КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 19-73-30017

НазваниеРазработка фундаментальных подходов для создания на основе углеводных лигандов вакцин 3-его поколения и иммуноферментных диагностикумов для обнаружения и предотвращения клинически значимых бактериальных и грибковых инфекций.

РуководительНифантьев Николай Эдуардович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2025 г.

Конкурс Конкурс на продление сроков выполнения проектов, поддержанных грантами Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными (33).

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах, 03-103 - Синтез, строение и свойства природных и физиологически активных веществ; медицинская химия и прогнозирование различных видов биоактивности

Ключевые словагликонауки, олигосахарид, гликоконъюгат, углеводная вакцина, гликолекарство, иммуноферментный диагностикум, бактериальные инфекции, грибковые инфекции.

Код ГРНТИ31.23.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Настоящий проект является продолжением пионерских междисциплинарных исследований авторов, осуществленных в рамках проекта РНФ 19-73-30017 (Проект 2019), и базируются на результатах, полученных в 2019-2022 г. В соответствии с этим ключевыми направлениями исследований будет разработка диагностических систем и вакцин для обнаружения и профилактики грибковых и бактериальных инфекций. План работ в 2023-2025 г. дополнен задачами, сформулированными с учётом новых вызовов. Запланированное междисциплинарное исследование состоит из четырёх главных поднаправлений работ, включающих: - широкую программу по стерео- и регионаправленному синтезу разнообразных олигосахаридов, отражающих строго определённые структурные фрагменты антигенных полисахаридов грибов и бактерий, а также получению различных типов конъюгатов олигосахаридов, необходимых для гликобиологических и иммунологических исследований; - спектральные исследования, включающие анализ особенностей спектров 1Н и 13С ЯМР полученных соединений и природных полисахаридов; - анализ пространственного строения и конформационной подвижности целевых углеводных цепей с привлечением экспериментов по ядерным эффектам Оверхаузера и измерение дальних гомо- и гетероядерных констант спин-спинового взаимодействия, а также теоретических расчётов методами квантовой и молекулярной механики и молекулярной динамики; - гликобиологические и иммунологические исследования, направленные на разработку прототипов иммуноферментных диагностикумов, а также на создание и характеристику конъюгированных вакцин 3-его поколения. В Проекте 2019 были синтезированы спейсерированные олигосахариды, родственные фрагментам капсулярного полисахарида H. influenzae типа b. В настоящее время с их использованием в сотрудничестве с АО Микроген (АО Нацимбио – подразделение ГК РОСТЕХ) разрабатывается гемофильная вакцина 3-его поколения, требуемая для Национального календаря прививок. В Проекте 2023 будут проводиться исследования, направленные на создание диагностикумов H. influenzae типов a, e и f. Гемофильные бактерии данных серотипов представляют существенную угрозу для пациентов, так как доля данных возбудителей в этиологической структуре менингитов ожидаемо возрастает в ответ на массовую вакцинацию против H. influenzae типа b. Будет и проанализирована целесообразность создания вакцин против H. influenzae типов a, e и f. Учитывая динамично возрастающую эпидемиологическую значимость бруцельной инфекции, контроль которой затруднён из-за отсутствия эффективных диагностикумов и вакцин, в программу Проекта 2023 нами включено исследование антигенных олигосахаридов, отражающих фрагменты бактериальных полисахаридов Brucella, с целью создания соответствующих диагностикумов и вакцин. Нами будет продолжена разработка противокандидной вакцины, начатая в Проекте 2019, одним из наиболее важных достижений которого является открытие высокоспецифичного олигосахаридного лиганда клеточного рецептора DC-SIGN. Данный лиганд представляет собой пентаманнозид, входящий в состав маннана клеточной стенки C. albicans. Установление структуры специфичного лиганда рецептора DC-SIGN открывает принципиально новые возможности для разработки серии вакцин, в том числе и вакцины против C. albicans. Исследования в данном направлении также будут приоритетом работ. Важным результатом Проекта 2019 была разработка сэндвичевого диагностикума для выявления инвазивного аспергиллёза, который зарегистрирован и используется в клинической диагностике. В Проекте 2023 будут проведены методологические исследования, направленные на оптимизацию экспериментальных протоколов для разработки эффективных диагностических тест-систем, основанных на различных физических принципах и технологических платформах.

Ожидаемые результаты
В результате реализации проекта будут впервые получены принципиальные новые научные результаты в области химии, конформационного анализа, гликобиологии и иммунологии углеводов. Это создаст основу для разработки конъюгированных вакцин 3-его поколения и диагностических тест-систем для обнаружения и предотвращения клинически значимых бактериальных и грибковых инфекций. В частности, будет разработана эффективная препаративная схема синтеза дисахаридных блоков, необходимых для синтеза олигосахаридов, родственных капсулярным полисахаридам H. influenzae типов е и f. Будут использованы оригинальные синтетические методы, специально разработанные в лаборатории, для синтеза труднодоступных 2-дезокси-2-амино-D-сахаров, входящих в состав целевых молекул. На основе синтезированных олигосахаридов будут созданы и детально охарактеризованы экспериментальные прототипы вакцинных препаратов против H. influenzae a, e и f. Будет осуществлен синтез серии олигосахаридов, родственных O-цепи липополисахарида Brucellae, построенных из альфа-(1→2)- и альфа-(1→3)-связанных остатков D-перозамина. Все синтезированные соединения будут переведены в соответствующие конъюгаты с биотином, полиакриламидом и белками-носителями, что позволит провести комплексные иммунологические исследования, направленных на выбор оптимального лиганда для использования в диагностических тест-системах и в составе конъюгированных вакцин 3-его поколения против Brucellae. Будут синтезированы новые олигосахаридные лиганды, родственные маннану C. albicans, в том числе высокоаффинные лиганды клеточного рецептора DC-SIGN. На их основе будут получены конъюгаты с биотином, полиакриламидом и белками-носителями. Будет исследовано взаимодействие полученных олигосахаридов с рецептором врожденного иммунитета DC-SING, в результате чего будут выбраны лиганды-лидеры для использования в качестве векторов в вакцинах для усиления иммунного ответа, благодаря таргетированию дендритных и других иммунных клеток. Будет исследован профиль антиманнанового иммунного ответа в группах пациентов с инвазивными микозами и определены углеводные лиганды, использование которых в качестве покрывающих реагентов в ИФА обладает наибольшим диагностическим потенциалом для определения микозов и связанных заболеваний. Будет проведено систематическое исследование влияния метода иммобилизации, а также плотности нанесения лиганда на эффективность распознавания олигосахаридов углеводсвязывающими белками. Будут отработаны методики формирования биораспознающей поверхности на различных материалах для использования в сенсорах и тест-системах, основанных на разных физических принципах. Полученные прототипы будут использоваться для определения углеводных маркеров, а также антител к полисахаридам патогенных микроорганизмов для диагностики инфекционных заболеваний. Таким образом, как запланированные исследования, так и их ожидаемые результаты отвечают самому высокому уровню современных исследований в мире в областях химии и биохимии углеводов и гликотехнологии, а также непосредственно направлены на решение задач раздела Н3 Стратегии Научно-Технологического Развития РФ в части разработки технологий для высокотехнологичного здравоохранения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Настоящий проект посвящен междисциплинарному исследованию гомо- и гетероолигосахаридов, отвечающих фрагментам полисахаридных антигенов опаснейших грибковых и бактериальных патогенов, а также созданию с их помощью углеводных вакцин третьего поколения и иммуноферментных диагностикумов, требуемых для обнаружения и профилактики развития инфекций. В данном отчёте рассмотрены результаты химических, физико-химических и иммунохимических исследований олигосахаридов, структурно родственных антигенным полисахаридам следующих патогенных микроорганизмов (1) Haemophilus influenzae; (2) Brucella, (3) Klebsiella pneumoniae; (4) Candida albicans; (5) Aspergillus fumigatus; (6) Cryptococcus neoformans. В рамках данного проекта в 2023 году завершены начатые на предыдущих этапах исследования по синтезу антигенных олигосахаридов, структурно родственных капсулярному полисахариду H. influenzae типа а (Hia). Иммунохимические характеристики таких олигосахаридов ранее практически не изучалось, хотя на фоне расширяющейся вакцинации против Hib сегодня в мире, в том числе и в России, началось увеличение эпидемиологического значения Hia. Было обнаружено, что Hia является вторым наиболее вирулентным серотипом H. influenzae (после Hib). Он является возбудителем менингита, бактериемии и пневмонии, поражающих преимущественно детей в возрасте до двух лет. Кроме Hia и Hib в рамках данного проекта проводятся синтезы спейсерированных производных олигосахаридов, родственных фрагментам капсулярных полисахаридов H. influenzae типов е и f (Hif и Hie). Эти полисахариды построены из остатков только 2-ацетамидо-2-дезокси-сахаров, что требует применение специальных гликозил-доноров и специальных синтетических подходов, которые и были успешно разработаны в рамках данного проекта в 2023 году. Бактерии рода Brucella — возбудители зоонозной инфекции, известной как бруцеллез. На сегодняшний день выявление в сыворотках крови антител, специфичных к О-полисахариду, рассматривается в качестве основы для иммуноферментной диагностики бруцеллеза у животных и человека. Учитывая эпидемиологическую значимость бруцельной инфекции, разработка эффективных диагностикумов и вакцин на основе синтетических олигосахаридов строго определенного строения, представляется приоритетной задачей, которая решается в проекте. Для развертывания таких исследований в 2023 году был осуществлен синтез дисахарида, родственного М-эпитопу O-цепи липополисахарида Brucella, а также олигосахаридов, отвечающих фрагментам полисахарида B Brucella. На основе синтезированных олигосахаридных лигандов были получены гликоконъюгаты, необходимые для проведения детальных иммунохимических исследований, которые уже показали практическую ценность для решения указанных выше задач. Запланированные на 2024 год исследования позволят сделать более обоснованные выводы о практических перспективах исследуемых соединений для создания бруцельной вакцины и иммуноферментного диагностикума. В 2023 году была впервые установлена структура высокоаффинного лиганда рецептора DC-SIGN, который выявлен в составе маннана Сandida albicans. Были синтезированы новые олигосахаридные лиганды, родственные маннану C. albicans, в том числе высокоаффинные лиганды клеточного рецептора DC-SIGN, а также конъюгатов на их основе с биотином, полиакриламидом и белками-носителями. Методами иммуноферментного анализа, рецептор-ориентированных и лиганд-ориентированных ЯМР-методик (ЯМР титрование и STD), а также с использованием компьютерного моделирования была исследована топология взаимодействие синтезированных олигоманнозидов с рецептором врожденного иммунитета DC-SIGN. В рамках данного проекта проводились исследования посвящённые синтезу, а также спектральным, конформационным и иммунохимическим исследованиям олигосахаридов, структурно родственных фрагментам α-(1→3)-D-глюкана грибкового патогена Aspergillus fumigatus. Стереоизбирательное построение α-(13)-D-глюкозидной связи является весьма сложной синтетической задачей, для решения которой нами в рамках данного проекта проведено систематическое исследование структурных факторов, влияющих на эффективность внутримолекулярного стереоконтролирующего соучастия О-защит в глюкозил-донорах. Разработанные методы альфа-стереоконтроля позволили синтезировать олигосахариды, структурно родственные фрагментам α-(1→3)-D-глюкана грибкового патогена Aspergillus fumigatus. С использованием в качестве модельных субстратов фотоактивных циннамоильных конъюгатов полученных олигосахаридов охарактеризована активность и субстратная специфичность мутаназы – фермента A. fumigatus, расщепляющего α-(1→3)-D-глюкан. Благодаря этому, мутаназа способствует деструкции грибковой биоплёнки и рассматривается в качестве перспективного компонента антисептиков, лекарственных композиций и моющих средств. В 2023 году были завершены синтетические работы по получению олигосахаридов, структурно родственных фрагментам галактоксиломаннана грибкового патогена Cryptococcus neoformans, в результате чего была получена репрезентативная библиотека синтетических лигандов строго определенного строения, которые сделали возможным проведение комплексных иммунологических исследований антигенных свойств полисахаридов капсулы C. neoformans. Кроме приведенных выше работ, связанных с изучением бактериальных и грибковых антигенов, в 2023 году в рамках реализации данного проекта РНФ проводились специальные методологические исследования, имеющие практической значение для разработки вакцин и диагностикумов в целом. Так, были проведены методологические исследования, направленные на характеристику свойств биораспознающего слоя в тест-системах, в частности изучение зависимости плотности иммобилизации углеводного лиганда и его распознавания антителами и белковыми рецепторами. Полученные результаты подчеркивают важность типа презентации лиганда на поверхности для его последующего распознавания и крайне важны для практической разработки диагностических тест-систем. Другим важным для данного проекта методологическим исследованием, являлось исследование естественного содержания антител в сыворотки крови здоровых доноров, распознающих фрагменты наиболее общих бактериальных и грибковых углеводных антигенов. Эти данные имеют важное значение для разработки вакцинных препаратов и диагностикумов. Согласно требованиям Конкурсной документации 5-го декабря 2023 года в ИОХ РАН была проведена школа молодых ученых «ГЛИКОНАУКИ И ГЛИКОТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ» по тематике проекта (химия и биохимия углеводов, гликотехнология, вакцины и диагностикумы) с участием в качестве лекторов 11 ведущих российских ученых. Для участия в школе зарегистрировалось более 40 участников в возрасте до 35 лет. Информация о конференции доступна на сайте ИОХ РАН https://zioc.ru/science/conf/glyco2023. Таким образом, как проведенные исследования, так и полученные результаты отвечают самому высокому мировому уровню современных исследований в областях химии и биохимии углеводов и гликотехнологии, а также непосредственно нацелены на разработку практически востребованных вакцин и диагностикумов.

Публикации

1. Генинг М.Л., Полянская А.В., Кузнецов А.Н., Цветков Ю.Е., Юдина О.Н., Яшунский Д.В., Царапаев П.В., Кушлинский Н.Е., Крылов В.Б., Нифантьев Н.Э. Исследование репертуара антител к олигосахаридным фрагментам полиглюкозаминов и галактозаминогликанов в сыворотках крови здоровых доноров Известия Академии Наук - Серия химическая, 2024, 73 (год публикации - 2024)

2. Камнева А.А., Яшунский Д.В., Хатунцева Е.А., Нифантьев Н.Э. Synthesis of Pseudooligosaccharides Related to the Capsular Phosphoglycan of Haemophilus influenzae Type a Мolecules, 2023, 28, 5688 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3390/molecules28155688

3. Комарова Б.С., Новикова Н.С., Гербст А.Г., Синицына О.А., Рубцова Е.А., Кондратьева Е.Г., Синицына А.П., Нифантьев Н.Э. Combination of 3‑O‑Levulinoyl and 6‑O‑Trifluorobenzoyl Groups Ensures α‑Selectivity in Glucosylations: Synthesis of the Oligosaccharides Related to Aspergillus fumigatus α‑(1→3)‑D‑Glucan The Journal of Organic Chemistry, 2023, 88, 12542−12564 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1021/acs.joc.3c01283

4. Крылов В.Б., А.С. Соловьев, Яшунский Д.В., Нифантьев Н.Э. Identification of a new DC-SIGN binding pentamannoside epitope within the complex structure of Candida albicans mannan The Cell Surface, 2023, 10, 100109 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.tcsw.2023.100109

5. Нифантьев Н.Э., Яшунский Д.В. Neopetroside-B alleviates doxorubicin-induced cardiotoxicity viamitochondrial protection Biomedicine & Pharmacotherapy, 2023, 165, 115232 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1016/j.biopha.2023.115232

6. Цветков Ю.Е., Нифантьев Н.Э. Синтез спейсерированного дисахарида, структурно родственного М-антигенному фрагменту О-полисахаридов Brucella Известия Академии наук. Серия химическая, 2023, 72, 2731-2737 (год публикации - 2023)

7. - Ученый Николай Нифантьев: Пандемия показала важность передовой науки АРГУМЕНТЫ НЕДЕЛИ, 27 июня 2023 (год публикации - )

8. - Член-корреспондент РАН Николай Нифантьев: Пандемия показала важность передовой науки Портал РАН, 03 июля 2023 (год публикации - )

9. - Мы создаем вакцины третьего поколения для победы над опасными инфекциями Портал, посвященный 10-летию РНФ, Ноябрь 2023 (год публикации - )