Research Article

Reverse vaccinology for hookworms: a rational selection of vaccinable antigens against parasitic nematodes

Vaccinologie inverse pour les ankylostomes : une sélection rationnelle d’antigènes vaccinables contre les nématodes parasites

¹ Laboratorio de Referencia e Investigación en Parasitología, Centro Nacional de Microbiología, Instituto de Salud Carlos III, Ctra Pozuelo km. 2, 28220 Majadahonda, Spain
² Escuela Internacional de Doctorado, Universidad Nacional de Educación a Distancia (UNED), 28015 Madrid, Spain
³ Departamento de Microbiología y Parasitología Facultad de Farmacia, Universidad Complutense, Plaza de Ramón y Cajal, s/n, 28040 Madrid, Spain
⁴ Core Scientific and Technical Units, Instituto de Salud Carlos III, Ctra Pozuelo km. 2, 28220 Majadahonda, Spain

^* Corresponding author: javier.sotillo@isciii.es; mgaliano@isciii.es

Received: 4 December 2024
Accepted: 3 May 2025

Abstract

Reverse vaccinology is a time- and cost-effective approach to identify potential vaccinable antigens for further in vivo experimental validation. Despite its wide application to multiple organisms, the use of in silico vaccine development tools to parasitic nematodes has been limited. Herein, we have used the rodent hookworm Nippostrongylus brasiliensis as a mouse model for the human hookworm Necator americanus to identify potential vaccine candidates against the latter. Our strategy combined advanced bioinformatic evaluations with knowledge-based criteria. A cumulative rating of antigenic properties was performed resulting in a global prioritization scoring for an updated N. brasiliensis proteome of 22,796 proteins assigned. Evaluation criteria included homology to the human counterpart N. americanus, absence of mammalian homologs, cellular location by computational predictors, as well as mass spectrometry data, proteolytic activity of the evaluated protein within the parasite, presence of conserved domains, predicted humoral epitopes, and MHC class II epitope population coverage. To assign one global score representing these characteristics, cumulative scoring was performed. This analysis provided a group of 56 potential candidates, including 11 proteins associated with parasite survival and establishment. Remarkably, the second highest score was assigned to an aspartic protease homologous of the N. americanus vaccine-candidate Na-APR-1, which supports the relevance of this approach. Allergenicity and toxicity of the selected molecules were also predicted to anticipate side effects of future candidates. This comprehensive approach provides valuable insights for the rational design of new vaccines against N. americanus, the results of which, however, must be validated in vivo.

Résumé

La vaccinologie inverse est une approche rapide et économique permettant d’identifier des antigènes vaccinables potentiels en vue d’une validation expérimentale in vivo. Malgré sa large application à de nombreux organismes, l’utilisation des outils de développement de vaccins in silico aux nématodes parasites est limitée. Dans cette étude, nous avons utilisé l’ankylostome de rongeur Nippostrongylus brasiliensis comme modèle murin de l’ankylostome humain Necator americanus afin d’identifier des candidats vaccins potentiels contre ce dernier. Notre stratégie a combiné des évaluations bioinformatiques avancées avec des critères fondés sur les connaissances. Une évaluation cumulative des propriétés antigéniques a été réalisée, ce qui a permis d’établir un score de priorité global pour un protéome actualisé de N. brasiliensis comprenant 22 796 protéines. Les critères d’évaluation comprenaient l’homologie avec son homologue humain N. americanus, l’absence d’homologues mammifères, la localisation cellulaire par des prédicteurs informatiques ainsi que des données de spectrométrie de masse, l’activité protéolytique de la protéine évaluée au sein du parasite, la présence de domaines conservés, les épitopes humoraux prédits et la couverture de la population d’épitopes du CMH de classe II. Afin d’attribuer un score global représentant ces caractéristiques, un score cumulatif a été calculé. Cette analyse a fourni un groupe de 56 candidats potentiels, dont 11 protéines associées à la survie et à l’établissement du parasite. Fait remarquable, le deuxième score le plus élevé a été attribué à une protéase aspartique homologue du candidat vaccin contre N. americanus, Na-APR-1, ce qui confirme la pertinence de cette approche. L’allergénicité et la toxicité des molécules sélectionnées ont également été prédites afin d’anticiper les effets secondaires des futurs candidates. Cette approche globale fournit des informations précieuses pour la conception rationnelle de nouveaux vaccins contre N. americanus, dont les résultats doivent cependant être validés in vivo.