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Valdez-Cruz NA, García-Hernández E, Espitia C, Cobos-Marín L, Altamirano C, Bando-Campos CG, Cofas-Vargas LF, Coronado-Aceves EW, González-Hernández RA, Hernández-Peralta P, Juárez-López D, Ortega-Portilla PA, Restrepo-Pineda S, Zelada-Cordero P, Trujillo-Roldán MA. Integrative overview of antibodies against SARS-CoV-2 and their possible applications in COVID-19 prophylaxis and treatment. Microb Cell Fact 2021; 20:88. [PMID: 33888152 PMCID: PMC8061467 DOI: 10.1186/s12934-021-01576-5] [Citation(s) in RCA: 23] [Impact Index Per Article: 7.7] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 01/27/2021] [Accepted: 04/03/2021] [Indexed: 02/06/2023] Open
Abstract
SARS-CoV-2 is a novel β-coronavirus that caused the COVID-19 pandemic disease, which spread rapidly, infecting more than 134 million people, and killing almost 2.9 million thus far. Based on the urgent need for therapeutic and prophylactic strategies, the identification and characterization of antibodies has been accelerated, since they have been fundamental in treating other viral diseases. Here, we summarized in an integrative manner the present understanding of the immune response and physiopathology caused by SARS-CoV-2, including the activation of the humoral immune response in SARS-CoV-2 infection and therefore, the synthesis of antibodies. Furthermore, we also discussed about the antibodies that can be generated in COVID-19 convalescent sera and their associated clinical studies, including a detailed characterization of a variety of human antibodies and identification of antibodies from other sources, which have powerful neutralizing capacities. Accordingly, the development of effective treatments to mitigate COVID-19 is expected. Finally, we reviewed the challenges faced in producing potential therapeutic antibodies and nanobodies by cell factories at an industrial level while ensuring their quality, efficacy, and safety.
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Affiliation(s)
- Norma A Valdez-Cruz
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México.
| | - Enrique García-Hernández
- Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Clara Espitia
- Departamento de Inmunología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Laura Cobos-Marín
- Facultad de Medicina Veterinaria Y Zootecnia, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Claudia Altamirano
- Escuela de Ingeniería Bioquímica, Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Av. Brasil N° 2950, Valparaíso, Chile
| | - Carlos G Bando-Campos
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Luis F Cofas-Vargas
- Instituto de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Enrique W Coronado-Aceves
- Departamento de Inmunología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Ricardo A González-Hernández
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Pablo Hernández-Peralta
- Facultad de Medicina Veterinaria Y Zootecnia, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Daniel Juárez-López
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Paola A Ortega-Portilla
- Departamento de Inmunología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Sara Restrepo-Pineda
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Patricio Zelada-Cordero
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México
| | - Mauricio A Trujillo-Roldán
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad Universitaria, 04510, Ciudad de México, México.
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Restrepo-Pineda S, Bando-Campos CG, Valdez-Cruz NA, Trujillo-Roldán MA. Recombinant production of ESAT-6 antigen in thermoinducible Escherichia coli: the role of culture scale and temperature on metabolic response, expression of chaperones, and architecture of inclusion bodies. Cell Stress Chaperones 2019; 24:777-792. [PMID: 31165436 PMCID: PMC6629757 DOI: 10.1007/s12192-019-01006-x] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/27/2018] [Revised: 05/01/2019] [Accepted: 05/06/2019] [Indexed: 12/31/2022] Open
Abstract
The heat-inducible expression system has been widely used to produce recombinant proteins in Escherichia coli. However, the rise in temperature affects cell growth, activates the bacterial Heat-Shock Response (HSR), and promotes the formation of insoluble protein aggregates known as inclusion bodies (IBs). In this work, we evaluate the effect of the culture scale (shake flasks and bioreactors) and induction temperature (39 and 42 °C) on the kinetic behavior of thermoinducible recombinant E. coli ATCC 53606 producing rESAT-6 (6-kDa early-secretory antigenic target from Mycobacterium tuberculosis), compared with cultures grown at 30 °C (without induction). Also, the expression of the major E. coli chaperones (DnaK and GroEL) was analyzed. We found that almost twice maximum biomass and rESAT-6 production were obtained in bioreactors (~ 3.29 g/L of biomass and ~ 0.27 g/L of rESAT-6) than in shake flasks (~ 1.41 g/L of biomass and ~ 0.14 g/L of rESAT-6) when induction was carried out at 42 °C, but similar amounts of rESAT-6 were obtained from cultures induced at 39 °C (~ 0.14 g/L). In all thermo-induced conditions, rESAT-6 was trapped in IBs. Furthermore, DnaK was preferably expressed in the soluble fraction, while GroEL was present in IBs. Importantly, IBs formed at 39 °C, in both shake flasks and bioreactors, were more susceptible to degradation by proteinase-K, indicating a lower amyloid content compared to IBs formed at 42 °C. Our work presents evidence that the culture scale and the induction temperature modify the E. coli metabolic response, expression of chaperones, and structure of the IBs during rESAT-6 protein production in a thermoinducible system.
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Affiliation(s)
- Sara Restrepo-Pineda
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Unidad de Bioprocesos, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, AP. 70228, CP. 04510 Ciudad de México, Mexico
| | - Carlos G. Bando-Campos
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, AP. 70228, 04510 Ciudad de México, CP Mexico
| | - Norma A. Valdez-Cruz
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, AP. 70228, 04510 Ciudad de México, CP Mexico
| | - Mauricio A. Trujillo-Roldán
- Programa de Investigación de Producción de Biomoléculas, Unidad de Bioprocesos, Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, AP. 70228, CP. 04510 Ciudad de México, Mexico
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