Desenvolvimento de uma vacina multiepítopo para a cólera e vibriose e o desenvolvimento de um software de imunoinformática para a construção de novos imunógenos: Vaxpipe

dc.creatorPedro Henrique Marques
dc.date.accessioned2025-07-11T17:34:50Z
dc.date.accessioned2025-09-09T01:13:50Z
dc.date.available2025-07-11T17:34:50Z
dc.date.issued2025-06-23
dc.description.abstractThe genus Vibrio, composed of Gram-negative and predominantly flagellated bacteria, inhabits coastal aquatic ecosystems such as estuaries and river mouths, where proliferation is favored by temperatures above 20 °C. While most species exhibit commensal behavior, some represent significant risks to human health, causing severe infections transmitted through the ingestion of contaminated water or seafood or through wound exposure to aquatic environments. These infections, termed vibriosis, range from self-limiting gastroenteritis to lethal systemic complications, including septicemia and necrotizing fasciitis, which may necessitate amputations. Vibrio cholerae stands out as the most prominent pathogen within the genus, responsible for cholera, an acute diarrheal disease endemic in regions with poor sanitation. The antigenic diversity and adaptive capacity of these pathogens demand innovative prophylactic strategies. Multiepitope vaccines consolidate the most conserved and immunogenic epitopes into a single immunogen, thereby ensuring broad population coverage against diverse pathogens and enhanced safety by obviating the use of whole inactivated pathogens or virulence‐associated proteins. This study proposes an integrated computational approach for the development of a multi-epitope vaccine against Vibrio, by using 29 complete genomes from 6 species from the genus and combining reverse vaccinology, which identifies candidate antigens from genomic data, with immunoinformatics to predict and recombine immunogenic epitopes. Six conserved antigenic proteins were identified, from which 28 epitopes were predicted: 24 exhibiting simultaneous recognition by cytotoxic T lymphocytes and B cells, and four recognized by helper T lymphocytes and B cells. These epitopes were integrated into a synthetic vaccine sequence, designated vme-VAC/MST-1, designed to display high antigenicity, physicochemical stability, and absence of toxicity or allergenicity in In silico analyses. Concurrently, the entire computational process was automated into a pipeline named Vaxpipe, developed in Python, with user-friendly interfaces accessible to non-bioinformaticians. This system integrates tools for predicting immunogenic epitopes, aiming to expedite the rational development of vaccines. The program initiates from selected vaccine targets, processes all epitopes, assembles the recombinant protein, predicts characteristics such as toxicity and allergenicity, and returns the sequence of the multi-epitope protein to the user. While In silico results are promising, experimental validations In vitro and In vivo are essential to confirm the efficacy of the proposed immunogen against the Vibrio genus, as well as all proteins generated by the Vaxpipe pipeline. This work not only advances the design of a broad-spectrum vaccine against vibriosis but also establishes a replicable protocol, implemented in robust and user-friendly software for application in similar approaches in complex pathogens.
dc.description.sponsorshipCAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/83508
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso Aberto
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
dc.subjectBioinformática
dc.subjectVacinologia
dc.subjectImunoinformática
dc.subjectVibrio
dc.subjectCólera
dc.subject.otherVibrio
dc.subject.otherCólera
dc.subject.otherVacinologia Reversa
dc.subject.otherImunoinformática
dc.subject.otherSoftware
dc.titleDesenvolvimento de uma vacina multiepítopo para a cólera e vibriose e o desenvolvimento de um software de imunoinformática para a construção de novos imunógenos: Vaxpipe
dc.typeDissertação de mestrado
local.contributor.advisor-co1Sandeep Tiwari
local.contributor.advisor1Siomar de Castro Soares
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4393381414254469
local.contributor.referee1Helioswilton Sales de Campos
local.contributor.referee1Vasco Ariston de Carvalho Azevedo
local.creator.Latteshttps://lattes.cnpq.br/1655323770375675
local.description.resumoO gênero Vibrio, constituído por bactérias Gram-negativas e predominantemente flageladas, habita ecossistemas aquáticos costeiros, como estuários e fozes de rios, com proliferação no ambiente favorecida por temperaturas acima de 20 °C. Embora a maioria das espécies exiba comportamento comensal, algumas representam riscos à saúde humana, causando infecções graves transmitidas por ingestão de água ou frutos do mar contaminados ou por exposição de feridas a ambientes aquáticos. Designadas vibrioses, essas infecções variam de gastroenterites autolimitadas a complicações sistêmicas letais, incluindo septicemia e fasciíte necrosante, que podem culminar em amputações. O Vibrio cholerae destaca-se como o principal patógeno do gênero, responsável pela cólera, doença diarreica aguda endêmica em regiões com precárias condições sanitárias. A diversidade antigênica e a capacidade adaptativa desses patógenos demandam estratégias profiláticas inovadoras. Vacinas multiepitopo concentram os epítopos mais conservados e imunogênicos num único imunógeno, garantindo ampla cobertura para a população, contra diferentes patógenos e segurança aprimorada, não utilizando patógenos inteiros inativos ou proteínas virulentas para humanos por exemplo. Neste estudo, propõe-se uma abordagem computacional integrada para o desenvolvimento de uma vacina multiepitopo contra Vibrio, utilizando 29 genomas completos de 6 espécies do gênero e combinando vacinologia reversa, que identifica antígenos candidatos a partir de dados genômicos, com imunoinformática, para predição e recombinação de epítopos imunogênicos. Foram identificadas seis proteínas antigênicas conservadas, das quais 28 epítopos foram preditos: 24 com reconhecimento simultâneo por linfócitos T citotóxicos e B, e quatro por linfócitos T auxiliares e B. Esses epítopos foram integrados em uma sequência vacinal sintética, denominada vme-VAC/MST-1, projetada para exibir alta antigenicidade, estabilidade físico-química e ausência de toxicidade ou alergenicidade em análises In silico. Paralelamente, todo o processo computacional foi automatizado em um pipeline denominado Vaxpipe, desenvolvido em Python, com interfaces acessíveis para usuários não especializados em bioinformática. Este sistema integra ferramentas de predição de epítopos imunogênicos, visando acelerar o desenvolvimento racional de vacinas. O programa inicia a partir dos alvos vacinais escolhidos, processa todos os epítopos, monta a proteína recombinante, prevê suas características como toxicidade, alergenicidade e retorna ao usuário a sequencia da proteína multiepítopo. Embora os resultados In silico sejam promissores, validações experimentais In vitro e In vivo são essenciais para confirmar a eficácia do imunógeno proposto para o gênero Vibrio, como também, todas as proteínas geradas pelo pipeline “Vaxpipe”. Este trabalho não apenas avança no desenho de uma vacina de amplo espectro contra vibrioses, mas também estabelece um protocolo replicável, implementado em um programa robusto e com interface amigável para aplicação em abordagens similares em patógenos complexos.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7334-4707
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Bioinformatica

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