"PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO, DE FABRICAÇÃO DE UMAPREPARAÇÃO DE UM ANTÍGENO DE C. DIPHTHERIAE E DEFABRICAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO FARMACÊUTICA, USO DOANTÍGENO, TOXINA DE DIFTERIA OU MUTANTE DA MESMA, E,MÉTODO DE PREVENÇÃO OU TRATAMENTO DE INFECÇÃOBACTERIANA"
A presente invenção refere-se ao campo de antígenos dedifteria, particularmente toxinas (incluindo formas mutantes de toxina dedifteria, como CRM197) e processos de fermentação para a fabricação deculturas em bruto destes antígenos.
A toxina de difteria é uma exotoxina de proteína produzidapela bactéria Corynebacterium diphtheria. Ela é produzida como umpolipeptídeo único que é prontamente emendado para formar duassubunidades ligadas por uma ponte dissulfeto, fragmento A e fragmento B,como um resultado da clivagem em resíduo 190, 192 ou 193 (Moskaug et alBiol. Chem. 264: 15709-15713, 1989. O fragmento A é a porçãocataliticamente ativa e é uma ADP- ribosiltransferase dependente de NADque especificamente marca um fator EF-2 de síntese de proteína, assiminativando EF-2 e parando a síntese de proteína em uma célula.
A imunidade a uma toxina bacteriana, como toxina de difteria,pode ser adquirida naturalmente durante o curso de infecção, ouartificialmente por injeção de uma forma destoxificada da toxina (toxóide)(Germanier, er, Bacterial Vaccines, Academic Press, Orlando, Fl., 1984). Ostoxóides tem sido tradicionalmente feitos por modificação química de toxinasnativas (Lingood et al Brit. J. Exp. Path. 44, 177, 1963), tornando as mesmasnão tóxicas enquanto retendo uma antigenicidade que protege o animalvacinado sobre desafio subseqüente pela toxina natural. Alternativamente,várias toxinas de difteria mudadas foram descritas que tem toxicidadereduzida. (US4709017, US4950740).CRM197 é uma forma não tóxica da toxina de difteria mas éimunologicamente indistinguível da toxina de difteria. CRM197 é produzidopor C. diphtheriae infectado pela fase não toxigênica P 197tox-, criada pelamutagenese de nitrosoguanidina do carinefago b toxigênico (Uchida et alNature New Biology (1971) 233; 8-11 ). A proteína CRM197 tem o mesmopeso molecular que a toxina de difteria mas difere da mesma por umamudança de fase única no gene estrutural. Isto leva a uma mudança de glicinaem glutamina de aminoácido em posição 52 que torna o fragmento A incapazde ligar NAD e, assim, é não tóxico ((Pappenheimer 1977, Ann Rev,Biochem. 46; 69-94, Rappuoli Applied Environmental Microbiology Set.1983 p560-564).
O toxóide de difteria e uma forma mutante com toxicidadereduzida, CRM197, são componentes em muitas vacinas provendo imunidadecontra Corynebacterium diphtheriae. Várias vacinas de combinação sãoconhecidas as quais podem evitar Bordetella pertussis, Clostridium tetani,Corynebacterium diphtheriae, e opcionalmente vírus de hepatite B e/ouHaemophilus influenzae tipo b (ver, por exemplo, WO 93/24148 e WO97/00697, WO 02/055105).
A toxina de difteria e as formas mutantes incluindo CRM197também foram usadas em vacinas como veículos dependentes de células Tefetivos para sacarídeos. CRM197 é atualmente usado na vacina conjugada deCRM197 oligossacarídeo tipo B de tipo de Haemophilus influenzae (HibTitre®; Lederle Praxis Biologicals, Rochester, N.Y.).
Os métodos de preparação de toxina de difteria (DT) são bemconhecidos na arte. Por exemplo, DT pode ser produzido por purificação datoxina a partir de uma cultura de Corynebacterium diphtheriae seguido pordestoxificação química, ou pode ser feito por purificação de um análogodestoxificado geneticamente, ou recombinante, da toxina (por exemplo,CRM197, ou outros mutantes como descrito em US 4,709,017, US 5,843,711,US 5,601,827, e US 5,917,017). Corynebacterium diphtheriae é cultivado sobcondições aeróbicas. Rappuoli et al (Biotechnology Fevereiro 1985, plól-163) sugeriram que p02 pode ser regulado a 25% por aeração com umamistura de ar e oxigênio que é automaticamente regulada para manter o p02desejado.
A produção de quantidades significantes de toxinas de difteriacomo CRM197 para uso em vacinas foi impedida devido à pequenaabundância de proteína. Este problema foi dirigido previamente porintrodução de outras cópias de um gene codificando toxina de difteria ou umaforma mutante em Corynebacterium diphtheriae (US 4,925,792; US5,614,382). Estes métodos levam a um aumento na produção de cerca de trêsvezes. Os métodos de ainda melhorar os rendimentos de toxina de difteria emum modo reprodutível podem ser de benefício para permitir maiores níveis deprodução destes antígenos valiosos.
Conseqüentemente, o presente pedido prove um processo defermentação melhorado compreendendo uma etapa de fermentação de cultivode uma cepa de Corynebacterium diphtheria em um meio em um fermentadorsob condições de agitação suficientes para manter uma cultura homogênea eaeração limitada como p02 dentro da cultura está a menos de 4% para amaior parte da etapa de fermentação.
A fermentação ocorre sob condições aeróbicas, mas de aeraçãolimitada, como que oxigênio é usado logo que ele entrada na cultura durante amaior parte da fermentação, isto é, após a fase inicial em que a densidade deC. diphtheriae é relativamente baixa e os níveis de p02 podem ser maiores.
Os inventores verificaram que a cultura sob estas condições resulta em umaexpressão mais eficiente e/ou consistente de toxina de difteria ou mutantecomparado com os métodos de fermentação realizados em maior p02. Oprocesso da invenção é mais robusto do que a fermentação em níveis maioresde oxigênio, e permite que os rendimentos de toxina de difteria permaneçamelevados mesmo quando o meio de cultura cotem ferro adicionado ou quandomatérias primas complexas de qualidade variável são usadas.
Em um segundo aspecto da invenção, provê-se um processopara a fabricação de uma preparação de toxina de difteria ou seu mutantecompreendendo realizar o processo de fermentação da invenção e isolar atoxina de difteria ou seu mutante da cultura. Apesar da toxina de difteria emutantes serem descritos aqui, visa-se que qualquer antígeno de C.diphtheriae possa ser isolado usando o processo da invenção.
O uso deste método resulta em maiores rendimentos de toxinade difteria ou mutante, por exemplo, CRM197, comparado com quando semantém 5% p02 ou maior, por exemplo 20%.
Em um terceiro aspecto da invenção, provê-se uma toxina dedifteria ou seu mutante isolado pelo processo da invenção.
Em um quarto aspecto da invenção, provê-se uma composiçãofarmacêutica compreendendo a toxina de difteria ou seu mutante da invençãoe um veículo farmaceuticamente aceitável.
Em um outro aspecto da invenção, provê-se uma toxina dedifteria ou seu mutante para uso em terapia, particularmente para o tratamentode prevenção de doença bacteriana como doença causada por C. diphtheriae.
Em um outro aspecto da invenção, provê-se um uso da toxinade difteria ou seu mutante da invenção na preparação de um medicamentopara o tratamento ou prevenção de doença bacteriana, particularmente doençacausada por C. diphtheriae.
Em um outro aspecto da invenção, provê-se um método deprevenção ou tratamento de infecção bacteriana, particularmente infecção porC. diphtheriae compreendendo a administração da composição farmacêuticada invenção a um paciente.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
Figura 1 - Gráficos mostrando o perfil de oxigenação e seu usona determinação de KLa de uma fermentação. O painel A mostra o curso detempo de oxigenação após uma mudança de nitrogênio para ar. O painel Bmostra um gráfico de In(100-pO2) contra tempo, que permite a avaliação deKLa por determinação do gradiente da linha.
Figura 2 - Esquema de um processo de fermentação para C.diphtheriae.
Figura 3 - Gráfico mostrando a cinética típica de crescimentode uma cultura de C. diphtheriae. A linha com marcadores circulares mostra oOD a 650 nm após vários tempos de cultura. A linha marcada com diamantesmostra o pH da cultura.
Figura 4 - Géis SDS-PAGE dos sobrenadantes de cultura. C.Trilha 1 - marcadores de peso molecular, trilha 2 - lug CRM197 padrão, trilha3 - 0,5ug CRM197 padrão, trilha 4 - 0,25ug CRM197 padrão, trilhas 5-11,sobrenadantes de fermentações de C. diphtheriae. Gel A mostra ossobrenadantes de CDT082 em trilha 5, CDT198 em trilhas 6-8 (osobrenadante foi removido a 22,5 horas para trilha 6, 24 horas para trilha 7 e28 horas para trilha 8), CDT199 em trilhas 9, 10 e 11 (o sobrenadante foiremovido a 22 hora 45 minutos em trilha 9, 24 horas 45 minutos em trilha 10e após subseqüente microfiltração e filtração em trilha 11 ). Gel B mostrasobrenadantes de CDT082 em trilha 5, de CDT205 em trilhas 6-9 (trilha 7após 21 horas 43 minutos de fermentação, trilha 8 após 23 horas fermentação,trilha 9 após 24 horas de fermentação) e de CDT206 em trilhas 10-13 (trilha10 após 22 horas 10 minutos de fermentação, trilha 11 após 23 horas 49minutos de fermentação, trilha 12 após 24 horas 30 minutos de fermentação,trilha 13 após microfiltração e filtração).
Figura 5 - Gráfico mostrando o KLa de um fermentador de 150litros em diferentes velocidades de agitação sob condições de aeração de 23litros por minuto.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃOOs termos "compreendendo", "compreender", "compreende"aqui se destinam pelos inventores a serem opcionalmente substituíveis com ostermos "consistindo de", "consistir de" e consiste de", respectivamente, emcada caso.
Um aspecto da invenção é um processo de fermentaçãocompreendendo uma etapa de fermentação de cultivo de uma cepa deCorynebacterium diphtheria em meio em um fermentador sob condições deagitação suficientes para manter uma cultura homogênea (por exemplosuficiente para produzir um tempo de mistura de menos que 30, 20, 15,10, 9,8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos) e aeração limitada de modo que p02 dentroda cultura está a menos que 5%, 4%, 3%, 1 % ou 0,5% para a maior parte daetapa de fermentação. Em uma forma de realização preferida, o p02 cai parase aproximar de zero, preferivelmente na maior parte da etapa defermentação.
Por exemplo, o p02 com a cultura cai a menos que 5%, 4%,3%, 1% ou 0,5% do tempo quando Corynebacterium diphtheria foi cultivadaa uma densidade suficiente para consumir a maior parte do oxigênio logo queo oxigênio entra na cultura (fase de latência, por exemplo de pelo menos 1,2,3, 4, 5 ou 6 horas após o início de fermentação), até o ponto da fermentaçãoquando a concentração de p02 se eleva novamente, próxima do final da etapade fermentação (por exemplo 16, 18, 20, 22 ou 24 horas após a fase de latência).
A fermentação tipicamente termina e a cultura é colhidaquando p)2 se eleva acima das condições de aeração limitadas. Deve-se notarque sob condições de inoculação diferentes, por exemplo, quando ofermentador é inoculado com uma cultura bem maior de C. diphtheriae, ascondições de aeração limitadas começam desde logo após o início defermentação (por exemplo 1,5, 10, 20, 30, 40 ou 60 minutos após o início defermentação).Um p02 a 100% é a quantidade de oxigênio presente quando omeio (na ausência de uma cultura) é saturado com oxigênio apósborbulhamento de ar comprimido através do meio a 34,5 °C e pressão de 0,5bar. Para um fermentador de 150 litros, a taxa de aeração e velocidade deagitação devem ser ajustadas a 23 litros/ min e 240 rpm, enquanto para umfermentador de 20 litros, a taxa de aeração e velocidade de agitação devem serajustadas a 3 litros/ min e 300 rpm. Isto deve ser fixado como a quantidade deoxigênio presente em um meio de fermentação completamente aerado antesda inoculação.
Uma cultura homogênea é uma cultura em que as bactérias sãouniformemente dispersas em todo o fermentador de modo que pelo menos 3,4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10% das bactérias estão presentes nos 10% superiores omeio de cultura.
Uma etapa de fermentação é definida como a etapa em queCorynebacterium diphtheriae é cultivado dentro do fermentador. A etapa defermentação começa com a introdução da pré-cultura no fermentador etermina quando, sob as condições de aeração limitada aqui descritas, o p02eventualmente aumenta a acima de 10%. A etapa de fermentação tipicamentedura acima de 12, 14, 16, 18, 20 ou 24 horas, por exemplo entre 16 e 40horas, ou por exemplo entre 22 e 28 horas.
A agitação é opcionalmente por agitação da cultura nofermentador mas pode ser qualquer outro meio apropriado, por exemplo poragitação, vibro-misturador e/ou borbulhamento de gás. A agitação é suficientepara produzir um tempo de mistura para a cultura de menos que 20, 15, 10, 8,7, 6, 5, 4, 3, 2 ou 1 segundos.
Um tempo de mistura de uma cultura pode ser medido em umfermentador de vidro. Este é o tempo que leva após a introdução de umasolução aquosa colorida para a solução aquosa colorida ser uniformementedispersa em todo o meio de cultura.Um fermentador é um aparelho apropriado para a produçãoindustrial de culturas bacterianas. No entanto, este termo não inclui frascos decultura que são tipicamente usados para crescimento de bactérias em umaescala menor.
A maior parte da etapa de fermentação é definida como umtempo de mais que 50%, 60%, 70%, 80% ou 90% do comprimento total daetapa de fermentação. A fermentação é tipicamente sob condições de aeraçãolimitada de 12, 14, 16, 18, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 ou 28 horas.
A aeração limitada descreve condições de aeração quepermitem que o C. diphtheriae use respiração aeróbica e ainda limite aquantidade de oxigênio disponível de modo que, após a cultura ter aumentadoem densidade (por exemplo, após pelo menos 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10horas de fermentação) oxigênio é consumido muito lentamente após entrar nacultura, de modo que o p02 é menor que 5, 4, 3, 2, 1 ou 0,5%. Deve-se notarque por aumento da quantidade de cultura usada para inocular o fermentador,as condições de aeração limitada podem ser obtidas muito perto após ainoculação (por exemplo após 1, 5, 10, 20 ou 30 minutos após o início dafermentação).
Estas condições de aeração limitada levam a uma expressãorobusta de uma toxina, como toxina de difteria ou seus mutantes.
Um p02 caindo a se aproximar de zero é obtido pela taxa deaeração e agitação sendo tais que o oxigênio introduzido na cultura é usadapela cultura para respiração logo após sua introdução na cultura de modo aque, apesar da aeração da cultura, o p02 está pronto como zero ou próximo dezero em um monitor de oxigênio.
Durante a etapa de fermentação, o p02 irá começar em umnível maior para um dado ajuste de agitação e taxa de aeração. Isto é porque adensidade de bactérias na cultura é baixa no início da etapa de fermentação eaumenta durante a etapa de fermentação. Um período de tempo (por exemploaté 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 horas) é tipicamente requerido antes de p02cair a menos que 5%. Deste ponto em diante, o p02 permanece abaixo de 5,4, 3, 2, ou 0,5%, preferivelmente a um nível se aproximando de zero até ficarpróximo do final da etapa de fermentação, por exemplo até a coleta dofermentador.
Opcionalmente, a etapa de fermentação é realizada em umKLa constante em toda a etapa de fermentação. Alternativamente, a etapa defermentação é realizada em um ou mais KLa, de modo que a aeração limitadaé obtida nos valores de KLa presentes durante a maior parte (pelo mesmo50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%) da etapa de fermentação.
KLa é uma medida da taxa em que oxigênio entra na cultura.Quanto maior o KLa, maior a taxa em que oxigênio é introduzido na cultura.Vários fatores incluindo o volume e composição do meio, agitação, aeração,pressão, temperatura e posição e características de partes móveis dofermentador irão influenciar o KLa de uma etapa de fermentação particular.
Tipicamente, oxigênio é introduzido na cultura de fermentaçãopor borbulhamento de ar comprimido através da cultura. Onde diferentesconcentrações de oxigênio estão presentes no ar introduzido na cultura, avazão deve ser adaptada a levar em conta este fato. por exemplo, onde umsuprimento de 100%» de oxigênio é introduzido na cultura, a vazão deve sercorrespondentemente menor. Onde o gás contendo menos oxigênio do que aré introduzido na cultura, uma maior vazão pode ser aplicada.
KLa pode ser medido usando o método descrito no exemplo 1.O método envolve ajustar o fermentador com as condições de volume de meio, temperatura, pressão, agitação e aeração pra as quais KLa deve sermedido, gaseificando por substituição do ar com gás nitrogênio, gaseificandopor restauração da aeração do ar e medindo a taxa em que p02 retorna paraseu nível de estado uniforme.
In(100-pO2) = -KLa.T + CAo traçar em gráfico In (100-pO2) contra tempo, o gradiente(ou coeficiente angular) da linha é - KLa.
O KLa de uma etapa de fermentação é influenciado por váriosfatores, incluindo a quantidade de agitação da cultura e a taxa de aeração dacultura. Um KLa constante pode ser mantido enquanto, por exemplo,diminuindo a agitação da cultura e aumentando a taxa de aeração ou vice-versa. No entanto, em uma forma de realização, tanto a agitação da culturacomo a taxa de aeração são constantes durante a etapa de fermentação.
A etapa de fermentação é realizada, por exemplo, a um KLa deentre 10-200h-l, 10 - 150 h-1, 10 - 100 h-1, 10-80 h-1, 10-50 h-1, 10-40h-l,10-30 h-1, 20-150 h-1, 20-100 h- 1, 20-50 h-1, 20-60 h-1, 20-80 h-1, 20-30 h-1, 20-40 h-1, 30-60 h-1, 60-80 h-1, 60-150 h- 1 ou 60-200 h-1.
O KLa do processo de fermentação da invenção pode diferir,dependendo do tamanho da cultura de fermentação. Para culturas de 10-30litros, um KLa de 10-30 h-1, 15-30, 20-30 ou 22-28 h-1 pode ser usado. Paraculturas de 30-250 litros, um KLa de 30-60 ou 40-50 h-1 pode ser usado. Paraculturas de 250-800 litros, um KLa de 30-50, 40-50, 40-60, 30-60, 30-80 ou60-150 h-1 pode ser usado. Para culturas de 800-3000 litros, um KLa de 30-50, 40-50, 40-60, 30-60, 30- 80, 60-150 ou 60-200 h-1 pode ser usado.
Para uma tamanho de cultura de fermentação e 10-30 litros,um KLa de 10-30 h-1 é obtido, por exemplo usando uma vazão de ar ouaeração de 1-5 litros/ min e uma velocidade de agitação de 200- 400rpm, porexemplo uma taxa de aeração de 2-4 litros/ min e uma velocidade de agitaçãode 250- 350 rpm.
Para uma cultura de fermentação de 30-250 litros, um KLa de30-60 h-1 é obtido, por exemplo usando uma vazão de ar de 15-25 litros/ mine uma velocidade de agitação de 150-250 rpm, por exemplo, usando umavazão de ar de 20-25 litros/ min e uma velocidade de agitação de 200-250rpm, por exemplo usando uma vazão de ar de 15-20 litros/ min e umavelocidade de agitação de 200-250 rpm.
O pH da cultura de C. diphtheriae em meio CY durante a etapade fermentação depende das condições de aeração e agitação da cultura(Nikolajewski et al J. Biological Standardization, 1982, 10; 109-114). Noinício da etapa de fermentação, o pH do meio CY é 7,4. No caso de aeraçãobaixa ou KLa, o PH cai a cerca de 5. No caso de aeração elevada, o pHaumenta a em torno de 8,5. Em uma forma de realização da invenção, o C.diphtheriae é cultivado em meio CY ou meio SOC ((Sambrook J et al 1989,Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor LaboratoryPress, Cold Spring Harbor, NY) ou meio similar. O pH dentro do fermentadorpode ser mantido entre 7,0 e 7,8, pelo grau de aeração, opcionalmente semrequerer adição de ácido ou base.
O processo da invenção pode ser usado com qualquer cepa deCorynebacterium diphtheriae. Estas cepas podem produzir toxina de difteriade tipo selvagem, proteínas de fusão incluindo toxina de difteria ou seufragmento (por exemplo como descrito em US 5863891) ou formas mutantesou fragmentos de toxina de difteria, preferivelmente os que tem toxicidadereduzida. Os exemplos de toxinas mutantes são CRM 176, CRM 197,CRM228, CRM 45 (Uchida et al J. Biol. Chem. 218; 3838-3844, 1973); CRM9, CRM 45, CRM102, CRM 103 e CRM107 e outras mutações descritas porNicholls e Youle em Genetically Engineered Toxins, Ed: Frankel, MareeiDekker Inc, 1992; deleção ou mutação de Glu-148 em Asp, Gln ou Ser e/ouAla 158 em Gly e outras mutações descritas em US 4709017 ou US 4950740;mutação de pelo menos um ou mais resíduos Lys 516, Lys 526, Phe 530 e/ouLys 534 e outras mutações descritas em US 5917017 ou US 6455673; oufragmento descrito em US 5843711. Em uma forma de realização, a cepa deC. diphtheriae produz CRM 197.
Em uma forma de realização, as seguintes cepas de C.diphtheriae são usadas nos processos da invenção; ATCC39255,ATCC39526, ATCC11049, ATCC11050, ATCC11051, ATCC11951,ATCC11952, ATCC13812, ATCC14779, ATCC19409, ATCC27010,ATCC27011, ATCC27012, ATCC296, ATCC43145, ATCC51280 ouATCC51696.
O meio para uso na invenção pode conter um ou mais dosseguintes constituintes : 5-20 g/L, 10-16g/L ou lOg/L ácidos de casamino ouhidrolisado de caseína, 5-20 g/L, 7-15g/L ou 9-12g/L peptona de soja e/ou 10-40g/L, 14-32g/L ou 18-22g/L de extrato de levedura.
Sabe-se que o teor de ferro do meio de crescimento pode afetaro crescimento de C. diphtheriae e influenciar a produção de toxinas (ver WO00/50449). Ferro é essencial para o crescimento bacteriano, no entanto, ferroem grandes concentrações foi demonstrado como inibindo a produção detoxina. Durante o processo da invenção, o teor de ferro do meio tem um nívelmenor do que 10, 50, 75, 100, 120 ou 150 ppb e um limite superior de 200,300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 ou 5000ppb. Por exemplo, concentrações de ferro no meio são: 50-1000 ppb, 100-1000 ppb, 200-1000 ppb, 400-1000 ppb, 500-1500 ppb, 700- 1300 ppb, 50-2000 ppb, 100-2000 ppb, 200-2000 ppb, 400-2000 ppb, 700-2000 ppb, 50-3000 ppb, 100-3000 ppb, 200-3000 ppb, 400-3000 ppb, 700-3000 ppb, 1000-3000 ppb, 1500- 3000 ppb, 1700-3000 ppb, 50-4000 ppb, 100-4000 ppb, 200-4000 ppb, 400-4000 ppb, 700- 4000 ppb, 1000-4000 ppb, 1500-4000 ppb,1700-4000 ppb ou 2000-4000 ppb. O ferro pode estar na forma de Fe2+ e/ouFe3+.
Em uma forma de realização, o processo da invenção ésuficientemente tolerante à presença de sais de ferro no meio de modo quenenhum tratamento do meio para remover ferro é requerido antes do uso.
A etapa de fermentação ocorre a uma temperatura apropriadapara a cultura de C. diphtheriae, por exemplo 25-45 °C, 25 -40 °C, 30-38 °C,ou 34-35 °C.A etapa de fermentação é submetida a uma grande quantidadede produção de espuma. A fim de controlar a formação de espuma, um agenteanti-espumante é opcionalmente adicionado ao fermentador. Opcionalmente,uma sonda de espuma ou rompedor de espuma mecânico é usado nofermentador, por exemplo assim como um agente anti-espumante.
Um segundo aspecto da invenção é um processo para afabricação de uma preparação de um antígeno, por exemplo toxina de difteriaou mutante ou fragmento da mesma, compreendendo as etapas de realizar oprocesso de fermentação da invenção como mencionado acima e isolar oantígeno, por exemplo toxina de difteria ou mutante ou fragmento da mesmada cultura.
Um terceiro aspecto da invenção é uma toxina de difteria oumutante ou fragmento da mesma (por exemplo CRM197) isolada peloprocesso da invenção.
A toxicidade da toxina de difteria é opcionalmente reduzidapor tratamento químico incluindo tratamento com reagentes de reticulaçãopara formar um toxóide. As referências a uma toxina incluem toxóides.
Um outro aspecto da invenção é uma composição farmacêuticacompreendendo a toxina de difteria ou mutante (por exemplo CRM197) ouum fragmento do mesmo da invenção e um veículo farmaceuticamenteaceitável.
A composição farmacêutica da invenção opcionalmente aindacompreende antígenos adicionais em uma vacina de combinação. Em umaforma de realização, antígeno (s) a serem combinados com a toxina dedifteria, mutante ou fragmento da mesma, como descrito acima, inclui(em)um ou mais dos toxóides de tétano, coqueluche de célula completa (Pw),coqueluche acelular(Pa) (como descrito abaixo), antígeno de superfície dehepatite B, vírus de hepatite A, polissacarídeos ou oligossacarídeos deHaemophilus influenzae b, polissacarídeos ou oligossacarídeos neisseriais(por exemplo N. meningitidis), proteínas de serotipo B de N. meningitidis,opcionalmente como parte de uma vesícula de membrana externa,polissacarídeos ou oligossacarídeos pneumococos, proteínas pneumocócicas,ou qualquer um dos antígenos listados abaixo. Os polissacarídeos bacterianospodem ser conjugados a uma proteína veículo. A toxina de difteria ou toxóideou mutantes de toxina de difteria como CRM197 ou fragmentos, por exemplofeitos usando um processo da invenção, podem ser usados como uma proteínaveículo. No entanto, outras proteínas veículo, como toxóide de tétano,fragmento C de toxóide de tétano, pneumolisina, proteína D (US 6342224)também podem ser usados. Uma dada composição farmacêuticaopcionalmente contém polissacarídeos ou oligossacarídeos múltiplosconjugados a diferentes proteínas veículo.
A toxina de difteria, ou seu mutante, por exemplo CRM197,ou seu fragmento feitos usando o processo da invenção podem ser formuladoscom polissacarídeos ou oligossacarídeos capsulares, derivados de um ou maisdentre Neisseria meningitidis, Haemophilus influenzae b, Streptococcuspneumoniae, Grupo A Streptococci, Grupo B Streptococci, Staphylococcusaureus ou Staphylococcus epidermidis. Por exemplo, a composiçãofarmacêutica ou imunogênica pode compreender polissacarídeos capsularesderivados de um ou mais dos sorogrupos A, C, W-135 e Y de Neisseriameningitidis. Por exemplo sorogrupos A e C; A e W, A e Y; C e W, C e Y, We Y; A, C e W; A C e Y; A, W e Y; C, W e Y ou A, C, W e Y podem serformulados com CRM197. Em outro exemplo, a composição imunogênicacompreende polissacarídeos capsulares derivados de Streptococcuspneumoniae. Os antígenos de polissacarídeos capsulares pneumococos sãopreferivelmente selecionados dentre os sorotipos 1, 2, 3, 4, 5, 6B, 7F, 8, 9N,9V, 10A, 11 A, 12F, 14, 15B, 17F, 18C, 19A, 19F, 20, 22F, 23F e 33F (maispreferivelmente os sorotipos 1, 3, 4, 5, 6B, 7F, 9Vi 14, 18C, 19F e 23F). Umoutro exemplo deve conter os polissacarídeos capsulares PRP (ouoligossacarídeos) de Haemophilus influenzae tipo b. Um outro exemplo deveconter o tipo 5, Tipo 8, 336, PNAG ou polissacarídeos dPNAG capsulares deStaphylococcus aureus. Um outro exemplo deve conter os polissacarídeoscapsulares Tipo I, Tipo II, Tipo III ou PIA de Staphylococcus epidermidis.Um outro exemplo deve conter os polissacarídeos capsulares de Tipo Ia, TipoIc, Tipo II ou Tipo III de estreptococos de Grupo B. Um outro exemplo deveconter os polissacarídeos capsulares de estreptococos de Grupo A,opcionalmente ainda compreendendo pelo menos uma proteína M e maispreferivelmente tipos múltiplos de proteína M.
Os polissacarídeos bacterianos para uso na invenção podemser de comprimento completo, sendo polissacarídeos nativos purificados.Alternativamente, os polissacarídeos são de tamanho entre 2 e 20 vezes, porexemplo 2-5 vezes, 5-10 vezes, 10-15 vezes ou 15-20 vezes, de modo que ospolissacarídeos são menores em tamanho para um maior controle. Osoligossacarídeos tipicamente contém entre 2 e 20 unidades de repetição.
Estes polissacarídeos capsulares podem ser não conjugados ouconjugados a uma proteína veículo como toxóide de tétano, fragmento C detoxóide de tétano, toxóide de difteria ou CRM197 (ambos por exemplo feitospelo método da invenção), pneumolisina, ou proteína D (US 6342224).Toxina de tétano, toxina de difteria e pneumolisina são destoxificados ou pormutação genética e/ou por tratamento químico.
O conjugado de polissacarídeo ou oligossacarídeo pode serpreparado por qualquer técnica de copulação conhecida. Por exemplo, opolissacarídeo pode ser copulado via uma ligação tioéter. Este método deconjugação se baseia na ativação do polissacarídeo com tetrafluoroborato de1-ciano-4-dimetilamino piridínio (CDAP) para formar um éster cianato. Opolissacarídeo ativado pode assim ser copulado diretamente ou via um grupoespaçador a um grupo amino sobre a proteína veículo. Opcionalmente, o éstercianato é copulado com hexano diamina e o polissacarídeo amino-derivatizado é conjugado a uma proteína veículo usando química deheteroligação envolvendo a formação da ligação tioéter. Estes conjugados sãodescritos no pedido publicado PCT WO 93/15760 Uniformed ServicesUniversity.
Os conjugados também podem ser preparados por métodos deaminação redutiva direta como descrito em US 4365170 (Jennings) e US4673574 (Anderson). Outros métodos são descritos em EP-0-161-188, EP-208375 e EP-0-477508.
Um outro método envolve a copulação de um polissacarídeoativado por brometo de cianogene derivatizado com hidrazida de ácidoadípico (ADH) para o veículo de proteína por condensação de carbodiimida(Chu C. et al Infect. Immunity, (1983) 245; 256).
Em exemplos particulares, a toxina de difteria ou fragmento oumutante da mesma (por exemplo CRM197) é conjugada a 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20 antígenos adicionais dacomposição farmacêutica. Em uma forma de realização, ela é conjugada acomponente (s) de polissacarídeo, por exemplo polissacarídeos bacterianosincluindo os listados acima.
A composição farmacêutica ou imunogênica da invenção podeainda compreender componentes de proteína adicionais. Ela é opcionalmenteformulada com antígenos proporcionando proteção contra uma ou maisinfecções causadas por Bordetella pertussis. O componente de coqueluchepode ser B. pertussis de célula completa (Pw) ou coqueluche acelular (Pa) quecontém pelo menos um antígeno (preferivelmente dois ou todos os três) dePT, FHA e pertactina 69 kDa. Algumas outras formulações de coquelucheacelular também contém aglutinogenes, como Fi2 e Fim3 e estas vacinas sãotambém contempladas para uso na invenção. Tipicamente, o antígenoprovendo proteção contra tétano é toxóide de tétano que são ou toxinasquimicamente inativas (por exemplo após tratamento com formaldeído) ouinativadas pela introdução de uma ou mais mutação(ões) de pontos.
A composição farmacêutica ou imunogênica da invençãoopcionalmente compreende antígenos de proteínas pneumocócicas, porexemplo as proteínas pneumocócicas que são expostas sobre a superfícieexterna do pneumococo (capaz de ser reconhecido pelo sistema imune dohospedeiro durante pelo menos parte do ciclo de vida do pneumococo), ou sãoproteínas que são secretadas ou liberadas pelo pneumococo. Por exemplo, aproteína pode ser uma toxina, adesina, transdutor de sinal de 2 componentes,ou lipoproteína de Streptococcus pneumoniae ou seus fragmentos. Osexemplos destas proteínas incluem, mas não são limitados a pneumolisina(preferivelmente destoxificada por tratamento químico ou mutação), [Mitchellet al. Nucleic Acids Res. 1990 Jul 11; 18(13): 4010 "Comparison ofpneumolysin genes and proteins from Streptococcus pneumoniae types 1 e2.", Mitchell et al. Biochim Biophys Acta 1989 Jan 23; 1007(1): 67-72"Expression in the pneumolysin gene in Escherichia coli: rapid purificationand biological properties.", WO 96/05859 (A. Cyanamid), WO 90/06951(Paton et al), WO 99/03884 (NAVA)]; PspA e suas variantes de deleção detransmembrana (US 5804193 - Briles et al.); PspC e suas variantes de deleçãode transmembrana (WO 97/09994 - Briles et al); PsaA e suas variantes dedeleção de transmembrana (Berry & Paton, Infect lmmun 1996Dec;64(12):5255-62 "Sequence heterogeneity of PsaA, a 37-kilodaltonputative adhesin essential for virulence of Streptococcus pneumoniae");proteínas de ligação de colina pneumocócica e variantes de deleção detransmembrana das mesmas; CbpA e variantes de deleção de transmembranado mesmo (WO 97/41151; WO 99/51266); Gliceraldeído-3-fosfato-desidrogenase (Infect. Immun. 1996 64:3544); HSP70 (WO 96/40928); PcpA(Sanchez-Beato et al. FEMS Microbiol Lett 1998, 164:207-14); proteínasemelhante a M, (EP 0837130) e adesina 18627, (EP 0834568). Outrosantígenos de proteína pneumocócica para inclusão na composiçãoimunogênica são os descritos em WO 98/18931, WO 98/18930 ePCT/US99/30390.
Exemplos de proteínas Neisseriais a serem formuladas com acomposição imunogênica da invenção incluem TbpA (WO93/06861;EP586266; WO92/03467; US5912336), TbpB (WO93/06861; EP586266),Hsf (W099/31132), NspA (W096/29412), Hap (PCT/EP99/02766), PorA,PorB, OMP85 (também conhecida com D15) (WO00/23595), PilQ(PCT/EP99/03603), PldA (PCT/EP99/06718), FrpB (W096/31618 ver SEQID NO:38), FrpA ou FrpC ou uma porção conservada em comum a ambos empelo menos 30, 50, 100, 500, 750 aminoácido (WO92/01460), LbpA e/ouLbpB (PCT/EP98/05117; Schryvers et al Med. Microbiol. 1999 32: 1117),FhaB (WO98/02547 SEQ ID NO: 38), HasR (PCT7EP99/05989), Iipo02(PCT/EP99/08315), MItA (WO99/57280) e ctrA (PCT/EP00/00135). Asproteínas neisseriais são opcionalmente adicionadas como proteínaspurificadas ou como parte de uma preparação de membrana externa.
A composição farmacêutica ou imunogênica da invençãoopcionalmente compreende um ou mais antígenos que pode proteger umhospedeiro contra Haemophilus influenzae não tipificável, RSV e/ou um oumais antígenos que podem proteger um hospedeiro contra vírus de influenza.
Os exemplos de antígenos de proteína de H. influenza incluemproteína Fimbrina (US 5766608) e fusões compreendendo peptídeos damesma (por exemplo fusão LB1) (US 5843464 - Ohio State ResearchFoundation), OMP26, P6, proteína D, TbpA, TbpB, Hia, Hmwl, Hmw2, Hap,eD15.
Exemplos de antígenos de vírus de influenza incluem víruscompletos, vivos ou inativados, vírus de influenza divididos, cultivados emovos ou células MDCK, ou células Vero, ou virossomas completos deresinado (como descrito por R. Gluck, Vaccine, 1992, 10, 915-920) ou suasproteínas purificadas ou recombinantes, como proteínas HA, NP, NA, ou M,ou suas combinações.
Exemplos de antígenos de RSV (vírus sincicial respiratório)incluem a glicoproteína F, a glicoproteína G, a proteína HN, a proteína M ouseus derivados.
Deve-se notar que as composições antigênicas da invençãopodem compreender um ou mais polissacarídeos capsulares de uma únicaespécie de bactérias. As composições antigênicas podem tambémcompreender polissacarídeos capsulares derivados de uma ou mais espéciesde bactérias.
Um outro aspecto da invenção inclui composiçõesimunogênicas ou vacinas compreendendo a toxina de difteria, fragmento oumutante da mesma, (por exemplo CRM197) feitos pelos processos dainvenção e um veículo farmaceuticamente aceitável.
Opcionalmente, a composição imunogênica ou vacina contémuma quantidade de um adjuvante suficiente para melhorar a resposta imunedo imunogene. Os adjuvantes apropriados incluem, mas não são limitados asais de alumínio, misturas de esqualeno (SAF-1), muramil peptídeo, derivadosde saponina, preparações de parede celular micobactéria, monofosforil lipídeoA, derivados de ácido micólico, tensoativos de copolímero de bloco nãoiônico, QuilA, subunidade de toxina B de cólera, polfosfazeno e derivados, ecomplexos imunoestimulantes (ISCOMs), como os descritos por Takahashi etal. (1990) Nature 344:873-875. Para uso veterinário e para produção deanticorpos em animais, os componentes mitogênicos de adjuvante de Freundtambém podem ser usados.
Como com todas as composições ou vacinas imunogênicas, asquantidades imunologicamente efetivas dos imunogenes podem serdeterminadas empiricamente. Os fatores a serem considerados incluem aimunogenicidade, seja ou não o imunogene complexado com oucovalentemente fixado a um adjuvante ou proteína veículo ou outro veículo,via de administrações e o número de dosagens imunizantes a seremadministradas. Estes fatores são bem conhecidos na arte de vacinas e deacordo com os conhecimentos dos imunologistas para fazer estasdeterminações sem experimentação indevida.
O agente ativo pode estar presente em concentrações variadasna composição farmacêutica ou vacina da invenção. Tipicamente, aconcentração mínima da substância é uma quantidade necessária para obterseu uso pretendido, enquanto a concentração máxima é a quantidade máximaque irá permanecer em solução ou colocada homogeneamente em suspensãodentro da mistura inicial. Por exemplo, a quantidade mínima de uma agenteterapêutico é preferivelmente um que irá prover uma dosagemterapeuticamente efetiva única. Para substâncias bioativas, a concentraçãomínima é uma quantidade necessária para bioatividade quando dareconstituição e a concentração máxima é a no ponto em que uma suspensãohomogênea não pode ser mantida. No caso de unidades de dose única, aquantidade é a de uma aplicação terapêutica única. Geralmente, espera-se quecada dose irá compreender l-100u.g de antígeno de proteína, preferivelmente5-50ug e mais preferivelmente 5-25ug. As doses preferidas de polissacarídeosbacterianos são de 10-20ug, 10-5ug, 5-2,5ug ou 2,5-1 ug. A quantidadepreferida da substância varia de substância a substância mas é facilmentedeterminável por um versado na arte.
As preparações de vacina da presente invenção podem serusadas para proteger ou tratar um mamífero (por exemplo um pacientehumano) susceptível a infecção, por meio da administração de referida vacinaatravés de uma via sistêmica ou mucosal. Estas administrações podem incluirinjeção através das vias intramuscular, intraperitoneal, intradérmica ousubcutânea, ou através de administração mucosal para os tratos oral/alimentar, respiratório, genitourinário. Apesar da vacina da invenção poderser administrada como uma dose única, os seus componentes também podemser co-administrados juntos ao mesmo tempo ou em tempos diferentes (porexemplo, se polissacarídeos estão presentes em uma vacina, estes podem seradministrados separadamente ao mesmo tempo ou 1-2 semanas após aadministração da combinação de proteína bacteriana para coordenação ótimadas respostas imunes com relação uma à outra). Além de uma via deadministração única, 2 vias diferentes de administração podem ser usadas. Porexemplo, os antígenos virais podem ser administrados ID (intradérmica),enquanto as proteínas bacterianas podem ser administradas IM(intramuscular) ou IN (intranasal). Se polissacarídeos estão presentes, elespodem ser administrados IM (ou ID) e proteínas bacterianas podem seradministradas IN (ou ID). Além disso, as vacinas da invenção podem seradministradas IM para doses de iniciação e IN para doses de reforço.
A preparação de vacina é geralmente descrita em VaccineDesign ("The subunit and adjuvant approach" (eds Powell M. F. & NewmanMJ.) (1995) Plenum Press New York). Encapsulação dentro de lipossomas édescrita por Fullerton, Patente US 4.235.877.
Um outro aspecto da invenção é um processo para a fabricaçãode uma composição farmacêutica, compreendendo uma etapa de fazer atoxina de difteria ou fragmento ou mutante da mesma (por exemplo CRM197)usando o processo de fermentação da invenção e combinando a mesma comum veículo farmaceuticamente aceitável e opcionalmente adicionandoqualquer um dos antígenos adicionais acima mencionados.
Este processo pode ainda compreender uma etapa de conjugara toxina de difteria ou fragmento ou mutante da mesma (por exemploCRM197) a um ou mais componentes adicionais da composição farmacêutica,preferivelmente polissacarídeos ou oligossacarídeos bacterianos comodescrito acima.
Um outro aspecto da invenção é o uso de toxina de difteria oufragmento ou mutante da mesma (por exemplo CRM197) da invenção napreparação de um medicamento para o tratamento ou prevenção de doençabacteriana, particularmente doença C. diphtheriae.
Um outro aspecto da invenção é um método de prevenção outratamento de infecção bacteriana, particularmente infecção por C.diphtheriae, compreendendo a administração da composição farmacêutica,composição imunogênica ou vacina da invenção a um paciente.
Todas as referências ou pedidos de patentes citados nesterelatório de patente são incorporadas aqui por referência.
A invenção é ilustrada nos exemplos anexos. Os exemplosabaixo são realizados usando técnicas padrões, que são bem conhecidas erotineiras para os versados na arte, exceto onde de outra forma descrito emdetalhes. Os exemplos são ilustrativos, mas não limitam a invenção.
EXEMPLOS
Exemplo 1: Medições de KLa
A fim de medir o KLa de uma etapa de fermentação, ofermentador foi carregado com o volume desejado de água e os parâmetros defermentação (por exemplo, temperatura, pressão, agitação e aeração) foramaplicados e o sistema deixado alcançar um estado estável. A sonda de p02 foicalibrada a 100%.
A aeração foi deslocada rapidamente em gás nitrogênio,enquanto mantendo a mesma vazão. O p02 foi acompanhado até p02 cair amenos do que 5%. Quando este ponto foi alcançado, a aeração foi deslocadarapidamente em ar enquanto mantendo a mesma vazão. O nível de p02 foiacompanhado e registrado em vários pontos de tempo como uma porcentagemdo nível de 100% do estado estável original.
KLa foi calculado traçando em gráfico o log (100-pO2%)contra tempo. O coeficiente angular da parte linear do gráfico corresponde a -Kla. Tipicamente, somente os dados entre 20% e 80% de p02 são considerados.Resultados
As leituras de p02 em vários pontos de tempo são mostradasna tabela 1 abaixo.
Tabela 1
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Os resultados foram traçados em gráfico como mostrado nafigura 1 e o KLa determinado a partir do coeficiente angular da linha na figura1B.
Exemplo 2: Fermentação da cepa ATCC39255 de C. diphtheriae na escalade 150 litros
A bactéria usada na preparação de CRM197 (Material deReação Cruzada) é uma cepa mutante de Corynebacterium diphtheriae obtidapor tratamento com nitrosoguanidina de acordo com o método de A.Pappenheimer (Nature New Biol. 233: 8-11, 1971). Ela expressa uma toxinade difteria destoxificada (aa 52: mutação de glicina em ácido glutâmico). Elafoi obtida a partir de ATCC onde é referida como 39255. O esquema geral doprocesso de fermentação é mostrado na figura 2.
Uma semente de trabalho contendo 1,1 x 1010 cfu/ml foiretirada do congelador (-70°C) e descongelada em temperatura ambiente.Imediatamente após descongelar, o frasco foi submetido a vórtice e 250 ul dasemente são retirados com uma seringa com agulha de 1 ml.
Este volume foi injetado em 100 ml de solução salina estéril(0,9%). O frasco foi agitado. Dois ml da suspensão foram retirados com umaseringa de 2 ml com agulha e usados para inocular um frasco erlenmeyer de 31 contendo 500 ml do meio descrito em US 4.925.792. O frasco foi incubadoem 34,5°C ± 0,05°C em velocidade de agitação de 250 rpm até a densidadeóptica (650 nm) alcançar 4,0 a 6,0 (após 16 a 19 h de incubação).
Um fermentador de 150 litros foi esterilizado e 100 L do meiode cultura foram transferidos assepticamente para o fermentador. O frascocom ácido foi carregado com 500 ml de H3PO4 a 25% (v/v); o pH do meio erainicialmente cerca de 7,4 e não foi ajustado.
O fermentador foi preparado no dia anterior à inoculação emantido em condições de reserva de 34,5°C de temperatura, pressãomanométrica de 0,5 bar, vazão de 23 N l/min no espaço superior e velocidadede agitação de 50 rpm durante 16-20 h, até inoculação.
Antes da inoculação, o fermentador foi ajustado nas condiçõesde cultura de 34,5°C de temperatura, pressão de 0,5 bar, vazão de 23 N l/minaspergida no meio e velocidade de agitação de 240 rpm. Uma agitação de 240rpm dá uma velocidade de ponta de 1,76 m/s e um tempo de misturaçãoteórico de 3,9 s. O oxigênio dissolvido não é regulado, somente monitorado, osistema de controle de espuma foi comutado e o pH deixado alcançar 7,8 edepois mantido por adição de H3PO4. Antes da inoculação, a sonda de p02 foiajustada a 100%.
A velocidade de agitação foi ajustada a 240 rpm,correspondente a uma velocidade periférica de 1,76 m/s. A velocidade deagitação de 240 rpm combinada com uma taxa de aeração de 23-L/minresultou em um KLa (20-80%, água 30°C, 0,5 bar) estimado em 42 h-1 (verfigura 6).
O fermentador foi inoculado através da abertura de inóculocom 400 ml da cultura de semente descrita acima.
A fermentação continuou até ambas as seguintes condiçõesserem alcançadas. 20 h de fermentação são decorridas e o nível de oxigêniodissolvido aumentou até 10%. A duração de fermentação total estavageralmente entre 22 e 28 h.Ao término da fermentação, a temperatura foi mudada para umajuste de 20°C, a regulagem de pH foi desligada, o fluxo de ar foi deslocadono espaço superior a fim de limitar a formação de espuma, o sistema decontrole de espuma foi desligado, os outros parâmetros não foram trocados.
O sistema de microfiltração foi conectado ao fermentador e,quando a temperatura da suspensão alcançou 21°C, a microfiltração foiiniciada. A microfiltração foi operada em duas fases: uma concentração e umadiafiltração. Durante a fase de concentração, os parâmetros foram: pressãointerna: 0,6 bar, pressão externa: ~ 0,1 bar, fluxo de permeado: mantidoconstante em 2 l/min usando uma bomba peristáltica calibrada (a pressão dopermeado era cerca de 0,3 bar). A suspensão foi concentrada até um dosseguintes eventos acontecerem primeiramente. Ou a pressão de entradaalcançou 0,9 bar ou 75 litros de permeado foram recuperados.
Durante a fase de destilação, os seguintes parâmetros foramusados: a pressão interna foi mantida na pressão alcançada ao término daetapa de concentração (máximo de 0,9 bar); água foi adicionada em 2 l/min; ototal de água adicionado foi 3 volumes de retido.
O retido foi filtrado em uma membrana de 0,22 um earmazenado a +4°C. A estabilidade do CRM 197 nesta suspensão foi testadaapós até 4 dias de armazenagem tanto a +4°C como em temperatura ambiente(+20°C<RT<23°C). Nenhuma degradação e nenhuma diferença foramobservadas tanto por quantificação ELISA como SDS-page. Um teste paraconfirmação de ausência de crescimento foi feito em agar DAB incubado a 36°C.
Resultados
Duas fermentações na escala de 150 1 foram realizadas usandoo protocolo de fermentação descrito acima (CDT 199 e CDT 206). Ascondições de pré-cultura e cultura são mostradas nas tabelas 2 e 3 erendimentos de CRM197 são mostrados na tabela 4. A figura 3 mostra umgráfico das cinéticas típicas de crescimento de uma pré-cultura. Quando oO.D. (650 nm) estava entre 4,0 e 6,0, a cultura estava claramente em uma faseexponencial de crescimento e o pH mudou apenas um pouco.
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Tabela 3. Condições de Culturas
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Tabela 4. Estimativa de CRM 197
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Durante a fermentação, foram observadas fases diferentes.
A primeira fase foi caracterizada por um decréscimo dooxigênio dissolvido até 0% ser alcançado (duração de cerca de 6-7 h).Durante esta fase, o pH permanece estável ou diminui levemente (em unidadede pH de cerca de 0,1).
Durante a segunda fase, o pH diminuiu e alcançou um patamarde cerca de pH 7,8. Neste nível, a regulagem do pH foi acionada, no entanto,freqüentemente, nenhum ácido no todo devia ser adicionado nestas condiçõesde fermentação. Durante este patamar de pH, foi observado um aumento donível de oxigênio dissolvido acima de 0%, seguido por uma queda de 0%.
A terceira fase foi caracterizada por um decréscimo do pH em cerca de 7,4.
Finalmente, um aumento de p02 foi observado entre 22 e 24 hde fermentação. Isto é o sinal para colheita.
Os gases de exaustão do fermentador foram analisados porespectrômetro de massa. Um perfil típico de produção de C02 foi observado.As duas fermentações apresentadas foram prolongadas após osinal de colheita a fim de estimar as cinéticas de produção de CRM 197. Osrequerentes observaram que o nível de CRM 197 não aumenta após o sinal decolheita ser alcançado, mas houve um aumento na produção de espuma. A fimde limitar o consumo de antiespumante, é preferível interromper afermentação ao sinal de colheita. No entanto, o CRM 197 parece não afetadopor formação de espuma excessiva e nenhuma degradação ocorreu.
Microfiltração
Os dados são mostrados para a microfiltração de CDT206.74,3 L de permeado foram coletados quando a pressão deentrada alcançou 0,9 bar. A pressão de saída estava entre 0,15 e 0,10 bar portoda a etapa de concentração. A pressão do permeado foi 0,3-0,4 bar por todaa etapa de concentração e a etapa de concentração durou 36 minutos.
Para a fase de diafiltração, 75 L de água foramprogressivamente adicionados (2 l/min) enquanto o permeado foi extraído namesma vazão. A pressão de entrada foi 0,9 bar no início e caiu para 0,7 bar aotérmino da diafiltração. A pressão de saída foi estável em 0,1 bar. A duraçãoda etapa de diafiltração foi 39 min.
Quantificação de CRM 197
O nível de expressão de CRM 197 em condições de baixaaeração foi geralmente 2-4 vezes mais alto do que o obtido em condições deaeração mais alta onde p02 foi mantido em 5% ou mais alto durante toda afermentação.
SDS-page colorido de sobrenadantes de culturaGéis de SDS-PAGE (figura 4) foram ciclados dossobrenadantes de cultura em condição redutora de modo que foi possíveldetectar quaisquer bandas de degradação (após recorte, 2 subunidades derespectivamente 35 e 23 kD podem ser detectadas). Eles foramsubseqüentemente coloridos com Azul Coomassie.Resultados
Os géis coloridos com coomassie de amostras de duasfermentações são mostrados na figura 4A (CDT 199) e 4B (CDT 206). OCRM 197 apareceu no peso molecular esperado (Mw teórico: 58,4 kD). OCRM 197 não foi degradado uma vez que nenhuma mudança padrão foinotada nas amostras tomadas após o sinal do término de fermentação (figura4A, trilhas 9 e 10). A quantidade de CRM 197 não foi afetada pelamicrofiltração e filtração final em 0,22 uM uma vez que as trilhas 9 e 11 dafigura 4A não mostram quantidades equivalentes de CRM197.
A temperatura pode ter um efeito negativo sobre a estabilidadede CRM (figura 4B trilha 12). Esta amostra foi tomada enquanto a válvula daamostra estava quente e a quantidade de CRM 197 presente nesta amostra éreduzida.
Exemplo 3: Fermentação da cepa ATCC 39255 de C. diphtheriae naescala de 20 litros
Um método similar ao descrito no exemplo 2 foi usado parafermentar C. diphtheriae exceto que um fermentador de 20 1 foi usado. Acultura foi agitada em 300 rpm e o fluxo de ar fixado em 3 l/min. Nenhumaadição de ácido ou base foi requerida durante a fermentação uma vez que opH permaneceu quase neutro por toda a fermentação.
A cultura cresceu em um OD final (650 nm) de 18,3.Verificou-se que o rendimento de CRM 197 foi 103 mg/l como avaliado pordensitometria em um gel colorido.
Exemplo 4: Fermentação da cepa ATCC 39255 de C. diphtheriae emescalas diferentes
O processo de fermentação de C. diphtheriae em crescimentosob condições de KLa constantes pode ser adaptado para uso emfermentadores de outros tamanhos e desenhos diferentes. Bons resultados deprodução de CRM 197 foram obtidos seguindo as condições de tamanho dofermentador, vazão e velocidade de agitação indicadas na tabela 5. As trêsfermentações na escala de 150 1 foram realizadas em fermentadores dedesenho diferente.
Tabela 5
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Como mostrado na tabela 5, o KLa foi importante em vez deuma escolha específica de condições de fluxo de ar e de velocidade deagitação. Assim, um fluxo de ar mais baixo pode ser compensado por umavelocidade de agitação mais elevada, de modo a resultar em um KLa similar ebons rendimentos de CRM197 foram ainda obtidos. A velocidade de agitaçãodeve ser suficiente para produzir uma suspensão homogênea e a aeração élimitada para manter um p02 baixo. Diferentes fermentadores foram usadospara as fermentações de 20 litros. As diferentes geometrias dos diferentesfermentadores levam à faixa de valores de KLa mostrados na tabela 5.
No entanto, diferentes condições de KLa foram ótimas paradiferentes escalas de fermentação. Assim, para fermentação em umfermentador de 20 litros, um KLa mais baixo de 22-28 h-1 foi consideradoótimo.
Condições de KLa ótimas são as que permitem uma aeraçãolimitada de modo que o p02 na cultura está em níveis baixos. Um versado naarte deve, facilmente, ser capaz de determinar estas condições para umtamanho e geometria particulares do fermentador.
Exemplo 5: Efeito da concentração de ferro sobre o rendimento defermentações em p02 diferente.
Uma série de fermentações de C. diphtheriae cepa ATCC39255 foi realizada na escala de 20 litros seguindo o método descrito noexemplo 3, de modo que p02 foi baixo durante a maior parte da fermentaçãoou em um ajuste constante de p02 a 5%. A quantidade de Fe3+ presentevariou entre nenhuma adição de Fe3+, adição de Fe3+ 250 ppb, adição deFe3+ 500 ppb e adição de Fe2+ 500 ppb. O rendimento de CRM197 aotérmino da fermentação foi medido por densitometria de um gel SDS-PAGE.Este método tende a dar resultados aproximadamente 20% mais baixos do queos obtidos por ELISA.
Resultados
Tabela 6
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Como mostrado na tabela 6, quando C. diphtheriae éfermentado em p02 a 5%, a adição de ferro leva a uma redução derendimento. No entanto, quando o nível de p02 é reduzido e a fermentação érealizada em condições de p02 baixo em KLa constante, como descrito noexemplo 3, rendimentos mais elevados foram obtidos e o rendimento não foiafetado pela adição de Fe3+.
Exemplo 6: Efeito da concentração de ferro sobre o rendimento de DT ouCRM197 em condições de baixa aeração
A faixa de concentração de ferro que não impacta a expressãode CRM197 foi determinada em microplacas. As microplacas simulam ascondições de aeração limitadas existentes no processo de fermentação dainvenção.
A cultura em microplacas foi realizada no mesmo meio comofoi usado nas fermentações descritas acima (em um meio similar a meio CY).Fe3+ foi adicionado de uma solução de carga de FeC13.6H20 em 1 g/l de íon Fe3+.As cavidades das placas de microtitulação foram carregadascom o meio e foram inoculadas em 8 E5 bact/ml.
As placas de microtitulação foram inoculadas em 34,5°C comagitação de 250 rpm durante 46 h no caso de ambos Corynebacteriumdiphtheriae expressando CRM197 e Corynebacterium diphtheriaeexpressando toxina de difteria.
As amostras foram filtradas através de um filtro de 0,22 um.
A expressão foi medida pelo método de densitometria emSDS-page (XT Criterion 4-12% bis tris de BioRad) colorido com azulCoomassie (coloração Gelcode blue de Pierce). A referência usada para aquantificação foi o mutante CRM de toxina de difteria do List BiologicalLaboratories INC, introduzido em diferentes concentrações no gel.
Resultados
A tabela 7 mostra a expressão de CRM 197 em diferentes15 concentrações de ferro para C. diphtheriae cultivado em condições de aeraçãolimitadas em cavidades de microtitulação. A expressão de CRM 197 foifracamente sensível à repressão por Fe3+ e não foi significativamente afetadapela adição de Fe3+ 1 ppm ou 2 ppm. Somente em 3 ppm ocorreu uma quedasignificativa da expressão de CRM197. Mesmo neste nível de Fe3+, aexpressão de CRM197 foi ainda 79% da obtida sem adição de Fe3+.
Tabela 7. Corynebacterium diphtheriae expressando CRM197
<table>table see original document page 32</column></row><table>Os rendimentos de CRM197 são expressados como umaporcentagem do rendimento obtido sem adição de Fe3+ extra.
Os resultados da expressão de DT são mostrados na tabela 8para C. diphtheriae cultivado em cavidades de microtitulação nas condiçõesindicadas. A produção de DT em condições de aeração limitadas também foifracamente sensível à repressão por Fe3+. A expressão de DT aumentou coma concentração de Fe3+ aumentando com a produção de DT máxima obtidaem 700 ppb. A expressão de DT começou a cair somente quando aconcentração de Fe3+ foi aumentada para 3 ppm.
Tabela 8. Corvnebacterium diphtheriae expressando toxina de difteria
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Os rendimentos de DT são expressados como umaporcentagem do rendimento obtido sem adição de Fe3+ extra.