sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2024-10-10sibvest-2118Research ArticleЗООТЕХНИЯ И ВЕТЕРИНАРИЯZOOTECHNICS AND VETERINARY MEDICINEСравнительная оценка производственных платформ для получения вакцин на основе куриных яиц и биотехнологий тутового шелкопрядаComparative evaluation of production platforms for chicken egg-based vaccines and mulberry silkworm biotechnologyЮматовЕ. Н.YumatovE. N.

индивидуальный предприниматель, научный сотрудник

443122; ул. Московское шоссе, 294, кв. 32; Самара; Ставропольский край; Железноводск

Evgeny N. Yumatov, sole entrepreneur, Researcher

443122; Apart. 32, 294, Moskovskoe shosse st.; Samara; Stavropol region; Zheleznovodsk

trast1207@mail.ruЕвлагинаЕ. Г.EvlaginaE. G.

директор

Ставропольский край; Железноводск

Elena G. Evlagina, Director of the RS of Sericulture

Stavropol region; Zheleznovodsk

ЕвлагинВ. Г.EvlaginV. G.

научный сотрудник

Ставропольский край; Железноводск

Viktor G. Evlagin, Researcher

Stavropol region; Zheleznovodsk

ЛейнвеберЕ. Ф.LeinweberE. F.

кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Ставропольский край; Железноводск

Evdokia F. Leinweber, Сandidate of Science in Agriculture, Senior Researcher

Stavropol region; Zheleznovodsk

Научно-исследовательская станция шелководства – филиал Северо-Кавказского федерального научного аграрного центраРоссияResearch Station of Sericulture – Branch of North Caucasus federal agricultural research centreRussian Federation202401082025541093107Copyright © Юматов Е.Н., Евлагина Е.Г., Евлагин В.Г., Лейнвебер Е.Ф., 20252025Юматов Е.Н., Евлагина Е.Г., Евлагин В.Г., Лейнвебер Е.Ф.Yumatov E.N., Evlagina E.G., Evlagin V.G., Leinweber E.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/2118

   Вакцины являются известной и наиболее экономически эффективной стратегией предотвращения и подавления глобальных инфекций. Для безопасного, быстрого и крупномасштабного производства вакцин разрабатываются новые производственные платформы, внедрение которых способно устранить присущие традиционным производствам недостатки. Помимо этого, создаются новые системы стабилизации и доставки вакцин для устранения зависимости от «холодовой цепи».

   Сравнительная оценка традиционной, наиболее широко распространенной в мире платформы на основе куриных яиц и биотехнологической платформы на основе тутового шелкопряда (Bombyx mori), предлагаемой к использованию в качестве альтернативы, является целью данного обзора.

   С точки зрения системы здравоохранения, грипп продолжает оставаться единственной болезнью человека, требующей ежегодной вакцинации. Исходя из этого, представленный обзор отражает в большей степени специфику данного направления. Комплексная сравнительная оценка ключевых производственных показателей на этапах восходящего (USP) и нисходящего (DSP) процессов, отражающая их эффективность, показала значительное преимущество биотехнологических решений на основе тутового шелкопряда перед платформой на основе яиц. Кроме того, возможность эффективного использования как основного (оболочка кокона, из которой после переработки получают биоматериалы для стабилизации и доставки вакцин), так и вторичного сырья (куколка тутового шелкопряда, выступающая в качестве биореактора для продуцирования целевого белка (гемагглютинина, HA)) показывает преимущества платформы на основе тутового шелкопряда и с точки зрения сырьевой универсальности по сравнению с платформой на основе куриных яиц, а также относительно другой альтернативной производственной платформой, разработанной на базе биотехнологий совки ни (Trichoplusia ni).

   Vaccines are well-known and the most cost-effective strategy for preventing and suppressing global infections. New manufacturing platforms are being developed for safe, rapid and large-scale production, the implementation of which can eliminate the inherent drawbacks of traditional production. Furthermore, new vaccine stabilization and delivery systems are being developed to overcome dependence on the "cold chain".

   The objective of this review is to compare the traditional and most widely used egg-based platform with a potential biotechnological platform based on silkworm (Bombyx mori) as an alternative platform.

   From a public health perspective, influenza remains the only human disease that requires annual vaccination. For this reason, the presented review largely reflects the peculiarities of this direction. A comprehensive comparative assessment of key manufacturing indicators at the stages of USP and DSP, reflecting their effectiveness, showed a significant advantage of mulberry silkworm-based biotechnological solutions over egg-based platform. The possibility of effectively using the obtained raw materials, both primary (cocoon shell from which biomaterials are obtained for stabilization and vaccine delivery after processing), and secondary, mulberry silkworm pupa which serves as a bioreactor for the production of the target protein (hemagglutinin, HA) shows the advantages of the mulberry silkworm-based platform and in terms of raw material versatility compared to the chicken egg-based platform, and relative to another alternative production platform developed based on cabbage looper (Trichoplusia ni) biotechnology.

тутовый шелкопрядкуколкаSPF-яйцаплатформы для производства вакцинстабилизация и доставка вакцинпроизводственная эффективностьmulberry silkwormpupaSPF eggsvaccine production platformsvaccine stabilization and deliveryproduction efficiencyИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-26-00247 (https://rscf.ru/project/23-26-00247/).The research was carried out at the expense of the grant from the Russian Science Foundation No. 23-26-00247 (https://rscf.ru/ project/23-26-00247/)ReferencesChen J., Liu Y., Tseng Y., Ma C. Better influenza vaccines: an industry perspective // Journal of biomedical science. 2020. Vol. 27. N 1. P. 33. DOI: 10.1186/s12929-020-0626-6.Chen J., Liu Y., Tseng Y., Ma C. Better Influenza Vaccines: An Industry Perspective. Journal of biomedical science, 2020, vol. 27, no. 1, p. 33. DOI: 10.1186/s12929-020-0626-6.Nuwarda R., Alharbi A., Kayser V. An Overview of Influenza Viruses and Vaccines // Vaccines. 2021. Vol. 9. N 9. P. 1032. DOI: 10.3390/vaccines9091032.Nuwarda R., Alharbi A., Kayser V. An Overview of Influenza Viruses and Vaccines. Vaccines, 2021, vol. 9, no. 9, p. 1032. DOI: 10.3390/vaccines9091032.Sparrow E., Wood J., Chadwick C., Newall A., Torvaldsen S., Moen A., Torelli G. Global production capacity of seasonal and pandemic influenza vaccines in 2019 // Vaccine. 2021. Vol. 39. N 3. P. 512–520. DOI: 10.1016/j.vaccine.2020.12.018.Sparrow E., Wood J., Chadwick C., Newall A., Torvaldsen S., Moen A., Torelli G. Global Production Capacity of Seasonal and Pandemic Influenza Vaccines in 2019. Vaccine, 2021, vol. 39, no. 3, pp. 512–520. DOI: 10.1016/j.vaccine.2020.12.018.Cid R., Bolívar J. Platforms for Production of Protein-Based Vaccines: From Classical to Next-Generation Strategies // Biomolecules. 2021. Vol. 11. N 8. P. 1072. DOI: 10.3390/biom11081072.Cid R., Bolívar J. Platforms for Production of Protein-Based Vaccines: From Classical to Next-Generation Strategies. Biomolecules, 2021, vol. 11, no. 8, p. 1072. DOI: 10.3390/biom11081072.Akbarian M., Chen S. Instability challenges and stabilization strategies of pharmaceutical proteins // Pharmaceutics. 2022. Vol. 14. N 11. P. 2533. DOI: 10.3390/pharmaceutics14112533.Akbarian M., Chen S. Instability Challenges and Stabilization Strategies of Pharmaceutical Proteins. Pharmaceutics, 2022, vol. 14, no. 11, p. 2533. DOI: 10.3390/pharmaceutics14112533.Bajrovic I., Schafer S., Romanovicz D., Croyle M. Novel technology for storage and distribution of live vaccines and other biological medicines at ambient temperature // Science Advances. 2020. Vol. 6. N 10. P. 4819. DOI: 10.1126/sciadv.aau4819.Bajrovic I., Schafer S., Romanovicz D., Croyle M. Novel Technology for Storage and Distribution of Live Vaccines and Other Biological Medicines at Ambient Temperature. Science advances, 2020, vol. 6, no. 10, p. 4819. DOI: 10.1126/sciadv.aau4819.Bajrovic I., Croyle M. Challenges in vaccine transport: can we deliver without the cold chain // Expert Review of Vaccines. 2023. Vol. 22. N 1. P. 933–936. DOI: 10.1080/14760584.2023.2273901.Bajrovic I., Croyle M. Challenges in Vaccine Transport: Can We Deliver Without the Cold Chain. Expert review of vaccines, 2023, vol. 22, no. 1, pp. 933–936. DOI: 10.1080/14760584.2023.2273901.McNulty M., Gleba Y., Tusé D., Hahn Löbmann S., Giritch A., Nandi S., McDonald K. Techno economic analysis of a plant-based platform for manufacturing antimicrobial proteins for food safety // Biotechnology progress. 2020. Vol. 36. N 1. P. 2896. DOI: 10.1002/btpr.2896.McNulty M., Gleba Y., Tusé D., Hahn Löbmann S., Giritch A., Nandi S., McDonald K. Techno-Economic Analysis of a Plant-Based Platform for Manufacturing Antimicrobial Proteins for Food Safety. Biotechnology progress, 2020, vol. 36, no. 1, p. 2896. DOI: 10.1002/btpr.2896.Maegawa K., Sugita S., Arasaki Y., Nerome R., Nerome K. Interleukin 12-containing influenza virus-like-particle vaccine elevate its protective activity against heterotypic influenza virus infection // Heliyon. 2020. Vol. 6. N 8. P. 04543. DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.Maegawa K., Sugita S., Arasaki Y., Nerome R., Nerome K. Interleukin 12-Containing Influenza Virus-Like-Particle Vaccine Elevate Its Protective Activity Against Heterotypic Influenza Virus Infection. Heliyon, 2020, vol. 6, no. 8. P. 04543. DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.Nerome K., Imagawa T., Sugita S., Arasaki Y., Maegawa K., Kawasaki K., Kajiura Z. The potential of a universal influenza virus-like particle vaccine expressing a chimeric cytokine // Life Science Alliance. 2023. Vol. 6. N 1. P. 202201548. DOI: 10.26508/lsa.202201548.Nerome K., Imagawa T., Sugita S., Arasaki Y., Maegawa K., Kawasaki K., Kajiura Z. The Potential of a Universal Influenza Virus-Like Particle Vaccine Expressing a Chimeric Cytokine. Life science alliance, 2023, vol. 6, no. 1, p. 202201548. DOI: 10.26508/lsa.202201548.Вандышев П.Е. Определение параметров куриных эмбрионов, используемых в производстве инактивированных противогриппозных вакцин // Аграрный научный журнал. 2023. № 5. С. 67–71. DOI: 10.28983/asj.y2023i5pp67-71.Vandyshev P.Е. Determination of parameters of chick embryos used in the production of inactivated influenza vaccines. Agrarniy nauchniy zhurnal = Agrarian Scientific Journal, 2023, no. 5, pp. 67–71. (In Russian). DOI: 10.28983/asj.y2023i5pp67-71.Lamberti C., Gai F., Cirrincione S., Giribaldi M., Purrotti M., Manfredi M., Cavallarin L. Investigation of the protein profile of silkworm (Bombyx mori) pupae reared on a well-calibrated artificial diet compared to mulberry leaf diet // Peer J. 2019. Vol. 7. P. 6723. DOI: 10.7717/peerj.6723.Lamberti C., Gai F., Cirrincione S., Giribaldi M., Purrotti M., Manfredi M., Cavallarin L. Investigation of the Protein Profile of Silkworm (Bombyx mori) Pupae Reared on a Well-Calibrated Artificial Diet Compared to Mulberry Leaf Diet. Peer J, 2019, vol. 7, p. 6723. DOI: 10.7717/peerj.6723.Joubrane K., Mnayer D., Hamieh T., Barbour G., Talhouk R., Awad E. Evaluation of quality parameters of white and brown eggs in Lebanon // American Journal of Analytical Chemistry. 2019. Vol. 10. N 10. P. 488–503. DOI: 10.4236/ajac.2019.1010035.Joubrane K., Mnayer D., Hamieh T., Barbour G., Talhouk R., Awad E. Evaluation of Quality Parameters of White and Brown Eggs in Lebanon. American Journal of Analytical Chemistry, 2019, vol. 10, no. 10, pp. 488–503. DOI: 10.4236/ajac.2019.1010035.Yagi H., Yanaka S., Yogo R., Ikeda A., Onitsuka M., Yamazaki T., Kato K. Silkworm pupae function as efficient producers of recombinant glycoproteins with stable-isotope labeling // Biomolecules. 2020. Vol. 10. N 11. P. 1482. DOI: 10.3390/biom10111482.Yagi H., Yanaka S., Yogo R., Ikeda A., Onitsuka M., Yamazaki T., Kato K. Silkworm Pupae Function as Efficient Producers of Recombinant Glycoproteins with Stable-Isotope Labeling. Biomolecules, 2020, vol. 10, no. 11, p. 1482. DOI: 10.3390/biom10111482.Xu P., Zhang M., Qian P., Li J., Wang X., Wu Y. ITRAQ-based quantitative proteomic analysis of digestive juice across the first 48 hours of the fifth instar in silkworm larvae // International Journal of Molecular Sciences. 2019. Vol. 20. N 24. P. 6113. DOI: 10.3390/ijms20246113.Xu P., Zhang M., Qian P., Li J., Wang X., Wu Y. ITRAQ-Based Quantitative Proteomic Analysis of Digestive Juice Across the First 48 Hours of the Fifth Instar in Silkworm Larvae. International journal of molecular sciences, 2019, vol. 20, no. 24, p. 6113. DOI: 10.3390/ijms20246113.Holtof M., Lenaerts C., Cullen D., Vanden Broeck J. Extracellular nutrient digestion and absorption in the insect gut // Cell and Tissue Research. 2019. Vol. 377. P. 397–414. DOI: 10.1007/s00441-019-03031-9.Holtof M., Lenaerts C., Cullen D., Vanden Broeck J. Extracellular Nutrient Digestion and Absorption in the Insect Gut. Cell and tissue research, 2019, vol. 377, no. 3, pp. 397–414. DOI: 10.1007/s00441-019-03031-9.Stinson J., Palmer C., Miller D., Li A., Lightner K., Jost H., Kosuda K. Thin silk fibroin films as a dried format for temperature stabilization of inactivated polio vaccine // Vaccine. 2020. Vol. 38. N 7. P. 1652–1660. DOI: 10.1016/j.vaccine.2019.12.062.Stinson J., Palmer C., Miller D., Li A., Lightner K., Jost H., Kosuda K. Thin Silk Fibroin Films as a Dried Format for Temperature Stabilization of Inactivated Polio Vaccine. Vaccine, 2020, vol. 38, no. 7, pp. 1652–1666. DOI: 10.1016/j.vaccine.2019.12.062.Stinson J., Boopathy A., Cieslewicz B., Zhang Y., Hartman N., Miller D., Kosuda K. Enhancing influenza vaccine immunogenicity and efficacy through infection mimicry using silk microneedles // Vaccine. 2021. Vol. 39. N 38. P. 5410–5421. DOI: 10.1016/j.vaccine.2021.07.064.Stinson J., Boopathy A., Cieslewicz B., Zhang Y., Hartman N., Miller D., Kosuda K. Enhancing Influenza Vaccine Immunogenicity and Efficacy Through Infection Mimicry Using Silk Microneedles. Vaccine, 2021, vol. 39, no. 38, pp. 5410–5421. DOI: 10.1016/j.vaccine.2021.07.064.Юматов Е.Н., Евлагина Е.Г., Евлагин В.Г., Лейнвебер Е.Ф., Товпеко Д.В., Дебенок С.С. Возможности биотехнологической платформы тутового шелкопряда (B. mori) для регенеративной медицины // Регенерация органов и тканей. 2024. Т. 1. № 2. С. 33–54. DOI: 10.60043/2949-5938-2023-2-33-54.Yumatov E.N., Evlagina E.G., Evlagin V.G., Leinweber E.F., Tovpeko D.V., Debenok S.S. Possibilities of Bombyx mori (B. mori) biotechnological platform for regenerative medicine. Regeneratsiya organov i tkaney = Tissue and organ regeneration, 2024, vol. 1, no. 2, pp. 33–54. (In Russian). DOI: 10.60043/2949-5938-2023-2-33-54.Астраханцев А.А. Показатели яйценоскости кур при содержании в клетках с различными параметрами посадки // Птицеводство. 2021. № 1. С. 34–37. DOI: 10.33845/0033-3239-2021-70-1-34-37.Astrakhantsev A.А. The productive performance in indicators of hens kept in cages with different stocking parameters. Ptitsevodstvo = Poultry farming, 2021, vol. 1, pp. 34–37. (In Russian). DOI: 10.33845/0033-3239-2021-70-1-34-37.Евлагин В.Г., Евлагина Е.Г., Лейнвебер Е.Ф., Юматов Е.Н. Динамика развития гусениц тутового шелкопряда пород Кавказ-2 и Советская-14 НГЛ на искусственной питательной среде ИПС 7.2-Г // Амурский зоологический журнал. 2023. Т. 15. № 4. С. 870–880. DOI: 10.33910/2686-9519-2023-15-4-870-880.Evlagin V.G., Evlagina E.G., Leinweber E.F., Yumatov E.N. Development Dynamics of Kavkaz-2 and Sovetskaya-14 NGL Silkworm Caterpillars on Artificial Nutrient Medium IPS 7.2-G. Amurskiy zoologicheskiy zhurnal = Amurian Zoological Journal, 2023, vol. 15, no. 4, pp. 870–880. (In Russian). DOI: 10.33910/2686-9519-2023-15-4-870-880.Escribano J., Cid M., Reytor E., Alvarado C., Nuñez M., Martínez-Pulgarín S., Dalton R. Chrysalises as natural production units for recombinant subunit vaccines // Journal of Biotechnology. 2020. Vol. 324. P. 100019. DOI: 10.1016/j.btecx.2020.100019.Escribano J., Cid M., Reytor E., Alvarado C., Nuñez M., Martínez-Pulgarín S., Dalton R. Chrysalises as Natural Production Units for Recombinant Subunit Vaccines. Journal of biotechnology, 2020, vol. 324, p. 100019. DOI: 10.1016/j.btecx.2020.100019.Falcón A., Martínez-Pulgarín S., López-Serrano S., Reytor E., Cid M., Nuñez M., Escribano J. Development of a Fully Protective Pandemic Avian Influenza Subunit Vaccine in Insect Pupae // Viruses. 2024. Vol. 16. N 6. P. 829. DOI: 10.3390/v16060829.Falcón A., Martínez-Pulgarín S., López-Serrano S., Reytor E., Cid M., Nuñez M., Escribano J. Development of a Fully Protective Pandemic Avian Influenza Subunit Vaccine in Insect Pupae. Viruses, 2024, vol. 16, no. 6, p. 829. DOI: 10.3390/v16060829.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.