COVID-19 vaccine-induced adaptive immunity against SARS-CoV-2 variants
Jalkanen, Pinja (2023-10-27)
COVID-19 vaccine-induced adaptive immunity against SARS-CoV-2 variants
(27.10.2023)
Turun yliopisto
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9465-6
https://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-9465-6
Tiivistelmä
The ongoing coronavirus disease 2019 (COVID-19) pandemic caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has necessitated the rapid development and deployment of vaccines worldwide. mRNA-based vaccines against COVID-19 have demonstrated a high degree of efficacy against the original SARSCoV-
2 strain. However, the emergence of several genetic variants of the virus presents significant challenges to worldwide efforts in controlling the pandemic. To date, five dominant variants, namely Alpha, Beta, Gamma, Delta, and Omicron, have caused major epidemic waves of SARS-CoV-2 infections. Understanding the adaptive immune responses induced by COVID-19 vaccines against these variants is crucial for evaluating vaccine effectiveness and informing public health strategies.
COVID-19 mRNA vaccines stimulate robust adaptive immune responses characterized by the production of antibodies targeting the spike (S) protein of SARS-CoV-2 and the generation of memory T cells. In this study, we developed an immunoassay based on SARS-CoV-2 proteins and a live virus microneutralization test (MNT) to measure the production and persistence of vaccine-induced and naturally acquired neutralizing antibodies. Additionally, we employed an activationinduced marker (AIM) assay to analyse the activation of memory T cells against SARS-CoV-2 variants. Immune responses were studied in Finnish healthcare workers.
The results of this study demonstrate that the completion of a two-dose mRNA vaccine regimen leads to consistent and high production of S-specific antibodies across all studied age groups. Vaccinated individuals exhibit the ability to neutralize the SARS-CoV-2 Alpha variant, while neutralization against the Beta and Delta variants is reduced. Furthermore, a majority of vaccinated participants display the presence of SARS-CoV-2 S-specific memory CD4+ and CD8+ T cells, which exhibit cross-recognition of the different SARS-CoV-2 variants. S-specific antibody levels were found to decline within months following vaccination, while T cell responses remained stable for at least six months. These results highlight the durability of memory T cell responses and their role in providing sustained protection against SARS-CoV-2 variants.
KEYWORDS: SARS-CoV-2, COVID-19, vaccine response, adaptive immune response, genetic variant, pandemic Hengitystieinfektioita aiheuttavan uuden SARS-CoV-2-koronaviruksen ilmaantuminen johti maailmanlaajuisen COVID-19-pandemiaan, jonka hillitseminen on vaatinut nopeaa rokotteiden kehittämistä ja käyttöönottoa. COVID-19 mRNArokotteet ovat osoittautuneet tehokkaiksi alkuperäistä SARS-CoV-2-virusta vastaan, mutta uusien geneettisten varianttien ilmaantuminen on asettanut haasteita pandemian hallinnalle. Tähän mennessä viisi dominoivaa varianttia – Alpha-, Beta-, Gamma-, Delta- ja Omikron-variantit - ovat aiheuttaneet merkittäviä SARS-CoV-2-virusinfektioiden aaltoja. COVID-19-rokotuksessa syntyvän hankitun immuniteetin ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää rokotteen tehokkuuden sekä tulevien rokotusstrategioiden ja uusintarokotustarpeen arvioinnissa.
COVID-19 mRNA-rokotteet saavat aikaan voimakkaan immuunivasteen, mukaan lukien SARS-CoV-2-viruksen piikkiproteiini-spesifisten vasta-aineiden tuotannon ja muisti-T-solujen kehittymisen. Tässä väitöskirjassa pystytettiin virusproteiineja tunnistava vasta-ainetesti ja elävää SARS-CoV-2-virusta hyödyntävä mikroneutralisaatiotesti mittaamaan rokotteen ja luonnollisen infektion synnyttämien vasta-aineiden määrää sekä niiden kykyä neutraloida SARS-CoV-2-variantteja. Lisäksi työssä hyödynnettiin T-solujen aktivaatiomääritystä, jolla analysoitiin muisti-T-solujen kykyä tunnistaa muuntuneita SARS-CoV-2-variantteja. Rokotevasteita tutkittiin suomalaisissa terveydenhuollon työntekijöissä.
Tämän väitöskirjan tulokset osoittivat, että kahden rokoteannoksen jälkeen kaikki tutkittavat tuottivat vasta-aineita S-proteiinia kohtaan iästä ja sukupuolesta riippumatta. Vasta-ainevaste oli yhtä voimakas Alpha-varianttia kohtaan kuin alkuperäistä SARS-CoV-2-virusta kohtaan, kun taas Beta- ja Delta-varianttien neutralisaatio oli heikentynyt sekä rokotetuilla että luonnollisen taudin sairastaneilla. Suurimmalla osalla rokotetuista henkilöistä voitiin todeta SARS-CoV-2-viruksen Sproteiinin tunnistavia auttaja- ja sytotoksisia-T-soluja. Lisäksi T-solut tunnistivat virusvariantteja yhtä hyvin kuin alkuperäistä virusta. Vasta-ainetasot laskivat muutamien kuukausien kuluessa rokotuksesta, kun taas muisti-T-soluaktivaation havaittiin säilyvän samalla tasolla vielä kuuden kuukauden kuluttua rokotuksesta.
Nämä tulokset osoittavat, että mRNA-rokotteet tarjoavat kestävän suojan SARSCoV-2-virusvarianttien aiheuttamaa tautia vastaan muisti-T-solujen välityksellä.
AVAINSANAT: COVID-19, SARS-CoV-2-virus, rokotevaste, virusmuunnos
2 strain. However, the emergence of several genetic variants of the virus presents significant challenges to worldwide efforts in controlling the pandemic. To date, five dominant variants, namely Alpha, Beta, Gamma, Delta, and Omicron, have caused major epidemic waves of SARS-CoV-2 infections. Understanding the adaptive immune responses induced by COVID-19 vaccines against these variants is crucial for evaluating vaccine effectiveness and informing public health strategies.
COVID-19 mRNA vaccines stimulate robust adaptive immune responses characterized by the production of antibodies targeting the spike (S) protein of SARS-CoV-2 and the generation of memory T cells. In this study, we developed an immunoassay based on SARS-CoV-2 proteins and a live virus microneutralization test (MNT) to measure the production and persistence of vaccine-induced and naturally acquired neutralizing antibodies. Additionally, we employed an activationinduced marker (AIM) assay to analyse the activation of memory T cells against SARS-CoV-2 variants. Immune responses were studied in Finnish healthcare workers.
The results of this study demonstrate that the completion of a two-dose mRNA vaccine regimen leads to consistent and high production of S-specific antibodies across all studied age groups. Vaccinated individuals exhibit the ability to neutralize the SARS-CoV-2 Alpha variant, while neutralization against the Beta and Delta variants is reduced. Furthermore, a majority of vaccinated participants display the presence of SARS-CoV-2 S-specific memory CD4+ and CD8+ T cells, which exhibit cross-recognition of the different SARS-CoV-2 variants. S-specific antibody levels were found to decline within months following vaccination, while T cell responses remained stable for at least six months. These results highlight the durability of memory T cell responses and their role in providing sustained protection against SARS-CoV-2 variants.
KEYWORDS: SARS-CoV-2, COVID-19, vaccine response, adaptive immune response, genetic variant, pandemic
COVID-19 mRNA-rokotteet saavat aikaan voimakkaan immuunivasteen, mukaan lukien SARS-CoV-2-viruksen piikkiproteiini-spesifisten vasta-aineiden tuotannon ja muisti-T-solujen kehittymisen. Tässä väitöskirjassa pystytettiin virusproteiineja tunnistava vasta-ainetesti ja elävää SARS-CoV-2-virusta hyödyntävä mikroneutralisaatiotesti mittaamaan rokotteen ja luonnollisen infektion synnyttämien vasta-aineiden määrää sekä niiden kykyä neutraloida SARS-CoV-2-variantteja. Lisäksi työssä hyödynnettiin T-solujen aktivaatiomääritystä, jolla analysoitiin muisti-T-solujen kykyä tunnistaa muuntuneita SARS-CoV-2-variantteja. Rokotevasteita tutkittiin suomalaisissa terveydenhuollon työntekijöissä.
Tämän väitöskirjan tulokset osoittivat, että kahden rokoteannoksen jälkeen kaikki tutkittavat tuottivat vasta-aineita S-proteiinia kohtaan iästä ja sukupuolesta riippumatta. Vasta-ainevaste oli yhtä voimakas Alpha-varianttia kohtaan kuin alkuperäistä SARS-CoV-2-virusta kohtaan, kun taas Beta- ja Delta-varianttien neutralisaatio oli heikentynyt sekä rokotetuilla että luonnollisen taudin sairastaneilla. Suurimmalla osalla rokotetuista henkilöistä voitiin todeta SARS-CoV-2-viruksen Sproteiinin tunnistavia auttaja- ja sytotoksisia-T-soluja. Lisäksi T-solut tunnistivat virusvariantteja yhtä hyvin kuin alkuperäistä virusta. Vasta-ainetasot laskivat muutamien kuukausien kuluessa rokotuksesta, kun taas muisti-T-soluaktivaation havaittiin säilyvän samalla tasolla vielä kuuden kuukauden kuluttua rokotuksesta.
Nämä tulokset osoittavat, että mRNA-rokotteet tarjoavat kestävän suojan SARSCoV-2-virusvarianttien aiheuttamaa tautia vastaan muisti-T-solujen välityksellä.
AVAINSANAT: COVID-19, SARS-CoV-2-virus, rokotevaste, virusmuunnos
Kokoelmat
- Väitöskirjat [2825]