A simple, highly sensitive and specific serological test for the detection of antibodies to Varicella-zoster virus (Varicellovirus humanalpha3)

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Varicella-Zoster virus (VZV) is a highly contagious alpha-herpes virus. The diagnosis of chickenpox remains a difficult task especially in cases of breakthrough chickenpox, so the development of reliable laboratory tests is necessary. The simplest and most sensitive serological test for detecting antibodies in human and animal sera is the passive hemagglutination reaction (PHAR).

The aim. To develop of a simple, highly sensitive and specific serological tests for the detection of antibodies to VZV in human and animal blood sera.

Materials and methods. Human and animal cell cultures; various strains of VZV; human and animal immune sera; monoclonal antibody to VZV glycoprotein (GP) E. Formalin-treated erythrocytes of sheep, chickens and goats, sensibilised with GP of VZV from a virus-containing supernatant were used for PHAR.

Results. Cell cultures with the maximum cytopathic effect at VZV infection were selected. A simple original method for obtaining virus-specific VZV GPs using lectins has been developed. Purified GPs were obtained by their elution from sheep erythrocytes after adsorption. The activity of VZV GP was confirmed in PHAR by an antibody diagnostic assay using formalin-treated sheep erythrocytes sensibilised using monoclonal antibodies to GP E of the “vOka” VZV strain (USA). Using GPs from different VZV strains, PHAR test and GP-based enzyme-linked immunosorbent assay (gpELISA) have been developed to detect antibodies in human and animal immune sera. These tests have high sensitivity, specificity and lack of cross-reactivity.

Conclusion. A highly specific, sensitive and reproducible tests for the detection of antibodies to VZV have been developed.

About the authors

Firaya G. Nagieva

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8204-4899

D. Sci. (Med.) Associate Professor, Head of Laboratory of hybrid cell cultures, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Elena P. Barkova

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Author for correspondence.
Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3369-8869

Cand.Sci. (Biol.), leading researcher, Laboratory of hybrid cell cultures, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Olga S. Kharchenko

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2169-9610

researcher, Laboratory of genetics of DNA-containing viruses, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Alexander V. Sidorov

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-3561-8295

Cand. Sci. (Biol.), Head of Laboratory of genetics of DNA-containing viruses, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Galina I. Alatortseva

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9887-4061

Cand. Sci. (Biol.), Head of Laboratory of cloning of viruses genomes, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Bogdan S. Cherepovich

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5803-6263

Junior Researcher, Laboratory of genetics of RNA viruses

Russian Federation, 105064, Moscow

Yulia N. Tarakanova

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3226-5989

Cand. Sci. (Biol.), Head of Laboratory of diagnostics of viral infections, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Olga A. Trubacheva

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0005-0821-5553

leading specialist, Laboratory of hybrid cell cultures, Department of virology

Russian Federation, 105064, Moscow

Evgeny A. Pashkov

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera; Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5682-4581

Junior Researcher, Laboratory of Virology Applied

Russian Federation, 105064, Moscow; 119048, Moscow

Artem A. Rtishchev

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4212-5093

Researcher, Laboratory of genetics of RNA viruses

Russian Federation, 105064, Moscow

Oksana A. Svitich

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera; Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1757-8389

D. Sci. (Med.), Corresponding Member of the Russian Acaqdemy of Sciences, Director

Russian Federation, 105064, Moscow; 119048, Moscow

Vitaly V. Zverev

I. Mechnikov Research Institute of Vaccines and Sera; Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University)

Email: fgn42@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5808-2246

D. Sci. (Biol.), Professor, RAS Full Member, Head of Laboratory of molecular biotechnology

Russian Federation, 105064, Moscow; 119048, Moscow

References

  1. Gershon A.A., Breuer J., Cohen J.I., Cohrs R.J., Gershon M.D., Gilden D., et al. Varicella zoster virus infection. Nat. Rev. Dis. Primers. 2015; 1: 15016. https://doi.org/10.1038/nrdp.2015.16
  2. Arvin A.M., Moffat J.F., Abendroth A., Oliver S.L., eds. Varicella-zoster Virus. Genetics, Pathogenesis and Immunity. 6th ed. Cham: Springer; 2023. https://doi.org/10.1007/978-3-031-15305-1
  3. Varicella and herpes zoster vaccines: WHO position paper, June 2014. Wkly Epidemiol Rec. 2014; 89(25): 265–87.
  4. Heininger U., Seward J.F. Varicella. Lancet. 2006; 368(9544): 1365–76. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(06)69561-5
  5. Harpaz R., Ortega-Sanchez I.R., Seward J.F. Prevention of herpes zoster: recommendations of the Advisory Committee on Immunization Practices (ACIP). MMWR Recomm. Rep. 2008; 57(RR-5): 1–30; quiz CE2-4.
  6. Cohen J.I. Clinical practice: Herpes zoster. N. Engl. J. Med. 2013; 369(3): 255–63. https://doi.org/10.1056/NEJMcp1302674
  7. Shin D., Shin Y., Kim E., Nam H., Nan H., Lee J. Immunological characteristics of MAV/06 strain of varicella-zoster virus vaccine in an animal model. BMC Immunol. 2022; 23(1): 27. https://doi.org/10.1186/s12865-022-00503-6
  8. Higashimoto Y., Hattori F., Kawamura Y., Kozawa K., Hamano A., Kato M., et al. Analysis of the reliability of rapid diagnostic tests for varicella, including breakthrough cases. J. Med. Virol. 2023; 95(2): e28569. https://doi.org/10.1002/jmv.28569
  9. Pan D., Wang W., Cheng T. Current methods for the detection of antibodies of varicella-zoster virus: a review. Microorganisms. 2023; 11(2): 519. https://doi.org/10.3390/microorganisms11020519
  10. Otani N., Shima M., Tanimura S., Ueda T., Ichiki K., Nakajima K., et al. Sensitivity and specificity of different antibody tests for detecting varicella-zoster virus. J. Infect. Chemother. 2020; 26(12): 1283–7. https://doi.org/10.1016/j.jiac.2020.07.012
  11. Mo C., Lee J., Sommer M., Grose C., Arvin A.M. The requirement of varicella zoster virus glycoprotein E (gE) for viral replication and effects of glycoprotein I on gE in melanoma cells. Virology. 2002; 304(2): 176–86. https://doi.org/10.1006/viro.2002.1556
  12. Berarducci B., Rajamani J., Reichelt M., Sommer M., Zerboni L., Arvin A.M. Deletion of the first cysteine-rich region of the varicella-zoster virus glycoprotein E ectodomain abolishes the gE and gI interaction and differentially affects cell-cell spread and viral entry. J. Virol. 2009; 83(1): 228–40. https://doi.org/10.1128/JVI.00913-08
  13. Hwang J.Y., Kim Y., Lee K.M., Shin O.S., Gim J.A., Shin Y., et al. Cross-reactive humoral immunity of clade 2 Oka and MAV/06 strain-based varicella vaccines against different clades of varicella-zoster virus. Hum. Vaccin. Immunother. 2023; 19(1): 2210961. https://doi.org/10.1080/21645515.2023.2210961
  14. Marin M., Güris D., Chaves S.S., Schmid S., Seward J.F. Prevention of varicella: recommendations of the Advisory Committee on Immunization Practices (ACIP). MMWR Recomm. Rep. 2007; 56(RR-4): 1–40.
  15. Сenters for Disease Control and Prevention. Chickenpox (Varicella). Available at: https://cdc.gov/chickenpox/hcp/index.html
  16. Lafreniere M.A., Badr E., Beattie J., Macri J., Khan W.I. Performance evaluation system of the Bio–Rad Bioplex 2200 multiplex system in the detection of measles, mumps, rubella, and varicella-zoster antibodies. J. Clin. Virol. Plus. 2023; 3(1): 100131. https://doi.org/10.1016/j.jcvp.2022.100131and
  17. Coates S.R., Madsen R.D., Rippe D.F. New passive hemagglutination assay kit that uses hemagglutinin-sensitized erythrocytes for detection of rubella antibodies. J. Clin. Microbiol. 1982; 16(6): 1117–22. https://doi.org/10.1128/jcm.16.6.1117-1122.1982
  18. Kim K.S., Sapienza V., Chen C.M. Confirmation of human cytomegalovirus by reverse passive hemagglutination with monoclonal antibodies reactive to the major glycosylated peptide (GP-66). J. Clin. Microbiol. 1986; 24(3): 474–7. https://doi.org/10.1128/jcm.24.3.474-477.1986
  19. Maduike C.O., Ezeibe A.A., Anene N.I., Amechi B., Eze J.I., Animoke P.C. Direct passive hemagglutination test for rapid quantification of plasma load of the human immunodeficiency virus. Sci. Res. 2013; 5(9): 1351–4. http://dx.doi.org/10.4236/health.2013.59183
  20. Wasmuth E.H., Miller W.J. Sensitive enzyme-linked immunosorbent assay for antibody to varicella-zoster virus using purified VZV glycoprotein antigen. J. Med. Virol. 1990; 32(3): 189–93. https://doi.org/10.1002/jmv.1890320310
  21. Kino Y., Minamishima Y. Passive hemagglutination assays for the detection of antibodies to herpes viruses. Microbiol. Immunol. 1993; 37(5): 365–8. https://doi.org/10.1111/j.1348-0421.1993.tb03223.x
  22. Weinbach R. Die Verwendbarkeit formolbehandelter Erythocyten als Antigtntrager in der Haemagglutination. Schweiz. Z. Pathol. Bakteriol. 1958; 21(6): 1043–52. https://doi.org/10.1159/000160565 (in German)
  23. Frigo N.V., Komarova V.D., Obryadina A.P., Burkov A.N. Comparative results of enzyme immunoassay, reactions of passive hemagglutination and microreaction in serodiagnostics of syphilis. Vestnik dermatologii i venerologii. 2000; (4): 4–36. (in Russian)
  24. Mendelson E., Aboudy Y., Smetana Z., Tepperberg M., Grossman Z. Laboratory assessment and diagnosis of congenital viral infections: Rubella, cytomegalovirus (CMV), varicella-zoster virus (VZV), herpes simplex virus (HSV), parvovirus B19 and human immunodeficiency virus (HIV). Reprod. Toxicol. 2006; 21(4): 350–82. https://doi.org/10.1016/j.reprotox.2006.02.001
  25. Nagieva F.G., Barkova E.P., Lisakov A.N., Sidorov A.V., Zverev V.V., Osokina O.V., et al. Practical aspects on identification, cultivation and characteristics of varicella-zoster virus isolates. Infektsiya i immunitet. 2020; 10(2): 387–96. https://doi.org/10.15789/2220-7619-PAO-1211 https://elibrary.ru/ptnvte (in Russian)
  26. Shubladze A.K., Gaidamovich S.Ya. Short Course of Practical Virology [Kratkii kurs prakticheskoi virusologii]. Moscow: Medgiz; 1954. (in Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Determination of the optimal concentration of ConA and PHA for binding virus-specific glycoproteins of VZV from virus-containing liquid.

Download (297KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Titer of immune sera in gpRPGA with antigenic diagnostics on formalized sheep erythrocytes, sensitized with viral glycoproteins obtained with various lectins.

Download (162KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Comparative titration of human and guinea pig immune sera in gpRPGA using sensitized by GP VZV formalized chicken and lamb erythrocytes. 1 ‒ serum of patient with herpes zoster; 2 ‒ blood serum of children with chickenpox; 3 – blood serum of a guinea pig immunized with the «vZelVax» VZV vaccine strain.

Download (232KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Study on the specificity of immune sera in serological tests gpRPGA (а) and gpELISA (b). * – termolabile and thermostable ingibitors of serological reactions have been preliminary removed from serums; ** – serological reactions have not been preliminary removed from serums.

Download (156KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Comparative titration of immune sera in RN (titer in GADE50/0,5 ml), gpRPGA (titer in GAE 50/0,5 ml) and gpELISA (titer in conventional units). Antibodies in serum: 1 ‒ «FiraVax», guinea pig (to alpha herpes virus type 3); 2 ‒ MKA-1H-110, mouse (to alpha herpes virus type 1); 3 ‒ MKA-2H-208, mouse (to alpha herpes virus type 2); 4 ‒ CMV-169, guinea pig (to beta herpes virus type 5).

Download (96KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Results of comparative titration of immune sera to VZV in gpRPGA and gpELISA and ELISA.

Download (91KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Nagieva F.G., Barkova E.P., Kharchenko O.S., Sidorov A.V., Alatortseva G.I., Cherepovich B.S., Tarakanova Y.N., Trubacheva O.A., Pashkov E.A., Rtishchev A.A., Svitich O.A., Zverev V.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».