Produksi dan Karakterisasi Imunologis Protein Rekombinan Nonstruktural (NS1) Full-length dan Wing Domain Virus Zika

Utami Mulyaningrum, Prof. dr. Yanri Wijayanti Subronto, Ph.D., Sp.PD-KPTI, FINASIM; dr. Dwi Aris Agung Nugrahaningsih, M.Sc., Ph.D; Dr. biol.hom. Nastiti Wijayanti, S.Si., M.Si

2025 | Disertasi | S3 Kedokteran Umum

Latar belakang: Virus Zika (ZIKV) adalah arthropod-borne virus (arbovirus)  yang menimbulkan ancaman kesehatan global, terutama terkait dengan kejadian mikrosefali pada neonatus dan Sindrom Guillain-Barré (SGB) pada dewasa. Pengembangan uji serologi spesifik untuk mendeteksi dan membedakan ZIKV dari flavivirus lain yang bersirkulasi bersamaan masih menjadi tantangan. Protein non-struktural 1 (NS1) diakui sebagai biomarker yang berharga untuk deteksi infeksi flavivirus, termasuk ZIKV. Fragmen wing domain NS1 ZIKV memiliki karakteristik yang unik yang membedakannya dengan flavivirus lain. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan memproduksi protein rekombinan NS1 full-length (NS1FL) dan protein NS1 fragmen wing domain (NS1WD) serta mengevaluasi antigenisitas, imunogenisitas, dan reaksi silangnya dengan antibodi monoklonal NS1 virus dengue (DENV). 

Metode: Analisis in silico dilakukan untuk memprediksi struktur tiga dimensi (3D) dan mengidentifikasi epitop sel B protein NS1 ZIKV. Fragmen cDNA yang mengkode protein NS1FL dan NS1WD disintesis dan dikloning ke dalam plasmid pET28a lalu ditransformasikan ke bakteri E. coli BL21(DE3) dan diinduksi dengan IPTG. Protein rekombinan rNS1FL dan rNS1WD dipurifikasi menggunakan kromatografi afinitas. Sebanyak 24 ekor mencit betina BALB/c dibagi menjadi 6 kelompok yang diinjeksi secara intraperitoneal dengan PBS, rNS1FL (5 µg dan 20 µg), rNS1WD (5 µg dan 20 µg), serta protein rNS1 ZIKV komersial (20 µg). Darah diambil pada hari ke-7, ke-21, dan ke-35. Antigenisitas, imunogenisitas, dan reaksi silang kedua protein rekombinan tersebut dievaluasi dengan ELISA dan dianalisis menggunakan uji T tidak berpasangan dan one way ANOVA. 

Hasil: Pemodelan komputasi menunjukkan bahwa protein NS1 ZIKV memiliki struktur 3D yang mirip dengan NS1 DENV, namun terdapat variasi loop region pada bagian tertentu. Prediksi epitop sel B mengidentifikasi 11 epitop sekuensial/linier dan 7 epitop konformasional pada protein NS1 ZIKV. Protein rNS1FL dan rNS1WD berhasil diekspresikan dan dimurnikan dalam bentuk badan inklusi. Hasil ELISA menunjukkan bahwa protein rNS1FL dan rNS1WD dikenali oleh antibodi IgG dari serum mencit yang diinjeksi dengan protein NS1 komersial dengan reaktivitas yang lebih tinggi secara signifikan daripada kelompok serum kontrol negatif (PBS) (p < 0>

Kesimpulan: Protein rNS1FL dan rNS1WD ZIKV yang diekspresikan sebagai badan inklusi memiliki sifat antigenik dan imunogenik serta menunjukkan reaksi silang minimal dengan antibodi monoklonal NS1 DENV.

Background: The Zika virus (ZIKV) is an arthropod-borne virus (arbovirus) that has emerged as a global health threat, mainly due to its association with microcephaly in neonates and Guillain-Barré Syndrome (GBS) in adults. Developing of specific serological assays to detect and differentiate ZIKV from other co-circulating flaviviruses remains a significant challenge. Non-structural protein 1 (NS1) is recognized as a valuable biomarker for flavivirus infection detection, including ZIKV. Notably, the wing domain fragment of ZIKV NS1 exhibits unique characteristics that distinguish it from other flaviviruses. Therefore, this study aims to produce the full-length recombinant NS1 protein (NS1FL) and the NS1 wing domain fragment (NS1WD), as well as to evaluate their antigenicity, immunogenicity, and cross-reactivity with dengue virus (DENV) NS1 monoclonal antibodies. 

Methods: In silico analysis was performed to predict the three-dimensional (3D) structure and identify B-cell epitopes of the ZIKV NS1 protein. The cDNA fragments encoding NS1FL and NS1WD were synthesized and cloned into the pET28a plasmid, then transformed into E. coli BL21(DE3) and induced with IPTG. The recombinant proteins, rNS1FL and rNS1WD, were purified using affinity chromatography. A total of 24 female BALB/c mice were divided into six groups and injected intraperitoneally with PBS, rNS1FL (5 µg and 20 µg), rNS1WD (5 µg and 20 µg), and 20 µg commercial rNS1 ZIKV. Mouse blood were collected on days 7, 21, and 35. Antigenicity, immunogenicity, and cross-reactivity of the recombinant proteins were evaluated by ELISA and analyzed using unpaired t-test and one-way ANOVA. 

Results: Computational modeling revealed that the ZIKV NS1 protein shares a similar 3D structure with DENV NS1; however, variations in the loop regions are observed in specific areas. B-cell epitope prediction identified 11 sequential and 7 conformational epitopes within the ZIKV NS1 protein. The rNS1FL and rNS1WD proteins were successfully expressed and purified as inclusion bodies. ELISA results demonstrated that rNS1FL and rNS1WD were recognized by IgG antibodies from the serum of mice injected with commercial NS1 protein, exhibiting significantly higher reactivity compared to the negative control group (PBS) (p < 0>

Conclusion: The rNS1FL and rNS1WD proteins exhibit antigenic and immunogenic properties while demonstrating minimal cross-reactivity with DENV NS1 monoclonal antibodies.

Kata Kunci : Antigenisitas, imunogenisitas, NS1, protein rekombinan, reaksi silang, ZIKV