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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum frühen Nachweis
von Flaviviren, insbesondere des Virus des Dengue-Fiebers, sowie
seine Anwendungen.
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Dengue
ist eine tropische Krankheit, die akut fiebrig ist, deren verursachendes
Virus ein Arbovirus ist, das von Moskitos übertragen wird. Die Überträger der
Krankheit sind Moskitos der Gattung Aedes, insbesondere Aedes aegypti,
deren Larven am häufigsten
im Haus oder in der Umgebung eines Hauses vorkommen. Das verantwortliche
Virus, das 1951 isoliert wurde, wurde in vier unterschiedliche antigene
Typen eingeteilt (DEN1, DEN2, DEN3 und DEN4). Es gehört zu der
Familie der Flaviviridae, Gattung Flavivirus.
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Mehr
als 2 Milliarden Einwohner leben in den endemischen Zonen und die
Anzahl der durch das Virus infizierten Personen könnte pro
Jahr sich auf mehr als 100 Millionen erhöhen. Dengue ist für 500.000
Krankenhausaufnahmen und mehrere zehntausend Todesfälle, in
der Mehrzahl Kinder, pro Jahr verantwortlich.
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Nach
einer Inkubation von fünf
bis acht Tagen ist der Beginn der klinischen Anzeichen im Allgemeinen plötzlich und
besteht im Auftreten von nicht-differenziertem Fieber (DF, dengue
fever), das von schweren Kopfschmerzen, Lombalgien, Muskelschmerzen
und artikulären
Schmerzen sowie von Schüttelfrost
begleitet ist. Vom dritten bis fünften
Tag der fiebrigen Phase kann ein kongestiver, maculo-papulöser Ausschlag
während drei
bis vier Tagen auftreten (klassische Dengue-Erkrankung).
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In
seiner schweren Form kann die Infektion zum Auftreten eines Hämarrhogie-Syndroms
führen
(DHF oder dengue haemorrhagic fever), das durch eine verstärkte vaskuläre Permeabilität und eine
Störung
der Hämostase
gekennzeichnet ist. Während
in der Mehrheit der Fälle
die Entwicklung innerhalb einer Woche im Allgemeinen günstig ist,
kann der Ausgang im Fall eines hypovolämischen Schocks (DSS oder Dengue-Schock-Syndrom)
fatal sein. Diese Komplikationen könnten im Vorliegen einer vorher
existierenden Immunität,
die während
einer Primo-Infektion
durch ein Virus, das zum Dengue-Virus heterolog ist (unterschiedlicher
Serotyp) erworben wurde, begründet
sein. In der Tat werden zwei unterschiedliche Typen einer serologischen
Reaktion bei den Personen identifiziert, die durch Dengue infiziert
sind: die Personen, die niemals eine Flavivirus-Infektion hatten
und nicht gegen ein anderes Flavivirus (Gelbfiebervirus, Virus der
japanischen Enzephalitis beispielsweise) geimpft waren, werden eine
Primärantwort
zeigen, die durch das langsame Auftreten von spezifischen Antikörpern gegen
das für
die Infektion verantwortliche Virus charakterisiert ist; die Personen,
die bereits eine Flavivirus-Infektion
hatten (z.B. anderer Serotyp des Dengues) oder gegen ein anderes
Flavivirus geimpft waren, werden eine Sekundärreaktion zeigen, die durch
das schnelle Auftreten der Antikörper
gekennzeichnet ist.
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Das
infektiöse
Agens ist das Virus des Dengue-Fiebers, das zur Familie der Flaviviridae
gehört,
zu der auch das Gelbfiebervirus und das der japanischen Enzephalitis
gehört
(T.P. Monath et al., (1996) Flaviviruses in B.N. Fields, D.M. Knipe,
P.M. Howly et al. (Herausg.) „Fields
Virology" Philadelphia
: Lippincott Raven Press Publishers). Diese Viren besitzen eine
einsträngige
RNA mit positiver Polarität,
die 11.000 Nukleotide umfasst und die für ein Polyprotein mit etwa
3400 Aminosäuren
kodiert. Dieses individualisiert sich im Verlauf von co- und post-translationalen
Spaltungen durch virale und zelluläre Proteasen in drei Strukturproteine
und sieben nicht-strukturelle Proteine NS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A,
NS4B und NS5. Das nicht-strukturelle
Protein NS1 wurde zum ersten Mal 1970 von P.K. Russel et al. identifiziert
(J. Immunol., (1970), 105, 838–845)
und 1985 von G.W. Smith et al. (J. Gen. Virol., (1985), 66, 559-571) charakterisiert.
Dieses Glycoprotein wird in der Gattung der Flaviviren (T.P. Monath,
bereits zitiert) in hohem Maße
konserviert und zwar insbesondere in den vier Serotypen des Virus
des Dengue-Fiebers, und liegt in einer intrazellulären Form
und einer extrazellulären
Form vor. Die intrazelluläre
Form greift in die frühen
Phasen der Replikation des Virus ein (Hall R.A. et al., J. Virol. (1999),
73, 10272–10280;
Rice C.M. et al., J. Virol., (1997), 71, 291–298; Rice C.M. et al., J.
Yirol., (1996), 222, 159–168
; Rice C.M. et al., J. Virol., (1997), 71, 9608–9617). Bevor das Protein NS1
zur Plasmamembran transportiert wird, macht es eine Dimerisierung
durch. In den Säugetierzellen,
nicht aber in den Insektenzellen, wird ein Teil des Proteins NS1
in das extrazelluläre
Milieu freigesetzt, und zwar entweder hauptsächlich in Form eines löslichen
Proteins oder untergeordnet in Mikropartikelform. Wenn es in löslicher
Form geschieht, liegt das Protein in Form eines Oligomers, insbesondere
eines Pentamers oder eines Hexamers, vor (Crooks A.J. et al., J.
Chrom., (1990), 502, 59–68
und J. Gen. Virol., (1994), 75, 3453–3460). Derzeit ist die biologische Funktion
des Proteins NS1 nicht bekannt.
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Mehrere
Studien legen einen immundominanten Charakter des Proteins NS1 in
der schützenden
Immunantwort gegen die Flavivirus-Infektionen nahe. Experimente,
die mit einer bestimmten Anzahl von Flaviviren, wie z.B. dem Gelbfiebervirus,
dem Dengue-Fieber-Virus, dem Virus der japanischen Enzephalitis
und dem Virus der Zecken-Enzephalitis durchgeführt wurden, haben einen partiellen
oder vollständigen
Schutz gegen eine tödliche
Dosis eines homologen Virus bei den Tieren gezeigt, die mit dem
Protein NS1 geimpft worden waren, entweder als Untereinheit oder
durch Virusträger
produziert, als Impfstoff oder Adenovirus (Schlesinger et al., J.
Virol., (1986), 60, 1153–1155;
J. Gen. Virol. (1987), 68, 853–857;
Falgout et al., J. Yirol., (1990), 64, 4356–4363; Jacobs et al., J. Virol.,
(1992), 66, 2086–2095
; Hall et al., J. Gen. Virol., (1996), 77, 1287–1294 ; Konishi et al., Virology,
(1991), 185, 401–410).
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Die
passive Immunisierung von Mäusen
durch monoklonale Antikörper
gegen NS1 hat es außerdem ermöglicht,
einen gewissen Grad des Schutzes zu erlangen (Schlesinger, et al.,
J. Immunol, (1985), 135, 2805–2809;
Gould et al., J. Gen. Virol., (1986), 67, 591–595; Henchal et al., J. Gen.
Yirol., (1988), 69, 2101–2107).
Die Rolle der Antikörper
gegen NS1 beim Schutz kennt man nicht vollständig. Es könnte sein, dass die Proteine
NS1 an der Oberfläche
der infizierten Zellen von den Antikörpern erkannt werden, die das Komplement
fixieren, was zur Lyse der infizierten Zellen führt (Schlesinger, et al., Virology,
(1993), 192, 132–141).
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Es
gibt keine spezifische Behandlung und die Versorgungen, die für den Patienten
erbracht werden, sind einzig symptomatisch. Im Fall der klassischen
Dengue-Erkrankung beruht die Behandlung auf der Verabreichung von
Analgetika und Antipyretika. Im Falle von DHF besteht die Behandlung
in einer Perfusion, um den plasmatischen Verlust auszugleichen,
verbunden mit der Korrektur hydroelektrischer Störungen und der Wiederbelebung
der Diurese.
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Im
Handel ist kein Impfstoff gegen das Virus des Dengue-Fiebers verfügbar. Dagegen
wurden Assays bezüglich
des Schutzes durch abgeschwächte
Stämme
der vier Serotypen des Virus des Dengue-Fiebers von N. Bhamarapravati
et al. (Dengue and Dengue haemorrhagic fever (1997), 367–377) mit
nicht-zufrieden stellenden Ergebnissen durchgeführt. Die Prävention beruht demnach einzig
auf der Bekämpfung
des Überträgers. Diese
Bekämpfung
verbindet eine Larvenzerstörung
und die Verstäubung
von „Adulticiden".
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Bei
Fehlen von Impfstoff ist es notwendig, die Epidemien zu überwachen
und die vorstehend genannten Komplikationen zu verhindern; um dies
zu tun, wurden durch die Welt-Gesundheits-Organisation
Programme zur aktiven Überwachung
eingeführt;
diese umfassen im Wesentlichen die Überwachung der Fälle mit
Fieber und der Insektenüberträger sowie
das serologische und virologische Screening von Personen, die Fieber haben
und die verdächtigt
werden, mit dem Virus des Dengue-Fiebers infiziert zu sein.
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Die Ätiologie
des Dengue-Fiebers ist manchmal schwierig zu erkennen, wenn ein
Kranker ein nicht-differenziertes fiebriges Syndrom zeigt, das „Dengue-artig" ist, das von einem
anderen Arbovirus, Viren, die eruptives Fieber hervorrufen, wie
Grippe, oder nicht-viralen Pathogenen von Krankheiten, wie Leptospirose
und sogar Malaria, herrühren.
Hier kann nur eine Laboruntersuchung die Diagnose herbeiführen.
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Derzeit
gibt es mehrere Diagnosetests für
Dengue-Fieber. Um ein interpretierbares Resultat zu erhalten, ist
es jedenfalls notwendig, mehrere Verfahren zu kombinieren:
- – die
Isolierung des Virus durch Techniken der klassischen Virologie,
insbesondere durch Infektion von Zellkulturen oder Vermehrung im
Gehirn junger Mäuse
oder durch Amplifikation durch Inokulation in Moskitos und Untersuchung,
z.B. durch Immunfluoreszenz. Diese Verfahren haben den Nachteil,
dass sie schwierig durchzuführen
sind und von der Frühzeitigkeit
der Entnahme und guter Konservierungsbedingungen abhängen; darüber hinaus
können
die ersten Resultate frühestens
nach einer Woche erhalten werden; um diese Unzulänglichkeiten auszuräumen, kann
man sich eines Tests durch RT/PCR bedienen (V. Deubel., L'eurobiologiste (1997),
Band XXXI, 37–155);
allerdings ist dieses Mittel nicht immer zuverlässig und kann in den Ländern, die
von der Infektion durch das Virus des Dengue-Fiebers betroffen sind,
aus Kostengründen
und Gründen
der Ausstattung nicht routinemäßig durchgeführt werden;
- – die
serologischen Tests; die früheste
serologische Diagnose besteht darin, für virale Antigene spezifischer IgM
durch die MAC-ELISA-Technik (immunoglobulin MAntibody Capture Enzyme-Linked
ImmunoSorbent Assay) zu bestimmen. Ihre Detektion mehrere Tage nach
Einsetzen der Symptome ermöglicht
es, eine Diagnose für
die Wahrscheinlichkeit einer Infektion durch ein Flavivirus zu entwickeln.
Die Antikörper
des IgG-Typs treten im Vergleich zu den Antikörpern des IgM-Typs später auf.
In jedem Fall benötigt
die Suche bzw. Bestimmung der Antikörper zwei Entnahmen: eine zu
Beginn der klinischen Anzeichen, die andere 10 bis 28 Tage danach,
um so eine serologische Umwandlung durch Inhibierungsreaktion der
Hämagglutination
(IHA) oder ELISA zu beweisen.
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Es
wurden auch einfache und kostengünstige
immunologische Tests vorgeschlagen, die in den Risikoländern einsetzbar
sind und die als spezifisches immunologisches Reagens Peptide verwenden,
die vom nicht-strukturellen Protein NS1, das für Flavivirus charakteristisch
ist, abgeleitet sind. So beschreibt das Patent
US 5 824 506 ein Verfahren, das Peptide
verwendet, die vom nicht-strukturellen Protein NS1 abgeleitet sind, und
die es erlauben, die Antikörper
zu detektieren, die durch das Vorliegen des Virus des Dengue-Fiebers
induziert werden; jedenfalls erkennen die selektionierten Peptide
im Wesentlichen die Proben, die von Rekonvaleszenten erhalten werden,
und erkennen auch die Patienten, die zum zweiten Mal infiziert wurden,
besser als die, die zum ersten Mal infiziert wurden; diese enttäuschenden
Ergebnisse können
aus der Tatsache erklärt werden,
dass die verwendeten Peptide für
die antigenen Merkmale des nativen Proteins nicht repräsentativ sind
und daher zu einer schlechten Erkennung der gesuchten Antikörper führen.
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In
allen Fällen
kann nur die verzögerte
Bestätigung
einer Infektion durch ein Flavivirus erbracht werden.
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Ein
von Sir Albert Sakzewski Virus Research Centre Royal Children's Hospital, (A. Falconar,
1991) stammender Artikel beschreibt die Bestimmung des nicht-strukturellen
Glycoproteins NS1 in Serum von Patienten, die durch das Virus DEN2
infiziert waren. Die Autoren dieses Berichts verwenden einen ELISA-Test
des Doppel-Sandwich-Typs, in dem ein Kaninchenserum, das polyklonale
Antikörper
gegen NS1 enthält,
die als Abfangantikörper
verwendet werden, auf einer Mikrotiterplatte immobilisiert ist.
Das abgefangene Antigen wird mit Hilfe von monoklonalen Mausantikörpern, die
gegen das Protein NS1 entweder des Virus des Dengue-Fiebers, Typ
DEN2, oder spezifisch des serologischen Komplexes des Dengue-Fiebers
gerichtet sind, detektiert; die Entwicklung der Bildung des Antigen/Antikörper-Komplexes
erfolgt mit Hilfe von Ziegen-anti-Maus-IgG, gebunden an Peroxidase.
Mit diesem Verfahren haben die Autoren gezeigt, dass die Detektionsempfindlichkeit des
Tests mit den polyklonalen Antikörpern
DEN2 als Entwicklungssonde etwa 4 ng/ml ist und mit den monoklonalen
Antikörpern
der Gruppe etwa 60 ng/ml ist, wenn man das gereinigte oder abgebaute
dimere Protein NS1 als Standard verwendet.
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Dieser
Test jedoch erlaubt die Detektion des Proteins NS1 weder im Fall
von Primärinfektionen
in der akuten oder rekonvaleszenten Phase noch im Fall von Sekundärinfektionen
in der rekonvaleszenten Phase, in denen ein erhöhter Titer der Antikörper gegen
NS1 vorliegt; die Autoren haben daraus den Schluss gezogen, dass
das Protein NS1 nur im Fall von Sekundärinfektionen in bedeutenden
Mengen vorliegen kann und das vorübergehend während der Infektion.
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Nun
haben die Erfinder ein Reinigungsverfahren des Proteins NS1 eines
Flavivirus in Hexamerform verwendet, was ihnen die Möglichkeit
gibt, spezifische Antikörper
dieses Proteins in Hexamerform zu selektionieren und in überraschender
Weise zu zeigen, dass diese Antikörper die Werkzeuge der Wahl
sind um die verschiedenen Formen des Proteins NS1 zu beweisen, das
im Rahmen einer Infektion durch ein Flavivirus, insbesondere in
den frühen
Phasen, in denen die Reaktion in spezifischen Antikörpern nicht
nachweisbar ist, insbesondere während
Primärinfektionen
durch das Virus des Dengue-Fiebers, im Blutkreislauf befindet.
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Als
Folge haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
zum frühen
Nachweis einer Flavivirus-Infektion bereitzustellen, das besser
auf die Anforderungen der Praxis reagiert als die Verfahren des Standes
der Technik, d.h. ein Verfahren bereitzustellen, das zuverlässig, schnell,
kostengünstig
ist und das rechtzeitig an die medizinischen Versorgungen angepasst
werden kann.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist folglich ein Verfahren zum frühen Nachweis
einer Flavivirus-Infektion, dadurch gekennzeichnet, dass es den
Nachweis des nicht-strukturellen
Glycoproteins NS1 eines Flavivirus in einer biologischen Probe während der
gesamten Dauer der klinischen Phase der Infektion durch ein immunologisches
Verfahren unter Verwendung von mindestens zwei Antikörpern, die
gleich oder unterschiedlich sind, umfasst, wobei
- – der erste
Antikörper
oder Einfangantikörper
des Glycoproteins NS1 durch Antikörper gebildet wird, die aus der
Gruppe bestehend aus:
- – polyklonalen
Antikörpern,
die vorher durch Immuneinfangen auf dem Protein NS1 des Flavivirus
in Hexamerform selektioniert werden; und
- – Gemischen
monoklonaler Anti-NS1-Antikörper,
die vorher bezüglich
ihrer erhöhten
Affinität
für das
Protein NS1 des Flavivirus in Hexamerform selektioniert werden,
wobei die monoklonalen Antikörper
dann gereinigt werden, ausgewählt
ist;
- – der
zweite Antikörper
oder Entwicklungsantikörper
aus der Gruppe bestehend aus:
- – polyklonalen
Antikörpern,
die gegen das Protein NS1 in Hexamerform gerichtet sind, und
- – einem
Gemisch monoklonaler Antikörper,
die gegen das Protein NS1 in Hexamerform gerichtet sind, ausgewählt ist.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man unter Hexamerform
des Proteins NS1 eines Flavivirus das native Protein, das ausgehend
vom Kulturüberstand
von Säugetierzellen,
die durch das Flavivirus infiziert sind oder durch ein Expressionssystem
transformiert sind, welches das Gen des Proteins NS1 des Flavivirus
trägt,
erhalten wird und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es nachfolgend
beschrieben wird, gereinigt wird. Diese Hexamerform des Proteins
NS1, die sich von anderen Formen, wie der Monomerform oder der Dimerform
des Proteins unterscheidet, wird durch Elektrophoresetechniken oder
Chromatographietechniken, wie sie in 1 beschrieben
sind, bewiesen.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man unter polyklonalen
und monoklonalen Antikörpern, die
gegen das Protein NS1 eines Flavivirus gerichtet sind, Antikörper, die
durch Immunisierung eines nicht-menschlichen Säugetiers erhalten werden,
- – entweder
durch ein Protein NS1 in Hexamerform
- – oder
durch ein lebendes oder inaktiviertes Flavivirus,
wobei
die polyklonalen Antikörper
auf ihre Affinität
für das
Protein NS1 in Hexamerform selektioniert werden und in einer einzigen
Stufe gereinigt werden und wobei die monoklonalen Antikörper vornehmlich
auf ihre erhöhte
Affinität
zu dem Protein NS1 in Hexamerform selektioniert und dann durch klassische
Techniken gereinigt werden, insbesondere durch Affinitätschromatographie
oder Ionenaustausch.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man unter Affinität eines
monoklonalen Antikörpers
für das
Protein NS1 in Hexamerform die Konzentration an dem Protein, die
notwendig ist, um 50% der Stellen des Antikörpers zu sättigen; sie wird durch die
Affinitätskonstante
des Antikörpers
nach dem in Beispiel 5 beschriebenen Protokoll gemessen.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man unter erhöhter Affinität eine Affinität, deren
Konstante unter 10–8M liegt.
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In überraschender
Weise kann die Verwendung ausgewählter
und gereinigter polyklonaler Antikörper zur Detektion des Proteins
NS1 in einer biologischen Probe durch Immuneinfangen am Protein
NS1 in Hexamerform oder monoklonaler Antikörper, die eine erhöhte Affinität für das Protein
NS1 in Hexamerform zeigen und gereinigt wurden anstelle eines hyperimmunisierten
Kaninchenserums die Empfindlichkeit des Verfahrens in signifikanter
Weise verbessern und das Protein NS1, das infolge eines frühen Stadiums
der Infektion oder infolge einer Primärinfektion wie auch infolge
einer Sekundärinfektion
im Blut der Kranken zirkuliert, nachweisen. Das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt eine Reihe von Vorteilen:
- – es kann
in einem frühen
Stadium durchgeführt
werden: das Vorliegen des Glycoproteins NS1 wird während der
klinischen Phase entwickelt, bevor die Reaktion in Form von Antikörpern nachweisbar
ist,
- – es
ist empfindlich: man kann bis zu weniger als 1 ng Protein/ml Serum
detektieren, was es möglich
macht, dass in der frühen
Phase der Primärinfektionen
zirkulierende Protein NS1 zu detektieren,
- – es
ist schnell: man kann innerhalb eines Tages die Antwort erhalten,
- – es
ist relativ kostengünstig
und kann demnach in den Risikoländern
verwendet werden,
- – es
ermöglicht
die Unterscheidung von geimpften Personen von Personen, die kürzlich durch
ein Flavivirus infiziert wurden, da das Protein NS1 bei den geimpften
Personen fehlen wird, bei denen die Antikörper noch nachweisbar sein
können.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens ist die Flavivirus-Infektion eine Infektion durch
das Virus des Dengue-Fiebers.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens ist der erste Antikörper vorzugsweise auf einem
zweckdienlichen festen Träger
fixiert und ist der zweite Antikörper
gegebenenfalls mit einem geeigneten Marker konjugiert.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird,
wenn der zweite Antikörper nicht
an einen Marker konjugiert ist, seine Bindung an das Protein NS1,
das auf dem festen Träger
fixiert ist, durch einen dritten Antikörper, der mit einem zweckdienlichen
Markier konjugiert ist, detektiert; der dritte Antikörper ist
ein klassischerweise verwendeter Antikörper, z.B. ein IgG, das gegen
den zweiten Antikörper
gerichtet ist und insbesondere durch Ziege, Schwein oder Esel produziert
wird.
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Von
den verwendeten Markern kann man als Beispiele fluoreszierende Marker,
das System Biotin/Streptavidin, Nicht-Isotopen-Marker oder Enzyme,
wie z.B. Meerrettichperoxidase oder alkalische Phosphatase, nennen.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens ist der dritte Antikörper mit einem Enzym konjugiert.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
des Verfahrens ist dieses dadurch gekennzeichnet, dass
- – der
erste Antikörper
oder Einfangantikörper
aus polyklonalen Mausantikörpern
gebildet wird, die durch Immuneinfangen an dem Protein NS1 des Virus
des Dengue-Fiebers selektioniert werden, wobei das Protein in Hexamerform
vorliegt, und
- – der
zweite Antikörper
oder Antikörper
zum Nachweis des Vorliegens von NS1 in der zu analysierenden biologischen
Probe aus polyklonalen Antikörpern
von Kaninchen, die durch das Protein NS1 des Virus des Dengue-Fiebers
immunisiert sind, wobei das Protein in Hexamerform vorliegt, besteht,
wobei die Fixierung des zweiten Antikörpers durch einen dritten Antikörper entwickelt
wird, der aus Antikörper
besteht, die an Peroxidase konjugiert sind und gegen den zweiten
Antikörper
gerichtet sind.
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Nach
einer anderen weiter bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden
die polyklonalen Mausantikörper
durch Immuneinfangen an dem hexameren Protein NS1 des Dengue-Fiebers,
Serotyp 1, gereinigt.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Kit oder eine Kassette
zur Diagnose einer Flavivirus-Infektion, dadurch gekennzeichnet,
dass er/sie umfasst:
- – mindestens einen Einfangantikörper und
mindestens einen Entwicklungsantikörper, wie sie vorstehend definiert
sind,
- – mindestens
eine positive Kontrolle, die durch das Protein NS1 eines Flavivirus
und/oder verschiedener Serotypen entsprechend dem Flavivirus gebildet
wird, wobei das Protein in Hexamerform vorliegt, und
- – mindestens
eine negative Kontrolle, die aus einem normalen humanen Serum besteht.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Kassette zur Diagnose gemäß der Erfindung
wird das Protein NS1 in Hexamerform aus einem Kulturüberstand
entweder von infizierten Säugerzellen
oder Säugerzellen,
die durch ein rekombinantes Plasmid transfiziert sind, welches das
Gen des Proteins NS1 oder ein Fragment des Gens oder ein Fragment
des Flavivirusgenoms trägt,
wobei die Fragmente geeignet sind, das Protein NS1 ganz oder teilweise
zu exprimieren.
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Nach
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Kassette zur Diagnose gemäß der Erfindung ist
das Protein NS1 das des Virus des Dengue-Fiebers.
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Nach
einer anderen noch vorteilhafteren Ausführungsform der Kassette zur
Diagnose ist das Plasmid das Plasmid pClneo-NS1.FGA, das bei der
Collection Nationale de Cultures et de Microorganismes, unterhalten
vom Institut Pasteur, mit der Nummer I-2220 am 7. Juni 1999 hinterlegt
wurde.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Reinigung
des Proteins NS1 eines Flavivirus in Hexamerform, ausgehend von
einem Kulturüberstand
entweder von infizierten Säugerzellen
oder von Säugerzellen,
die durch ein rekombinantes Plasmid transfiziert sind, welches das
Gen des Proteins NS1 eines Flavivirus oder ein Fragment des Gens
oder ein Fragment des Flavivirusgenoms trägt, wobei die Fragmente fähig sind,
das Protein NS1 in Hexamerform zu exprimieren, dadurch gekennzeichnet,
dass es vor der Reinigung des Proteins NS1 durch klassische Techniken
eine Stufe der Abtrennung der löslichen
Form des Proteins NS1 von der Mikroteilchenform des Proteins durch
Behandlung mit einem Präzipitationsmittel
und danach eine Zentrifugation umfasst.
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Die
Zentrifugation wird beispielsweise bei einer Geschwindigkeit von
10.000 g oder darüber
durchgeführt.
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Im
Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man unter einem Präzipitationsmittel
ein Mittel, das die Proteine in Mikroteilchenform oder Zelldebris
spezifisch präzipitiert,
z.B. Polyethylenglykol, wobei das Mittel unter klassischen Bedingungen
verwendet wird, die es ermöglichen,
die löslichen
Proteine und die Proteine in Mikroteilchenform oder Zelldebris zu
trennen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Reinigungsverfahrens ist das hexamere Protein NS1 das des Virus
des Dengue-Fiebers, insbesondere das Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp
1.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch eine immunogene Zusammensetzung,
dadurch gekennzeichnet, dass sie als Wirkstoff das Protein NS1 eines
Flavivirus in Hexamerform, gegebenenfalls assoziiert mit anderen
Proteinen, in Kombination mit mindestens einem pharmazeutisch annehmbaren
Vehikel umfasst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der immunogenen Zusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst die
immunogene Zusammensetzung mindestens ein Gemisch der Proteine NS1
in Hexamerform, die verschiedenen Serotypen des Virus des Dengue-Fiebers
entsprechen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch eine immunogene Zusammensetzung,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen Wirkstoff, ausgewählt aus
der Gruppe, bestehend aus:
- – einem Polynukleotid, das
fähig ist,
das Protein NS1 des Virus des Dengue-Fiebers, ganz gleich welcher sein
Serotyp ist, zu exprimieren, und
- – einem
Expressionssystem, das mindestens einem Promotor, der fähig ist,
bei einem Wirt, in den es injiziert ist, die DNA, die für das Protein
des Virus des Dengue-Fiebers, ganz gleich, welcher sein Serotyp
ist, kodiert, zu exprimieren, wobei die DNA das Protein exprimiert,
umfasst,
- – in
Kombination mit mindestens einem pharmazeutisch annehmbaren Vehikel
umfasst. Vakzinierungs-Protokolle, die Nukleinsäure verwenden, werden insbesondere
in der internationalen Anmeldung WO 90/11092 beschrieben.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des Proteins
NS1 eines Flavivirus in Hexamerform oder eines seiner Expressionssysteme
zur Herstellung einer immunogenen Zusammensetzung, die geeignet
ist, die Antikörperproduktion
in vivo zu induzieren.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Verwendung ist das Protein NS1 das das Virus des Dengue-Fiebers,
insbesondere Serotyp 1.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung mindestens eines
monoklonalen Anti-NS1-Antikörpers,
der eine erhöhte
Affinität
für das
Protein NS1 in Hexamerform aufweist, wobei die monoklonalen Antikörper dann
gereinigt werden und zur Herstellung eines Medikaments, das geeignet
ist, eine passive Immunisierung zu induzieren, modifiziert werden.
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Die
Modifikationen der Antikörper
sind vorteilhafterweise die Selektion von Fragmenten Fab oder die Humanisierung
der Antikörper.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung des Proteins
NS1 in Hexamerform zum Selektionieren in vitro der spezifischen
Antikörper
des Proteins NS1, die zum frühen
Nachweis einer Flavivirus-Infektion geeignet sind.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Verwendung sind die Antikörper
polyklonale Antikörper.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Verwendung sind die Antikörper
monoklonale Antikörper.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Verwendung ist das Protein das Protein NS1 des Virus des Dengue-Fiebers,
insbesondere Serotyp 1.
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Die
monoklonalen Anti-NS1-Antikörper
werden vorteilhafterweise durch Fusion von Milzzellen von Mäusen, die
durch das Protein NS1 in Hexamerform immunisiert waren, mit geeigneten
Myelomzellen erhalten.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Expression
eines Polynukleotids, das für
das Protein NS1 eines Virus des Dengue-Fiebers kodiert, dadurch
gekenn zeichnet, dass es die Expression eines Polynukleotids, wie
es in SEQ ID NO:1 definiert ist, verbunden mit einem Promotor des
Nukleotids, in zweckdienlichen Eukaryontenzellen umfasst.
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Andere
Merkmale und Vorzüge
der Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung und der Beispiele, die
durch die Figuren veranschaulicht werden, klar; diese sind wie folgt:
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1 stellt
das gereinigte, extrazelluläre
hexamere Protein NS1 dar, das nach Ausschlusschromatographie erhalten
worden war: (a) nach Ausschlusschromatographie wird das Protein
durch Ultrafiltration auf 0,5 mg/ml konzentriert und mit Dimethylsuberimidat
(DMS) mit 0, 0,5, 5 und 50 mM behandelt. Die erhaltenen Produkte
werden in einen nichtreduzierenden Laemmli-Puffer gegeben, auf Acrylamidgel
mit einem Gradienten von 4 bis 20% getrennt und mit Coomassieblau
markiert. Eine Probe, die mit 50 mM DMS behandelt worden war, wird
vor der Elektrophorese 3 min lang bei 95°C erwärmt, um die nicht-covalenten
Oligomere zu dissoziieren; (b) das gereinigte Protein NS1 wird während einer
Nacht bei 37°C
mit 0,5% oder 1% n-Octylglucosid (nOG) behandelt und gegebenenfalls
mit 25 mM DMS während
1 Stunde behandelt. Die Proteine werden ohne Denaturierung in der
Wärme auf
einem Acrylamidgel mit einem Gradienten von 4 bis 20% getrennt und
durch Immunblotting mit einem monoklonalen Anti-NS1-Antikörper der
Literatur oder wie er vorstehend definiert wurde, detektiert;
-
2 stellt
die Sequenz des Proteins NS1 des Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp
1, erhalten durch den Klon 4C des im Folgenden beschriebenen Beispiels
2, sowie die entsprechende kodierende Sequenz dar;
-
3 stellt
die Resultate dar, die durch Dosierung des Proteins NS1 im Blutkreislauf
durch das Detektionsverfahren durch ELISA-Einfangen bei Patienten,
die vorher durch ein Virus des Dengue-Fiebers infiziert waren, deren
Serum während
akuter und rekonvaleszenter Phasen entnommen worden war, sowie den
Vergleich mit den Resultaten, die durch die Techniken des Standes
der Technik IHA (Inhibierung der Hämagglutination der Serotypen
1, 2, 3 oder 4 des Virus des Dengue-Fiebers) und MAC-ELISA (immunoglobulin
M Antibody Capture Enryme-Linked
ImmunoSorbent Assay) erhalten wurden, dar; D1 entspricht dem Serotyp
1 des Dengue; D2 entspricht dem Serotyp 2 des Dengue; D3 entspricht
dem Serotyp 3 des Dengue und D4 entspricht dem Serotyp 4 des Dengue;
ID = Identität
des Kranken; 1 entspricht der ersten Entnahme in der akuten Phase
der Krankheit, 2 entspricht der zweiten Entnahme in der rekonvaleszenten
Phase (durchgeführt
2 bis 4 Wochen nach der ersten); im ELISA-Einfangtest sind die Werte
als optische Dichte ausgedrückt,
die für
dasselbe Serum, 10-, 30- oder 90-fach verdünnt, erhalten wurden;
-
4 veranschaulicht
die Detektion des Proteins NS1 durch den ELISA-Einfangtest für Seren
von Patienten, die durch das Virus des Dengue, Serotyp 1, auf Französisch Guayana
infiziert waren. Die angegebenen Zahlen stellen die Anzahl der Patienten
dar, die in die Kategorie eingeteilt wurden (positiv oder negativ beim
ELISA-Einfangen und positiv oder negativ bezüglich IgM);
-
5 veranschaulicht
die Resultate, die von 4 Patienten aus Französisch Guayana erhalten worden waren,
wobei die Patienten durch das Dengue-Virus 1 iniziert waren; die
Proben wurden täglich
während
der klinischen Phase der Krankheit vom Tag 1 bis Tag 5 entnommen.
Jedes Diagramm entspricht einem Patienten mit täglicher Probennahme, wobei
die Resultate der Detektion des Proteins NS1 mit dem entwickelten
ELISA-Einfangstest, die Resultate der RT-PCR und die Resultate,
die durch die MAC-ELISA-Technik erhalten wurden, gleichzeitig angegeben
sind. Die angegebenen D.O.-Werte wurden bezüglich des Hintergrundrauschens korrigiert.
Die Positivitätsgrenzen
werden durch die unterbrochenen Striche angegeben;
-
6 zeigt
die Charakteristika der monoklonalen Anti-NS1-Antikörper F22
und G18;
-
7 veranschaulicht
die Detektion des Proteins NS1 durch den ELISA-Einfang-Test, der den monoklonalen
Ansatz verwendet, im Vergleich zu dem ELISA-Einfang-Test, der den
polyklonalen Ansatz verwendet, wie es in Beispiel 3 beschrieben
ist. Die erhaltenen Resultate sind in Form der Werte der optischen
Dichte angegeben, welche für
jede Verdünnung
des analysierten Serums (10-fach, 30-fach oder 90-fach) gemessen wurden
und von denen der Mittelwert der negativen Vergleiche abgezogen
worden war;
-
8 veranschaulicht
den Nachweis des Proteins NS1 in den Seren von Patienten, die mit
dem Gelbfiebervirus infiziert waren, durch einen ELISA-Einfang-Test,
der für
Gelbfieber spezifisch ist. Für
jedes untersuchte Serum wird der Wert der optischen Dichte, der
für den
entwickelten Test gemessen wurde, wobei der Mittelwert der negativen
Vergleiche abgezogen wurde, angegeben; ebenso angegeben sind der
Wert der optischen Dichte, der durch den MAC-ELISA-Test gemessen wurde, welcher für Gelbfieber-IgM
spezifisch ist, sowie die Resultate der Virusisolierung, wenn sie
verfügbar
sind.
-
Beispiel 1: Reinigung
des Proteins NS1 des Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp 1
-
1. Material und Verfahren
-
Das
Protein wird an Vero-Zellen, die durch das Virus des Dengue-Fiebers,
Serotyp 1, Stamm FGA/89 infiziert waren (P. Despres et al., Virol.,
(1993), 196, 209–219)
unter den Bedingungen, die an das Verfahren angepasst waren, welches
von A.K.I. Falconar et al., (J. Virol. Meth., (1990), 30, 323–332) beschrieben
wurde, produziert.
-
Das
Kulturmedium wird 5 Tage nach der Infektion geerntet und bei 1500
g zentrifugiert, um Zelldebris zu entfernen. Der Zentrifugationsüberstand
wird in 20 mM Tris-HCl, 1 mM Natriumazid gebracht, durch Ultrafiltration
in der Kälte
6-fach konzentriert und die viralen Partikel werden durch Präzipitation
mit Polyethylenglykol (PEG) in einer Konzentration von 7,5% über 2 Stunden
bei 4°C,
gefolgt von einer Zentrigugation bei 10.000 g über 30 min eliminiert. Der
geklärte Überstand,
der 7,5% PEG enthält,
wird mit 0,05% Tween 20 und 1 mg/ml Aprotinin behandelt, dann über eine
Immunaffinitätssäule, an
der ein monoklonaler Anti-NS1-Antikörper fixiert ist,
geführt.
Das Protein wird nach der Technik mit Diethylamin, wie sie von Falconar
et al. (vorstehend zitiert) beschrieben ist, eluiert, durch Ultrafiltration
konzentriert und die Elutionslösung
durch einen Puffer, 10 nM Tris-HCl pH 7,5, der 1 mM Natriumazid
enthält,
ausgetauscht.
-
2. Resultate
-
Die
Resultate sind in 1 veranschaulicht.
-
1a zeigt,
dass das Protein NS1 reichlich in Hexamerform vorliegt. Der Anteil
der Hexamerform nimmt mit wachsender DMS-Konzentration zu (1a).
-
Das
extrazelluläre
Protein NS1 in Hexamerform kann in Gegenwart des nichtionischen
oberflächenaktiven
Mittels n-Octylglucosid (nOG) (1b) in
dimere Untereinheiten transformiert werden. Nach einer Nacht bei
37°C in
Abwesenheit oder in Gegenwart von n-Octylglucosid (nOG) und Behandlung mit
25 mM DMS beobachtet man in Abwesenheit von nOG das Auftreten von
Banden, die dem Dimer, Tetramer oder Hexamer entsprechen, und in
Gegenwart von nOG eine partielle oder vollständige Dissoziierung des Hexamers
als Funktion der Konzentration an nOG (1b).
-
Beispiel 2: Expression
des Proteins NS1 des Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp 1, durch
Vero-Zellen
-
1. Material und Verfahren
-
Das
Plasmid pClneo-NS1.FGA, das am 7. Juni 1999 bei der Collection Nationale
de Cultures et de Microorganismes (CNCM) des Institut Pasteur mit
der Nummer I-2220 hinterlegt wurde, das das Gen des Proteins NS1
enthält,
umfasst das Gen, das für
sein Peptidsignal kodiert, vorangestellt ein Initiationskodon der Translation
und gefolgt von einem Kodon der Translations-Terminierung wird in
das kompetente Bakterium Escherichia coli (Epicurian SURE von Stratagene)
eingeführt.
Dieses Plasmid wird in Bakterienkultur amplifiziert und nach der
klassischen Technik der Herstellung von Plasmid-DNA gereinigt. Die
gereinigte DNA wird zur Sequenzierung verschiedener Klone (die Sequenz
des Klons 4C ist in 2 dargestellt) und zum Transfizieren
der Vero-Zellen entweder mit einem adäquaten Gemisch mit kationischen
Liposomen, wie z.B. DOTAP (Boehringer-Mannheim) oder mit einem nicht-liposomalen
Agens, z.B. FuGENE (Boehringer-Mannheim) zu transfizieren, verwendet.
FuGENE und DNA werden in Medium ohne Serum für 15 min vorinkubiert, dann
wird die Mischung mit einem Zellteppich aus Vero-Zellen für 24 h in
Kontakt gebracht. Die Zellen werden dann mit Hilfe von PBS (Phosphat-Kochsalz-Puffer)
gespült,
20 min bei Umgebungstemperatur mit einer PBS-Lösung, die 3% Paraformaldehyd
enthält,
fixiert, 5 min mit PBS, der 0,5% Triton X-100 enthält, permeabilisiert.
Das Vorliegen des Antigens NS1 wird dann mit Hilfe spezifischer
Antikörper,
welche durch einen mit Fluorescein markierten Antikörper konjugiert
sind, erkannt.
-
2. Resultate
-
Es
ist möglich,
in etwa 20% der transfizierten Zellen durch ein verstärktes Fluoreszenzsignal,
das für das
virale Antigen NS1 spezifisch ist, dieses nachzuweisen.
-
Die
Expression von NS1 ist somit bewiesen und in Gegenwart von Neomycin,
einem Selektionsmarker der transfizierten Zellen, konnten stabile
Zelllinien entwickelt werden.
-
2 stellt
die Sequenz des Proteins NS1 des Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp
1, die so erhalten wurde und auch die entsprechende kodierende Sequenz
dar.
-
Beispiel 3: Verwendung
der ELISA-Einfang-Technik gemäß der Erfindung
im Rahmen einer Infektion durch das Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp
1, und Vergleich mit Verfahren des Standes der Technik.
-
1. Prinzip
der ELISA-Einfang-Technik
-
Das
virale Antigen NS1 wird durch monospezifische, zuvor gereinigte,
polyklonale Mausantikörper durch
Immuneinfangen am gereinigten hexameren Protein NS1 des Dengue,
Serotyp 1, eingefangen.
-
Das
Vorliegen von NS1 wird durch Antikörper von Kaninchen, die durch
das gereinigte hexamere Protein NS1 immunisiert worden waren, die
selbst wiederum durch an Meerrettichperoxidase-konjugierte Antikörper erkannt
werden, gezeigt.
-
2. Material
und Verfahren
-
a - Reinigung von polyklonalen
Mausantikörpern
die gegen das Protein NS1 gerichtet sind
-
a1 – Fixierung
des Proteins NS1 an einer Membran
-
Das
gereinigte Protein NS1 wird durch Adsorption an einer amphoteren
Nylonmembran (Nytran, Schleicher & Schuell)
fixiert. Die Oberfläche
der Membran wird dann durch Rinderserumalbumin gesättigt, welches
in einer Konzentration von 3% in einer mit Phosphat gepufferten
Salzlösung
vorliegt (PBS: Phosphat-Puffer-Salzlösung; 10 mM Phosphat; pH 7,2;
150 mM NaCl). Nach 2 Spülgängen in
PBS wird die Membran mit PB5, das 0,25% Glutaraldehyd enthält, 15 min
lang bei Umgebungstemperatur behandelt. Nach 3 Spülgängen in
PBS wird die Membran durch einen Puffer aus 100 mM Glycin, 3% Rinderalbumin,
neutralisiert, 2mal in PBS gespült,
dann bei 4°C
in PBS mit 1 mM Natriumazid konserviert.
-
a2 – Reinigung
der monospezifischen polyklonalen Mausantikörper (Einfangantikörper bzw.
Fangantikörper)
-
– Produktion
von polyklonalen Asziten: die Gehirne von jungen Swiss-Mäusen, die
mit dem Virus des Dengue-Fiebers infiziert waren und moribund waren,
werden in 9 ml PBS-Puffer verrieben. Das Produkt wird 10 min bei
4°C und
10.000 g zentrifugiert.
-
Die
virale Suspension wird Swiss-Mäusen
nach dem folgenden Zeitplan injiziert:
- – Tag 0:
0,5 ml Antigen subkutan in den Oberschenkel,
- – Tag
3: 0,4 ml Antigen und 0,1 ml Freund'sches vollständiges Adjuvans auf intraperitonealem
Weg,
- – Tag
25: 0,5 ml Antigen auf intraperitonealem Weg,
- – Tag
26: 0,5 ml Mäuse-Asziten
TG180 und
- – Tag
28: 0,5 ml Antigen auf intraperitonealem Weg.
-
Die
Asziten werden am Tag 42 geerntet.
-
Nach
Ernte der Asziten lässt
man sich das Koagulum während
1 Stunde bei Umgebungstemperatur bilden, dann führt man eine Zentrifugation
für mindestens
30 Minuten bei 1500 g durch. Den Überstand lässt man eine Nacht bei 4°C stehen.
Der pH des Überstands
wird mit 2 M Essigsäure
auf 4,8 eingestellt, dann wird der Überstand erneut unter denselben
Bedingungen zentrifugiert. Der pH des Überstands wird dann durch Zusatz
einer 2 N Natriumcarbonatlösung
auf 7,0 bis 7,2 gebracht. Der Überstand
kann bei –20°C konserviert
werden.
-
- Reinigung der Mäuseantikörper, die
für das
Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp 1, spezifisch sind:
-
Die
Membran wird während
einer Stunde bei Umgebungstemperatur in einem Gemisch polyklonaler Asziten,
die gegen die 4 Serotypen des Virus des Dengue-Fiebers gerichtet
waren und wie oben beschrieben hergestellt worden waren, inkubiert.
Nach 3 Spülgängen der
Membran in PBS werden die Antikörper,
die an dem Protein NS1 fixiert sind, mit einer Diethylaminlösung pH
11,4 (Dulbecco-Medium, modifiziert durch Iscove (Gibco), enthaltend
100 mM Diethylamin) eluiert. Die Antikörper werden durch Ultrafiltration
konzentriert und in PBS-Puffer,
der 1 mM Natriumazid enthält, überführt.
-
b - Herstellung von polyklonalen
Kaninchenantikörpern,
die gegen das Protein NS 1 gerichtet sind (Entwicklungsantikörper):
-
Die
Immunisierung der Kaninchen wird durch 3 oder 4 aufeinander folgende
Injektionen mit 30 μg
hexamerem Protein NS1, das nach dem Verfahren von Beispiel 1 gereinigt
worden war, durchgeführt
und zwar am Tag 0, Tag 7, Tag 21 und gegebenenfalls am Tag 49 und
Ausbluten lassen am Tag 83. Das Serum wird durch Inkubation mit
Sepharose-Perlen, die einen monoklonalen Antikörper tragen, der in der Literatur
beschrieben ist oder wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde,
an nicht-spezifischen Signalen verarmt.
-
c – ELISA-Einfang-Verfahren
-
c1 – Eichkurve
-
Für jede ELISA-Einfang-Platte,
die dazu bestimmt ist, humane Seren zu untersuchen, wird ausgehend von
einer Lösung
des Proteins NS1, das nach der in Punkt 1 beschriebenen Methode
gereinigt worden war, ein Eichbereich realisiert, wobei die Anfangskonzentration
0,5 μg/ml
ist und 3:3 verdünnt
wird.
-
c2 – Nachweis
des Proteins NS1 im Blutkreislauf während der akuten Phase:
-
Die
gereinigten polyklonalen Mausantikörper, die nach dem vorstehend
beschriebenen Verfahren erhalten worden waren (Einfangantikörper bzw.
Fangantikörper)
werden an einer Platte fixiert, in einer PBS-Lösung verdünnt und während einer Nacht bei 4°C inkubiert.
Nach 3 Spülgängen zu
je 5 Minuten mit einer Lösung
von PBS/0,05% Tween wird die Platte mit einem Gemisch aus PBS, 0,05%
Tween und 3% Milch für
30 Minuten bei Umgebungstemperatur gesättigt. Nach 3 Spülgängen mit
einer Lösung
von PBS/0,05% Tween bringt man die zu testenden Seren, verdünnt oder
nicht, ein und lässt
sie während
einer Stunde reagieren und zwar immer bei Umgebungstemperatur. Die
Verdünnungen
1/10, 1/30 und 1/90 werden in einer Lösung von PBS/0,05% Tween durchgeführt. Nach
3 Spülungen
fügt man
den zweiten NS1-spezifischen
Antikörper
hinzu (Entwicklungsantikörper,
im vorstehenden Punkt 3 erhalten), nachdem dieser in einem Gemisch
aus PBS/0,05% Tween und 3% Milch verdünnt worden war, und inkubiert
45 Minuten bei 37°C.
Nach 3 Spülgängen wird
der Anti-IgG-Antikörper,
der gegen den zweiten Antikörper
gerichtet ist und mit Peroxidase markiert ist, wobei der Antikörper unter
klassischen Bedingungen, die dem Fachmann bekannt sind, hergestellt
wurde, zugesetzt und es wird eine Inkubation über 45 Minuten bei 37°C durchgeführt. Nach
3 Spülgängen entwickelt man
10 Minuten lang durch eine TMB-Lösung
(3,3',5,5'-Tetramethylbenzidin,
Kierkegaard & Perry
Lab.). Die kolorimetrische Reaktion wird mit Schwefelsäure angehalten.
-
3. Resultate
-
Diese
sind in 3 dargestellt.
-
Die
ELISA-Einfang-Technik gemäß der Erfindung
ermöglicht
es, das Vorliegen des Proteins NS1 in der akuten Phase der Krankheit
zu detektieren und dies unabhängig
von der Tatsache, dass die Kranken eine primäre oder sekundäre Infektion
haben.
-
Die
Resultate bestätigen,
dass das Vorliegen des Proteins NS1 vorübergehend ist, da die während der Rekonvaleszenz
durchgeführten
Entnahmen dieses Protein nicht detektieren (3).
-
93%
der Entnahmen in der akuten Phase der Krankheit waren beim MAC-ELISA-Test
negativ, während
100% der in der Rekonvaleszenz durchgeführten Entnahmen in demselben
Test ein positives Ergebnis zeigen (3).
-
In
gleicher Weise ermöglicht
der Test auf Hemmung der Hämagglutination
(IHA) keine Detektion der Infektion durch das Virus des Dengue-Fiebers,
Serotyp 1, in 80% der Fälle
in der akuten Phase der Krankheit, allerdings zeigt dieser Test
in 100% der Entnahmen, die in der Rekonvaleszenzphase durchgeführt wurden, positive
Ergebnisse (3). Nach den OMS-Kriterien ermöglicht ein
IHA-Wert von unter 1280 im Serum, dass in der Rekonvaleszenzphase
entnommen wurde, die Diagnose einer primären Dengue-Infektion und ein
Wert über
1280 die Diagnose einer sekundären
Dengue-Infektion. Die Hälfte
der positiven Seren dieser Untersuchung entspricht demnach den Fällen einer
primären
Dengue-Infektion und die andere Hälfte entspricht den Fällen einer
sekundären
Dengue-Infektion. Die erfindungsgemäße ELISA-Einfang-Technik ermöglicht somit die Detektion
des Proteins NS1 in den Fällen
einer primären
und sekundären
Dengue-Infektion.
-
Beispiel 4: Bestimmung
des Detektionsfensters
-
1. Materialien und Verfahren
-
a - Untersuchung, die
an einer Gruppe von Patienten aus Französisch Guayana durchgeführt wurde,
die mit dem Dengue-Virus 1 infiziert waren
-
Die
Entnahmen werden bei Patienten, die durch das Virus des Dengue-Fiebers,
Serotyp 1, infiziert sind, zwischen Tag 0, der durch das Auftreten
klinischer Anzeichen (zu Beginn un differenziertes Fieber) gekennzeichnet
ist, und Tag 66, der dem Ende der Rekonvaleszenzphase entspricht,
durchgeführt.
-
Mit
den Seren dieser Patienten untersucht man das Vorliegen von NS1,
das im Blutkreislauf ist, nach dem ELISA-Einfang-Verfahren, das
in Beispiel 3 beschrieben ist, und man vergleicht das erhaltene
Resultat mit der Positivität
bezüglich
spezifischer IgM, die in einem MAC-ELISA gemessen wurde, wenn die Daten
verfügbar
sind.
-
b - Tägliche Überwachung von 4 Patienten,
die mit dem Virus des Dengue-Fiebers Serotyp 1, infiziert sind
-
Bei
vier Patienten wurden während
der klinischen Phase von Tag 1 bis Tag 5 täglich Proben genommen. Für jede Blutentnahme
wurde eine RT-PCR-Reaktion zum Nachweis viraler RNA, ein MAC-ELISA-Test zur
Detektion spezifischer IgM des Virus des Dengue-Fiebers und eine
Bestimmung des Dengue-Antigens NS1 nach dem vorstehend beschriebenen
ELISA-Einfang-Verfahren
durchgeführt.
-
2. Resultate
-
a - Bestimmung
des Detektionsfensters
-
Die
Resultate sind in 4 zusammengefasst.
-
Zwischen
Tag 1 und Tag 6 schwankt die Möglichkeit,
dass im Blutkreislauf zirkulierende Protein NS1 zu detektieren,
zwischen 64% (am Tag 2) und 100% (am Tag 5) der infizierten Patienten. Über Tag
10 hinaus wird das zirkulierende Protein NS1 nicht mehr nachgewiesen,
da die Antikörperantwort
vorherrschend wird.
-
Die
Detektion des im Blutkreislauf zirkulierenden Proteins NS1 scheint
nicht vom Vorliegen der gesamten IgM (für virale Antigene spezifisch)
zu sein, welche in bestimmten Fällen
am Tag 3 auftreten und ab Tag 5 ein Maximum erreichen, und auch
nicht von der Anwesenheit der Gesamt-IgG für bestimmte Patienten abhängen, die
ab Tag 2 auftreten können.
Dagegen kann das Fehlen einer Detektion des Antigens NS1 in den
Seren der klinischen Phase sich durch das Vorliegen von IgG, die
spezifisch gegen NS1 gerichtet sind, erklären.
-
Somit
liegt das Detektionsfenster für
das Serumantigen NS1 durch die ELISA-Einfang-Technik gemäß der vorliegenden Erfindung
zwischen Tag 1 und Tag 6 nach Auftreten klinischer Symptome.
-
b - Tägliche Überwachung von 4 Patienten,
die mit dem Dengue-Virus infiziert waren
-
Die
Resultate sind in 5 zusammengefasst.
-
Bei
den 4 untersuchten Patienten wirkt das Protein NS1 kontinuierlich
bis zum Tag 5 und dieser Tag der Entnahme sollte bezüglich des
Beginns der Symptome bezeichnet sein. Für bestimmte Patienten ist das Detektionsfenster
für das
Protein größer als
der Virämie-Zeitraum,
der durch RT-PCR detektiert wird.
-
Beispiel 5: Verwendung
der ELISA-Einfang-Technik mit monoklonalen Werkzeugen im Rahmen
einer Infektion durch das Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp 1, und
Vergleich mit der vorher beschriebenen ELISA-Einfang-Technik
-
1. Material
und Verfahren
-
a – Herstellung und Charakterisierung
monoklonaler Mäuseantikörper, die
gegen das Protein NS1 des Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp 1, gerichtet
sind.
-
a1 – Herstellung
von monoklonalen Mausantikörpern,
die gegen das Protein NS1 gerichtet sind.
-
Die
Immunisierung der weiblichen Balb/C-Mäuse erfolgte durch 7 Injektionen
von 10 μg
Protein von NS1 des Virus des Dengue, Serotyp 1, in Hexamerform,
das nach dem Verfahren von Beispiel 1 gereinigt worden war. Die
erste Injektion in Freund'schem
vollständigem
Adjuvans und die folgenden fünf
Injektionen in Freund'schem
unvollständigem
Adjuvans wurden in einem Intervall subkutan durchgeführt. Die
letzte Injektion in Freund'schem
unvollständigem
Adjuvans, die drei Tage vor Töten
des Tieres erfolgte, wurde auf intraperitonealem Weg durchgeführt.
-
Die
Zellen der Milz der immunisierten Mäusen wurden mit Mäuse-Myelom
fusioniert und bis zum Auftreten der Klone nach Standardprotokoll
kultiviert.
-
a2 – Identifizierung
der Hybridome, die Antikörper
gegen NS1 sezernieren
-
Die
Detektion der Antikörper,
die für
das Protein NS1 spezifisch sind, wurde durch eine klassische ELISA-Technik
oder eine ELISA-Einfang-Technik durchgeführt.
-
- Klassische
ELISA-Technik
-
Das
hexamere Protein NS1, das nach dem Verfahren von Beispiel 1 gereinigt
worden war, wird durch Adsorption in einer Konzentration von 1 μg/ml in PBS-Lösung während einer
Nacht bei 4°C
an einer Platte fixiert. Nach 3 Waschgängen mit einer PBS/0,1%-Tween(PT)-Lösung wird das Protein mit den Überständen verschiedener
Hybridome, 1/2 mit einer PT-Lösung, die
0,5% Gelatine enthält
(PTG), verdünnt,
1 h bei 37°C
inkubiert. Nach 3 Waschgängen
mit PT wird der Mäuse-Anti-IgG-Antikörper, der
mit Peroxidase markiert und in PTG verdünnt ist, zugesetzt und es wird
1 h bei 37°C
inkubiert. Nach 3 Waschgängen
entwickelt man mit einer Wasserstoffperoxidlösung in Gegenwart von Orthophenylendiamin.
-
- ELISA-Einfang-Technik
-
Die
verwendete Technik ist in Beispiel 3 beschrieben (siehe Detektion
des Proteins NS1 im Blutkreislauf in der akuten Phase), allerdings
wurden die Verdünnungen
der zu untersuchenden Seren durch eine 1/10-Verdünnung in der PTG-Lösung des
Kulturüberstands
von nicht-infizierten
oder infizierten Vero-Zellen während
5 Tagen durch das Virus des Dengue-Fiebers, Serotyp 1, ersetzt und
mit 7% Polyethylenglykol präzipitiert
(siehe Beispiel 1: Reinigung des Proteins NS1 des Virus des Dengue-Fiebers,
Serotyp 1). Die Reaktivität
der Überstände der
verschiedenen Hybridome gegenüber
dem Kulturüberstand
der nicht-infizierten Vero-Zellen dient als Vergleich für ein nicht-spezifisches
Signal.
-
a3 – Reaktivität der monoklonalen
anti-NS1-Antikörper
für indirekte
Immunfluoreszenz an Vero-Zellen, die mit einem der 4 Serotypen des
Virus des Dengue-Fiebers infiziert sind
-
Die
Vero-Zellen werden 40 h mit einem der 4 Serotypen des Virus des
Dengue-Fiebers infiziert:
Serotyp 1: Stamm FGA/89
Serotyp
2: Stamm NG
Serotyp 3: Stamm H87
Serotyp 4: Stamm H241
-
Nach
einem Waschgang mit einer PBS-Lösung
werden die Zellen durch eine 3%ige Paraformaldehydlösung in
PBS 30 Minuten lang bei Labortemperatur fixiert. Die in PBS gespülten Zellen
werden dann 10 Minuten lang durch eine 0,5%ige Lösung von Triton X-100 in PBS
permeabilisiert. Nach Spülen
in PBS werden die Zellen 1 h lang mit den Überständen verschiedener Hybridome,
die in ELISA positiv reagiert haben, inkubiert. Nach 3 Waschgängen mit
PBS wird der Maus-Anti-IgG-Antikörper,
der mit Fluorescein markiert ist, zugesetzt und es wird 1 h lang
inkubiert. Nach 3 Waschgängen
mit PBS werden die Objektträger
mit einem Deckgläschen
bedeckt und unter einem Fluoreszenzmikroskop betrachtet.
-
a4 – Herstellung
monoklonaler Maus-Asziten
-
Die
monoklonalen Asziten werden mit Ba1b/C-Mäusen produziert. Die Mäuse erhalten
eine intraperitoneale Injektion von 0,5 ml Pristan (2,6,10,14-Tetramethyl-pentadecan,
Sigma) eine Woche vor intraperitonealer Injektion des Hybridomklons,
der monoklonale Antikörper
sezerniert. Die Asziten werden entsprechend ihrer Bildung nach und
nach entnommen, 20 Minuten lang mit 1500 UpM zentrifugiert und bei –20°C konserviert.
-
a5 – Bestimmung
des Isotyps monoklonaler Antikörper
gegen NS1
-
Die
Bestimmung des Isotyps der Anti-NS1-Antikörper erfolgt mit Hilfe von
Antikörpern,
die gegen die unterschiedlichen Unterklassen von Mäuse-Immunglobulinen:
IgG1, IgG2a, IgG2b, IgG3 gerichtet sind, durch ELISA. Die Bestimmung
der leichten Kette des Immunglobulins wird nach einer identischen
Methodologie durchgeführt.
-
a6 – Bestimmung
der Affinitätskonstante
der monoklonalen Antikörper
gegen NS1 (B. Friguet et al., J. Immunol., (1985), 77, 305–319)
-
Die
Affinität
eines Antikörpers
entspricht der Konzentration an Antigen, die notwendig ist, um 50%
der Stellen des Antikörpers
zu sättigen.
Es wird eine Inkubation in flüssigem
Medium mit dem Antikörper
in konstanter Konzentration und dem Antigen mit abnehmender Konzentration
während
1 Nacht bei 4°C
durchgeführt,
damit das Gleichgewicht der Reaktion erreicht werden kann. Die Konzentration
an freiem Antikörper
nach Erreichen des Gleichgewichts wird durch einen ELISA-Test bestimmt.
Die Mischung wird auf einer vorher mit dem Antigen inkubierten Platte
abgeschieden. Nach einer Inkubation von 20 Minuten bei 4°C (um eine
Verschiebung des Gleichgewichts zu vermeiden) erfolgt die Entwicklung
des ELISA mit einem Maus-Anti-IgG, gekoppelt an β-Galactosidase, unter Überwachung
der enzymatischen Reaktion. Danach wird die Dissoziationskonstante
KD bestimmt.
-
a7 – Kompetitionsreaktion
der verschiedenen monoklonalen Antikörper gegen NS1
-
Diese
Reaktion ermöglicht
es, die Spezifität
der monoklonalen Antikörper
gegenüber
einem gleichen Epitop oder gegenüber
unterschiedlichen Epitopen zu bestimmen. Die Epitopbestimmung spielt
bei der Reaktivität
eines nicht-markierten monoklonalen Antikörpers und eines zweiten monoklonalen
Antikörpers,
der an Biotin gekoppelt ist, für
ein Antigen eine Rolle.
-
Der
nicht-markierte monoklonale primäre
Antikörper
wird in sättigender
Konzentration (vorher durch ELISA bestimmt) auf eine Platte gebracht,
auf der vorher das Antigen fixiert worden war, und 2 h bei 37°C inkubiert.
Nach 4 Waschgängen
mit PT-Lösung
mit 4°C
wird der zweite monoklonale Antikörper, der an Biotin gebunden
ist, zugesetzt und es wird 20 Minuten bei 4°C inkubiert. Nach 4 Waschgängen mit
PT-Lösung
bei 4°C
wird die Lösung
von konjugiertem Streptavidin, markiert mit Peroxidase, zugesetzt
und es wird 1 h bei 37°C
inkubiert. Nach 4 Waschgängen
mit PT-Lösung
entwickelt man mit einer Wasserstoffperoxidlösung in Gegenwart von Orthophenylendiamin.
Der Erhalt eines Signals nach Ablesen im Spektralphotometer zeigt,
dass die durch die zwei Antikörper
erkannten Epitope unterschiedlich sind. Im umgekehrten Fall sind
die 2 monoklonalen Antikörper
gegen dasselbe Epitop des Antigens gerichtet.
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b - Reinigung der monoklonalen
Antikörper
G18 und F22
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Die
Antikörper
G18 und F22 werden durch Immunaffinität gereinigt, wie es in Beispiel
3 beschrieben ist.
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c - Detektion des Proteins
NS 1 im Blutkreislauf durch einen ELISA-Einfang-Test der die monoklonalen
Antikörper
verwendet
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Die
gereinigten monoklonalen Antikörper
G18 und F22 werden mit einer PBS-Lösung zu einer gegebenen Verdünnung gemischt
und eine Nacht bei 4°C
inkubiert. Die folgenden Stufen dieses ELISA-Tests sind ähnlich denen
des vorangehenden Beispiels.
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d - Vergleich des ELISA-Einfan-Tests,
der einen monoklonalen Ansatz verwendet mit dem, der einem polyklonalen
Ansatz verwendet
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Eine
Reihe von Seren aus Französisch
Guayana wurde am gleichen Tag mit dem ELISA-Einfang-Test getestet, wobei der monoklonale
Ansatz verwendet wurde, und auch mit dem getestet, bei dem der polyklonale Ansatz
verwendet wurde. Die Seren wurden bei verschiedenen Verdünnungen
getestet: 10fach, 30fach und 90fach.
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2. Resultate
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a – Charakteristika der monoklonalen
Antikörper
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Die
Resultate sind in 6 zusammengefasst.
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Die
Antikörper
G18 und F22 wurden auf ihre Fähigkeit,
sich mit starker Affinität
an den unterschiedlichen Epitopen des Proteins NS1 zu fixieren,
selektioniert. Der Antikörper
F22 ist für
Serotyp 1, G18 für
die Serotypen 1 und 3 des Virus des Dengue-Fiebers spezifisch.
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b - Verwendung der monoklonalen
Antikörper
zum Einfangen des Antigens NS1
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Die
Resultate sind in 7 zusammengefasst.
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Die
selektionierten monoklonalen Antikörper reproduzieren nicht nur
die Resultate, die mit dem polyklonalen Ansatz erhalten wurden,
sondern zeigen die Reaktivität
auch deutlicher als die polyklonalen Antikörper. Das entwickelte monoklonale
Werkzeug scheint besonders an die diagnostische Verwendung angepasst zu
sein, welche damit durchgeführt
wird.
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Beispiel 6: Verwendung
der erfindungsgemäßen ELISA-Einfang-Technik
im Rahmen einer Infektion durch einen anderen Serotyp des Virus
des Dengue-Fiebers oder durch ein anderes Flavivirus
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1. Material
und Verfahren
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a - Herstellung
der Kulturüberstände
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Die
Vero-Zellen werden durch das Dengue-Virus 2, entweder durch das
Virus der japanischen Enzephalitis oder das Gelbfiebervirus, infiziert.
Dann werden die Kulturüberstände nach
dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt.
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b – Reinigung der monoklonalen
Antikörper,
die gegen das Protein NS1 des Gelbfiebervirus und des Virus der japanischen
Enzephalitis gerichtet sind.
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Die
monoklonalen Asziten der Antikörper
8G4, 1A5 und 2D10 (J.J. Schlesinger et al., Virology, (1983), 125,
8–17),
die gegen das Protein NS1 des Gelbfiebervirus gerichtet sind, und
der Antikörper
171-2-2 und 70-14-20, die gegen das Protein NS1 des Virus der japanischen
Enzephalitis gerichtet sind, werden an Perlen aus Protein A-Sepharose
CL-4B (Pharmacia Biotech) gereinigt. Diese monoklonalen Asziten
werden über Nacht
bei 4°C
an den Protein A-Perlen inkubiert. Nach dreimaligem Waschen der
Perlen in PBS/0,05% Tween werden die an den Protein A-Perlen fixierten
Antikörper
mit einer Glycinpufferlösung,
pH = 3, eluiert. Sie werden anschließend durch Ultrafiltration
konzentriert und wieder in PBS-Puffer, der 1 mM Natriumazid enthielt, gebracht.
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c - Detektion des Proteins
NS1 in den Kulturüberständen des
Dengue-Virus 2
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c1 – Verwendete
Antikörper
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Die
Einfangstufe wird mit einem Gemisch der Asziten der monoklonalen
Antikörper
3D1.4 und 1A12 durchgeführt
(A.K.I. Falconar et al., Arch. Virology, (1994), 137, 315–326). Die
Erkennung des Proteins erfolgt dann mit einem Gemisch der zwei Kaninchenantikörper: das
Serum, das nach Immunisierung mit dem Protein, das wie in Beispiel
3 beschrieben gereinigt worden war, erhalten wurde, und ein Kaninchenserum,
das durch Immunisierung mit den Viren der vier Dengue-Serotypen
erhalten worden war.
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c2 – ELISA-Einfang-Verfahren
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Die
verwendete Technik ist dieselbe wie die, die in Beispiel 3 verwendet
wird.
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d - Detektion des Proteins
NS1 in den Kulturüberständen des
Virus der japanischen Enzephalitis
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d1 – Verwendete
Antikörper
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Für die Stufen
des Einfangens werden die monoklonalen Antikörper 171-2-2 und 70-14-20, die gereinigt
waren, verwendet. Die Erkennung des Proteins erfolgt dann mit einem
Gemisch von zwei Seren von Kaninchen, die vorher mit den rekombinanten
Proteinen des Proteins NS1 der japanischen Enzephalitis immunisiert
worden waren.
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d2 – ELISA-Einfang-Verfahren
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Die
verwendete Technik ist dieselbe wie die, die in Beispiel 3 beschrieben
ist.
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e - Detektion des Proteins
NS1 in den Kulturüberständen des
Gelbfiebervirus und den Seren von Patienten, die mit diesem Virus
infziert sind
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e1 – Verwendete
Antikörper
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Die
gereinigten monoklonalen Antikörper
8G4, 1A5 und 2D10 werden in einer PBS-Lösung
zu einer gegebenen Verdünnung
vermischt und als Einfang-Antikörper
bzw. Fang-Antikörper eingesetzt.
Der zweite verwendete Antikörper,
der für
Gelbfieber-NS1 spezifisch ist, stammt aus einem Serum von Kaninchen,
das vorher gegen das Protein NS1 des Gelbfiebervirus 17D immunisiert
worden war (J.J. Shlesinger et al., J. Immunol., (1985), 135, 2805–2809).
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e2 – ELISA-Einfang-Verfahren
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Die
verwendete Technik ist dieselbe wie die, die in Beispiel 3 beschrieben
wurde.
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2. Resultate
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Die
Sekretion des Proteins NS1 wurde bereits früher für Zellkulturen beschrieben,
die in vitro durch verschiedene Flaviviren infiziert waren: das
Virus des DEN2 (Winkler et al., Virology, (1988), 162, 187–196, Pryor
et al., Virology, (1993), 194, 769–780), das Virus der Zecken-Enzephalitis (Lee
et al., J. Gen. Yirol., (1989), 70, 335–343, Crooks et al., J. Chrom.,
(1990), 502, 59–68,
Crooks et al., J. Gen. Virol., (1994), 75, 3453–3460), das Virus der japanischen
Enzephalitis (Mason, Virology, (1989), 169, 354–364, Fan et al., Yirology,
(1990), 177, 470–476),
das Virus der Enzephalitis des Murray-Tals (Hall et al., J. Yirol.
Meth., (1991), 32, 11–20)
und des Gelbfiebervirus (Post et al., Vir. Res., (1990), 18, 291–302). Da
diese Resultate durch unterschiedliche ELISA-Techniken erhalten
wurden, haben wir versucht, das Protein durch die ELISA-Einfang-Technik
der vorliegenden Erfindung in Zellüberständen von infizierten Säugern nachzuweisen.
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Das
Protein NS1 ist in den Kulturüberständen der
Vero-Zellen, die entweder durch das Virus DEN2 oder durch das Virus
der japanischen Enzephalitis oder das Virus des Gelbfiebers infziert
sind, nachweisbar.
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Das
Protein konnte durch diese Technik auch in Seren von Patienten nachgewiesen
werden, die durch das Gelbfiebervirus infiziert waren, wie dies
durch die in 8 zusammengefassten Resultate
gezeigt wird. Unter den 18 Seren, die großzügigerweise von Ch. Mathiot
(Institut Pasteur, Dakar) zur Verfügung gestellt wurden, sind
7 bezüglich
der NS1-Antigenämie
positiv; wie für
das Virus DEN1 scheint die Detektion des Proteins NS1 im Blutkreislauf
gegenüber
dem Vorliegen von IgM, die für
Gelbfieber spezifisch sind, indifferent zu sein.
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Die
erfindungsgemäße ELISA-Einfang-Technik
gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
es, das Protein NS1 in den Kulturüberständen von Zellen, die durch
unterschiedliche Flaviviren infiziert sind, und in Seren von Patienten,
die durch das Gelbfiebervirus infiziert sind, nachzuweisen. Sie
könnte
aufgrund dieser Tatsache diagnostische Anwendung finden, um eine
Infektion durch ein anderes Flavivirus als das Virus DEN1 nachzuweisen.
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