HLA) de clase I y II, la identificación de péptidos con unión fuerte a HLA-I y II se realizó con los programas NetMHCpan 4.0 Server (https://services.healthtech.dtu.dk/service.php?NetMHCpan-4.1) y NetMHCII 2.3 Server (https://services.healthtech.dtu.dk/service.php?NetMHCII-2.3), respectivamente.

El programa IEDB (https://www.iedb.org/) evaluó el porcentaje de cobertura, a nivel nacional, sudamericano y mundial, de la interacción de los HLA-I y HLA-II más frecuentes de la población peruana con los péptidos seleccionados. En el Anexo 1 se muestra los HLA-I y HLA-II más frecuentes e importantes en la población peruana (datos obtenidos por comunicación con el Blgo. Adolfo Marcelo del Instituto Nacional de Salud de Perú).

ENSAYOS EXPERIMENTALES

Diseño de oligonucleótidos

Los oligonucleótidos se diseñaron con los programas PrimerSelect 4.05 (ADNSTAR Inc. Madison, USA) y OligoAnalyzer 3.1 de IDT (www.idtdna.com). Los oligonucleótidos forward y reverse fueron modificados para incluir los sitios de cortes para las enzimas de restricción NcoI (C/CATGG) y XhoI (C/TCGAG), respectivamente. Una cola de seis Timinas fue añadida en el extremo 5’ de los oligonucleótidos para asegurar la eficiencia del corte. Los oligonucleótidos fueron: forward 5΄-TTTTTTCCATGGTACCGGACCCAGCTGAAA-3΄, y reverse 5΄-TTTTTTCTCGAGTAAATTGAGTTTTATTTTTTGACCGAAATCT-3΄.

Amplificación del gen del dominio extracelular de lptD (gen dex_lptD)

Para la amplificación del gen mediante PCR ²³23. Delidow B, Lynch J, Peluso J, White B. Polymerase chain reaction. Basic DNA and RNA protocols Humana Press. 1996:275-92. doi: 10.1385/0-89603-402-X:275.
https://doi.org/10.1385/0-89603-402-X:27... se usó el ADN genómico de B. bacilliformis cepa HBB4 de Huacabamba (Piura, Perú). El kit utilizado fue el AmpliTaq Gold™ ADN Polymerase con Gold buffer y MgCl₂ (Applied Biosystems). Las concentraciones del buffer Mix de PCR fueron: MgCl₂ 2.5 mM, Gold buffer 1X, 1 µM de oligonucleótidos forward, 1 µM de oligonucleótidos reverse, 0.2 mM de dNTPs y 1 U/reacción de Taq Pol. El ciclaje del PCR consistió en una desnaturalización inicial a 95 ºC por 10 min, seguido de 35 ciclos de desnaturalización a 96 ºC por 30 s, hibridación a 58 °C por 30 s y amplificación a 72 ºC por 2 min; por último, una amplificación a 72 ºC por 10 min.

Clonación del gen dex_lptD en E. coli

El gen dex_lptD amplificado y el plásmido de expresión pET28a(+) (Promega Corp.,USA) fueron digeridos con las enzimas de restricción NcoI y XhoI, y purificados con el kit PureLink™ Quick Plasmid Miniprep (Invitrogen Inc, USA). Luego se procedió a su ligación con T4 ligasa (Promega Corp.,USA) y se formó el plásmido pET28a (+) - dex_lptD.

Las cepas E. coli TOP10 (cepa de clonación) y E. coli Bl21 (DE3) pLysS (cepa de expresión), competentes, fueron transformadas mediante el método de cloruro de calcio ²⁴24. Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T. Molecular Cloning, A Laboratory Manual. Second Edition. USA: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1989.. La primera transformación se dio entre E. coli TOP 10 y el plásmido pET28a (+) - dex_lptD, ello resultó en E. coli TOP 10 - dex_lptD, de esta se extrajeron los plásmidos según el método de lisis alcalina ²⁵25. Bimboim H, Doly J. A rapid alkaline extraction procedure for screening recombinant plasmid DNA. Nucleic Acids Res.1979;7(6):1513-1523. doi: 10.1093/nar/7.6.1513.
https://doi.org/10.1093/nar/7.6.1513... . Los plásmidos extraídos sirvieron para realizar la segunda transformación y se obtuvo E. coli BL21(DE3)pLysS - dex_lptD.

Con la finalidad de comprobar la conservación de la secuencia del gen dex_lptD en las clonas transformadas se secuenciaron según el método de Sanger et al. (1977) y Murray (1989), para ello se utilizó el kit Big Dye Terminator v3.1 Cycle Sequencing (AppliedBiosystems), el secuenciador ABI, y el programa Chromas Pro para su respectivo análisis.

Expresión y purificación de la proteína dexr_LptD

La expresión de la proteína recombinante se optimizó evaluando cuatro parámetros: (a) concentración de IPTG (Sigma-Aldrich Merck, USA): 0, 0.05, 0.1, 0.25, 0.5, 1, 1.5, 2 mM IPTG; (b) medios de cultivo: LB (Luria Bertani), 2XYT (Yeast Extract Tryptone) y TB (Terrific Broth); (c) tiempo de inducción: 4, 7, 16 y 24 horas; (d) concentración de etanol: 1%, 2 % y 3% e) inducción a diferentes temperaturas 20 oC, 28 oC y 37 oC. Los medios de cultivo fueron suplementados con kanamicina (20 µg/mL) y con cloranfenicol (50 µg/mL).

Para la purificación se evaluó dos condiciones: denaturantes (8M úrea) y no denaturantes. La purificación fue por afinidad con 50 µL de resina His60 Ni Superflow (Clontech) y se siguió las recomendaciones del fabricante. La cuantificación de proteínas se realizó con el método de Bradford.

Electroforesis PAGE-SDS y detección por Western Blot

La electroforesis PAGE-SDS de la proteína parcialmente purificada se realizó en un gel de poliacrilamida al 12%, se fotografió el gel y se analizó usando el programa QuantityOne 4.6.9 1-D Analysis.

El ensayo de Western Blot se realizó en una cámara de transferencia semiseco horizontal (3 mA/ cm² por 30 min) y se utilizó una mezcla diluida de cinco sueros humanos (0,1%). Estos sueros procedentes de la seroteca del Laboratorio Biotecnología y Biología Molecular (INS) pertenecían a personas que padecieron la EC. Para este ensayo se utilizó 345 ng de proteína recombinante parcialmente purificada. Por último, se fotografió la membrana y fue analizada con el programa QuantityOne 4.6.9 1-D Analysis Software.

RESULTADOS

El análisis in silico del proteoma de B. bacilliformis KC583 nos permitió seleccionar la proteína LptD (ID: A1US68_BARBK) por cumplir con los criterios de selección: ser antigénica (0,562), localización en la membrana externa, no presentar similitud con proteínas humanas, de ratón, o de cerdo, y la longitud de la proteína fue mayor a 10 kDa (86,80 KDa). Los posteriores ensayos se realizaron solo con el dominio extracelular de LptD (67,42 kDa, pI 7,86) por ser la porción de la proteína LptD que se ubica hacia el medio extracelular, por ende, con probabilidad de interactuar con el sistema inmune del hospedero. El dexr_LptD forma un canal y posee como aminoácidos más abundantes a la asparagina (8,9%) y a la serina (8,4%) (Figura 2). El programa RaptorX logró modelar el 100% de la secuencia de aminoácidos del dexr_LptD, esta utilizó como plantillas a proteínas homólogas de LptD de diferentes especies: E. coli (PDB: 4RHBA), Pseudomonas aeruginosa (PDB: 5IVA), Yersinia pestis (5IXMA) y Shigella flexneri (PDB: 4Q35A). Así mismo, este dominio presentó 18 epítopes lineales y cinco epítopes discontinuos; además, ninguno de los 569 péptidos evaluados resultó ser tóxico. Se obtuvo una alta cobertura poblacional de los péptidos dominantes de unión a HLA clase I y clase II, estos fueron de 100,00% para el Perú, 93,38% para Sudamérica y 99,28% a nivel mundial.

En la transformación de las cepas E. coli TOP10 se obtuvieron 116 colonias en la placa de ligado y cuatro colonias en la placa de autoligado, lo que indica que la mayoría de las bacterias transformadas presentaron plásmido pET28a (+) - dex_lptD. Se realizó un PCR colonia a seis colonias seleccionadas al azar de la placa de ligado y todas mostraron productos de amplificación en el tamaño esperado (1756 pb). Se secuenció el gen lptD de E. coli TOP10 - dex_lptD y no se observó cambios nucleotídicos respecto al molde (gen dex_lptD de B. bacilliformis KC583). Una vez confirmadas la secuencia del gen dex_lptD mediante secuenciación se procedió a realizar la transformación en la cepa de expresión E. coli BL21 (DE3) pLysS, y se escogió cuatro colonias al azar para realizar PCR colonia. Los resultados de PCR confirmaron la correcta transformación en E. coli BL21(DE3)pLysS.

Las condiciones óptimas de inducción del dexr_LptD fueron: 0,5 mM IPTG, medio TB, 16 horas, 3% de etanol, 28 ºC y 200 rpm. La purificación optimizada del dexr_LptD contó con dos pasos de lisis (la primera no denaturante y la segunda denaturante), ya que, al realizarse únicamente con buffer denaturante se obtuvo una gran cantidad de bandas inespecíficas en la electroforesis (Figura 3). La importancia del primer paso de la lisis recae en la eliminación de las proteínas nativas existentes en la muestra que interactuaban con la resina de purificación. Cabe indicar que en condiciones no denaturantes no se logró purificar la proteína (Figura 4). La cantidad de proteína parcialmente purificada en condiciones óptimas cuantificadas mediante el método de Bradford fue de 2,6 µg/mL del dexr_LptD.

Finalmente, el ensayo de Western Blot mostró una reacción positiva entre la proteína dexr_LptD y los sueros de pacientes que sufrieron la EC, para este ensayo se utilizó el dexr_LptD parcialmente purificada, se realizó a la par una electroforesis de ésta misma a modo de control (Figura 5).

DISCUSIÓN

La proteína dexr_LptD de B. bacilliformis presentó in silico epítopes no tóxicos lineales y discontinuos, además resaltó que sus péptidos dominantes de unión a HLA clase I y II presentaron una cobertura poblacional alrededor del 100%. A nivel serológico, dexr_LptD logró una reacción positiva con los sueros de los pacientes que sufrieron la EC en el ensayo de Western Blot.

El presente trabajo tuvo como objetivo seleccionar una proteína de B. bacilliformis con potencial inmunogénico que pueda ser usado en una futura vacuna contra la EC. Debido a que la EC es una enfermedad infecciosa emergente difícil de erradicar con antibióticos o pesticidas, la mejor estrategia de intervención sería el desarrollo de una vacuna basada en proteínas como flagelina, Brps (Bartonella repeat proteins), IalB (invasion-associated locus B protein), FtsZ, Hbp/Pap31 (hemon-binding proteins), la subunidad α de succinil-CoA sintetasa (SCS-α), GroEL y la subunidad β de succinil-CoA sintetasa (SCS-β), entre otras ⁴4. Gomes C, Pons M, del Valle-Mendoza J, Matsuoka M, Ruiz J. (2021). Immunogenic peptides from Pap31 and SCS-a of Bartonella bacilliformis: One step closer to a rapid diagnostic tool for Carrion's disease. Pathogens. 2021; 10(8):917. doi: 10.3390/pathogens10080917.
https://doi.org/10.3390/pathogens1008091... ^,77. Gomes C, Palma N, Pons MJ, Magallón-Tejada AJ, Sandoval I, Matsuoka M, et al. Succinyl-CoA Synthetase: New Antigen Candidate of Bartonella bacilliformis. PLoS Negl Trop Dis. 2016;10(9):e0004989. doi: 10.1371/journal.pntd.0004989.
https://doi.org/10.1371/journal.pntd.000... ^,99. Padilla C, Lope P, Santos L, Osorio C, Inga L, Bailon H, et al. Diseño y evaluación de una proteína multiepitópica como candidata para vacuna contra la enfermedad de Carrión. Rev Peru Med Exp Salud Pública. 2019;36(3):414-22. doi: 10.17843/rpmesp.2019.363.4430.
https://doi.org/10.17843/rpmesp.2019.363... ^,1010. Henriquez-Camacho C, Ventosilla P, Minnick MF, Ruiz J, Maguiña C. Proteins of Bartonella bacilliformis: Candidates for Vaccine Development. Int J Pept. 2015;2015:702784. doi: 10.1155/2015/702784.
https://doi.org/10.1155/2015/702784... ^,2626. Ruiz J, Gomes C. In silico analysis of Pap31 from Bartonella bacilliformis and other Bartonella spp. Infect Genet Evol. 2020 Oct;84:104482. doi: 10.1016/j.meegid.2020.104482.
https://doi.org/10.1016/j.meegid.2020.10... . Henríquez-Camacho resalta la importancia del estudio de proteínas de membranas de B. bacilliformis en la búsqueda de candidatos vacunales, ya que estas interactúan con su hospedero, en nuestra selección dicha característica fue nuestro primer filtro ¹⁰10. Henriquez-Camacho C, Ventosilla P, Minnick MF, Ruiz J, Maguiña C. Proteins of Bartonella bacilliformis: Candidates for Vaccine Development. Int J Pept. 2015;2015:702784. doi: 10.1155/2015/702784.
https://doi.org/10.1155/2015/702784... .

La estructura tipo barril bilobular con el dominio N-terminal periplasmático y C-terminal en la membrana externa de LptD de B. bacilliformis, fueron reportadas en las estructuras cristalinas de Yersinia pestis, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Shigella flexneri y Salmonella enterica serovar Typhimurium¹⁶16. Dong H, Xiang Q, Gu Y, Wang Z, Paterson NG, Stansfeld PJ, et al. Structural basis for outer membrane lipopolysaccharide insertion. Nature. 2014;511, 52-6. doi: 10.1038/nature13464.
https://doi.org/10.1038/nature13464... ^,1717. Zha Z, Li C, Li W, Ye Z, Pan J. LptD is a promising vaccine antigen and potential immunotherapeutic target for protection against Vibrio species infection. Sci Rep. 2016;6:38577. doi: 10.1038/srep38577.
https://doi.org/10.1038/srep38577... ^,2727. Ahmad I, Nawaz N, Darwesh NM, Ur Rahman S, Mustafa MZ, Khan SB, et al. Overcoming challenges for amplified expression of recombinant proteins using Escherichia coli. Protein Expr Purif. 2018;144:12-18. doi: 10.1016/j.pep.2017.11.005.
https://doi.org/10.1016/j.pep.2017.11.00... . Esto evidencia que LptD es una proteína conservada en bacterias gramnegativas. Por otro lado, empleando la base de datos PDB se observó una alta identidad de LptD de B. bacilliformis con proteínas LptD de otras especies, así tenemos un 30% de identidad con LptD de Pseudomonas aeruginosa, 25% de identidad con LptD de Klebsiella pneumoniae, 28% de identidad con Yersinia pestis, y 21% de identidad con LptD de E. coli, lo cual refuerza la hipótesis que se tratarían de antígenos importantes.

Se analizó solo el dominio extracelular de LptD de B. bacilliformis debido a que la porción de LptD que es accesible a las células del sistema inmune del huésped; y porque el trabajo de Botos et al. evidenció que el truncamiento de la porción N terminal no afecta al correcto plegamiento del barril beta de LptD en diferentes especies (Y. pestis, P. aeruginosa y K. pneumoniae) cuando son expresadas en E. coli¹⁵15. Botos I, Majdalani N, Mayclin SJ, McCarthy JG, Lundquist K, Wojtowicz D, et al. Structural and functional characterization of the LPS transporter LptDE from Gram-negative pathogens. Structure. 2016;24(6):965-976. doi: 10.1016/j.str.2016.03.026.
https://doi.org/10.1016/j.str.2016.03.02... . In silico se demostró que el truncamiento N terminal de LptD de B. bacilliformis no afectó su normal plegamiento, y en el ensayo Western Blot evidenció la conservación de sus epítopes.

Por otro lado, las proteínas LptD de B. bacilliformis y LptD de V. parahaemolyticus pertenecen a la misma familia de proteínas (PF04453), por ende, presentan características comunes y se espera que LptD de B. bacilliformis pueda inducir una respuesta inmune en el huésped al igual que lo hace su homólogo.

Con respecto a los ensayos de expresión recombinante, se observó que la temperatura de 28 °C fue óptima para la inducción, mientras que a 37 °C no se presentó ninguna banda, la cual estaría afectando la estabilidad de la proteína inducida y/o estaría acelerando su degradación.

Generalmente, las proteínas de membrana se expresan en niveles bajos ²⁸28. Chhetri G, Kalita P, Tripathi T. An efficient protocol to enhance recombinant protein expression using ethanol in Escherichia coli. Methods X. 2015;2:385-391 doi: 10.1016/j.mex.2015.09.005.
https://doi.org/10.1016/j.mex.2015.09.00... ^,2929. Bernaudat F, Frelet-Barrand A, Pochon N, Dementin S, Hivin P, Boutigny S, et al. P. Heterologous expression of membrane proteins: choosing the appropriate host. PloS one. 2011;6(12):e29191 doi: 10.1371/journal.pone.0029191.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.002... ^,3030. Yu Z, Zheng H, Zhao X, Li S, Xu J, Song H. High level extracellular production of a recombinant alkaline catalase in E. coli BL21 under ethanol stress and its application in hydrogen peroxide removal after cotton fabrics bleaching. Bioresour Technol. 2016;214:303-310 doi: 10.1016/j.biortech.2016.04.110.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.... . En el 2015, Chhetri et al. propusieron un protocolo simple y pionero para mejorar la expresión de proteínas recombinantes en E. coli con promotores de expresión del tipo T5 (pQE) o T7 (pET). Sus resultados mostraron que agregando etanol a concentraciones ≤ 3% (v/v) se logra aumentar significativamente la expresión de múltiples proteínas recombinantes poco expresadas o no expresadas ²⁸28. Chhetri G, Kalita P, Tripathi T. An efficient protocol to enhance recombinant protein expression using ethanol in Escherichia coli. Methods X. 2015;2:385-391 doi: 10.1016/j.mex.2015.09.005.
https://doi.org/10.1016/j.mex.2015.09.00... ^,2929. Bernaudat F, Frelet-Barrand A, Pochon N, Dementin S, Hivin P, Boutigny S, et al. P. Heterologous expression of membrane proteins: choosing the appropriate host. PloS one. 2011;6(12):e29191 doi: 10.1371/journal.pone.0029191.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.002... ^,3131. Zheng H, Yu Z, Shu W, Fu X, Zhao X, Yang S, et al. Ethanol effects on the overexpression of heterologous catalase in Escherichia coli BL21 (DE3). Appl Microbiol Biotechnol. 2018:1-13 doi: 10.1007/s00253-018-9509-0.
https://doi.org/10.1007/s00253-018-9509-... . En el presente trabajo, el gen dex_lptD de B. bacilliformis fue clonado en un plásmido pET 28a (+) con promotor de expresión T7 y expresado en E. coli BL21DE3plySs, de acuerdo con el protocolo antes mencionado. Ante la baja expresión del dominio extracelular de LptD se optó por agregar 3% de etanol al medio de cultivo en el momento de la inducción con IPTG, con lo cual se logró un cambio significativo en la expresión. Inclusive agregando etanol al 1 y 2% se observó aumento en la expresión, siendo la concentración de 3 % óptima, estable y repetitiva. Cada vez más trabajos muestran el efecto favorecedor del uso de etanol en el proceso de expresión de proteínas recombinantes ³²32. Indriawati I, Salfia M, Susanti R, Margawati ET. Effect of Ethanol and IPTG on the Recombinant Jembrana Trans-Activator of Transcriptation Protein Expression. Biosaintifika: J Biol Educ. 2018;10(3):559-564 doi: 10.15294/biosaintifika.v10i3.15596.
https://doi.org/10.15294/biosaintifika.v... , por ello se puede afirmar que al utilizar etanol e IPTG en la inducción de LptD recombinante de B. bacilliformis logran un efecto sinérgico, pero el etanol es incapaz de inducir la proteína LptD por sí solo. Zheng et al. (2018), afirman que el etanol causa principalmente un impacto en el metabolismo celular y respuestas a estrés celular, en consecuencia, el efecto del etanol en la expresión de proteínas heterólogas es muy complejo ³¹31. Zheng H, Yu Z, Shu W, Fu X, Zhao X, Yang S, et al. Ethanol effects on the overexpression of heterologous catalase in Escherichia coli BL21 (DE3). Appl Microbiol Biotechnol. 2018:1-13 doi: 10.1007/s00253-018-9509-0.
https://doi.org/10.1007/s00253-018-9509-... . El estrés celular provoca un incremento de chaperonas, lo cual puede favorecer al plegamiento de las proteínas heterólogas y el impacto en el metabolismo celular trae consigo el aumento del metabolismo del propanoato y del ciclo de Krebs, ello indirectamente incrementaría la entrada de nutrientes a la célula provocando un efecto anabólico y favoreciendo la expresión de proteínas heterólogas.

Las condiciones óptimas de inducción y purificación del dexr_LptD de B. bacilliformis han permitido evaluar su capacidad antigénica. A pesar de que la purificación fue en condiciones denaturantes, la proteína recombinante fue capaz de reaccionar con los sueros humanos, ello corrobora que LptD posee múltiples epítopes lineales que fueron capaces de reaccionar. En cuanto a los epítopes discontinuos, es muy probable hayan perdido su estructura 3D por la alta concentración de urea (8M) usada en el proceso de purificación.

Dichter et al. utilizaron criterios de selección de las proteínas antigénicas de B. bacilliformis y programas bioinformáticos similares a nuestro estudio ³³33. Dichter AA, Schultze TG, Wenigmann A, Ballhorn W, Latz A, Schlüfter E, et al. Identification of immunodominant Bartonella bacilliformis proteins: a combined in-silico and serology approach. The Lancet Microbe. 2021;2(12):E685-94. doi: 10.1016/S2666-5247(21)00184-1.
https://doi.org/10.1016/S2666-5247(21)00... . Ellos obtuvieron una proteína LptD antigénica que no mostró inmunorreactividad con sueros procedentes de personas con EC, lo que es contrario a nuestros resultados. Ellos utilizaon la proteína completa, mientras que nosotros usamos el dominio extracelular de LptD. Otra diferencia importante es la cantidad de proteína recombinante utilizada en el ensayo de Western Blot, ellos utilizaron concentraciones de 2,1 ng,10,5 ng y 21 ng, y nosotros usamos 345 ng de proteína parcialmente purificada, es probable que estas diferencias en las concentraciones produjeran resultados distintos.

B. bacilliformis es una bacteria intracelular facultativa, ello permite al hospedero dar una respuesta inmune celular y humoral. Los resultados del análisis bioinformático nos muestran que LptD presenta múltiples péptidos que poseen unión fuerte con los HLA tipo I y II más frecuentes de la población peruana, dichos péptidos deben ser presentados a los linfocitos T CD4+ y linfocitos T CD8+ y provocar la activación de la respuesta inmune celular. El resultado positivo del análisis por Western Blot, muestra que la proteína LptD nativa de B. bacilliformis fue capaz de activar la respuesta inmunitaria humoral del huésped, la cual produce anticuerpos anti-LptD que fueron detectados en el suero de personas que sufrieron la EC y reconocidos por el dexr_LptD de B. bacilliformis en el ensayo de Western Blot. De comprobarse la inmunogenicidad de LptD sería conveniente realizar estudios de elaboración de una proteína multiepitópica considerando los epítopos más inmunodominantes de LptD, así como, Padilla et al. proponen una proteína multiepitópica en base a proteínas de membrana, podría LptD ser considerada dentro de este conjunto de proteínas ⁹9. Padilla C, Lope P, Santos L, Osorio C, Inga L, Bailon H, et al. Diseño y evaluación de una proteína multiepitópica como candidata para vacuna contra la enfermedad de Carrión. Rev Peru Med Exp Salud Pública. 2019;36(3):414-22. doi: 10.17843/rpmesp.2019.363.4430.
https://doi.org/10.17843/rpmesp.2019.363... .

La elaboración de una vacuna implica la evaluación de muchos candidatos, sin embargo, el uso de una estrategia de selección bioinformática permite priorizar el estudio de pocos candidatos relevantes, nosotros nos enfocamos en el análisis de una proteína, es deseable ampliar el estudio a más candidatos vacunales. Otra limitante que podemos mencionar es el número de muestras de suero utilizado en el ensayo de Western Blot, que fueron un total de cinco, pero este es un estudio preliminar que podría ser ampliado utilizando un mayor número de muestras. Cabe resaltar que nosotros llevamos a cabo la parte inicial de todos los experimentos que se deben realizar para poder desarrollar una vacuna, y estos resultados pueden ser tomados en cuenta en futuros trabajos.

En conclusión, el análisis in silico determinó que el dominio extracelular de la proteína LptD de B. bacilliformis es antigénica, que presenta epítopes que podrían ser reconocidos por alelos de HLA-I y HLA-II de la población peruana y que es inmunorreactivo contra sueros humanos de personas con EC. El presente estudio además resalta el uso del etanol al 3% en el proceso de inducción del dexr_LptD de B. bacilliformis. Con el objetivo de ahondar el estudio se recomienda realizar ensayos in vitro e in vivo con el dexr_LptD de B. bacilliformis purificada tales como, el ensayo in vitro de la inhibición de la invasión de eritrocitos por Bartonella bacilliformis e inmunizaciones a animales de experimentación (ratones de cepa Swiss y conejos de la raza New Zealand) con dexr_LptD seguido de una inoculación con Bartonella bacilliformis con el fin de evaluar el efecto inmunoprotector de la proteína recombinante.

Agradecimientos:

Los autores agradecen a las biólogas Cleidy Osorio Mogollón y Lisbet Inga Angulo por su apoyo y orientación en los ensayos de laboratorio. Además, agradecemos a los técnicos en laboratorio David García Neyra y Juana Choque Portilla por su colaboración en los aspectos técnicos. Asimismo, agradecemos al Programa Nacional de Innovación para la Competitividad y Productividad (Innóvate Perú) por el financiamiento otorgado para la ejecución de esta investigación de acuerdo al convenio 306-PNICP-PIAP-2015, y al financiamiento parcial del Programa de Promoción de Tesis de Pregrado y Posgrado 2017 - II del Vicerrectorado de Investigación y Posgrado de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos (código: B17100214b).

Referencias bibliográficas

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