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Diese
Erfindung betrifft eine neuartige Polynukleotidsequenz, die wir
als "GS" bezeichnet haben
und die wir in pathogenen Mycobakterien identifiziert haben. Bei
der GS handelt es sich um eine Pathogenitätsinsel innerhalb von 8 kb
der DNA, die eine Kernregion von 5,75 kb und ein benachbartes übertragbares
Element innerhalb von 2,25 kb umfasst. GS ist in Mycobacterium paratuberculosis,
Mycobacterium avium subsp. silvaticum und einigen pathogenen Isolaten
von M. avium enthalten. Funktionelle Abschnitte der Kernregion der
GS sind auch durch Regionen mit einem hohen Grad an Homologie repräsentiert,
die wir in Cosmiden identifiziert haben, die genomische DNA von
Mycobacterium tuberculosis enthalten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Mycobacterium
tuberculosis (Mtb) ist ein Hauptursachen von weltweiten Erkrankungen
von Mensch und Tier. Obschon herkömmliche Diagnosemethoden einschließlich der
Mikroskopie, Kultur und Hauttestung für die Erkennung dieser Erkrankungen
existieren, sind verbesserte Methoden, insbesondere neue Immundiagnostika
und auf DNA basierende Nachweissysteme, erforderlich. Zur Behandlung
der Tuberkulose eingesetzte Arzneimittel stoßen immer häufiger auf das Problem resistenter
Organismen. Auf spezifische Pathogenitäts-Determinanten gerichtete
neue Arzneimittel, ebenso wie neue Impfstoffe zur Verhütung und
Behandlung der Tuberkulose werden benötigt. Die Bedeutung des Mtb
als einem globalen Pathogen spiegelt sich in dem Engagement wider,
das der Sequenzierung des Gesamtgenoms dieses Organismus zukommt.
Dies hat zur Generierung einer großen Menge von DNA-Sequenzdaten
der genomischen DNA innerhalb des Cosmids und weiterer Bibliotheken
geführt.
Obschon die DNA-Sequenz im Fachgebiet bekannt ist, bleiben die Funktionen des überragenden
Großteils
dieser Sequenzen, der Proteine, die sie codieren, die biologische
Bedeutung dieser Proteine und die Gesamtrelevanz und Verwendung
dieser Gene und ihrer Produkte als Diagnostika, Impfstoffe und Ziele
für die
Chemotherapie von tuberkulösen
Erkrankungen gänzlich
unbekannt.
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Mycobacterium
avium subsp. silvaticum (Mavs) ist ein pathogenes Mycobakterium,
das Krankheiten bei Tieren und Vögeln
verursacht, doch auch den Menschen befallen kann. Mycobacterium
paratuberculosis (Mptb) verursacht eine chronische Entzündung des
Darms bei vielen Tierspezies einschließlich Primaten und kann auch
zur Crohn-Krankheit
beim Menschen führen.
Mptb ist mit weiteren chronischen entzündlichen Erkrankungen beim
Menschen assoziiert, wie etwa der Sarkoidose. Eine subklinische
Mptb-Infektion ist bei landwirtschaftlichem Viehbestand weit verbreitet
und ist in der Milch der infizierten Tiere vorhanden. Der Organismus
ist gegenüber
einer Pasteurisation resistenter als Mtb und kann auf Menschen über den
Milcheinzelhandel übertragen
werden. Mptb ist auch in der Wasserversorgung vorhanden, insbesondere
dem Wasser, das mit dem Ablauf von stark abgegrasten Viehweiden
kontaminiert ist. Mptb und Mavs enthalten die Insertionselemente
IS900 bzw. IS902, wobei diese mit einer Pathogenität in diesen
Organismen verknüpft
sind. IS900 und IS902 bieten bequem geeignete hochspezifische Multikopie-DNA-Ziele
für den
empfindlichen Nachweis dieser Organismen unter Anwendung von auf
DNA basierenden Methoden und für
die Diagnose von Infektionen bei Tieren und Menschen. Allerdings
sind starke Verbesserungen in der Immundiagnostik von Mptb- und
Mavs-Infektionen bei Tieren und Menschen vonnöten. Mptb und Mavs sind im
Allgemeinen in vivo resistent gegenüber standardmäßigen Antituberkulose-Wirkstoffen.
Obschon wesentliche klinische Verbesserungen bei durch Mptb verursachten
Infektionen, wie etwa der Crohn-Krankheit, aus der Behandlung von
Patienten mit Kombinationen der existierenden Wirkstoffe wie Rifabutin,
Clarithromycin oder Azithromycin resultieren können, sind zusätzliche
wirksame Arzneimittelbehandlungen erforderlich. Weiterhin besteht
ein dringender Bedarf an wirksamen Impfstoffen für die Verhütung und Behandlung von Mptb-
und Mavs-Infektionen bei Tieren und Menschen auf der Grundlage der
Erkennung spezifischer Pathogenitäts-Determinanten.
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Pathogenitätsinseln
sind im Allgemeinen Regionen von 7–9 kb der DNA, umfassend eine
Kerndomäne mit
vielfachen ORFs und ein angrenzendes übertragbares Element. Das übertragbare
Element codiert auch Proteine, die mit Pathogenität verknüpft sein können, zum
Beispiel durch Bereitstellung von Rezeptoren für die zelluläre Erkennung.
Pathogenitätsinseln
werden als mobile Verpackungen für
DNA betrachtet, die, wenn sie in einen Organismus eindringen, daran
beteiligt sind, seine Umwandlung von einem nicht-krankmachenden
zu einem krankmachenden Stamm hervorzubringen.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1(a) und (b) zeigen eine lineare Karte
der Pathogenitätsinsel
GS in Mavs (1a) und in Mptb (1b). Die wichtigsten offenen Leseraster
sind als ORFs A bis H veranschaulicht. ORFs A bis F finden sich innerhalb
der Kernregion von GS. ORFs G und H sind durch den angrenzenden
Abschnitt des übertragbaren Elements
der GS codiert.
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Beschreibung
der Erfindung
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Unter
Anwendung einer auf DNA basierenden Differentialanalyse-Technologie
haben wir ein neuartiges Polynukleotid in Mptb entdeckt und charakterisiert
(Isolate 0022 aus einer Guernsey-Kuh und 0021 aus einem Rotwild).
Dieses Polynukleotid umfasst die Genregion, die wird als GS bezeichnet
haben. GS ist in Mptb unter Verwendung der Identifizierungs-DNA-Sequenzen
SEQ ID NR. 1 und 2 zu finden, wobei die SEQ ID NR. 2 die komplementäre Sequenz
zu SEQ ID NR. 1 ist. Die GS ist auch in Mavs identifiziert. Die
vollständige DNA-Sequenz,
die den positiven Strang der GS aus einem Isolat von Mavs, umfassend
7995 Nukleotide, enthält,
einschließlich
der Kernregion von GS und des angrenzenden übertragbaren Elements, ist
in SEQ ID NR. 3 wiedergegeben. Die DNA-Sequenz, die 4435 bp des
positiven Strangs der GS, die von einem Isolat von Mptb erhalten
wurde, umfasst, einschließlich
der Kernregion der GS (Nukleotide 1614 bis 6047 der GS in Mavs)
ist in SEQ ID NR. 4 wiedergegeben. Die DNA-Sequenz der GS von Mptb
ist in hohem Maße
(99,4 %) homolog zur GS in Mavs. Der verbliebene Abschnitt der DNA-Sequenz
der GS in Mptb ist von einem Fachmann des Gebiets unter Anwendung
standardmäßiger Laborverfahren
ohne weiteres gewinnbar. Die gesamte funktionelle DNA-Sequenz einschließlich der
Kernregion und des übertragbaren
Elements von GS in Mptb und Mavs, wie oben beschrieben, machen die
Polynukleotidsequenzen der Erfindung aus.
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Es
gibt 8 offene Leseraster (ORFs) in GS. Sechs von diesen, bezeichnet
als GSA, GSB, GSC, GSD, GSE und GSF, sind durch die Kern-DNA-Region
der GS codiert, welche, wie für
eine Pathogenitätsinsel
charakteristisch, einen unterschiedlichen GC-Gehalt zum Rest des mikrobiellen Genoms
aufweist. Zwei ORFs, bezeichnet als GSG und GSH, sind durch das übertragbare
Element der GS codiert, deren GC-Gehalt dem des Rests des mycobakteriellen
Genoms ähnelt.
Die ORF-GSH umfasst zwei Sub-ORFs
H1 und H2 auf dem
komplementären
DNA-Strang, die durch eine programmierte Frameshifting-Stelle verknüpft sind,
so dass ein einzelnes Polypeptid von der ORF GSH translatiert wird.
Die Nukleotidsequenzen der acht ORFs in GS und deren Translationen
sind in SEQ ID NR. 5 bis SEQ ID NR. 29 gezeigt wie folgt:
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ORF A:
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- SEQ ID NR. 5 Nukleotide 50 bis 427 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 6 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 5.
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ORF B:
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- SEQ ID NR. 7 Nukleotide 772 bis 1605 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 8 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 7.
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ORF C:
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- SEQ ID NR. 9 Nukleotide 1814 bis 2845 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 10 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 9.
- SEQ ID NR. 11 Nukleotide 201 bis 1232 der GS von Mptb
- SEQ ID NR. 12 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 11.
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ORF D:
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- SEQ ID NR. 13 Nukleotide 2785 bis 3804 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 14 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 13.
- SEQ ID NR. 15 Nukleotide 1172 bis 2191 der GS von Mptb
- SEQ ID NR. 16 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 15.
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ORF E:
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- SEQ ID NR. 17 Nukleotide 4080 bis 4802 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 18 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 17.
- SEQ ID NR. 19 Nukleotide 2467 bis 3189 der GS von Mptb
- SEQ ID NR. 20 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 19.
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ORF F:
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- SEQ ID NR. 21 Nukleotide 4947 bis 5747 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 22 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 21.
- SEQ ID NR. 23 Nukleotide 3335 bis 4135 der GS von Mptb
- SEQ ID NR. 24 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 23.
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ORF G:
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- SEQ ID NR. 25 Nukleotide 6176 bis 7042 der GS von Mavs
- SEQ ID NR. 26 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 25.
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ORF H:
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- SEQ ID NR. 27 Nukleotide 7953 bis 6215 der GS von Mavs.
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ORF H1:
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- SEQ ID NR. 28 Aminosäuresequenz,
codiert durch Nukleotide 7953 bis 7006 der SEQ ID NR. 27
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ORF H2:
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- SEQ ID NR. 29 Aminosäuresequenz,
codiert durch Nukleotide 7009 bis 6215 der SEQ ID NR. 27
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Die
Polynukleotide in Mtb mit Homologie zu den ORFs B, C, E und F der
GS in Mptb und Mavs und die Polypeptide, die sie nun als Ergebnis
unserer Erfindung bekanntermaßen
codieren, sind die folgenden:
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ORF B:
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- SEQ ID NR. 30 Cosmid MTCY277 Nukleotide 35493 bis 34705
- SEQ ID NR. 31 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 30.
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ORF C:
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- SEQ ID NR. 32 Cosmid MTCY277 Nukleotide 31972 bis 32994
- SEQ ID NR. 33 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 32.
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ORF D:
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- SEQ ID NR. 34 Cosmid MTCY277 Nukleotide 34687 bis 33956
- SEQ ID NR. 35 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 34.
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ORF E:
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- SEQ ID NR. 36 Cosmid MTO24 Nukleotide 15934 bis 15203
- SEQ ID NR. 37 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 36.
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ORF F:
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- SEQ ID NR. 38 Cosmid MTO24 Nukleotide 15133 bis 14306
- SEQ ID NR. 39 Aminosäuresequenz,
codiert durch SEQ ID NR. 38.
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Die
durch die ORFs A bis H in Mptb und Mavs codierten Proteine und Peptide
und die Aminosäuresequenzen
von homologen Genen, die wir, wie oben beschrieben, in Mtb entdeckt
haben und die angegeben sind in SEQ ID NRn. 31, 33, 35, 37 und 39,
und Fragmente davon, umfassen die Polypeptide der Erfindung. Von den
Polypeptiden der Erfindung wird geglaubt, dass sie mit einer spezifischen
Immunreaktivität
und mit der Pathogenität
der Wirts-Mikroorganismen, von denen sie erhalten wurden, assoziiert
sind.
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Die
vorliegende Erfindung stellt folglich ein Polynukleotid in im Wesentlichen
isolierter Form bereit, welches zum selektiven Hybridisieren an
Sequenz ID NRn. 3 oder 4 oder ein Fragment davon fähig ist.
Das Polynukleotid-Fragment kann alternativ eine Sequenz umfassen,
ausgewählt
aus der Gruppe der SEQ ID NRn. 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21,
23, 25 und 27. Die Erfindung stellt außerdem ein Polynukleotid in
im Wesentlichen isolierter Form bereit, dessen Sequenz im Wesentlichen
in einer Sequenz besteht, ausgewählt
aus der Gruppe der SEQ ID NRn. 30, 32, 34, 36 und 38, oder einer
entsprechenden Sequenz, die selektiv daran hybridisierbar ist, oder
ein Fragment dieser Sequenz oder einer entsprechenden Sequenz.
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Die
Erfindung stellt ferner diagnostische Sonden bereit, z.B. eine Sonde,
die ein Fragment von mindestens 15 Nukleotiden eines Polynukleotids
der Erfindung umfasst, oder eine Peptid-Nukleinsäure oder einen ähnlichen
synthetischen sequenzspezifischen Liganden, die wahlweise eine offenbarende
Markierung trägt. Die
Erfindung stellt außerdem
einen Vektor bereit, der ein Polynukleotid wie oben definiert trägt, insbesondere einen
Expressionsvektor.
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Die
Erfindung stellt darüber
hinaus ein Polypeptid in im Wesentlichen isolierter Form, welches
eine beliebige der Sequenzen umfasst, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend
aus SEQ ID NRn. 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 29,
31, 33, 35, 37 und 39, oder ein im Wesentlichen dazu homologes Polypeptid
bereit. Die Erfindung stellt außerdem
ein Polypeptid-Fragment bereit, welches ein Fragment eines oben
definierten Polypeptids umfasst, welches Fragment mindestens 10
Aminosäuren
und ein Epitop umfasst. Die Erfindung stellt ebenso Polynukleotide
in im Wesentlichen isolierter Form bereit, welche Polypeptide der
Erfindung codieren, und Vektoren, die diese Polynukleotide umfassen,
als auch Antikörper,
die zur Bindung dieser Polypeptide fähig sind. In einem weiteren
Aspekt stellt die Erfindung Kits bereit, umfassend Polynukleotide,
Polypeptide, Antikörper
oder synthetische Liganden der Erfindung als auch Verfahren zur
Verwendung dieser Kits in der Diagnose des Vorhandenseins oder der
Abwesenheit von Mycobakterien in einer Probe. Die Erfindung stellt auch
pharmazeutische Zusammensetzungen bereit, die Polynukleotide der
Erfindung, Polypeptide der Erfindung oder Antisense-Sonden umfassen,
als auch die Verwendung dieser Zusammensetzungen in der Behandlung
oder Verhütung
von durch Mycobakterien verursachten Erkrankungen. Die Erfindung
stellt außerdem
die durch das Polynukleotid bewirkte Verhütung und Behandlung von Infektionen
durch GS-enthaltende pathogene Mycobakterien in Tieren und Menschen
als einer Methode zur Erhöhung
der in vivo-Empfänglichkeit
dieser Mycobakterien für
antimikrobielle Wirkstoffe bereit. Die Erfindung stellt darüber hinaus
mit den Polynukleotiden der Erfindung transformierte Bakterien oder
Viren zur Verwendung als Impfstoffe bereit. Die Erfindung liefert außerdem Mptb
oder Mavs, in denen alle oder ein Teil der Polynukleotide der Erfindung
deletiert oder abgeschwächt
worden sind, um mutierte Organismen von geringerer Pathogenität zur Verwendung
als Impfstoffe bei Tieren und Menschen zu erhalten. Die Erfindung
bietet darüber
hinaus Mfb, in denen alle oder ein Teil der Polynukleotide, die
die Polypeptide der Erfindung codieren, deletiert oder abgeschwächt worden
sind, um mutierte Organismen von geringerer Pathogenität zur Verwendung
als Impfstoffe bei Tieren und Menschen zu erhalten.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist unsere Entdeckung von Homologien
zwischen den ORFs B, C und E in GS einerseits und dem Mtb-Cosmid
MTCY277 andererseits (Daten von Genbank-Datenbank unter Verwendung
der Computerprogramme BLAST und BLIXEM). Die homologen ORFs in MTCY277
liegen aneinander angrenzend, was mit der Form einer anderen Pathogenitätsinsel
in Mtb übereinstimmt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist unsere Entdeckung von Homologien
zwischen ORFs E und F in GS und dem Mtb-Cosmid MTO24 (ebenfalls
Genbank, wie oben), wobei die homologen ORFs dicht beieinander liegen.
Die Verwendung der Polynukleotide und Polypeptide von Mtb (SEQ ID
NRn. 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 und 39) in im Wesentlichen isolierter
Form als Diagnostika, Impfstoffe und Ziele für die Chemotherapie, für die Behandlung
und Verhütung
von Mtb-Infektionen bei Menschen und Tieren, und die Prozesse, die
an der Präparation und
Anwendung dieser Diagnostika, Impfstoffe und neuen Chemotherapeutika
beteiligt sind, umfassen weitere Aspekte der Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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A. Polynukleotide
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Die
Polynukleotide der Erfindung können,
wie hierin definiert, DNA oder RNA umfassen. Es kann sich auch um
Polynukleotide handeln, die in sich synthetische oder modifizierte
Nukleotide oder Peptid-Nukleinsäuren
enthalten. Eine Anzahl verschiedener Arten von Modifikation an Oligonukleotiden
ist im Fachgebiet bekannt. Zu diesen zählen Methylphosphonat und Phosphorthioat-Rückgrate,
die Addition von Acridin- oder Polylysin-Ketten an das 3'- und/oder 5'-Ende des Moleküls. Für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung sollte klar sein, dass die hierin beschriebenen
Polynukleotide mittels jeglicher im Fachgebiet verfügbarer Methode
modifiziert sein können.
Solche Modifikationen können
vorgenommen werden, um das Polynukleotid an eine feste Phase zu
koppeln, oder um die Erkennung, die in vivo-Aktivität oder die
Lebensspanne der Polynukleotide der Erfindung zu erhöhen.
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Eine
Reihe unterschiedlicher Arten von Polynukleotiden der Erfindung
wird ins Auge gefasst. Im breitesten Sinne bilden Polynukleotide
und Fragmente davon, die zum Hybridisieren an SEQ ID NR. 3 oder
4 fähig sind,
einen ersten Aspekt der Erfindung. Dies beinhaltet das Polynukleotid
der SEQ ID NR. 3 oder 4. Innerhalb der Klasse von Polynukleotiden
sind verschiedene Subklassen der Polynukleotide von besonderem Interesse.
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Eine
Subklasse der Polynukleotide, die von Interesse ist, ist die Klasse
der Polynukleotide, die die offenen Leseraster A, B, C, D, E, F,
G und H codieren, einschließlich
der SEQ ID NRn. 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25 und 27.
Wie nachstehend erörtert,
enthalten die Polynukleotide, die ORF H codieren, die Polynukleotidsequenzen
7953 bis 7006 und 7009 bis 6215 innerhalb der SEQ ID NR. 27, als
auch modifizierte Sequenzen, in denen der Frameshift modifiziert
worden ist, so dass die beiden Sub- Leseraster in einem einzigen Leserahmen
platziert sind. Dies mag dort erwünscht sein, wo das Polypeptid
in rekombinanten Expressionssystemen produziert werden soll.
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Die
Erfindung stellt somit ein Polynukleotid in im Wesentlichen isolierter
Form bereit, welches ein beliebiges dieser ORFs oder Kombinationen
davon codiert. Zu Kombinationen davon zählen Kombinationen von 2, 3,
4, 5 oder allen der ORFs. Es können
Polynukleotide bereitgestellt werden, die ein einzelnes ORF, getragen
in einem rekombinanten Vektor, einschließlich der hierin beschriebenen
Vektoren, umfassen. Daher stellt in einem bevorzugten Aspekt die
Erfindung ein Polynukleotid in im Wesentlichen isolierter Form bereit,
das zum selektiven Hybridisieren an die Nukleinsäure fähig ist, die ORFs A bis F der
Kernregion der Mptb- und Mavs-Pathogenitätsinseln
der Erfindung umfasst. Fragmente davon entsprechend den ORFs A bis
E, B is F, A bis D, B bis E, A bis C, B bis D oder jegliche zwei
angrenzende ORFs sind ebenfalls von der Erfindung umfasst.
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Die
Polynukleotide der Erfindung sind zum selektiven Hybridisieren an
den entsprechenden Abschnitt der GS-Region oder an die entsprechenden
ORFs des Mtb, wie hierin beschrieben, in der Lage. Der Begriff "selektives Hybridisieren" gibt an, dass die
Polynukleotide unter Bedingungen von mittlerer bis hoher Stringenz (z.B.
0,03 M Natriumchlorid und 0,03 M Natriumcitrat bei von etwa 50°C bis etwa
60°C) an
den entsprechenden Abschnitt der SEQ ID NR. 3 oder 4 oder die komplementären Strängen davon
hybridisieren werden, doch nicht an genomische DNA von Mycobakterien,
die gewöhnlich
nicht-pathogen sind, einschließlich
nicht-pathogener Spezies von M. avium. Solche Polynukleotide werden
im Allgemeinen zu mindestens 68 %, z.B. mindestens 70 %, vorzugsweise
mindestens 80 oder 90 %, und bevorzugter mindestens 95 % homolog
zur entsprechenden DNA der GS sein. Der entsprechende Abschnitt
wird sich über
eine Region von mindestens 20, vorzugsweise mindestens 30, zum Beispiel
mindestens 40, 60 oder 100 oder mehr aufeinanderfolgende Nukleotide erstrecken.
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Mit "entsprechender Abschnitt" ist eine Sequenz
aus der GS-Region der gleichen oder im Wesentlichen ähnlichen
Größe gemeint,
die zum Beispiel durch Computeralignment als den höchsten Grad
an Homologie zum Polynukleotid aufweisend bestimmt wurde.
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Jegliche
Kombination der oben genannten Grade von Homologie und Minimalgrößen kann
zur Definierung der Polynukleotide der Erfindung angewendet werden,
wobei die stringenteren Kombinationen (d.h. höhere Homologie über längere Längen) bevorzugt
sind. So bildet zum Beispiel ein Polynukleotid, das zu mindestens
80 % homolog über
25, vorzugsweise 30 Nukleotide ist, einen Aspekt der Erfindung,
ebenso wie ein Polynukleotid, das zu mindestens 90 % homolog über 40 Nukleotide
ist.
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Eine
weitere Klasse der Polynukleotide der Erfindung ist die Klasse von
Polynukleotiden, die die Polypeptide der Erfindung codieren, wobei
die Polypeptide der Erfindung in nachstehendem Abschnitt B definiert sind.
Aufgrund der Redundanz des genetischen Codes als solchem können die
Polynukleotide von einem geringeren Grad an Homologie sein als für die selektive
Hybridisation an die GS-Region erforderlich. Codieren solche Polynukleotide
jedoch die Polypeptide der Erfindung, so bilden diese Polynukleotide
einen weiteren Aspekt. Wo Polypeptide der Erfindung rekombinant
erzeugt werden, mag es beispielsweise erwünscht sein, den GC-Gehalt dieser
Polynukleotide zu erhöhen.
Diese Erhöhung
des GC-Gehalts kann zu höheren
Expressionsgraden über
die Verwendung von für
die Wirtszelle, in der die rekombinante Expression stattfindet,
geeigneten Codons führen.
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Eine
weitere Klasse von Polynukleotiden der Erfindung ist die, die aus
Cosmiden MTCY277 und MT024 (die Mtb-Genomsequenzen enthalten) gewinnbar
ist, welche Polynukleotide im Wesentlichen aus dem Fragment des
Cosmids bestehen, das ein offenes Leseraster enthält, welches
jegliches der homologen ORFs B, C, E bzw. F codiert. Solche Polynukleotide
werden nachstehend als Mtb-Polynukleotide bezeichnet. Wo jedoch
ganz allgemein auf Polynukleotide Bezug genommen wird, umfasst diese
Bezugnahme die Mtb-Polynukleotide, sofern der Kontext nicht ausdrücklich das
Gegenteil angibt. Außerdem
stellt die Erfindung Polynukleotide bereit, die dasselbe Polypeptid
wie die oben genannten ORFs von Mtb codieren, die jedoch aufgrund
der Redundanz des genetischen Codes unterschiedliche Nukleotidsequenzen
aufweisen. Diese bilden weitere Mtb-Polynukleotide der Erfindung.
Fragmente der Mtb-Polynukleotide, die zur Verwendung als Sonden
oder Primer geeignet sind, bilden ebenfalls einen weiteren Aspekt
der Erfindung.
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Die
Erfindung stellt weiterhin Polynukleotide in im Wesentlichen isolierter
Form bereit, die zum selektiven Hybridisieren (wobei selektives
Hybridisieren wie oben definiert zu verstehen ist) an die Mtb-Polynukleotide
der Erfindung fähig
sind.
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Die
Erfindung stellt außerdem
die Mtb-Polynukleotide der Erfindung bereit, die entweder am 5'- und/oder 3'-Ende an Polynukleotidsequenzen
geknüpft
sind, an die sie natürlicherweise
nicht angrenzen. Bei diesen Sequenzen handelt es sich typischerweise
um Sequenzen, die in Klonier- oder Expressionsvektoren gefunden
werden, wie etwa Promotoren, 5'-untranslatierte
Sequenzen, 3'-untranslatierte
Sequenzen oder Terminationssequenzen. Die Sequenzen können auch
weitere Codierungssequenzen enthalten, wie etwa Signalsequenzen,
die in der rekombinanten Produktion von Proteinen verwendet werden.
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Weitere
Polynukleotide der Erfindung sind in den begleitenden Beispielen
veranschaulicht.
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Die
Polynukleotide der Erfindung können
zur Erzeugung eines Primers, z.B. eines PCR-Primers, eines Primers
für eine
alternative Amplifikationsreaktion, einer Sonde, die z.B. mit einer
offenbarenden Markierung mittels herkömmlicher Methoden unter Verwendung
von radioaktiven oder nicht-radioaktiven Markierungen markiert ist,
oder einer Sonde, die kovalent an eine feste Phase geknüpft ist,
verwendet werden, oder die Polynukleotide können in Vektoren kloniert werden.
Diese Primer, Sonden und weitere Fragmente können mindestens 15, vorzugsweise
mindestens 20, zum Beispiel mindestens 25, 30 oder 40 oder mehr
Nukleotide in der Länge
betragen und sind auch vom Begriff Polynukleotide der Erfindung,
wie hierin verwendet, umfasst.
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Zu
Primern der Erfindung, die bevorzugt sind, zählen auf jeglichen Teil der
hierin definierten ORFs gerichtete Primer. Die ORFs von anderen
Isolaten der pathogenen Mycobakterien, die eine GS-Region enthalten, können bestimmt
werden, und konservierte Regionen innerhalb jedes einzelnen ORF
können
identifiziert werden. Auf solche konservierte Regionen gerichtete
Primer bilden einen weiteren bevorzugten Aspekt der Erfindung. Außerdem können die
Primer und weitere Polynukleotide der Erfindung zum Identifizieren,
Gewinnen und Isolieren von ORFs verwendet werden, die zur selektiven Hybridisierung
an die Polynukleotide der Erfindung fähig sind, die in pathogenen
Mycobakterien vorhanden sind, die aber nicht Teil einer Pathogenitätsinsel in
jener speziellen Bakterien-Spezies sind. So können über die ORFs B, C, E und F
hinaus, die in Mtb identifiziert worden sind, ähnliche ORFs in anderen Pathogenen
identifiziert werden, wobei auch ORFs entsprechend den GS ORFs C,
D, E, F und H identifizierbar sind.
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Polynukleotide,
wie etwa DNA-Polynukleotide und Sonden gemäß der Erfindung, können rekombinant,
synthetisch oder mittels einer beliebigen, den Fachleuten des Gebiets
zugänglichen
Methode erzeugt werden. Sie können
auch mittels standardmäßiger Techniken
kloniert werden.
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Im
Allgemeinen werden Primer mittels synthetischer Methoden erzeugt,
die die schrittweise Erzeugung der gewünschten Nukleinsäuresequenz,
immer ein Nukleotid auf einmal, einbeziehen. Die Methoden hierfür unter
Anwendung automatisierter Techniken stehen im Fachgebiet ohne weiteres
zur Verfügung.
Längere
Polynukleotide werden generell unter Verwendung rekombinanter Methoden
erzeugt, zum Beispiel unter Anwendung einer PCR-(Polymerase-Kettenreaktions)-Kloniertechnik.
Dies bezieht die Erzeugung eines Paars von Primern (z.B. von etwa
15–30
Nukleotiden) zu einer Region der GS, die kloniert werden soll, ein,
wobei die Primer in Kontakt mit genomischer DNA von Mycobakterium
oder einem Vektor gebracht werden, der/das die GS-Sequenz trägt, die
Durchführung
einer Polymerase-Kettenreaktion unter Bedingungen, die eine Amplifikation
der gewünschten
Region hervorrufen, die Isolierung des amplifizierten Fragments
(z.B. durch Reinigen des Reaktionsgemischs auf einem Agarosegel)
und die Rückgewinnung
der amplifizierten DNA ein. Die Primer können so entworfen werden, dass
sie geeignete Restriktionsenzym-Erkennungsstellen enthalten, so
dass die amplifizierte DNA in einen geeigneten Klonienrektor kloniert
werden kann.
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Diese
Techniken können
zum Erhalt aller oder eines Teils der hierin beschriebenen GS- oder
ORF-Sequenzen als auch weiterer genomischer Klone, die volle offene
Leseraster enthalten, angewendet werden. Obschon diese Techniken
im Allgemeinen im Fachgebiet wohlbekannt sind, kann insbesondere
verwiesen werden auf Sambrook J., Fritsch EF., Maniatis T (1989).
Molecular cloning: A Laboratory Manual, 2. Aufl. Cold Spring Harbor,
New York, Cold Spring Harbor Laboratory.
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Polynukleotide,
die nicht zu 100 % homolog zu den Sequenzen der vorliegenden Erfindung
sind, doch in den Rahmen der Erfindung fallen, können in zahlreichen Weisen
erhalten werden.
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Von
weiteren Isolaten oder Stämmen
von pathogenen Mycobakterien wird erwartet, dass sie allele Varianten
der hierin beschriebenen GS-Sequenzen enthalten, wobei diese zum
Beispiel durch Sondieren von genomischen DNA-Bibliotheken erhalten
werden, die aus solchen Isolaten oder Stämmen von Bakterien unter Verwendung
von GS- oder ORF-Sequenzen
als Sonden unter Bedingungen von mittlerer bis hoher Stringenz (zum
Beispiel 0,03 M Natriumchlorid und 0,03 M Natriumcitrat bei etwa
50°C bis
etwa 60°C)
erhalten werden.
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Eine
besonders bevorzugte Gruppe von pathogenen Mycobakterien sind Isolate
von M. paratuberculosis. Auf GS-Regionen dieser Bakterien basierende
Polynukleotide sind besonders bevorzugt. Zu bevorzugten Fragmenten
dieser Regionen zählen
Fragmente, die einzelne offene Leseraster codieren, einschließlich der
bevorzugten Gruppen und Kombinationen von offenen Leserastern, die
oben erörtert
sind.
-
Alternativ
können
diese Polynukleotide durch positionsgerichtete Mutagenese der GS- oder ORF-Sequenzen
oder allelen Varianten davon erhalten werden. Dies kann dort nützlich sein,
wo zum Beispiel stumme Codon-Austäusche zu Sequenzen erforderlich
sind, um Codon-Präferenzen
für eine
bestimmte Wirtszelle zu optimieren, in denen die Polynukleotidsequenzen
zu exprimieren sind. Weitere Sequenz-Austäusche können erwünscht sein, um Restriktionsenzym-Erkennungsstellen
einzuführen
oder die Eigenschaft oder Funktion des Polypeptids zu verändern, das
durch die Polynukleotide der Erfindung codiert ist. Zu dieser veränderten
Eigenschaft oder Funktion zählt
die Addition von Aminosäuresequenzen
von Consensus-Signalpeptiden, die im Fachgebiet zur Bewirkung von
Transport und Sekretion des modifizierten Polypeptids der Erfindung
bekannt sind. Zu einer weiteren veränderten Eigenschaft wird die
Mutagenese eines katalytischen Rests oder die Generierung von Fusionsproteinen
mit einem anderen Polypeptid zählen.
Solche Fusionsproteine können
mit einem Enzym, einem Antikörper
oder einem Zytokin oder einem anderen Liganden für einen Rezeptor erhalten werden, um
ein Polypeptid der Erfindung auf einen spezifischen Zelltyp in vitro
oder in vivo anzuzielen.
-
Die
Erfindung stellt außerdem
doppelsträngige
Polynukleotide bereit, die ein Polynukleotid der Erfindung und sein
Komplement umfassen.
-
Die
Polynukleotide oder Primer der Erfindung können eine offenbarende Markierung
tragen. Zu geeigneten Markierungen zählen Radioisotope wie 32P oder 35S, Enzymmarkierungen,
andere Proteinmarkierungen oder kleinere Markierungen wie Biotin
oder Fluorophore. Diese Markierungen können an die Polynukleotide oder
Primer der Erfindung angefügt
und unter Anwendung als solcher bekannter Techniken nachgewiesen werden.
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Die
markierten oder unmarkierten Polynukleotide oder Primer der Erfindung
oder Fragmente davon können
durch einen Fachmann des Gebiets in auf Nukleinsäure basierenden Tests auf das
Vorhandsein oder die Abwesenheit von Mptb, Mavs, anderen GS-enthaltenden
pathogenen Mycobakterien oder Mtb, angewendet an Proben von Körperflüssigkeiten,
Geweben oder Exkreten von Tieren und Menschen, als auch an Nahrungsmittel-
und Umweltproben wie Fluss- oder Grundwasser und die Haushalts-Wasserversorgung,
angewendet werden.
-
Zu
den menschlichen und tierischen Körperflüssigkeiten zählen Auswurf,
Blut, Serum, Plasma, Speichel, Milch, Urin, CSF, Samen, Kot und
infizierte Absonderungen; Gewebe einschließlich Darm, Mundgeschwüren, Haut,
Lymphknoten, Milz, Lunge und Leber, die chirurgisch oder durch eine
Biopsietechnik erhalten wurden. Zu den Tieren zählen insbesondere Handelstiere
wie Rinder, Schafe, Ziegen, Wild, Kaninchen, doch können auch
Wildtiere und Zootiere getestet werden.
-
Diese
Tests umfassen das Zusammenbringen einer menschlichen oder tierischen
Körperflüssigkeit oder
eines Gewebeextrakts, oder eines Extrakts von einer Umwelt- oder
Nahrungsmittelprobe, mit einer Sonde, die ein Polynukleotid oder
einen Primer der Erfindung umfasst, unter Hybridisierungsbedingungen
und das Nachweisen des zwischen der Sonde und der Nukleinsäure in der
Probe gebildeten Duplex. Dieser Nachweis kann unter Anwendung von
Techniken wie der PCR erzielt werden oder durch Immobilisieren der
Sonde an einem festen Träger,
Entfernen der Nukleinsäure
in der Probe, die nicht an die Sonde hybridisiert ist, und dann Nachweisen
der Nukleinsäure,
die an die Sonde hybridisiert hat. Alternativ kann die Proben-Nukleinsäure an einem
festen Träger
immobilisiert werden und die Menge der an diesen Träger gebundenen
Sonde nachgewiesen werden. Geeignete Assay-Methoden dieser weiteren
Formate sind zu finden zum Beispiel in WO89/03891 und WO90/13667.
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Die
markierten oder unmarkierten Polynukleotide der Erfindung oder Fragmente
davon können
auch zum Identifizieren und Charakterisieren verschiedener Stämme von
Mptb, Mavs, weiteren GS-enthaltenden pathogenen Mycobakterien oder
Mtb, als auch Eigenschaften wie der Wirkstoffresistenz oder -empfänglichkeit verwendet
werden.
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Die
Sonden der Erfindung können
in bequemer Weise in Form eines Testkits in einem geeigneten Behälter abgepackt
werden. In solchen Kits kann die Sonde an einen festen Träger gebunden
sein, wo das Assay-Format, für
das der Kit entworfen wurde, diese Bindung erfordert. Der Kit kann
auch geeignete Reagenzien zur Behandlung der zu sondierenden Probe,
zur Hybridisierung der Sonde an die Nukleinsäure in der Probe, Kontrollreagenzien,
Gebrauchsanleitungen und ähnliches
enthalten.
-
Die
Verwendung der Polynukleotide der Erfindung in der Diagnose von
entzündlichen
Erkankungen wie der Crohn-Krankheit oder Sarkoidose bei Menschen
oder Johne-Krankheit
bei Tieren stellt einen bevorzugten Aspekt der Erfindung dar. Die
Polynukleotide können
auch in der Prognose dieser Erkrankungen verwendet werden. Zum Beispiel
kann die Reaktion eines menschlichen oder tierischen Wesens als
Reaktion auf ' Antibiotika,
Impfung oder andere Therapien unter Anwendung der diagnostischen
Methoden der Erfindung über
den Verlauf eines Behandlungszeitraums oder im Anschluss an solch
eine Behandlung überwacht
werden.
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Die
Verwendung von Mtb-Polynukleotiden (insbesondere in Form von Sonden
und Primern) der Erfindung bei den oben beschriebenen Methoden bildet
einen weiteren Aspekt der Erfindung, insbesondere zur Detektion,
Diagnose oder Prognose von Mtb-Infektionen.
-
B. Polypeptide
-
Zu
den Polypeptiden der Erfindung zählen
Polypeptide in im Wesentlichen isolierter Form, die durch die GS
codiert sind. Dies umfasst die Polypeptide der vollen Länge, die
durch den positiven und komplementären negativen Strang der GS
codiert sind. Jedes der Polypeptide der vollen Länge wird eine der Aminosäuresequenzen
enthalten, wie dargestellt in SEQ ID NRn. 6, 8, 10, 12, 14, 16,
18, 20, 22, 24, 26, 28 und 29. Die Polypeptide der Erfindung enthalten
ferner Varianten dieser Sequenzen, einschließlich natürlich vorkommender alleler
Varianten und synthetischer Varianten, die beträchtlich homolog zu den Polypeptiden
sind. In diesem Zusammenhang wird beträchtliche Homologie bei einer
Sequenz erkannt, die mindestens 70 %, z.B. 80 %, 90 %, 95 % oder
98 % Aminosäure-Homologie
(Identität) über 30 oder
mehr, z.B. 40, 50 oder 100 Aminosäuren hinweg aufweist. Zum Beispiel
ist eine Gruppe der im Wesentlichen homologen Polypeptide die, die
zu mindestens 95 % Aminosäure-Identität zu einem
Polypeptid nach einem der SEQ ID NRn. 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18,
20, 22, 24, 26, 28 und 29 über
ihre gesamte Länge
aufweist: Noch bevorzugter beträgt
diese Homologie 98 %.
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Die
Polypeptide der Erfindung enthalten ferner die Polypeptidsequenzen
der homologen ORFs von Mtb, nämlich
die SEQ ID NRn. 31, 35, 37 und 39. Sofern nicht ausdrücklich gegenteilig
angegeben, umfasst die Bezugnahme auf Polypeptide der Erfindung
und deren Fragmente diese Mtb-Polypeptide und Fragmente und wie
hierin definierte Varianten davon (im Wesentlichen zu diesen Sequenzen
homolog).
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Die
Polypeptide der Erfindung können
mittels der oben erwähnten
standardmäßigen Techniken
erhalten werden. Die Polypeptide der Erfindung enthalten auch Fragmente
der oben genannten Polypeptide der vollen Länge und Varianten davon, einschließlich Fragmente
der Sequenzen, wie in SEQ ID NRn. 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20,
22, 24, 26, 28, 29, 31, 33, 35, 37 und 39 dargestellt. Diese Fragmente
von zum Beispiel 8, 10, 12, 15 oder bis zu 30 oder 40 Aminosäuren können auch
synthetisch unter Anwendung von im Fachgebiet bekannten standardmäßigen Techniken
erhalten werden.
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Zu
bevorzugten Fragmenten zählen
solche, die ein Epitop enthalten, insbesondere ein Epitop, welches
für die
Pathogenität
der mycobakteriellen Zelle, von der das Polypeptid abgeleitet ist,
spezifisch ist. Geeignete Fragmente werden von einer Größe von mindestens
etwa 5, z.B. 8, 10, 12, 15 oder 20 Aminosäuren oder größer sein.
Die Epitope können
mittels Techniken wie der Peptid-Scanningtechnik, wie beschrieben
bei Geysen et al., Mol. Immunol., 23; 709-715 (1986), als auch weiteren
im Fachgebiet bekannten Techniken, bestimmt werden.
-
Die
Bezeichnung "ein
Epitop, das für
die Pathogenität
der mycobakteriellen Zelle spezifisch ist" bedeutet, dass das Epitop durch einen
Abschnitt der GS-Region oder durch die entsprechenden ORF-Sequenzen von
Mtb codiert ist, die zur Unterscheidung von pathogenen Mycobakterien
von verwandten nicht-pathogenen Mycobakterien einschließlich nicht-pathogener
Spezies von M. avium verwendet werden können. Dies kann anhand routinemäßiger Methoden
bestimmt werden. Ein Kandidat-Epitop von einem ORF kann präpariert
und zur Immunisierung eines Tieres wie einer Ratte oder einem Kaninchen
für die
Generierung von Antikörpern verwendet
werden. Die Antikörper
können
dann zum Nachweis des Vorhandenseins des Epitops in pathogenen Mycobakterien
und zur Bestimmung dessen verwendet werden, dass nicht-pathogene
Mycobakterien keinerlei Proteine enthalten, die mit dem Epitop reagieren.
Die Epitope können
linear oder konformationell sein.
-
Die
Polypeptide der Erfindung können
in im Wesentlichen isolierter Form vorliegen. Es wird selbstverständlich sein,
dass die Polypeptide mit Trägern
oder Verdünnungsmitteln
gemischt werden können,
die den angestrebten Zweck des Polypeptids nicht beeinträchtigen
und wobei sie nach wie vor als im Wesentlichen isoliert betrachtet
werden können.
Ein Polypeptid der Erfindung kann auch in einer im Wesentlichen
reinen Form vorliegen, in welchem Fall es generell das Polypeptid
in einer Präparation
umfasst, in der mehr als 90 %, z.B. 95 %, 98 % oder 99 % des Polypeptids
in der Präparation
ein Polypeptid der Erfindung ist.
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Die
Polypeptide der Erfindung können
modifiziert sein, um ihnen eine gewünschte Eigenschaft oder Funktion
zu verleihen, zum Beispiel durch Addition von Histidin-Resten, um
ihre Reinigung zu unterstützen, oder
durch Addition einer Signalsequenz, um ihre Sekretion aus einer
Zelle zu fördern.
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Daher
umfassen die Polypeptide der Erfindung Fusionsproteine, zu welchen
ein Polypeptid zählt,
das das gesamte oder einen Teil von ein oder mehreren ORFs der Erfindung
codiert, und das fusioniert an den N- oder C-Terminus einer zweiten
Sequenz zur Bereitstellung der gewünschten Eigenschaft oder Funktion
ist. Sequenzen, die die Sekretion aus einer Zelle fördern, umfassen
zum Beispiel die Hefe-α-Faktor-Signalsequenz.
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Ein
Polypeptid der Erfindung kann mit einer offenbarenden Markierung
markiert sein. Die offenbarende Markierung kann jegliche geeignete
Markierung sein, die den Nachweis des Polypeptids erlaubt. Zu geeigneten
Markierungen zählen
Radioisotope, z.B. 125I, 35S-Enzyme,
Antikörper,
Polynukleotide und Liganden, wie z.B. Biotin. Markierte Polypeptide
der Erfindung können
in diagnostischen Verfahren verwendet werden, wie z.B. Immunoassays,
um die Menge eines Polypeptids der Erfindung in einer Probe zu bestimmen.
Polypeptide oder markierte Polypeptide der Erfindung können auch
in serologischen oder zellvermittelten Immunoassays für den Nachweis
der Immunreaktivität
der Polypeptide in Tieren und Menschen unter Anwendung standardmäßiger Protokolle
verwendet werden.
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Ein
Polypeptid oder markiertes Polypeptid der Erfindung oder ein Fragment
davon kann auch an eine feste Phase, zum Beispiel die Oberfläche eines
Immunoassays-Wells, Mikropartikels, Tauchstäbchens oder Biosensors, fixiert
werden. Solche markierte und/oder immobilisierte Polypeptide können in
Kits in einem geeigneten Behälter
zusammen mit geeigneten Reagenzien, Kontrollen, Gebrauchsanleitungen
und ähnlichem abgepackt
werden.
-
Diese
Polypeptide und Kits können
bei Methoden zum Nachweisen von Antikörpern oder der zellvermittelten
Immunreaktivität,
zu den mycobakteriellen Proteinen und Peptiden, die durch die ORFs
der Erfindung codiert sind, und deren alleler Varianten und Fragmente
unter Anwendung eines Immunoassays verwendet werden. Die Wirts-Antikörper oder
die zellvermittelte Immunreaktivität wird in Menschen oder Tieren
mit einem Immunsystem auftreten, welches die Polypeptide der Erfindung
detektiert und ihnen gegenüber
reaktiv ist. Die Antikörper
können
in einer biologischen Probe von Menschen oder Tieren vorhanden sein,
wobei die biologische Probe eine wie oben de finierte Probe sein
kann, insbesondere Blut, Milch oder Speichel.
-
Immunoassay-Methoden
sind im Fachgebiet wohlbekannt und umfassen im Allgemeinen:
- (a) Bereitstellen eines Polypeptids der Erfindung,
das ein Epitop umfasst, welches durch einen Antikörper gegen
das mycobakterielle Polypeptid bindbar ist;
- (b) Inkubieren einer biologischen Probe mit dem Polypeptid unter
Bedingungen, welche die Bildung eines Antikörper-Antigen-Komplexes erlauben;
und
- (c) Bestimmen, ob ein Antikörper-Antigen-Komplex,
der das Polypeptid umfasst, gebildet wurde.
-
Die
Immunoassay-Methoden für
die zellvermittelte Immunreaktivität in Tieren und Menschen sind ebenfalls
im Fachgebiet wohlbekannt (z.B. wie beschrieben bei Weir et al.
1994, J. Immunol. Methods 176; 93-101) und umfassend im Allgemeinen:
- (a) Bereitstellen eines Polypeptids der Erfindung,
das ein Epitop umfasst, welches durch einen Lymphozyten oder Makrophagen
oder anderen Zellrezeptor bindbar ist;
- (b) Inkubieren einer Zellprobe mit dem Polypeptid unter Bedingungen,
die eine zelluläre
Immunantwort ermöglichen,
wie z.B. die Freisetzung von Zytokinen oder anderen Mediatoren;
und
- (c) Nachweisen des Vorhandenseins des Zytokins oder Mediators
im Inkubat.
-
Die
Polypeptide der Erfindung können
mittels standardmäßiger synthetischer
Methoden, wie im Fachgebiet wohlbekannt, oder rekombinant hergestellt
werden, wie nachstehend beschrieben.
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Die
markierten oder unmarkierten Polypeptide der Erfindung oder Fragmente
davon können
auch zum Identifizieren und Charakterisieren verschiedener Stämme von
Mptb, Mavs oder anderer GS-enthaltender pathogener Mycobakterien,
oder Mtb und Eigenschaften wie der Wirkstoffresistenz oder -empfänglichkeit,
verwendet werden.
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Die
Polypeptide der Erfindung können
in bequemer Weise in Form eines Testkits in einem geeigneten Behälter abgepackt
werden. In diesen Kits kann das Polypeptid an einen festen Träger gebunden
sein, wenn das Assay-Format, für
das der Kit entworfen wurde, diese Bindung erfordert. Der Kit kann
außerdem
geeignete Reagenzien zur Behandlung der zu untersuchenden Probe,
Kontrollreagenzien, Gebrauchsanleitungen und ähnliches enthalten.
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Die
Verwendung der Polypeptide der Erfindung in der Diagnose entzündlicher
Erkrankungen wie der Crohn-Krankheit oder Sarkoidose bei Menschen
oder Johne-Krankheit bei Tieren bildet einen bevorzugten Aspekt
der Erfindung. Die Polypeptide können
auch in der Prognose dieser Krankheiten verwendet werden. Zum Beispiel
kann die Reaktion auf ein menschliches oder tierisches Wesen als
Reaktion auf Antibiotika oder andere Therapieformen durch Anwendung
der diagnostischen Methoden der Erfindung über den Ablauf eines Behandlungszeitraums
und im Anschluss an diese Behandlung überwacht werden.
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Die
Verwendung der Mtb-Polypeptide der Erfindung bei den oben beschriebenen
Methoden bildet einen weiteren Aspekt der Erfindung, insbesondere
für die
Detektion, Diagnose oder Prognose von Mtb-Infektionen.
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Die
Polypeptide der Erfindung können
auch bei Assay-Methoden zum Identifizieren von chemischen Kandidat-Verbindungen
verwendet werden, die zur Hemmung, Bindung oder Zerstörung der
Funktion der Polypeptide, die für
die Pathogenität
erforderlich ist, nützlich
sein werden. Generell beziehen diese Assays das Zusammenbringen
des Polypeptids mit einer Kandidat-Inhibitorverbindung und das Beobachten
der Fähigkeit der
Verbindung, das Polypeptid zu zerstören, zu binden oder zu beeinträchtigen,
ein.
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Es
gibt eine Reihe von Wegen, auf denen der Assay formatiert werden
kann. Zum Beispiel können jene
Polypeptide, die eine enzymatische Funktion aufweisen, unter Verwendung
markierter Substrate für
das Enzym untersucht werden und die Menge oder Rate der Umwandlung
des Substrats in ein Produkt zum Beispiel mittels Chromatographie
wie der HPLC oder mittels eines kolorimetrischen Assays gemessen
werden. Zu geeigneten Markierungen zählen 35S, 125I, Biotin oder Enzyme wie Meerrettichperoxidase.
-
Zum
Beispiel wird davon ausgegangen, dass das Genprodukt von ORF C eine
GDP-Mannosedehydratase-Aktivität aufweist.
So kann ein Assay auf Inhibitoren des Genprodukts zum Beispiel markierte GDP-Mannose,
GDP oder Mannose nutzen und kann die Aktivität des Genprodukts verfolgt
werden. ORF D codiert ein Gen, das mit der Synthese und Regulierung
von kaspulären
Polysacchariden in Verbindung steht, die oftmals mit Invasivität und Pathogenität assoziiert
sind. Markierte Polysaccharid-Substrate können in Assays des ORF D-Genprodukts
verwendet werden. Das Genprodukt von ORF F codiert ein Protein mit
mutmaßlicher
Glucosyltransferase-Aktivität,
weshalb markierte Aminozucker wie β-1-3-N-Acetylglucosamin als
Substrate in den Assays verwendet werden können.
-
Chemische
Kandidat-Verbindungen, die verwendbar sind, können natürliche oder synthetische chemische
Verbindungen sein, die in Wirkstoff-Screening-Programmen verwendet
werden können.
Pflanzenextrakte, die mehrere charakterisierte oder uncharakterisierte
Komponenten enthalten, können
ebenfalls verwendet werden.
-
Alternativ
kann das Polypeptid der Erfindung gegen ein Panel von Peptiden,
Nukleinsäuren
oder anderen chemischen Funktionalitäten gescreent werden, die durch
kombinatorische Chemie generiert werden. Dies wird die Definition
von chemischen Entitäten
ermöglichen,
die an Polypeptide der Erfindung binden. Typischerweise wird das
Polypeptid der Erfindung in Kontakt mit einem Panel von Verbindungen
aus einer kombinatorischen Bibliothek gebracht werden, wobei entweder
das Panel oder das Polypeptid an einer festen Phase unter Bedingungen
immobilisiert wird, die zur Bindung des Polypeptids an das Panel
geeignet sind. Die feste Phase wird dann unter Bedingungen gewaschen,
bei denen lediglich spezifische Wechselwirkungen zwischen dem Polypeptid
und einzelnen Mitgliedern des Panels erhalten bleiben, wobei diese
spezifischen Mitglieder für
weitere Assays genützt
oder zum Entwurf weiterer Panels von Kandidat-Verbindungen verwendet werden können.
-
Zum
Beispiel ist eine Reihe von Assay-Methoden zur Definierung der Peptid-Wechselwirkungen
mit Peptiden bekannt. Zum Beispiel ist in WO86/00991 ein Verfahren
zur Bestimmung von Mimotopen beschrieben, welches das Erzeugen von
Panels von Katamer-Präparaten,
zum Beispiel Octamere von Aminosäuren, bei
denen ein oder mehrere der Positionen definiert sind und die verbliebenen
Positionen willkürlich
mit anderen Aminosäuren
besetzt werden, das Bestimmen, welches Katamer an ein Protein von
Interesse bindet, und das nochmalige Screening des Proteins von
Interesse gegen ein weiteres Panel auf der Grundlage des reaktivsten
Katamers erfolgt, bei dem ein oder mehrere zusätzliche bezeichnete Positionen
systematisch variiert werden, umfasst. Dies kann über eine
Reihe von Zyklen hinweg wiederholt werden und zum Aufbau einer Sequenz
einer Bindungskandidat-Verbindung von Interesse verwendet werden.
-
WO89/03430
beschreibt Screening-Methoden, welche die Präparation spezifischer Mimotope
ermöglichen,
die die immunologische Aktivität
eines gewünschten
Analyts nachahmen. Diese Mimotope werden durch Umsetzen eines Panels
individueller Peptide, wobei die Peptide von systematisch variierender
Hydrophobizität,
amphipathischen Eigenschaften und Ladungsmustern sind, unter Verwendung
eines Antikörpers gegen
ein Antigen von Interesse identifiziert. Daher können im vorliegenden Falle
Antikörper
gegen das Polypeptid der Erfindung verwendet und die Mimotop-Peptide
aus solchen Panels identifiziert werden.
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C. Vektoren
-
Die
Polynukleotide der Erfindung können
in einen rekombinanten replizierbaren Vektor eingebaut werden. Der
Vektor kann zur Replikation der Nukleinsäure in einer kompatiblen Wirtszelle
verwendet werden. So stellt bei einer weiteren Ausführungsform
die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Polynukleotiden der Erfindung
durch Einführen
eines Polynukleotids der Erfindung in einen replizierbaren Vektor,
Einführen
des Vektors in eine kompatible Wirtszelle und Züchten der Wirtszelle unter
Bedingungen, die eine Replikation des Vektors hervorbringen, bereit.
Der Vektor kann aus der Wirtszelle rückgewonnen werden. Geeignete
Wirtszellen sind nachstehend im Zusammenhang mit Expressionsvektoren
beschrieben.
-
D. Expressionsvektoren
-
Vorzugsweise
wird ein Polynukleotid der Erfindung in einem Vektor operativ mit
einer Kontrollsequenz verknüpft,
die für
die Expression der Codierungssequenz durch die Wirtszelle sorgen
kann, d.h. der Vektor ist ein Expressionsvektor. Der Begriff "operativ verknüpft" bezieht sich auf
eine Aneinanderlagerung, wobei die beschriebenen Komponenten in
einer Beziehung stehen, die ihnen eine Funktion in ihrer angestrebten
Weise erlaubt. Eine Kontrollsequenz, die an eine Codierungssequenz "operativ geknüpft" ist, wird in solcher
Weise ligiert, dass die Expression der Codierungssequenz unter Bedingungen
erreicht wird, die mit den Kontrollsequenzen kompatibel sind. Diese
Vektoren können
in eine geeignete Wirtszelle wie oben beschrieben transformiert
werden, um die Expression eines Polypeptids der Erfindung zu ermöglichen.
Folglich stellt ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung von Polypeptiden gemäß der Erfindung bereit, welches
das Züchten
einer mit einem Expressionsvektor wie oben beschrieben transformierten
oder transfizierten Wirtszelle unter Bedingungen, die die Expression
durch den Vektor einer Codierungssequenz bereitzustellen, die die Polypeptide
codiert, ermöglichen,
und das Rückgewinnen
der exprimierten Polypeptide umfasst.
-
Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung stellt Vektoren für
die Replikation und Expression von Polynukleotiden der Erfindung
oder Fragmenten davon bereit. Die Vektoren können zum Beispiel Plasmid-,
Virus- oder Phagenvektoren sein, die mit einem Replikationsursprung,
wahlweise einem Promotor für
die Expression des Polynukleotids und wahlweise einem Regulator
für den
Promotor ausgestattet sind. Die Vektoren können ein oder mehrere selektierbare
Markergene enthalten, zum Beispiel ein Ampicillin-Resistenzgen im Falle
eines bakteriellen Plasmids oder ein Neomycin-Resistenzgen für einen
Säugervektor.
Die Vektoren können
in vitro zum Beispiel für
die Produktion von RNA oder zum Transfizieren oder Transformieren
einer Wirtszelle verwendet werden. Der Vektor kann auch zur in vivo-Verwendung,
zum Beispiel bei einer Impfmethode mit nackter DNA oder der Gentherapie,
adaptiert werden. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung stellt
Wirtszellen bereit, die mit den Vektoren für die Replikation und Expression
der Polynukleotide der Erfindung, einschließlich der DNA von GS, deren
offenen Leserastern und weiteren entsprechenden ORFs, insbesondere
ORFs B, C, E und F von Mtb, transformiert oder transfiziert wurden.
Die Zellen werden nach ihrer Kompatibilität mit dem Vektor ausgewählt und
können
zum Beispiel eine Bakterien-, Hefe-, Insekten- oder Säugerzelle
sein.
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Expressionvektoren
sind im Fachgebiet breit verfügbar
und können
kommerziell bezogen werden. Säuger-Expressionsvektoren
können
einen Säuger-
oder Virus-Promotor umfassen. Säuger-Promotoren
umfassen den Metallothioneinpromotor. Virale Promotoren umfassen
Promotoren von Adenovirus, den großen SV40-T-Promotor und retrovirale
LTR-Promotoren. Zu mit Insektenzellen kompatiblen Promotoren zählen der Polyhedrin-Promotor.
Zu Hefe-Promotoren zählen
der Alkoholdehydrogenase-Promotor. Zu Bakterien-Promotoren zählen der β-Galactosidase-Promotor.
-
Die
Expressionsvektoren können
außerdem
Enhancer umfassen, und im Falle der eukaryontischen Vektoren Polyadenylierungs-Signalsequenzen
stromabwärts
der zu exprimierenden Codierungssequenz.
-
Die
Polypeptide der Erfindung können
in geeigneten Wirtszellen exprimiert werden, zum Beispiel Bakterien-,
Hefe-, Pflanzen-, Insekten- und Säugerzellen, und unter Anwendung
standardmäßiger Reinigungstechniken
einschließlich
zum Beispiel der Affinitätschromatographie,
HPLC oder anderen chromatographischen Trenntechniken, rückgewonnen
werden.
-
Die
Polynukleotide gemäß der Erfindung
können
auch in die oben beschriebenen Vektoren in einer Antisense-Orientierung
inseriert werden, um für
die Produktion von Antisense-RNA zu sorgen. Antisense-RNA oder andere
Antisense-Polynukleotide oder Liganden können auch mittels synthetischer
Methoden erzeugt werden. Solche Antisense-Polynukleotide können in
einer Methode zum Kontrollieren der Mengen der Proteine, die durch
die ORFs der Erfindung codiert sind, in einer Mycobakterienzelle
verwendet werden.
-
Die
Polynukleotide der Erfindung können
auch von für
gentherapeutische Methoden geeigneten Vektoren getragen werden.
Zu diesen gentherapeutischen Methoden zählen jene, die zur Bereitstellung
von Impfstoffen gegen Krankheiten, die durch pathogene Mycobakterien
verursacht werden, oder zur Auffrischung der Immunreaktion eines
mit einem pathogenen Mycobakterium infizierten Menschen oder Tiers
entworfen wurden.
-
Zum
Beispiel beschreiben Ziegner et al., AIDS, 1995, 9; 43–50, die
Verwendung eines replikationsdefekten rekombinanten amphotropen
Retrovirus zur Auffrischung der Immunreaktion bei Patienten mit
einer HIV-Infektion. Solch ein Retrovirus kann zum Tragen eines
Polynukleotids modifiziert werden, das ein Polypeptid oder Fragment
davon der Erfindung codiert, und das Retrovirus an die Zellen eines
menschlichen oder tierischen Wesens verabreicht werden, um eine
Immunreaktion gegen das Polypeptid zu erreichen. Das Retrovirus
kann direkt an den Patienten verabreicht werden oder kann zur Infizierung
von Zellen ex vivo, z.B. Fibroblastenzellen, verwendet werden, die
dann in den Patienten, wahlweise nach ihrer Inaktivierung, eingeführt werden.
Die Zellen sind erwünschterweise
autologe oder HLA-angepasste Zellen von dem menschlichen oder tierischen
Wesen.
-
Gentherapeutische
Methoden, einschließlich
Methoden zur Verstärkung
einer Immunreaktion auf ein bestimmtes Pathogen, sind allgemein
zum Beispiel in WO95/14091 beschrieben, welche Beschreibung hierin durch
Bezugnahme mitaufgenommen ist. Zu rekombinanten viralen Vektoren
zählen
retrovirale Vektoren, adenovirale Vektoren, adeno-assoziiert-virale
Vektoren, Vaccinia-Virus-Vektoren, Herpes-Virus-Vektoren und Alphavirus-Vektoren.
Alphavirus-Vektoren sind beschrieben zum Beispiel in WO95/07994,
welche Beschreibung hierin durch Bezugnahme mitaufgenommen ist.
-
Wo
eine direkte Verabreichung des rekombinanten viralen Vektors in
Betracht gezogen wird, und zwar entweder in Form einer nackten Nukleinsäure oder
in Form verpackter Partikel, die die Nukleinsäure tragen, kann dies mittels
jeglicher geeigneter Methode vorgenommen werden, zum Beispiel der
oralen Verabreichung oder der intravenösen Injektion. 105 bis
108 cfu des Virus stellen eine typische
Dosis dar, die beispielsweise wöchentlich über einen
Zeitraum von einigen Monaten wiederholt werden kann. Die Verabreichung
autologer oder HLA-angepasster Zellen, die mit dem Virus infiziert
sind, kann in einigen Fällen
bequemer sein. Dies wird im Allgemeinen durch Verabreichung von
Dosen von zum Beispiel 105 bis 108 Zellen pro Dosis erreicht werden, die wie
oben beschrieben wiederholt werden können.
-
Der
rekombinante virale Vektor kann außerdem eine Nukleinsäure umfassen,
die zur Exprimierung eines accessorischen Moleküls des Immunsystems fähig ist,
das zur Steigerung der Immunantwort entworfen ist. Ein derartiges
Molekül
kann zum Beispiel ein Interferon sein, insbesondere Interferon-Gamma,
ein Interleukin, zum Beispiel IL-1α, IL-1β oder IL-2,
oder ein HLA-Klasse I oder II-Molekül. Dies mag dort besonders erwünscht sein,
wo der Vektor für
die Verwendung in der Behandlung von Menschen oder Tieren vorgesehen ist,
die bereits mit einem Mycobakterium infiziert sind, und wo eine
Verstärkung
der Immunantwort gewünscht wird.
-
E. Antikörper
-
Die
Erfindung stellt auch monoklonale oder polyklonale Antikörper zu
Polypeptiden der Erfindung oder Fragmente davon bereit. Die Erfindung
stellt darüber
hinaus ein Verfahren zur Herstellung von monoklonalen oder polyklonalen
Antikörpern
zu Polypeptiden der Erfindung bereit. Monoklonale Antikörper können mittels einer
herkömmlichen
Hybridoma-Technologie unter Verwendung der Polypeptide der Erfindung
oder von Peptid-Fragmenten davon als Immunogenen hergestellt werden.
Polyklonale Antikörper
können
auch mittels herkömmlicher
Methoden präpariert
werden, welche das Beimpfen eines Wirtstiers, zum Beispiel einer
Ratte oder eines Kaninchens, mit einem Polypeptid der Erfindung
oder Peptid-Fragment davon und das Rückgewinnen von Immunserum umfassen.
-
Um
solche Antikörper
zu erzeugen, stellt die Erfindung außerdem Polypeptide der Erfindung
oder Fragmente davon bereit, die an ein anderes Polypeptid haptenisiert
sind, zur Verwendung als Immunogene bei Tieren oder Menschen.
-
Für die Zwecke
dieser Erfindung umfasst der Begriff "Antikörper", sofern nicht gegenteilig spezifiziert, Fragmente
von ganzen Antikörpern,
die ihre Bindungsaktivität
für ein
Polypeptid der Erfindung beibehalten. Zu solchen Fragmenten zähen Fv-,
F(ab')- und F(ab')2-Fragmente,
als auch Einzelketten-Antikörper.
Weiterhin können
die Antikörper
und deren Fragmente humanisierte Antikörper sein, wie z.B. beschrieben
in EP-A-239400.
-
Die
Antikörper
können
bei Verfahren zum Nachweisen von Polypeptiden der Erfindung verwendet
werden, die in biologischen Proben vorhanden sind (wobei zu solchen
Proben menschliche oder tierische Körperproben als auch Umweltproben
zählen,
wie oben erwähnt),
wobei das Verfahren umfasst:
- (a) Bereitstellen
eines Antikörpers
der Erfindung;
- (b) Inkubieren einer biologischen Probe mit dem Antikörper unter
Bedingungen, welche die Bildung eines Antikörper-Antigen-Komplexes erlauben;
und
- (c) Bestimmen, ob der Antikörper-Antigen-Komplex,
der den Antikörper
umfasst, gebildet wurde.
-
Die
Antikörper
der Erfindung können
an einen festen Träger,
zum Beispiel ein Immunoassay-Well, Mikropartikel, Tauchstäbchen oder
Biosensor, gebunden werden und/oder in Kits in einem geeigneten
Behälter zusammen
mit geeigneten Reagenzien, Kontrollen, Gebrauchsanleitungen und ähnlichem
abgepackt werden.
-
Die
Antikörper
der Erfindung können
in der Detektion, Diagnose und Prognose von Erkrankungen verwendet
werden; wie oben in Bezug auf die Polypeptide der Erfindung beschrieben.
-
F. Zusammensetzungen
-
Die
vorliegende Erfindung stellt auch Zusammensetzungen bereit, die
ein Polynukleotid oder Polypeptid der Erfindung umfassen, kombiniert
mit einem Träger
oder Verdünnungsmittel.
Zu den Zusammensetzungen der Erfindung zählen Zusammensetzungen, die
eine Nukleinsäure,
insbesondere einen Expressionsvektor, der Erfindung umfassen. Die
Zusammensetzungen beinhalten ferner jene, die einen rekombinanten
Virus der Erfindung tragen. Zu solchen Zusammensetzungen zählen pharmazeutische
Zusammensetzungen, in welchem Fall der Träger oder das Verdünnungsmittel
pharmazeutisch annehmbar sein wird.
-
Zu
pharmazeutisch annehmbaren Trägern
oder Verdünnungsmitteln
zählen
solche, die in für
die Inhalation als auch die orale, parenterale (z.B. intramuskuläre oder
intravenöse
oder transkutane) Verabreichung geeigneten Formulierungen verwendet
werden. Die Formulierungen können
bequemerweise in Einheiten-Dosierungsform vorliegen und können mittels
einer der im pharmazeutischen Fachgebiet wohlbekannten Methoden
präpariert
werden. Zu diesen Methoden zählen
der Schritt des Inverbindungbringens des Wirkstoffs mit dem Träger, der
ein oder mehrere accessorische Inhaltsstoffe darstellt. Im Allgemeinen
werden die Formulierungen durch gleichmäßiges und inniges Inverbindungbringen
des Wirkstoffs mit Flüssigträgern oder
fein zerteilten festen Trägern
oder beidem und dann, sofern erforderlich, Formen des Produkts präpariert.
-
Zu
für die
parenterale Verabreichung geeigneten Formulierungen zählen zum
Beispiel wässrige
und nicht-wässrige
sterile Injektionslösungen,
die Antioxidanzien, Puffer, Bakteriostatika und Solute enthalten
können,
die die Formulierung isotonisch mit dem Blut des beabsichtigten
Empfängers
machen, und wässrige
und nicht-wässrige
sterile Suspensionen, die Suspendiermittel und Verdickungsmittel
enthalten können,
und Liposome oder andere mikropartikuläre Systeme, die zur Anzielung
des Polynukleotids oder des Polypeptids der Erfindung auf Blutkomponenten
oder ein oder mehrere Organe oder zur Anzielung von Zellen, wie
etwa M-Zellen des Darms, nach der oralen Verabreichung entworfen
sind.
-
G. Impfstoffe
-
In
einem anderen Aspekt stellt die Erfindung neuartige Impfstoffe für die Prävention
und Therapie von Infektionen bereit, die durch Mptb, Mavs, andere
GS-enthaltende pathogene Mycobakterien und Mtb in Tieren und Menschen
verursacht werden. Der Begriff "Impfstoff', wie hierin verwendet,
meint ein Mittel, das zur Stimulierung des Immunsystems eines Wirblers,
insbesondere eines warmblütigen
Wirblers einschließlich
Menschen, verwendet wird, um einen Schutz gegen eine zukünftige Schädigung durch
einen Organismus bereitzustellen, auf den der Impfstoff gerichtet
ist, oder um die Ausrottung eines Organismus in der Behandlung einer etablierten
Infektion zu unterstützen.
Das Immunsystem wird durch die Produktion von zellulären Immunitäts-Antikörpern, erwünschterweise
neutralisierenden Antikörpern,
stimuliert, die auf Epitope gerichtet sind, die auf oder in einem
pathogenen Mycobakterium zu finden sind, welches eines der ORFs
der Erfindung exprimiert. Der so produzierte Antikörper kann
ein beliebiger der immunologischen Klassen sein, wie etwa die Immunglobuline
A, D, E, G oder M. Impfstoffe, die die Produktion von IGA stimulieren,
sind von Interesse, da dies das wichtigste Immunglobulin ist, das
durch das Sekretionssystem von warmblütigen Tieren erzeugt wird,
wobei die Produktion dieser Antikörper in der Verhütung einer
Infektion oder Kolonisation des Darmtrakts hilfreich sein wird.
Allerdings wird auch eine IgM- und IgG-Antwort bei systemischen
Infektionen wie der Crohn-Krankheit oder der Tuberkulose erwünscht sein.
-
Zu
den Impfstoffen der Erfindung zählen
Polynukleotide der Erfindung oder Fragmente davon in geeigneten
Vektoren, die durch Injektion von nackter DNA unter Anwendung standardmäßiger Protokolle
verabreicht werden. Die Polynukleotide der Erfindung oder Fragmente
davon in geeigneten Vektoren für
die Expression der Polypeptide der Erfindung können durch Injektion, Inhalation
oder oral gegeben werden. Zu geeigneten Vektoren zählen M.
bovis BCG, M. smegmatis oder andere Mycobakterien, Corynebakterien,
Salmonella oder andere Agenzien entsprechend den etablierten Protokollen.
-
Die
Polypeptide der Erfindung oder Fragmente davon in im Wesentlichen
isolierter Form können
als Impfstoffe durch Injektion, Inhalation, orale Verabreichung
oder durch transkutane Anwendung gemäß standardmäßigen Protokollen verwendet
werden. Adjuvanzien (wie etwa Iscoms oder Polylactidcoglykolid-Verkapselung),
Zytokine wie IL-12 und andere Immunmodulatoren können für die selektive Verstärkung der
zellvermittelten oder humoralen immunologischen Reaktionen verwendet
werden. Die Vakzinierung mit Polynukleotiden und/oder Polypeptiden
der Erfindung kann zur Erhöhung
der Empfänglichkeit
der pathogenen Mycobakterien für
antimikrobielle Agenzien in vivo vorgenommen werden.
-
In
Fällen,
bei denen das Polypeptid korrekt konfiguriert ist, um das korrekte
Epitop bereitzustellen, doch zu klein ist, um immunogen zu sein,
kann das Polypeptid an einen geeigneten Träger geknüpft werden.
-
Eine
Reihe von Techniken zur Erzielung dieser Verknüpfung ist im Fachgebiet bekannt,
einschließlich der
Bildung von Disulfid-Verknüpfungen
unter Verwendung von N-Succinimidyl-3-(2-pyridylthio)propionat (SPDP)
und Succinimidyl-4-(N-maleimidomethyl)cyclohexan-1-carboxlyat (SMCC),
erhalten von Pierce Company, Rockford, Illinois (sofern dem Peptid
eine Sulfhydrylgruppe fehlt, kann diese durch Addition eines Cystein-Rests
verfügbar
gemacht werden). Diese Reagenzien schaffen eine Disulfid-Verknüpfung zwischen
sich und peptidischen Cystein-Resten an einem Protein, und eine
Amidverknüpfung
durch das Epsilon-Amino an einem Lysin, oder einer anderen freien
Aminogruppe, im anderen Protein. Eie Vielfalt solcher Disulfid/Amid-bildenden
Agenzien ist bekannt. Siehe zum Beispiel Immun Rev. (1982) 62:185.
Andere bifunktionelle Kopplungsmittel bilden eine Thioether- anstelle
einer Disulfid-Verknüpfung.
Viele dieser Thioether-bildenden Agenzien sind kommerziell verfügbar und
umfassen reaktive Ester von 6-Maleimidocapronsäure, 2-Bromessigsäure, 2-Iodessigsäure, 4-(N-Maleimidomethyl)cyclohexan-1-carbonsäure und ähnliches.
Die Carboxylgruppe kann durch Kombinieren mit Succinimid oder 1-Hydroxyl-2-nitro-4-sulfonsäure, Natriumsalz,
aktiviert werden. Weitere Methoden zur Kopplung von Antigenen verwenden
das Rotavirus/"Bindungspeptid"-System, das in EPA
Veröff.
Nr. 259.149 beschrieben ist, deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme
mitaufgenommen ist. Die vorangegangene Liste erhebt keinen Anspruch
auf Vollständigkeit,
und Modifikationen der benannten Verbindungen können ganz klar verwendet werden.
Es kann jeglicher Träger
verwendet werden, der nicht selbst die Produktion von für den Wirt
schädlichen
Antikörpern
hervorruft. Geeignete Träger
sind typischerweise große,
langsam metabolisierte Makromoleküle, wie etwa Proteine; Polysaccharide,
wie z.B.Latex-funktionalisierte Sepharose®, Agarose,
Cellulose, Cellulose-Kügelchen
und ähnliches;
polymere Aminosäuren,
wie z.B. Polyglutaminsäure,
Polylysin, Polylactidcoglykolid und ähnliches; Aminosäure-Copolymere; und inaktive
Viruspartikel. Besonders nützliche
Proteinsubstrate sind Serumalbumine, Napfschnecken-Hämocyanin,
Immunglobulin-Moleküle,
Thyroglobulin, Ovalbumin, Tetanus-Toxoid und andere Proteine, die
im Fachgebiet wohlbekannt sind.
-
Die
Immunogenität
der Epitope kann auch erhöht
werden, indem sie in Säuger-
oder Hefesystemen präpariert
werden, die mit partikelbildenden Proteinen fusioniert oder darin
angeordnet sind, wie zum Beispiel mit Hepatitis-B-Oberflächenantigen
assoziierte Proteine. Siehe z.B. US-A-4.722.840. Konstrukte, worin
das Epitop direkt an die Codierungssequenzen des partikelbildenden
Proteins geknüpft
sind, produzieren Hybride, die bezüglich des Epitops immunogen
sind. Außerdem
enthalten alle der präparierten
Vektoren für
HBV spezifische Epitope bei verschiedenen Graden von Immunogenität, wie zum
Beispiel das Prä-S-Peptid.
-
Außerdem können Abschnitte
der Codierungssequenz des partikelbildenden Proteins durch Codone ersetzt
werden, die ein Epitop der Erfindung codieren. Bei dieser Ersetzung
können
Regionen, die nicht zur Vermittlung der Aggregation der Einheiten
erfor derlich sind, um immunogene Partikel in Hefe oder Säugern zu bilden,
deletiert werden, was zusätzliche
HBV-antigene Stellen aus der Konkurrenz um das Epitop der Erfindung
ausschaltet.
-
Impfstoffe
können
aus ein oder mehreren immunogenen Polypeptiden der Erfindung präpariert
werden. Diese Polypeptide können
in verschiedenen Wirtszellen (z.B. Bakterien-, Hefe-, Insekten-
oder Säugerzellen)
exprimiert werden, oder können
alternativ aus viralen Präparaten
isoliert oder synthetisch hergestellt werden.
-
Über das
obige hinaus ist es auch möglich,
Lebendimpfstoffe aus abgeschwächten
Mikroorganismen zu präparieren,
die ein oder mehrere rekombinante Polypeptide der Erfindung exprimieren.
Geeignete abgeschwächte
Mikroorganismen sind im Fachgebiet bekannt und umfassen zum Beispiel
Viren (z.B. Vaccinia-Virus) als auch Bakterien.
-
Die
Präparierung
der Impfstoffe, die ein oder mehrere immunogene Polypeptide als
aktiven Inhaltsstoff enthalten, ist einem Fachmann des Gebiets bekannt.
Typischerweise werden diese Impfstoffe als Injektionslösungen oder
als in geeigneter Weise verkapselte orale Präparate und entweder Flüssiglösungen oder
Suspensionen zubereitet; feste Formen, die zur Lösung oder Suspension in Flüssigkeiten
vor der Einnahme oder Injektion geeignet sind, können ebenfalls hergestellt
werden. Das Präparat
kann auch emulgiert oder das Protein in Liposome eingekapselt werden.
Die immunogenen aktiven Wirkstoffe werden oftmals mit Arzneimittelträgern gemischt,
die pharmazeutisch annehmbar und mit dem Wirkstoff kompatibel sind.
Zu geeigneten Arzneimittelträgern
zählen
zum Beispiel Wasser, Salzlösung,
Dextrose, Glycerol, Ethanol oder ähnliches und Kombinationen
davon. Außerdem
kann der Impfstoff, sofern erwünscht,
geringfügigere
Mengen an Hilfssubstanzen enthalten, wie etwa Benetzungs- oder Emulgiermittel,
pH-Puffermittel und/oder Adjuvanzien, die die Wirksamkeit des Impfstoffs
erhöhen.
Beispiele der Adjuvanzien, die wirksam sein können, umfassen, ohne darauf
beschränkt
zu sein: Aluminiumhydroxid, N-Acetyl-muramyl-L-threonyl-D-isoglutamin
(thr-MDP), N-Acetyl-nor-muramyl-L-alanyl-D-isoglutamin
(CGP 11637, bezeichnet als nor-MDP),
N-Acetymuramyl-L-alanyl-D-isoglutaminyl-L-alanin-2-(1'-2'-dipalmitoyl-sn-glycero-3-hydoxyphosphoryloxy)-ethylamin
(CGP 19835A, bezeichnet als MTP-PE) und RIBI, welches drei aus Bakterien
extrahierte Komponenten enthält,
nämlich
Mo nophosphoryllipid A, Trehalosedimycolat und Zellwandskelett (MPL+TDM+CWS)
in einer 2 % Squalen/Tween® 80-Emulsion. Die Wirksamkeit
eines Adjuvans kann durch Messen der Menge an Antikörpern bestimmt
werden, die gegen ein immunogenes Polypeptid gerichtet sind, das
eine antigene Sequenz enthält,
die aus der Verabreichung dieses Polypeptids in Impfstoffen resultiert,
die sich ebenfalls aus den verschiedenen Adjuvanzien zusammensetzen.
-
Die
Impfstoffe werden herkömmlicherweise
parenteral, zum Beispiel durch subkutane oder intramuskuläre Injektion
verabreicht. Zu weiteren Formulierungen, die für andere Verabreichungsformen
geeignet sind, zählen
Suppositorien, orale Formulierungen oder Klistiere. Für Suppositorien
können
herkömmliche
Bindemittel und Träger
zum Beispiel Polyalkylenglykole oder Triglyceride enthalten; diese
Suppositorien können
aus Gemischen erzeugt werden, die den Wirkstoff im Bereich von 0,5
% bis 10 %, vorzugsweise 1 % bis 2 %, enthalten. Orale Formulierungen
umfassen die normalerweise verwendeten Exzipienten, wie beispielsweise
pharmazeutische Qualitäten
von Mannitol, Lactose, Stärke,
Magnesiumstearat, Natriumsaccharin, Cellulose, Magnesiumcarbonat
und ähnliches.
Diese Zusammensetzungen erhalten die Form von Lösungen, Suspensionen, Tabletten,
Pillen, Kapseln, Retard-Formulierungen oder Pulver und enthalten
10 %–95
% des Wirkstoffs, vorzugsweise 25 %–70 %.
-
Die
Proteine können
zu dem Impfstoff als neutrale oder Salz-Formen formuliert werden.
Zu pharmazeutisch geeigneten Salzen zählen die Säureadditionssalze (gebildet
mit freien Aminogruppen des Peptids), die mit anorganischen Säuren wie
z.B. Chlorwasserstoff- oder Phosphorsäure, oder organischen Säuren wie Essigsäure, Oxalsäure, Weinsäure, Apfelsäure und ähnlichem
gebildet werden. Mit den freien Carboxylgruppen gebildete Salze
können
auch von anorganischen Basen abgeleitet sein, wie zum Beispiel Natrium-,
Kalium-, Ammonium- Calcium- oder Eisenhydroxiden, und organischen
Basen wie Isopropylamin, Trimethylamin, 2-Ethylaminoethanol, Histidin,
Procain und ähnlichem.
-
Die
Impfstoffe werden in einer Weise verabreicht, die mit der Dosierungsformulierung
kompatibel ist, und in einer Menge, die prophylaktisch und/oder
therapeutisch wirksam sein wird. Die zu verabreichende Menge, die
allgemein im Bereich von 5 μg
bis 250 μg des
Antigens pro Dosis liegt, hängt
vom zu behandelnden Lebewesen, der Kapazität des Immunsystems des Lebewesen,
Antikörper
zu synthetisieren, der Verabreichungsform und dem gewünschten
Grad an Schutz ab. Die präzise
zu verabreichenden Mengen an Wirkstoff hängen von der Beurteilung des
betreuenden Arztes ab und können
für jedes
Lebewesen individuell sein.
-
Der
Impfstoff kann bei einem Einzeldosisschema oder vorzugsweise bei
einem Mehrfachdosisschema verabreicht werden. Ein Mehrfachdosisschema
ist ein solches, bei dem ein primärer Impfvorgang aus 1–10 separaten
Dosen bestehen kann, gefolgt von weiteren Dosen, die bei nachfolgenden
Zeitintervallen gegeben werden, die zur Aufrechterhaltung oder Verstärkung der
Immunantwort erforderlich sind, zum Beispiel nach 1–4 Monaten
für eine
zweite Dosierung und, sofern erforderlich, nachfolgenden Dosierungen)
nach mehreren Monaten. Das Dosierungsschema wird ebenfalls, zumindest
zum Teil, durch das individuelle Erfordernis bestimmt werden und
hängt von
der Beurteilung des betreuenden Arztes ab.
-
In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein abgeschwächter Impfstoff
bereitgestellt, der ein normalerweise pathogenes Mycobakterium umfasst,
welches eine abschwächende
Mutation in einem der Gene beherbergt, die ein Polypeptid der Erfindung
codieren. Das Gen wird ausgewählt
aus der Gruppe von ORFs A, B, C, D, E, F, G und H, einschließlich der
homologen ORFS B, C, E und F in Mtb.
-
Das
Mycobakterium kann in Form von abgetöteten Bakterien oder als abgeschwächter Lebendimpfstoff
verwendet werden. Abgeschwächte
Lebendimpfstoff weisen gewisse Vorteile auf. Es wird der vollständige Lebendorganismus
verwendet anstelle toter Zellen oder ausgewählter Zellkomponenten, die
modifizierte oder denaturierte Antigene aufweisen können. Die
Proteinantigene in der äußeren Membran
werden ihre tertiären und
quaternären
Strukturen beibehalten. Daher sollte das Potenzial höher sein,
eine gute langfristige Schutzimmunität hervorzurufen.
-
Der
Begriff "Mutation" und ähnliches
bezieht sich auf eine genetische Läsion in einem Gen, die das Gen
nicht-funktionell macht. Dies kann sich entweder auf dem Niveau
der Transkription oder der Translation bewegen. Der Begriff umfasst
daher die Deletion des gesamten Gens oder eines beträchtlichen
Abschnitts davon, ebenso wie Punktmutationen in der Codierungssequenz,
die zu verkürzten
Genprodukten führen,
die nicht zur Ausübung
der normalen Funktion des Gens fähig
sind.
-
Eine
in ein Bakterium der Erfindung eingeführte Mutation wird generell
eine nicht-revertierende
abschwächende
Mutation sein. Nicht-revertierend bedeutet, dass für praktische
Zwecke die Wahrscheinlichkeit, dass das mutierte Gen zu seiner normalen
Funktion zurückkehrt,
gering ist, zum Beispiel kleiner 1 von 106, zum
Beispiel kleiner 1 von 109 und sogar kleiner
1 von 1012 Fällen.
-
Ein
abgeschwächtes
Mycobakterium der Erfindung kann in isolierter Form vorliegen. Dies
ist gewöhnlich
erwünscht,
wenn das Bakterium zu Impfzwecken verwendet werden soll. Der Begriff "isoliert" bedeutet, dass das
Bakterium in einer Form vorliegt, in der es gezüchtet, prozessiert oder anderweitig
in einer Form verwendet werden kann, in der es ohne weiteres identifizierbar
ist und in der es im Wesentlichen unkontaminiert durch andere Bakterienstämme ist,
zum Beispiel durch nicht-abgeschwächte Elternstämme oder
nicht-verwandte Bakterienstämme.
Der Begriff "isoliertes
Bakterium" umfasst
daher Kulturen einer bakteriellen Mutante der Erfindung, zum Beispiel
in Form von Kolonien auf einem festen Medium oder in Form einer
Flüssigkultur, als
auch gefrorene oder getrocknete Präparationen der Stämme.
-
In
einem bevorzugten Aspekt umfasst das abgeschwächte Mycobakterium außerdem mindestens
eine zusätzliche
Mutation. Hierbei kann es sich um eine Mutation in einem Gen handeln,
das für
die Erzeugung von Produkten verantwortlich ist, die für das Bakterienwachstum
wesentlich sind und in einem menschlichen oder tierischen Wirt abwesend
sind. Zum Beispiel wurden Mutationen am Gen für Aspartat-Semialdehyd-Dehydrogenase (asd)
für die
Erzeugung von abgeschwächten
Stämmen
von Salmonella vorgeschlagen. Das asd-Gen ist weiter beschrieben
in Gene (1993) 129; 123-128. Eine Läsion im asd-Gen, das das Enzym
Aspartat-β-Semialdehyd-Dehydrogenase
codiert, würde
den Organismus auxotrophisch für
den essentiellen Nährstoff
Diaminopimelinsäure
(DAP) machen, der exogen während
der Massenkultur des Vakzine-Stamms
zugeführt
werden kann. Da diese Verbindung ein wesentlicher Bestandteil der
Zellwand von Gram-negativen und einigen Gram-positiven Organismen
ist und bei Säugern
oder anderen Wirblergeweben abwesend ist, würden die Mutanten in diesen
Geweben nach etwa drei Teilungszyklen eine Lyse vollziehen. Analoge
Mutationen können
an den abgeschwächten
Mycobakterien der Erfindung vorgenommen werden.
-
Zusätzlich oder
alternativ können
die abgeschwächten
Mycobakterien eine recA-Mutation
tragen. Die recA-Mutation schaltet die homologe Rekombination aus – jener
Prozess, der für
die Konstruktion der Mutationen ausgenützt wird. Ist die recA-Mutation
einmal eingebaut, so macht dies den Stamm zur Reparatur der konstruierten
Deletionsmutationen unfähig.
Diese Mutation wird abgeschwächte
Stämme
bereitstellen, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer homologen
Rekombination mit DNA von Wildtyp-Stämmen
minimiert worden ist. RecA-Gene sind im Fachgebiet breit untersucht
und ihre Sequenzen verfügbar
gemacht worden. Zur zusätzlichen
Sicherheit können
weitere Modifikationen vorgenommen werden.
-
Die
Erfindung stellt weiterhin einen Prozess zur Herstellung einer Impfstoffzusammensetzung
bereit, die ein abgeschwächtes
Bakterium gemäß der Erfindung
enthält,
welcher Prozess umfasst (a) Beimpfen eines Kulturgefäßes, das
ein Nährstoffmedium
enthält,
das sich für
das bakterielle Wachstum eignet; (b) Kultivieren des Bakteriums;
(c) Rückgewinnen
der Bakterien und (d) Mischen der Bakterien mit einem pharmazeutisch
annehmbaren Verdünnungsmittel
oder Träger.
-
Abgeschwächte Bakterienstämme gemäß der Erfindung
können
unter Anwendung einer rekombinanten DNA-Methode konstruiert werden,
die als solche bekannt ist. Im Allgemeinen können die bakteriellen Gene durch
ein Verfahren der angezielten homologen Rekombination mutiert werden,
bei dem ein DNA-Konstrukt, das eine mutierte Form des Gens enthält, in ein
Wirtsbakterium eingeführt
wird, welches abgeschwächt
werden soll. Das Konstrukt wird sich mit dem Wildtyp-Gen, das vom
Wirt getragen wird, rekombinieren, wodurch das mutierte Gen in das
Wirtsgenom aufgenommen werden kann, um ein Bakterium der vorliegenden
Erfindung zu erhalten, das dann isoliert werden kann.
-
Das
mutierte Gen kann durch Einführen
von Deletionen in das Gen erhalten werden, z.B. durch Verdau mit
einem Restriktionsenzym, welches die Codierungssequenz zweimal schneidet,
um einen Abschnitt des Gens auszuschneiden, und dann durch Religieren
unter Bedingungen, bei denen der ausgeschnittene Abschnitt nicht
wieder in das geschnittene Gen eingeführt wird. Alternativ können Frameshift-Mutationen
durch Schneiden mit einem Restriktionsenzym eingeführt werden,
was überhängende 5'- und 3'-Termini zurücklässt, Auffüllen und/oder
Zurückschneiden
der Überhänge und
Religieren. Ähnliche
Mutationen können
durch positionsgerichtete Mutagenese erreicht werden. Hierbei handelt
es sich lediglich um Beispiele der Arten von Techniken, die Fachleuten
des Gebiets ohne weiteres zur Verfügung stehen werden.
-
Verschiedene
Assays sind zum Nachweis einer erfolgreichen Rekombination verfügbar. Im
Falle von Attenuierungen, die ein für die Produktion einer wesentlichen
metabolitischen oder katabolitischen Verbindung erforderliches Zielgen
mutieren, kann die Auswahl durch ein Screening für Bakterien vorgenommen werden, die
zum Wachsen in Abwesenheit solch einer Verbindung unfähig sind.
Bakterien können
auch mit Antikörpern oder
Nukleinsäuren
der Erfindung gescreent werden, um die Abwesenheit der Produktion
eines mutierten Genprodukts der Erfindung zu bestimmen oder um zu
bestätigen,
dass die eingeführte
genetische Läsion – z.B. eine
Deletion – in
das Genom des abgeschwächten
Stamms eingebaut worden ist.
-
Die
Konzentration des abgeschwächten
Stamms im Impfstoff wird so formuliert, dass die Zubereitung in
bequem geeigneten Einheiten-Dosierungsformen möglich ist. Konzentrationen
von etwa 104 bis 109 Bakterien
pro ml werden generell geeignet sein, z.B. etwa 105 bis
108, wie etwa 105 pro
ml. Abgeschwächte
Lebendorganismen können
subkutan oder intramuskulär
bei bis zu 108 Organismen in ein oder mehreren
Dosen verabreicht werden, z.B. etwa 105 bis
108, z.B. etwa 106 oder
107 Organismen in einer einzelnen Dosis.
-
Die
Impfstoffe der Erfindung können
an die Empfänger
zur Behandlung einer etablierten Erkrankung oder zum Schutz gegen
Erkrankungen, die durch die entsprechenden Wildtyp-Mycobakterien
verursacht werden, wie etwa entzündliche
Erkrankungen wie die Crohn-Krankheit oder Sarkoidose beim Menschen
oder Johne-Krankheit beim Tier, verabreicht werden. Der Impfstoff
kann auf einem beliebigen geeigneten Wege verabreicht werden. Im
Allgemeinen sind subkutane oder intramuskuläre Injektionen am be quemsten,
doch kann auch eine orale, intranasale oder kolorektale Verabreichung
erfolgen.
-
Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die Aspekte der Erfindung.
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BEISPIEL 1
-
Tests
auf das Vorhandensein der GS-Identifizierungssequenz wurden an 5 μI bakteriellen
DNA-Extrakten (25 μg/ml
bis 500 μg/ml)
unter Anwendung der Polymerase-Kettenreaktion,
basierend auf den Oligonukleotid-Primern 5'-GATGCCGTGAGGAGGTAAAGCTGC-3' (SEQ ID NR. 40)
und 5'-GATACGGCTCTTGAATCCTGCACG-3' (SEQ ID NR. 41)
von innerhalb der Identifizierungs-DNA-Sequenzen (SEQ ID NRn. 1
und 2) vorgenommen. Die PCR wurde für 40 Zyklen in Gegenwart von
1,5 mM Magnesium und einer Vereinigungstemperatur von 58°C vorgenommen.
Das Vorhandensein oder die Abwesenheit des korrekten Amplifikationsprodukts
zeigte das Vorhandensein oder die Abwesenheit der GS-Identifizierungssequenz
im entsprechenden Bakterium an. Die GS-Identifizierungssequenz wird
als in allen getesteten Labor- und Zellstämmen von Mptb und Mavs vorhanden
nachgewiesen. Dies beihaltet die Mptb-Isolate 0025 (bovines CVL
Weybridge), 0021 (caprin, Moredun), 0022 (bovin, Moredun), 0139
(human, Chiodini 1984), 0209, 0208, 0211, 0210, 0212, 0207, 0204,
0206 (bovin, Whipple 1990). Alle Mptb-Stämme waren IS900-positiv. Die Mavs-Stämme umfassen
0010 und 0012 (Waldtaube, Thorel), 0018 (Gürteltier, Portaels) und 0034,
0037, 0038, 0040 (AIDS, Hoffner). Alle Mavs-Stämme waren IS902-positiv. Ein
pathogener M. avium-Stamm 0033 (AIDS, Hoffner) enthielt ebenfalls GS-Identifizierungssequenz.
Die GS-Identifizierungssequenz ist bei anderen Mycobakterien, einschließlich anderem
M. avium, M. malmoense, M. szulgai, M. gordonae, M. chelonei, M.
fortuitum, M. phlei, abwesend, ebenso wie E. coli, S. areus, Nocardia
sp., Streptococcus sp., Shigella sp., Pseudomonas sp.
-
BEISPIEL 2
-
Zum
Erhalt der vollen Sequenz der GS in Mavs und Mptb generierten wir
eine Genombank von Mavs unter Anwendung der Restriktionsendonuklease
EcoRI und einer Klonierung in den Vektor pUC18. Dies erzielte eine
repräsentative
Bank, die mit 32P-markierter Identifizierungssequenz gescreent
wurde, was einen positiven Klon ergab, der ein 17 kbp-Insert enthielt.
Wir konstruierten eine Restriktionskarte dieses Inserts und identifizierten
die GS als Fragmente, die für
Mavs und Mptb einzigartig sind und nicht in Laborstämmen von
M. avium vorkommen. Diese Fragmente wurden in pUC18 und pGEM4Z subkloniert.
Wir identifizierten eine GS, die innerhalb einer 8 kb-Region enthalten
war. Die volle Nukleotidsequenz wurde für GS an beiden DNA-Strängen unter
Anwendung des Primer-Walking und der automatisierten DNA-Sequenzierung
bestimmt. Die DNA-Sequenz für
GS in Mptb wurde unter Verwendung überlappender PCR-Produkte erhalten,
die unter Verwendung von PwoDNA-Polymerase, einem hitzestabilen
proof-reading-Enzym, generiert wurden. Die endgültigen DNA-Sequenzen wurden
unter Verwendung des GCG-Gelanordnungs-Softwarepakets der University
of Wisconsin abgeleitet.
-
BEISPIEL 3
-
Die
DNA-Sequenz der GS in Mavs und Mptb wurde als zu mehr als 99 % homolog
befunden. Die in GS codierten ORFs wurden unter Verwendung der GeneRunner-
und DNAStar-Computerprogramme identifiziert. Acht ORFs wurden identifiziert
und als GSA, GSB, GSC, GSD, GSE, GSF, GSG und GSH bezeichnet. Datenbank-Vergleiche
wurden gegen die GenEMBL-Datenbank-Release Version 48.0 (9/96) unter
Verwendung der BLAST- und BLIXEM-Programme vorgenommen. GSA und
GSB codierten Proteine von 13,5 kDa bzw. 30,7 kDa, die beide von
unbekannter Funktion sind. GSC codierte ein Protein von 38,4 kDa
mit einer Homologie von 65 % zur Aminosäuresequenz von rfbD von V.
cholerae, einer Aminosäuresequenz-Homologie von
62 % zu gmd von E. coli und einer Homologie von 58 % zu gca von
Ps. Aeruginosa, die alle GDP-D-Mannosedehydratasen sind. Äquivalente
Genprodukte in H. influenzae, S. dysenteriae, Y. enterocolitica,
N. gonorrhoea, K. pneumoniae und rfbD in Salmonella enterica sind
alle an der O-Antigen-Prozessierung beteiligt, die bekanntermaßen an Pathogenität geknüpft ist.
GSD codierte ein Protein von 37,1 kDa, das eine Homologie von 58
% auf der DNA-Ebene zu wcaG von E. coli zeigte, einem Gen, das an
der Synthese und Regulation von kapsulären Polysacchariden beteiligt
ist und ebenfalls mit Pathogenität
in Verbindung steht. GSE wurde mit einer > 30 % Aminosäure-Homologie zur rfbT von
V. cholerae befunden, das am Transport der spezifischen LPS-Komponenten quer
durch die Zellmembran beteiligt ist. In V. cholerae bewirkt das
Genprodukt eine Serokonversion vom Inaba- zum "epidemischen" Ogawa-Stamm. GSF codierte ein Protein
von 30,2 kDa, welches im Bereich von 25–40 % homolog auf der Aminosäure-Ebene
zu mehreren Glukosyltransferasen war wie rfpA von K. pneumoniae,
rfbB von K. pneumoniae, IgtD von H. influenzae, Isi von N. gonorrhoae.
Ein äquivalentes Gen
galE addiert in E. coli β-1-3-N-Acetylglukosamin
zu Galactose, wobei letzteres nur in O- und M-Antigenen zu finden
ist, die ebenfalls mit Pathogenität in Beziehung stehen. GSH,
das ORFs GSH und GSH2 umfasst, codiert ein
Protein von insgesamt etwa 60 kDa, welches eine mutmaßliche Transposase
mit einer 40–43
% Homologie auf der Aminosäure-Ebene
zu dem äquivalenten
Genprodukt von IS21 in E. coli aufweist. Diese Familie der Insertionssequenzen
ist unter Gram-negativen Bakterien breit verteilt und ist für die Mobilität und Transposition
der genetischen Elemente verantwortlich. Ein IS21-artiges Element
in B. fragilis ist auf beiden Seiten des β-Lactamase-Gen gespalten, was
seine Aktivierung und Expression kontrolliert. Wir programmierten
einen E.coli-S30-zellfreien Extrakt mit Plamid-DNA, die die ORF-GSH
unter der Kontrolle eines lac-Promotors in Gegenwart eines 35S-Methionins enthielt und zeigten die Translation
eines reichlich vorhandenen 60 kDa Proteins. Die Proteine, die zu
in anderen Organismen codierten GS homolog sind, sind generell hochgradig
antigen. Daher können
die durch ORFs in GS codierten Proteine in Immunoassays von Antikörper- oder zellvermittelter
Immunreaktivität
für die
Diagnose von Infektionen verwendet werden, die durch Mycobakterien, insbesondere
Mptb, Mavs und Mtb, verursacht werden. Die Erhöhung der Wirts-Immunerkennung
von GS-codierten Proteinen durch Impfung mit nackter spezifischer
DNA oder rekombinanten GS-Proteinen kann zur Verhütung und
Behandlung von Infektionen ausgenützt werden, die durch Mptb,
Mavs und Mtb bei Menschen und Tieren verursacht werden. Die Mutation
oder Deletion aller oder eines Teils der ORFs A bis H in GS kann zur
Generierung abgeschwächter
Stämme
von Mptb, Mavs oder Mtb mit geringerer Pathogenität zur Verwendung
als lebende oder abgetötete
Impfstoffe bei Menschen und Tieren angewendet werden. Diese Impfstoffe sind
besonders relevant für
die Johne-Krankheit bei Tieren, für Erkrankungen, die durch Mptb
bei Menschen verursacht werden, wie der Crohn-Krankheit, und für die Behandlung
der Tuberkulose, insbesondere dort, wo die Erkrankung durch mehrfache
wirkstoffresistente Organismen verursacht ist.
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