rmjournalЭталоны. Стандартные образцыMeasurement Standards. Reference Materials2687-0886D. I. Mendeleyev Institute for Metrology10.20915/2077-1177-2023-19-4-27-34rmjournal-419Research ArticleСтандартные образцыReference materialsВирионоподобные частицы: свойства и характеристики стандартных образцовVirus-like Particles: Properties and Characteristics of Reference Materialshttps://orcid.org/0000-0002-6076-4569КулябинаЕ. В.KulyabinaE. V.

Кулябина Елена Валериевна – канд. техн. наук, начальник лаборатории метрологического обеспечения биологических и информационных технологий

Researcher ID: C-5857–2019

119361, г. Москва, ул. Озерная, 46

Elena V. Kulyabina – Cand. Sci. (Eng.), Head of the Laboratory for Metrological Assurance of Biological and Information Technologies

Researcher ID: C-5857–2019

46 Ozernaya str., Moscow, 119361

kuliabina@vniims.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3923-5571КулябинаТ. В.KulyabinaT. V.

Кулябина Татьяна Валериевна – канд. физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник

119361, г. Москва, ул. Озерная, 46

Tatiana V. Kulyabina – Cand. Sci. (Phys.-Math. Sci.), Leading Researcher

46 Ozernaya str., Moscow, 119361

t.kulyabina@vniims.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6141-9361ГребенниковаТ. В.GrebennikovaT. V.

Гребенникова Татьяна Владимировна – профессор, д-р биол. наук, профессор РАН, член-корреспондент РАН, руководитель лаборатории молекулярной диагностики

Researcher ID Y-8115–2018

123098, г. Москва, ул. Гамалеи, 18

Tatyana V. Grebennikova – Professor of the Russian Academy of Sciences, Dr. Sci. (Biol.), Corresponding Member of the RAS, Head of the Laboratory of Molecular Diagnostics

Researcher ID Y-8115–2018

18 Gamalei str., Moscow, 123098

t_grebennikova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1251-5872МорозоваВ. В.MorozovaV. V.

Морозова Валерия Витальевна – лаборант, студент

Researcher ID: HJY-3009–2023

119361, г. Москва, ул. Озерная, 46

USA, 5241 N. Maple Ave. Fresno, CA 93740

Valeria V. Morozova – Laboratory Assistant, student 

Researcher ID: HJY-3009–2023

46 Ozernaya str., Moscow, 119361

USA, 5241 N. Maple Ave. Fresno, CA 93740

lerapuri@gmail.comМорозовВ. Ю.MorozovV. Yu.

Морозов Виталий Юрьевич – менеджер проектов

606400, Нижегородская область, г. Балахна, ул. Горького, 1

Vitaly Yu. Morozov – Project Manager

1 str. Gorky, Balakhna, Nizhny Novgorod region, 606400

vitmor50@gmail.comФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы»РоссияAll-Russian Scientific Research Institute for Metrological ServiceRussian FederationФГБУ «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи» Минздрава РоссииРоссияNational Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N. F. Gamaleya of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы»; California State UniversityРоссияAll-Russian Scientific Research Institute for Metrological Service; California State UniversityRussian FederationАО «Волга»РоссияJSC VolgaRussian Federation2023240920231942734Copyright © Кулябина Е.В., Кулябина Т.В., Гребенникова Т.В., Морозова В.В., Морозов В.Ю., 20232023Кулябина Е.В., Кулябина Т.В., Гребенникова Т.В., Морозова В.В., Морозов В.Ю.Kulyabina E.V., Kulyabina T.V., Grebennikova T.V., Morozova V.V., Morozov V.Y.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rmjournal.ru/jour/article/view/419

Вирионоподобные частицы давно вызывают интерес молекулярных биологов и метрологов, так как являются, с одной стороны, биологической, а с другой – упорядоченной структурой, как правило, имеющей не свойственную живым организмам, а свойственную вирусам форму в виде икосаэдра, спирали, куба, цилиндра. Несмотря на напоминающую вирус структуру, вирионоподобная частица не содержит ДНК или РНК вируса, тем самым не может служить источником заражения. Стандартизация свойств таких частиц, методов их создания и контроля характеристик является важной задачей развития биотехнологий и молекулярной биологии.

Целью настоящего исследования является обоснование требований, методов и средств прослеживаемости результатов исследований стандартных образцов (СО) вирионоподобных частиц.

В ходе исследования рассмотрены такие методы подтверждения биологических и физико-химических свойств СО вирионоподобных частиц, как баланс масс; высокоэффективная жидкостная хроматография с масс-спектрометрическим детектированием (ВЭЖХ–МС); газовая хроматография с масс-спектрометрическим детектированием (ГХ–МС); кулонометрическое титрование по Карлу Фишеру; ионная хроматография; масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой; аминокислотный анализ с изотопным разбавлением.

В результате аналитического обзора установлены основные требования, которым должны удовлетворять характеристики СО вирионоподобных частиц: присутствие молекулярных паттернов, общих для многих патогенных биологических агентов (ПБА), но отсутствующих у организма; обладание составом, прослеживаемым к единицам Международной системы единиц (СИ); отсутствие собственного генетического материала, а в случае доставки с их помощью вакцин – наличие только инактивированных гомогенных штаммов.

Практическая значимость создания СО на основе вирионоподобных частиц позволит улучшить системы метрологического обеспечения для диагностических и терапевтических применений, а также для производства вакцин.

Virus-like particles (VLPs) have long attracted the attention of biologists and metrologists due to their dual nature. Despite their similarity to viruses, VLPs lack a virus DNA or RNA, thereby posing no threat of infection. The development of methods for the creation and standardization of VLPs, as well as for monitoring their characteristics, represents an important problem in the field of biotechnology and molecular biology. In this work, we aim to substantiate the requirements, methods, and instruments used to ensure the traceability of VLP-based certified reference materials (CRMs). The following methods for characterization of biological and physicochemical properties of such CRMs were considered: mass balance; high-performance liquid chromatography-mass spectrometry (HPLC–MS); gas chromatography-mass spectrometry (GC–MS); Karl Fischer coulometric titration; ion chromatography; inductively coupled plasma mass spectrometry; and isotope dilution. It was established that VLP-based CRMs should meet the following requirements: the presence of molecular patterns common to many pathogenic biological agents (PBAs) but absent in the organism; traceability to SI units (Systeme international d’unites, SI); the absence of own genetic material; the presence only of inactivated homogenous strains when used for vaccine delivery. VLP-based CRMs facilitate metrological support in the field of medicine and vaccine production.

вирионоподобные частицыстандартные образцытребования к характеристикамвакциныvirus-like particlesVLPsreference materialsrequirements to reference materialsvaccinesАвторы выражают благодарность д-ру техн. наук, профессору Льву Константиновичу Исаеву за его бесценные советы относительно рассматриваемой темы; д-ру техн. наук Федору Владиленовичу Булыгину за активное участие в формировании научно-обоснованной позиции авторов; ведущему инженеру ФГБУ «ВНИИМС» Ольге Николаевне Мелковой. Это исследование не получало финансовой поддержки в виде гранта от какой-либо организации государственного, коммерческого или некоммерческого сектора.The authors express their gratitude to Prof. Lev Konstantinovich Isaev for his invaluable recommendations on the topic under consideration; to Fyodor Vladilenovich Bulygin for fruitful discussions; to Olga Nikolaevna Melkova, VNIIMS Lead Engineer. This study did not receive financial support in the form of a grant from any organization of the state, commercial, or non-profit sector.ReferencesDNA origami inside-out viruses / J. R. Burns [et al.] // ACS Synthetic Biology. 2018. Vol. 7, № 3. P. 767–773. https://doi.org/10.1021/acssynbio.7b00278Burns J. R., Lamarre B., Pyne A. L. B., Noble J. E., Ryadnov M. G. DNA origami inside-out viruses. ACS Synthetic Biology. 2018;7(3):767–773. https://doi.org/10.1021/acssynbio.7b00278Bárcena J., Blanco E. Design of novel vaccines based on virus-like particles or chimeric virions. In: Mateu M. (eds.). Structure and Physics of Viruses // Subcellular Biochemistry. 2013. Vol. 68. P. 631–665. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6552-8_21Bárcena J., Blanco E. Design of novel vaccines based on virus-like particles or chimeric virions. In: Mateu M. (eds). Structure and Physics of Viruses. Subcellular Biochemistry. 2013;68:631–665. https://doi.org/10.1007/978-94-007-6552-8_21Citrus sudden death-associated virus as a new expression vector for rapid in planta production of heterologous proteins, chimeric virions, and virus-like particles / E. E. Matsumura [et al.] // Biotechnology Reports. 2022. Vol. 35. P. e00739. https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00739Matsumura E. E., Guo F., Boogers D., Oevelen D. V., Vu S. T., Falk B. W. Citrus sudden death-associated virus as a new expression vector for rapid in planta production of heterologous proteins, chimeric virions, and virus-like particles. Biotechnology Reports. 2022;35: e00739. https://doi.org/10.1016/j.btre.2022.e00739Structurally plastic peptide capsules for synthetic antimicrobial viruses / V. Castelletto [et al.] // Chemical Science. 2016. Vol. 7. P. 1707–1711. https://doi.org/10.1039/c5sc03260aCastelletto V., de Santis E., Alkassem H., Lamarre B., Noble J. E., Ray S. Structurally plastic peptide capsules for synthetic antimicrobial viruses. Chemical Science. 2016;7:1707–1711. https://doi.org/10.1039/c5sc03260aSyomin B. V., Ilyin Y. V. Virus-like particles as an instrument of vaccine production // Molekulyarnaya Biologiya. 2019. Vol. 53, № 3. P. 367–379. https://doi.org/10.1134/S0026898419030157Syomin B. V., Ilyin Y. V. Virus-like particles as an instrument of vaccine production. Molekulyarnaya Biologiya. 2019;53(3):367–379. https://doi.org/10.1134/S0026898419030157Reovirus virion-like particles obtained by recoating infectious subvirion particles with baculovirus-expressed sigma3 protein: an approach for analyzing sigma3 functions during virus entry / J. Jané-Valbuena [et al.] // Journal of Virology. 1999. Vol. 73, № 4. P. 2963–2973. https://doi.org/10.1128/JVI.73.4.2963–2973.1999Jané-Valbuena J., Nibert M. L., Spencer S. M., Walker S. B., Baker T. S., Chen Ya. et al. Reovirus virion-like particles obtained by recoating infectious subvirion particles with baculovirus-expressed sigma3 protein: an approach for analyzing sigma3 functions during virus entry. Journal of Virology. 1999;73(4):2963–2973. https://doi.org/10.1128/JVI.73.4.2963–2973.1999Zepp F. Principles of vaccine design-lessons from nature. Vaccine. 2010. Vol. 28, Suppl 3. P. 14–24. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2010.07.020Zepp F. Principles of vaccine design-lessons from nature. Vaccine. 2010;28(Suppl 3):14 –24. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2010.07.020Virus offence meets host defense / S. J. Flint [et al.] // Principles of virology: molecular biology, pathogenesis, and control of animal viruses, 2nd edn. Washington: ASM Press, 2003. P. 531–584.Flint S. J., Enquist L. W., Racaniello V. R., Skalka A. M. Virus offence meets host defense. In: Principles of virology: molecular biology, pathogenesis, and control of animal viruses, 2nd edn. ASM Press, Washington. 2003. P. 531–584.Development and characterization of reference materials for genetic testing: focus on public partnerships / L. V. Kalman [et al.] // Annals of Laboratory Medicine. 2016. Vol. 36, № 6. P. 513–520. https://doi.org/10.3343/alm.2016.36.6.513Kalman L. V., Datta V., Williams M., Zook J. M., Salit M. L., Han J. Y. Development and characterization of reference materials for genetic testing: focus on public partnerships. Annals of Laboratory Medicine. 2016;36(6):513–520. https://doi.org/10.3343/alm.2016.36.6.513An SI-traceable reference material for virus-like particles / A. Briones [et al.] // iScience. 2022. Vol. 25, № 5. P. 104294. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104294Briones A., Martos G., Bedu M., Choteau T., Josephs R. D., Wielgosz R. I., Ryadnov M. G. An SI-traceable reference material for virus-like particles. iScience. 2022;25(5):104294. https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104294Directive 2001/83/EC of the European Parliament and of the Council on the Community code relating to medicinal products for human use as regards advanced therapy medicinal products // European Joint Programme on Rare Diseases. URL: https://www.ejprarediseases.org/wp-content/uploads/2021/10/DIRECTIVE-2009–120-EC.pdf. (Accessed: 10 August 2022).Directive 2001/83/EC of the European Parliament and of the Council on the Community code relating to medicinal products for human use as regards advanced therapy medicinal products. Available via: https://www.ejprarediseases.org/wp-content/uploads/2021/10/DIRECTIVE-2009–120-EC.pdf. Accessed 10 August 2022.Кулябина Е. В., Кулябина Т. В. Применение государственных стандартных образцов и тестовых смесей для поверки и калибровки средств измерений, используемых в биологических исследованиях // Измерительная техника. 2013. № 12(56). С. 50–51. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0395-2Kulyabina E. V., Kulyabina T. V. Use of state standard specimens and test mixtures for verification and calibration of measurement provisions used in biological research. Measurement Techniques. 2013;56:1429–1431. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0395-2Кулябина Е. В. К взаимосвязи возможности сохранения человека как биологического вида и уровня метрологического обеспечения лабораторной медицины и биоанализа // Законодательная и прикладная метрология. 2017. № 6(151). С. 49–51.Kulyabina E. V. To the relationship between the possibility of surviving of human being as a biological species and the level of metrological support for laboratory medicine and bioassay. Zakonodatel’naja i prikladnaja metrologija. 2017;6(151):49–51. (In Russ.).

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