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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Antikörper
gegen Cryptosporidium und Verfahren, um geeignete Cryptosporidium-spezifische
Antikörper
in Tieren zu erhöhen.
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Stand der Technik
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Der Protozoonparasit Cryptosporidium
ist unter den geläufigsten
Pathogenen verantwortlich für
eine Durchfallerkrankung beim Menschen. Eine Infektion tritt auf,
wenn Cryptosporidium-Oozysten, die im Kot von infizierten Individuen
abgelegt werden, von neuen Wirten aufgenommen werden. Kürzlich sind
mehrere große Ausbrüche von
Cryptosporidiosis aufgetreten, bei denen Trinkwasser als die Infektionsquelle
identifiziert worden ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass viele
Oberflächenwasservorräte mit Oozysten
von Cryptosporidium kontaminiert sind.
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Laborverfahren, die verwendet werden,
um Cryptosporidium nachzuweisen, schließen oft die Verwendung von
Antikörpern
gegen diesen Organismus ein. Typische Verfahren, die zur Untersuchung
von Wasserproben auf die Anwesenheit dieses Organismus verwendet
werden, schließen
Mikroskopie und Zytometrie oder eine Kombination dieser Verfahren
ein. Durchflusszytometrische Verfahren betreffen die Färbung von Proben
mit einem fluoreszenzmarkierten monoklonalen Antikörper, der
spezifisch ist für
die Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten, und dann die Analyse mit einem Durchflusszytometer
mit Sortierung. Teilchen mit den Fluoreszenz- und Lichtstreuungscharakteristika von
Cryptosporidium-Oozysten werden auf einen Mikroskop-Objektträger sortiert
und manuell unter Verwendung von Epifluoreszenzmikroskopie untersucht,
um ihre Identität
als Oozysten zu bestätigen.
Dieser Bestätigungsschritt
ist notwendig, da das Zytometer mit einem einzelnen Antikörper nicht
zwischen Oozysten von allen anderen Teilchen, die in Wasserproben
vorliegen, unterscheiden kann. Die Teilchen, welche das Zytometer
mit Oozysten verwechselt, sind autofluoreszierende Teilchen, wie
etwa Algen oder Teilchen, die den Oozysten-spezifischen Antikörper unspezifisch
binden.
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Es sind ausschließlich zur Analyse geeignete
Durchflusszytometer erhältlich,
welche leicht zu bedienen und relativ kostengünstig sind. Diese Zytometer
können
keine Sortierung durchführen.
Um den Nachweis von Cryptosporidium-Oozysten unter Verwendung eines
Zytometers, das ausschließlich
zur Analyse geeignet ist, zu ermöglichen,
muss die durch das Zytometer erreichte Auflösung so verbessert sein, damit
Teilchen, die keine Oozysten sind, nicht mit Oozysten verwechselt
werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zuvor gezeigt,
dass es möglich
ist, einen einzelnen spezifischen Mikroorganismen in trüben Wasserproben
mit einem Analyse-Zytometer nachzuweisen, wenn der Mikroorganismus
mit zwei verschiedenen Antikörpern markiert
ist.
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Unglücklicherweise sind die gegenwärtig verfügbaren Antikörper gegen
Cryptosporidium aufgrund ihrer Klebrigkeit nicht ideal, und es gibt
einen Bedarf für
spezifischere und reaktivere Antikörper gegen die Oberfläche von
Cryptosporidium-Oozysten. Zum Nachweis von Cryptosporidium in klinischen
und Umweltproben werden monoklonale Antikörper (mAbs) verwendet, welche
spezifisch sind für
die Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten. Alle verfügbaren mAbs, die an die Oberfläche von
Cryptosporidium-Oozysten binden, gehören zur Unterklasse Immunglobulin
M (IgM) oder IgG3. Bevorzugt sind monoklonale Antikörper der
Unterklasse IgG1, weil sie normalerweise eine geringe nicht spezifische
Bindung aufweisen. Solche mAbs wären
geeigneter für
gegenwärtig
verwendete Verfahren zum Nachweis und zur Identifizierung von Cryptosporidium.
Unglücklicherweise
sind die früheren
Versuche von Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Herstellung von
monoklonalen IgG1-Antikörpern gegen
die Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten nicht erfolgreich gewesen oder nicht
bestätigt
worden (Smith, 1994; MacDonald et al., 1991). Es wird im Allgemeinen
angenommen, dass aufgrund der antigenen Charakteristika dieses Organismus
diese Antikörperklasse
von infizierten oder immunisierten Tieren nicht erzeugt wird (Smith,
1994).
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In WO 97/08204, eingereicht von den
Erfindern der vorliegenden Erfindung, wurden monoklonale Antikörper gegen
eine Reihe von Antigenen von Cryptosporidium-Oozysten entwickelt.
Ganze oder exzysierte Oozysten, welche verschiedenen Behandlungen
ausgesetzt worden waren, sind als Antigene verwendet worden. Von
insgesamt acht Fusionen, welche das Screening von mehreren tausend
Hybridomen einbezogen, wurde nur ein Hybridom identifiziert, welches
für die
Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten
spezifisch war. Dieser monoklonale Antikörper gehörte zur immunologischen Unterklasse
IgM.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben nun ein neues Verfahren entwickelt, welches die Herstellung
von IgG1-Antikörpern
gegen die Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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In einem ersten Aspekt besteht die
vorliegende Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung von Antikörpern der
IgG1-Unterklasse, die gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten reaktiv sind, umfassend:
- (a) Vorbehandeln von Cryptosporidium-Oozysten mit einem Reagenz,
um die Oberflächenschicht
der Oozysten zu entfernen und ein Oozysten-Antigenpräparat zu
bilden;
- (b) Abtrennen der Oozysten vom Antigenpräparat, um ein abgetrenntes
Oozysten-Antigenpräparat
zu erhalten, das dazu befähigt
ist, eine nachweis bare IgG1-Immunreaktion in einem Tier gegenüber der
Oberfläche
der Oczyste hevorzurufen;
- (c) Immunisieren eines Tieres mit dem abgetrennten Oozysten-Antigenpräparat, um
in dem Tier eine IgG1-Immunreaktion hervorzurufen; und
- (d) Gewinnen von IgG1-Antikörpern
aus dem Tier, die gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten reaktiv sind.
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Es ist verständlich, dass monoklonale Antikörper der
Unterklasse IgG1 durch Standardverfahren aus einem Tier erzeugt
werden können,
wenn einmal eine geeignete Immunreaktion in diesem Tier, beispielsweise in
einer Labormaus stimuliert worden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist das Reagenz, das
zur Herstellung des Antigenpräparats
verwendet wird, ein Detergenz, bevorzugt ist das Detergenz Natriumdodecylsulfat
(SDS). Eine geeignete Vorbehandlung betrifft eine Siedebehandlung
der Oozysten in Gegenwart von SDS, für einen ausreichenden Zeitraum,
um ein geeignetes Antigenpräparat
zu erzeugen. Wenn eine Konzentration von 0,5% (w/v) SDS verwendet
wird, hat sich eine Siedebehandlung für 1 Stunde als besonders geeignet
erwiesen.
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Andere geeignete Reagenzien schließen Harnstoff,
Detergenzien wie etwa Octoxynol, das als als Triton X-100 oder Nonident
bekannt ist, Enzyme wie etwa Chitinase, oxidierende Agenzien wie
etwa Natriumhypochlorit, Natriumperjodat, Ozon und reduzierende
Agenzien wie etwa Mercaptolethanol und 1,1,1-Trichlor-2,2-bis[4-chlorphenyl]-ethan
(DDT) ein.
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Die Vorbehandlung entfernt Antigene
von der Oberfläche
der Oozyste in einer Form, welche bei einer Injektion in ein Tier
die Erzeugung von IgG1-Antikörpern ermöglicht.
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Das Tier kann durch jedes Verfahren
immunisiert werden, welches zum Auslösen einer Immunreaktion in
einem Tier geeignet ist. Es können
auch Adjuvantien mit dem Antigenpräparat vor der Immunisierung
des Tiers enthalten sein, um eine starke Immunreaktion in dem Tier
zu fördern.
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In einer weiteren Ausführungsform
verstärkt
das Antigenpräparat
auch die Herstellung von IgM-Antikörpern, wenn sie in ein Tier
eingebracht wird.
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In einem zweiten Aspekt besteht die
vorliegende Erfindung aus einem Verfahren zur Herstellung von Antikörpern der
IgG1-Unterklasse, die gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten reaktiv sind, wobei das Verfahren umfasst:
- (a) Abtrennen zumindest eines Teil der Cryptosporidium-Oozystenwand
aus den internen Sporozoiten unter Bildung eines Oozystenwand-Präparates;
- (b) Behandeln des abgetrennten Oozystenwand-Präparates,
um ein Oozystenantigen-Präparat
zu erhalten, das dazu befähigt
ist, in einem Tier eine nachweisbare IgG1-Immunreaktion gegenüber der
Oberfläche der
Oozyste hervorzurufen;
- (c) Immunisieren eines Tiers mit dem Oozysten-Antigenpräparat, um
in dem Tier eine IgG1-Immunreaktion hervorzurufen und
- (d) Gewinnen von IgG1-Antikörpern
aus dem Tier, die gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten reaktiv sind.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben gefunden, dass die Oozystenwand von internen Sporozoitbestandteilen
abgetrennt werden sollte, um ein geeignetes Oozystenwand-Antigenpräparat zu
erhalten. Es scheint, dass die internen Sporozoitantigene immundominanter
sind als Oozystenwandantigene und dass deren Vorliegen in einem
Antigenpräparat
die Oozystenwandantigene maskieren kann. Ein gemischtes Antigenpräparat wird normalerweise
in einer Erhöhung
von Antikörpern
gegen die Sporozoitantigene resultieren.
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Die Trennung der Oozystenwand von
dem internen Sporozoiten (Schritt (a)) kann durch jegliches Mittel
erreicht werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden,
dass das Veranlassen der Oozyste zur Exzystierung, gefolgt von einer
Immunabtrennung der Wandbestandteile besonders geeignet ist. Eine
Abtrennung kann auch erreicht werden durch eine Oberflächenmarkierung
der ganzen Oozyste mit einem Liganden, wie etwa Biotin, was eine
Abtrennung von Zellwandfragmenten von den inneren Bestandteilen
durch eine Reaktion mit einem Reagenz an einer unlöslichen
Matrix oder an Beads ermöglicht,
das gegenüber
den Liganden reaktiv ist, wie etwa Avidin. Es ist aber verständlich,
dass andere Abtrennungsverfahren, die im Fachgebiet bekannt sind,
auch geeignet sind. Beispiele schließen Zentrifugation, Fließzytometrie,
Dichtegradiententrennung, Fällung,
Immunmarkierung, Ligandenbindung, Biotinmarkierung und Trennung
durch Avidin und eine chromatographische Trennung ein.
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Es ist nicht notwendig, die Exzystierung
der Oozyste durch normale Verfahren zu verursachen. Die Oozysten
können
eingefroren/aufgetaut werden, beispielsweise um eine anfängliche
Abtrennung der Wand von den internen Sporozoiten zu fördern. Weiterhin
kann die Oozyste physikalisch aufgebrochen werden durch Zerkleinerung,
Ultraschallbehandlung oder Mahlen, gefolgt von einer Trennung.
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Der Behandlungsschritt (b) kann durch
alle geeigneten Mittel durchgeführt
werden. Insbesondere haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung
gefunden, dass ein pyhsikalisches Aufbrechen der Zellwand eine gute
Antigenpräparation
erzeugen kann. Dies kann durch jedes Mittel erfolgen, aber die Verwendung
eines Bead-Beaters ist ziemlich geeignet.
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Die Behandlung entfernt Antigene
von der Oberfläche
der Oozystenwand in einer Form, welche bei Injektion in ein Tier
die Erzeugung von IgG1-Antikörpern ermöglicht.
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Es ist verständlich, dass monoklonale Antikörper der
IgG1-Unterklasse durch Standardverfahren aus einem Tier erzeugt
werden können,
wenn einmal eine geeignete Immunreaktion in diesem Tier, z. B. in
einer Labormaus ausgelöst
worden ist.
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Das Tier kann immunisiert werden
durch jedes geeignete Verfahren zum Auslösen einer Immunreaktion in
einem Tier. Mit dem Antigenpräparat
können
vor der Immunisierung des Tiers auch Adjuvantien enthalten sein,
um eine starke Immunreaktion in dem Tier zu fördern.
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In einer weiteren Ausführungsform
verstärkt
das Antigenpräparat
auch die Herstellung von IgM-Antikörpern, wenn sie in ein Tier
eingebracht wird.
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Da die Erfinder der vorliegenden
Erfindung Verfahren ermittelt haben, welche die Herstellung von
nützlichen
IgG1-Antikörpern
ermöglichen,
die gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten reaktiv sind, ist es verständlich,
dass nun anhand der hierin bereitgestellten Information und Lehre ähnliche
Antikörper wie
diejenigen erzeugt werden können,
welche von den Erfindern der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden.
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In einem dritten Aspekt besteht die
vorliegende Erfindung aus im Wesentlichen isolierten IgG1-Antikörpern, die
gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten reaktiv sind, die durch das Verfahren gemäß dem ersten
oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
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Bevorzugt sind die Antikörper monoklonale
Antikörper.
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Solange es der Zusammenhang nichts
anderes besagt, wird überall
in dieser Beschreibung das Wort "umfassen" oder Variationen
wie etwa "umfasst" oder "umfassend" so verstanden, dass
die Einbeziehung eines genannten Elements, einer ganzen Zahl oder
eines Schrittes oder einer Gruppe von Elementen, ganzen Zahlen oder
Schritten vorausgesetzt wird, aber nicht der Ausschluss von irgendeinem
anderen Element, einer ganzen Zahl oder einem Schritt oder einer
Gruppe von Elementen, ganzen Zahlen oder Schritten.
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Damit die vorliegende Erfindung deutlicher
verstanden werden kann, werden bevorzugte Formen mit Verweis auf
die folgenden Beispiele und die begleitende Zeichnung beschrieben.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
den Vergleich monoklonaler Antikörper
zur Färbung
von Oozysten in Wasserproben.
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2 zeigt
eine durchflusszytometrische Analyse von Cryptosporidium-Oozysten, ausgesät in einem gemischten
Wasserkonzentrat. Die fluoreszierende Oozystenpopulation ist deutlich
von autofluoreszierenden und fremden Teilchen getrennt, die nicht
spezifisch an einen Antikörper
gebunden sind. Die optimale Konzentration an mAb zur Verwendung
bei einer Wasseranalyse muss eine klare Trennung von der Hintergrundfluoreszenz
festlegen, wie es in dieser Figur zu sehen ist.
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3 zeigt
eine durchflusszytometrische Analyse einer Kontrollprobe mit fluoreszenzgefärbten Cryptosporidium-Oozysten.
Eine elliptische Region der Standardgröße ist auf die Hauptpopulation
von reinen fluoreszierenden Oozysten für jeden Antikörper (R1)
zentriert. Eine Polygonregion ist um die Bead-Standardpopulation
(R2) definiert.
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4 zeigt
eine durchflusszytometrische Analyse eines Wasserkonzentrats, das
keine Oozysten oder Zysten enthält.
Die Regionen sind diejenigen aus 2 für jeden
untersuchten mAb. Die Anzahl der Teilchen innerhalb der Oozysten-
oder Zystenregion (R1) enthält
sowohl autofluoreszierende als auch nicht spezifisch gebundene Teilchen.
Die Anzahl der Teilchen in R1 wird durch die Anzahl der untersuchten
Beads (R2) geteilt. Das Ergebnis ist ein Verhältnis von nicht spezifischer
Bindung, das zwischen den Antikörpern
vergleichbar ist.
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Verfahren zur Durchführung der
Erfindung
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MATERIAL UND METHODEN
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Cryptosporidium-Oozysten
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Cryptosporidium parvum-Oozysten wurden
aus vereinigtem Kot von natürlich
infizierten neonatalen Kälbern
in Sydney gereinigt. Die Kotproben wurden zentrifugiert (2000 g,
10 min) und zweimal in Wasser resuspendiert, und dann in 5 Volumina
1%-iger (w/v) NaHCO3 resuspendiert. Dann
wurden Fettsubstanzen zweimal mit 1 Volumen Ether extrahiert, gefolgt
von einer Zentrifugation (2000 g für 10 min). Die Pellets wurden
in Wasser resuspendiert und durch eine Schicht von zuvor angefeuchteter,
nicht adsorbierender Baumwolle filtriert. Das Eluat wurde dann auf
10 Volumina einer 55%-igen (w/v) Saccharoselösung überschichtet und zentrifugiert
(2000 g für
10 min). Die Oozysten wurden aus der Saccharose-Interphase gesammelt
und der Saccharose-Flotationsschritt wiederholt, bis kein sichtbares
kontaminierendes Material nachgewiesen werden konnte. Gereinigte
Oozysten wurden mit eiskaltem 70%-igem (v/v) Ethanol für 30 min
oberflächensterilisiert, einmal
in phosphatgepufferter Saline (PBS; Oxoid, Sydney) gewaschen und
in PBS bei 4°C
für bis
zu 2 Wochen gelagert.
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Antigenpräparation
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Oberflächenextraktion:
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Eine Oozystenprobe von 2 ml, die
ungefähr
2 × 109 Oozysten enthielt, wurde bei 13000 g für 1 Minute zentrifugiert
und der Überstand
entfernt und verworfen. Die Oozysten wurden in 2 ml eiskaltem 0,5%-igem (w/v)
SDS resuspendiert und in einem kochenden Wasserbad für 1 Stunde
platziert. Die Probe wurde dann bei 13000 g für 20 Minuten zentrifugiert,
um die Oozysten zu entfernen. Der Überstand wurde vorsichtig entfernt, mit
10 ml Aceton gemischt und für
8 Stunden bei –20°C platziert.
Die Probe wurde dann bei 13000 g für 10 Minuten zentrifugiert
und der Überstand
verworfen. Ein kleines weißes
Präzipitat
wurde dann in sterilem PBS resuspendiert.
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Die Proteinkonzentration wurde unter
Verwendung des kommerziell erhältlichen
Biorad DC-Proteinassays gemessen, unter Verwendung des Standardprotokolls
und Rinderserumalbumin (BSA) als einem Standard.
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Oozystenwände:
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Cryptosporidium-Oozysten wurden exzystiert,
wie es von Robertson et al. (1993) beschrieben wird. Eine Oozysten-Probe
von 1 ml, die ungefähr
1 × 109 Oozysten, enthielt, wurde für 1 Minute
bei 13000 g zentrifugiert und der Überstand entfernt und verworfen.
Die Oozysten wurden in 1 ml angesäuerter, ausgeglichener Salzlösung nach
Hank (HBSS, „Hank's balanced salt solution"), mit pH 2,7 resuspendiert
und bei 37°C
für 30
Minuten inkubiert. Die Proben wurden dann gewaschen und in 1 ml
HBSS mit 100 ul 1% (w/v) Natriumdeoxycholat in Minimalnährmedium
nach Hank (HMEM, "Hank's minimal essential
medium") und 100
ul 2,2% (w/v) NaHCO3 in HBSS resuspendiert
und bei 37°C
für 4 Stunden
inkubiert. Die Probe wurde dann unter Verwendung des Coulter-Elite-Durchflusszytometers
wie zuvor beschrieben untersucht (Vesey et al., 1997). Die Population
mit dem geringsten Signal des entlang der Achse gestreuten Lichts
(„forward
angle light scatter") wurde
in Teströhrchen
sortiert und durch Zentrifugation bei 3000 g für 20 Minuten aufkonzentriert.
Die aufkonzentrierten Proben wurden bei –20°C in PBS gelagert.
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Exzystierung der Oozysten:
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Die Exzystierung wurde erreicht,
wie es oben für
die Zellwände
beschrieben ist.
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Reinigung der Oozystenwände:
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Die Oozystenwände wurden aus der exzystierten
Probe unter Verwendung einer magnetischen Immunauftrennung gereinigt.
Ein 0,5 ml Aliquot von Magnet-Beads (ungefähr 5 × 107 Beads),
beschichtet mit einem Ziege-Anti-Maus-IgM-Antikörper (Dynal Pty Ltd, Australien)
wurde mit 10 ml Gewebekulturüberstand
eines Cryptosporidium-Oozysten-spezifischen monoklonalen Antikörpers CRY26
gemischt. Die Beads wurden bei 4°C
für 4 Stunden
inkubiert und dann neben einen Magneten platziert, sodass die Beads
auf den Boden des Röhrchens
gezogen wurden. Der Überstand
wurde entfernt und verworfen und die Beads in 10 ml PBS plus 2%
(w/v) Rinderserumalbumin (BSA; Sigma Fraktion V) (PBS-BSA) resuspendiert.
Dieser Waschvorgang wurde zweimal wiederholt und die Beads wurden
in einem Endvolumen von 1 ml PBS-BSA resuspendiert. Die Beads wurden
dann mit der Probe der exzystierten Oozysten gemischt und auf einem
Rotationsschüttler
bei Raumtemperatur für
30 Minuten inkubiert. Das Röhrchen
wurde neben einem Magneten platziert, sodass die Beads und die angehefteten
Oozysten auf den Boden des Röhrchens
angezogen wurden. Der Überstand
wurde entfernt und bei 4°C
platziert. Um alle verunreinigenden Sporozoiten zu entfernen wurden
die Beads vorsichtig in 1 ml PBS-BSA resuspendiert und dann noch
einmal unter Verwendung des Magnets aufkonzentriert. Der Überstand
wurde entfernt und verworfen. Die Beads wurden in 1 ml PBS resuspendiert
und heftig geschüttelt,
um die Beads von den Oozystenwänden
loszulösen.
Die Beads wurden aufkonzentriert unter Verwendung des Magnets und
der Überstand,
der die Oozystenwände
enthielt, entfernt und auf Eis aufbewahrt. Die Beads wurden dann
zu der Originalprobe der exzystierten Oozysten zugegeben und das
gesamte Verfahren wurde zehnmal wiederholt. Die 10 Proben mit gereinigten
Oozystenwänden
wurden dann vereinigt und durch Zentrifugation bei 3000 g für 10 Minuten
aufkonzentriert. Eine Fraktion der Probe der Oozystenwände wurde
unter Verwendung von Durchflusszytometrie untersucht, wie es zuvor
beschrieben wird (Vessey et al., 1997). Die Probe wurde in einem
Röhrchen
untersucht, das eine genaue Anzahl an Beads enthielt (TrueCount,
Becton Dickinson, San Hose, USA), um die Anzahl der Oozystenwände zu bestimmen.
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Aufbrechen der Oozystenwände:
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Die Hälfte der Probe der Oozystenwände wurde
behandelt, um die Wände
in kleine Stücke
zu zerbrechen, unter Verwendung eines FastPrep-Bead-Beaters (Bio
101, CA, USA) fünfzehnmal
bei Maximalgeschwindigkeit für
40 Sekunden Dauer. Die Probe wurde zwischen jeder 40 Sekunden-Behandlung
für 1 Minute auf
Eis gekühlt.
Die Oozystenwandstücke
wurden in 3 ml PBS resuspendiert und in 200 μl-Mengen aliquotiert und bis
zur Verwendung eingefroren gelagert.
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Immunisierung von Mäusen
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Verfahren 1:
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Fünf
weibliche Balb/C-Mäuse
wurden mittels IP-Injektion entweder mit 200 μm Oozysten-Oberflächenextrakt
(Mäuse
der Gruppe E) oder mit 4 × 104 Oozystenwänden (Mäuse der Gruppe W) immunisiert.
Antigenpräparate
wurden in Freunds-Komplettadjuvants emulgiert. Den Mäusen wurde
vor dem Erhalten der ersten Injektion Blut entnommen, um eine Negativkontrolle
bereitzustellen. Zwei weitere IP-Injektionen mit der gleichen Menge
des Antigens, die aber in unvollständigem Freunds-Adjuvans emulgiert
war, wurden in 3-wöchigen
Intervallen gegeben. Den Mäusen
wurde nach der zweiten dieser Injektionen Blut entnommen, um die Immunreaktion
zu kontrollieren. Mäusen
der Gruppe E wurden zwei finale intravenöse Verstärkungen von 200 μg Antigen
gegeben, 3 Tage und 1 Tag vor der Fusion gegeben.
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Verfahren 2:
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Fünf
weibliche Balb/C-Mäuse
(Gruppe WP) wurden mittels IP-Injektion mit 200 μl einer Präparation von zertrümmerten
Oozystenwänden
immunisiert, die in Freunds-Komplettadjuvans emulgiert waren. Das
Präparat
enthielt ungefähr
1 × 106 Oozystenwände. Eine zweite Gruppe von
Mäusen
(Gruppe WI) wurde mit ungefähr
1 × 106 intakten gereinigten Oozystenwänden immunisiert,
die in unvollständigem
Freunds-Adjuvans emulgiert waren. Den Mäusen wurde vor der Gabe der
ersten Injektion Blut durch eine Schwanzentnahme entnommen, um eine
Negativkontrolle bereitzustellen. In 3-wöchigen Intervallen wurden zwei
weitere IP-Injektionen mit der gleichen Menge Antigen gegeben, die
aber in Freunds unvollständigem
Adjuvans emulgiert war. Den Mäusen
wurde nach der zweiten dieser Injektionen Blut entnommen, um die
Immunreaktion zu kontrollieren.
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Der Maus können 7 Tage vor dem Töten und
der Fusion von Milzzellen entweder IP- oder IV-Verstärkungsinjektionen
gegeben werden, um die Entwicklung geeigneter Antikörper zu
unterstützen.
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Analyse von Mäuseserum
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Blutproben (ungefähr 50 μl/) wurden durch Blutentnahme
am Schwanz gesammelt und dann bei 13000 g für 30 Sekunden zentrifugiert.
Die obere Schicht des Serums wurde vorsichtig entfernt und bis zur Analyse
bei –20°C gelagert.
Das Serum wurde 1 in 100, 1 in 1000 und 1 in 10000 in 1%-igem (w/v)
Rinderserumalbumin in PBS (BSA-PBS) verdünnt. Aliquots (50 μl) von verdünntem Serum
wurden mit 10 μl
der Oozystensuspension in PBS (enthaltend ungefähr 1 × 106 Oozysten)
gemischt und bei Raumtemperatur für 20 Minuten inkubiert. Die
Proben wurden entweder mit 50 μl
eines spezifischen Ziege-Anti-Maus-IgM Antikörpers, der mit FITC konjugiert
war (verdünnt
in 1 in 50 mit BSA-PBS) (Sigma Produktnummer) oder mit 50 μl eines spezifischen
Ziege-Anti-Maus-IgG Antikörpers,
der mit PE konjugiert war (verdünnt
1 in 200 mit BSA-PBS) (Sigma), gemischt. Nach weiteren 20 Minuten
Inkubation bei Raumtemperatur wurden die Proben unter Verwendung
eines FACScan-Durchflusszytometers untersucht. Mit jeder Probencharge
wurde eine Negativkontrolle mit PBS und eine IgM-Positivkontrolle
von Gewebekulturüberstand
von einem monoklonalen IgM-Antikörper,
der gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten spezifisch ist, untersucht. Die mittleren
Fluoreszenzintensitäten
der mit FITC und PE gefärbten
Proben wurden aufgezeichnet.
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Proben von Mäuseserum, verdünnt 1 in
500 in BSA-PBS wurden unter Verwendung von Western-Blotting untersucht.
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Herstellung von Hybridomen
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Mäuse
wurden getötet,
Milzzellen präpariert
und mit NS1-Mausmyelomzellen fusioniert und die resultierenden Hybridome
wurden kloniert. Ein Volumen von 50 μl Gewebekulturüberstand
von jedem Hybridom wurde mit 10 μl
Oozystensuspension in PBS (enthaltend ungefähr 1 × 106 Oozysten)
gemischt. Die Proben wurden bei Raumtemperatur für 20 Minuten inkubiert und
dann mit 50 μl
eines Ziege-Anti-Maus-Antikörpers, der
sowohl für
IgM als auch IgG-Antikörper
spezifisch war und mit FITC konjugiert war (verdünnt 1 in 100 mit BSA-PBS) (Silenus,
Melbourne), gemischt. Nach weiteren 20 Minuten Inkubation bei Raumtemperatur
wurden die Proben unter Verwendung eines FACScan-Durchflusszytometers
untersucht. Mit jeder Probencharge wurde eine Negativkontrolle von
Gewebekulturüberstand
von einem Dictyosteüum-spezifischen
Antikörper (MUD62)
und eine Positivkontrolle von Gewebekulturüberstand von einem monoklonalen
IgM-Antikörper,
der gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten (CRY26) spezifisch war, untersucht.
Hybridome, welche eine höhere
mittlere Fluoreszenz (FL1) als die Negativkontrolle erzeugten, wurden
kloniert und noch einmal untersucht.
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Die immunologische Unterklasse der
von den Klonen erzeugten monoklonalen Antikörper wurde unter Verwendung
des Sigma Immuno Typ-Kits
identifiziert.
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Hybridom-Screening
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Ungefähr 7–14 Tage nach der Fusion wurden
Mikrowellplatten im Hinblick auf das Hybridom-Wachstum überprüft. Hybridome,
welche mit einem 40x Objektiv sichtbar waren, wurden gekennzeichnet,
markiert und 100 μl
des Gewebekulturüberstands
wurde steril entfernt, ohne die Hybridome auf dem Boden zu stören. Alle
Hybridome wurden dann mit 100 μl
frischem Medium für
das weitere Wachstum erneut gefüttert.
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Anfangs-Screening:
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Zu jeden gesammelten 100 μl Hybridomüberstand
wurden 10 μl
mit 1 × 108 Oozysten zugegeben und für 15 Minuten
bei Raumtemperatur inkubiert. Dann wurde ein zweiter Antikörper Anti-Maus-FITC
(Amrad) zugegeben (100 μl
mit einer 1 : 50 Verdünnung)
und bei Raumtemperatur für
15 Minuten inkubiert. Die Proben wurden dann mittels Durchflusszytometrie
untersucht. Es wurde die Fluoreszenzintensität der Oozystenpopulation gemessen.
Eine im Histogramm beobachtete hohe Fluoreszenz zeigte eine für Anti-Cryptosporidium-Antikörper positive
Probe an. Alle positiven Proben wurden dann markiert und für eine weitere
Kultur aufgezogen.
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Zweites Screening:
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Einmal positive Hybridome sind in
12-Well Mikrotiterplatten kultiviert worden, sie wurden dann im
Hinblick auf die IgM oder IgG-Antikörperklasse untersucht. Eine
Probe von 100 μl
von jedem positiven Hybridom wurde in zwei getrennten Röhrchen platziert.
Jedem Röhrchen
wurden 10 μl
mit 1 × 108 Oozysten zugegeben und für 15 Minuten
bei Raumtemperatur inkubiert. Zu jedem doppelten Röhrchen wurden
100 μl eines
vorverdünnten,
FITC-markierten Anti-IgG (Zymed 61-6011) oder FITC-markierten Anti-IgM
(Sigma F-9259) zugegeben und bei Raumtemperatur für 15 Minuten
inkubiert. Jede Probe wurde dann mittels Durchflusszytometrie untersucht.
Eine in einem Histogramm beobachtete hohe Fluoreszenz der Oozystenpopulation
zeigte eine positive Population für die Antikörperunterklasse an, welche
später
bestätigt
wurde.
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Bestätigung der Unterklasse:
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Alle positiven Hybridome wurden im
Hinblick auf den Isotyp mittels eines kommerziell erhältlichen
(Serotec) Hämagglutinations-Assays
bestätigt,
der Schaferythrozyten verwendet, die mit einem Antikörper konjugiert
sind, der spezifisch einen Maus-Ig-Isotyp erkennt.
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Untersuchung von Antikörpern zur
Oozystenfärbung
in Wasserproben
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Die Wirksamkeit von mAbs zur Verwendung
in Wasserproben wurde mittels Durchflusszytometrie bewertet. Ein
Volumen von 100 μl Überstand
wurde zu ausgesäten
Proben zugegeben. Die ausgesäten
Proben bestanden aus 50 μl
Wasserkonzentrat und 10 μl
einer hohen Oozystenkultur. Dies wurde bei Raumtemperatur für 20 Minuten
inkubiert. Nach dieser Inkubation wurde ein Volumen von 100 μl eines mit
FITC konjugierten Anti-Maus-Antikörpers (Silenus,
1 : 50) zugegeben und für
weitere 20 Minuten inkubiert. Die Proben wurden dann unter Verwendung
von Durchflusszytometrie untersucht. Die Daten wurden untersucht,
um zu bestimmen, welcher Antikörper
die größte Trennung
zwischen der Immunfluoreszenzkontroll(Oozysten-) Population und
den fluoreszierenden Hintergrundteilchen, die in den Wasserkonzentraten
nachgewiesen wurden, erzeugte.
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Funktionelle Messung der
Avidität
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Die Avidität der Bindung (Affinitätskonstante
eines ganzen Antikörpers)
der mit FITC markierten Anti-Cryptosporidium-Antikörper CRY104,
CRY26 und eines kommerziellen, mit FITC markierten Anti-Cryptosporidium-Antikörpers (Immunocel)
wurde wie folgt gemessen. Antikörper
mit einer bekannten Konzentration wurden ausgehend von einer Konzentration
von 20 μg
verdünnt
mit 20 zweifachen Verdünnungen.
Jede mAb-Konzentration wurde dann mit 1 × 107 Oozysten
für 20
Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Es wurde auch eine Negativkontrolle
mit Oozysten in PBS präpariert,
um einen Endpunkt für
die Bindung bereitzustellen. Fluoreszenz- (FL-1) Werte für jede Verdünnung wurden
aufgezeichnet und aufgetragen. Der Wert für 50% der maximalen Bindung
an die Oozysten für
jeden untersuchten mAb wurde erhalten. Es wurden die Annahmen gemacht,
dass der Gesamtinput-Antikörper
nahezu der gleiche ist wie der freie Antikörper, weshalb die Dissoziationskonstante
(kd) gleich ist mit dieser (50%) Konzentration. Die Affinitätskonstante
(ka) wird dann als der reziproke Wert berechnet.
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Durchflusszytometrie
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Ein FACScan-Durchflusszytometer wurde
zur Untersuchung von Mäuseserum
und Hybridomen verwendet. Für
alle Detektoren wurden logarithmische Signale verwendet. Der Schwellenwert
wurde am Seitwärtsstreulicht
(„side
scatter") auf einen
Wert von 500 gesetzt. Die Detektoren wurden auf die folgenden Sensitivitätsniveaus
gesetzt: 200 für
Seitwärtsstreulicht
(SSC, „side
scatter"); EOO für Vorwärtssteulicht
(FALS, „forward
scatter"); 600 für den grünen Fluoreszenzdetektor
(FL1) und 600 für
den roten Fluoreszenzdetektor (FL2). Eine Region (R1) wurde auf
einem Dot-Blot von FALS gegenüber
SSC definiert, welche einzelne Oozysten einschloss, nicht aber Klumpen
von Oozysten. Histogramme von FL1 und FL2 wurden so durchgelassen,
dass die einzigen Teilchen, die in der Region R1 auftauchen, auf
den Histogrammen auftauchen. Der Mittelwert von FL1 und/oder FL2
aus den Histogrammen wurde für
2000 Oozysten von jeder untersuchten Probe aufgezeichnet.
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Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Elektrophorese
(PAGE)
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200 Mikroliter Oozysten mit 5 × 107 bis 108 Zellen/ml
wurden zu einem gleichen Volumen eines reduzierenden Puffers (zusammengesetzt
aus 975 μl
0,125 M Tris Hcl/0,5% (w/v) SDS, 150 μl Glycerol, 225 μl 10% (w/v)
SDS, 150 μl
2-Mercaptoethanol und 20 μl
Bromphenolblau (0,25% w/v) zugegeben und für 3 Minuten bei 100°C gekocht.
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Diese reduzierte Probe wurde dann
auf einem 12%-igen Polyacrylamid-Trenngel
mit einem 5%-igen Sammelgel in einem Biorad Minoprotean/II-Zellapparat gefahren.
Proteine für
Marker mit hohem und geringem Molekulargewicht (Novex) wurden entlang
der Probe für
ungefähr
45 bis 60 Minuten bei 200 Volt gefahren.
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Western-Blotting
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Aliquots (100 μl) einer Oozystensuspension
in PBS, die ungefähr
5 × 107 Oozysten enthielt, wurden mit 100 μl reduzierendem
Puffer gemischt und für
2 Minuten gekocht. Die gesamte Probe wurde auf ein 10%-iges SDS-Slab-Gel
geladen und bei 150 Volt für
eine Stunde gefahren. Eine Probe von vorgefärbten Molekulargewichtsmarkern
(Novex) war enthalten. Nach der SDS-PAGE wurden die Proteine unter
Verwendung eines halbtrockenen Elektroblotting-Systems und eines
diskontinuierlichen Puffersystems auf Nitrocellulose übertragen.
Die Nitrocellulose wurde dann in 2 mm breite Streifen geschnitten
und in 2% (w/v) Magermilch in PBS getränkt. Die Streifen wurden dann
entweder mit Mäuseserum
oder Hybridomkulturüberstand
inkubiert. Gewebekulturüberstand
von einem IgM-Cryptosporidiumspezifischen monoklonalen Antikörper wurde
als eine Positivkontrolle eingeschlossen. Die Proben wurden für 1 Stunde
bei Raumtemperatur inkubiert. Die Nitrocellulosestreifen wurden
dann 3 × 5
Minuten in 3% (w/v) Trockenmilchpulver in PBS gespült, dann
für 1 Stunde in
einem Ziege-Anti-Maus-Antikörper inkubiert
(spezifisch sowohl für
IgM als auch IgG-Antikörper),
der mit Meerrettichperoxidase konjugiert war (HRP, Tago, Inc. Burlingame,
Kalifornien, USA), verdünnt
auf 1 : 1500 mit 3% (w/v) Trockenmilchpulver in PBS. Die Streifen
wurden dann 3 × 5
Minuten in PBS gewaschen und unter Verwendung einer frischen Lösung von
4CN-Substrat entwickelt und schließlich gründlich unter fließendem Leitungswasser
für mindestens
20 Minuten gewaschen.
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Wasserproben
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Proben (10 l) von nicht behandeltem
Oberflächenwasser
wurden an Orten um Australien herum gesammelt, und unter Verwendung
eines Ausflockungsverfahrens (Vesey et al., 1993a) aufkonzentriert.
Eine nicht behandelte gemischte Oberflächenwasserprobe wurde durch
Mischen von Aliquots von Proben von 15 verschiedenen Stellen hergestellt.
Die Probe wurde bei 3000 g für
10 Minuten aufkonzentriert und das Pellet in PBS resuspendiert.
Aliquots (50 μl)
des Wasserprobenkonzentrats wurden mit 10 μl einer Oozystensuspension (die
ungefähr
1000 Oozysten enthielt) ausgesät
und sorgfältig
gemischt. Die Proben wurden dann mit 50 μl Gewebekulturüberstand
von einem Cryptosporidium-spezifischen monoklonalen Antikörper gemischt
und für
20 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Ein Aliquot (50 μl) eines
mit FITC konjugierten Ziege-Anti-Maus-Antikörpers (spezifisch für sowohl
für IgG
als auch IgM-Antikörper)
(Silenus), verdünnt
1 in 300 in PBS-BSA wurde dann zu jeder Probe zugegeben und für 20 Minuten
bei Raumtemperatur inkubiert. Die Proben wurden dann unter Verwendung
von Durchflusszytometrie untersucht.
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ALTERNATIVE VERFAHREN
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Um die Oozystenwände von den Sporozoiten zu
trennen, können
die Oozysten anstelle einer Exzystierung eingefroren/aufgetaut werden.
Ein Reinigungsschritt, wie etwa eine immunmagnetische Trennung, Durchflusszytometrie
oder Dichtegradiententrennung ist erforderlich, um die Oozystenwände von
den Sporozoiten wegzureinigen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben Zellwandproben präpariert
durch Oberflächenmarkierung
ganzer Oozysten mit Biotin und nach einer Exzystierung durch Binden
der Zellwände
an magnetische Beads, die mit Avidin markiert waren.
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Ein alternativer Ansatz betrifft
das Zerstrümmern
der ganzen Oozysten (Sporozoiten sind immer noch im Innern) in kleine
Stücke
und dann Verwendung eines immunologischen Reinigungsverfahrens,
wie etwa eine immunmagnetische Trennung oder Affinitätschromatographie.
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Andere alternative Verfahren wie
etwa Ultraschall können
verwendet werden, um die Oozysten oder die gereinigten Oozystenwände aufzubrechen.
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ANTIKÖRPER-VERGLEICHSTESTS
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Cryptosporidium-Oozysten
und Giardia-Zysten
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Oozysten von Cryptoporidium parvum
wurden wie zuvor beschrieben aus natürlich infizierten Kälbern isoliert.
Die Oozysten wurden bei 65°C
für 15
Minuten hitzeinaktiviert. Zysten von Giardia lamblia wurden in formalinfixierter Form
von Waterborne, Inc. (New Orleans, USA) erhalten. Zysten und Oozysten
wurden in Phosphat-gepufferter Salzlösung (0,1 M Phosphat, pH 7,3 ± 0,2)
(Oxoid) bei 4°C
gelagert.
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Cryptosporidium-spezifische und Giardia-spezifische
Antikörper
In dieser Studie wurden sieben Cryptosporidium-spezifische und 4
Giardia-spezifische mAbs bewertet, deren Lieferant, Fluoreszenzmarkierung und
Antikörperklasse
sind in Tabelle 3 und 4 beschrieben.
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Aufkonzentrierte Wasserproben
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Proben (10 l) von nicht behandeltem
Oberflächenwasser
wurden von Stellen in Australien gesammelt und durch Flokkulation
oder Filtration aufkonzentriert. Eine gemischte, nicht behandelte
Wasserprobe wurde durch Mischen von Aliquots von Proben aus einer
Auswahl von verschiedenen Stellen hergestellt. Die Probe wurde bei
13000 rpm für
10 Minuten zentrifugiert und das Pellet wurde in PBS resuspendiert.
Das Volumen der Probe wurde so eingestellt, dass 100 μl des Konzentrats äquivalent
waren mit 5 l des originalen, unbehandelten Wassers. Die Proben
wurden auch aus verschiedenen Wassertypen hergestellt, einschließlich rohem Flusswasser,
ausfließendem
Wasser, filtriertem Wasser und rückströmendem Wasser.
Alle Proben wurden vor der Verwendung vorgefiltert durch einen Filter
mit 38 Mikrometer rostfreiem Stahlgitter.
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Probenvorbereitung
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FluorebriteTM-Beads
(Polysciences, Inc. Warrington, PA, USA) wurden verwendet, um den
Assay zu standardisieren. Die Beads wurden mit einer hohen Konzentration
zu Rinderserumalbumin (BSA, Sigma Chemical Co., St. Louis USA) (4%
w/v) in PBS und Azid (0,05% v/v) gegeben. Das gleiche Volumen an
Beads wurde dann zu jeder Probe zugegeben, was es ermöglicht,
das Volumen des untersuchten Konzentrats durch die Anzahl der nachgewiesenen
Beads zu kontrollieren. Das Volumen des für jede Probe untersuchten Wasserkonzentrats
wurde dann standardisiert durch Herstellen eines Ergebnisses pro
untersuchtem Bead. Der Probenpuffer zur Färbung der Proben bestand aus
BSA (1% w/v) Tween 20 (0,5% v/v) in PBS.
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Antikörperkonzentrationen
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Die optimale Konzentration oder Verdünnung jedes
zu bewertenden Antikörpers
(Tabelle 3 und 4) wurde zuerst durch Durchflusszytometrie bestimmt.
Verdünnungsreihen
für mAbs
mit einer unbekannten Proteinkonzentration wurden zwischen 1 : 20
und 1 : 1280 in geeigneten Probenpuffern angesetzt, wie vom Hersteller beschrieben.
Diejenigen mAbs mit bekannten Proteinkonzentrationen wurden als
Verdünnungsreihen
zwischen 8 μg/ml
bis zu 0,5 μg/ml
angesetzt. Ein Aliquot von 100 μl
jeder Verdünnung
wurde zu ausgesäten
Proben zugegeben. Ausgesäte
Proben bestanden aus 50 μl
Wasserkonzentrat und 50 μl
einer hohen Oozysten- oder Zystenkultur. Die Proben wurden bei Raumtemperatur
für 30
Minuten inkubiert und dann unter Verwendung von Durchflusszytometrie
untersucht. Die Daten wurden untersucht, um zu bestimmen, welche
Konzentration des Antikörpers
die größte Trennung
zwischen der immunfluoreszierenden Kontroll(Oozysten/Zysten-) Population
und den fluoreszierenden Hintergrundpartikeln erzeugte, die in den
Wasserkonzentraten nachgewiesen wurden (2).
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Färbung der Wasserproben
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Nach der Optimierung der Antikörperkonzentrationen
wurde jeder mAb auf die geeignete Konzentration in Probenpuffer
verdünnt.
Alle Proben wurden in 5 ml Falcon-Röhrchen hergestellt. Es wurden
Positivkontrollen hergestellt, bestehend aus 50 μl der jeweiligen hohen Aussaat.
Zu untersuchende Wasserproben wurden in dreifachen Ansätzen hergestellt
und bestanden aus 50 ml Wasserkonzentrat. Jeder mAb wurde zu den Kontrollen
und Wasserproben auf ein Gesamtvolumen von 150 μl in Probenpuffer zugegeben
und gemischt. Nach einer Inkubation bei Raumtemperatur für 30 Minuten
wurden die Proben mit 20 μl
Aliquots des Bead-Standards FluorbriteTM ausgesät. Die Proben
wurden dann durch Vortexen für
5 Sekunden gemischt und untersucht.
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Der Hydrofluor-mAb-Kit enthält nicht
konjugierte Cryptosporidium-spezifische
und Giardia-spezifische Antikörper
ebenso wie einen mit FITC konjugierten Anti-Maus-Antikörpers. Die
Reagenzien wurden so verwendet, wie es in den Anweisungen des Herstellers
empfohlen wird.
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Durchflusszytometrie
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Der Vergleich von Cryptosporidium-
und Giardia-mAbs wurde durchgeführt
unter Verwendung eines FACScan-Durchflusszytometers von Becton-Dickinson (Becton-Dickinson,
Lane Cove, NSW Australien). Das Umgebungsfluid bestand aus nicht
verdünntem
Isoton II (Coulter Electronics, Brook Vale, NSW Australien), die verwendeten
Detektoren waren Seitenwinkel-Lichtstreuung
(SSC) gegen FL1-Detektor (grüne
Fluoreszenz). Die Spannungen der Detektoren wurden auf 300 mV für SSC und
450 mV für
alle verbleibenden Detektoren festgelegt. Der Schwellenwert wurde
auf dem Fluoreszenzdetektor 1 (FL1) festgelegt. Die Kompensation
wurde bei FL1-FL2 auf 45% festgelegt. Positive Proben für jeden
mAb wurden zuerst untersucht. Es wurden ungefähr 1000 Ereignisse gesammelt
und eine elliptische Region (R1) der Standardgröße wurde um das Zentrum der
Oozysten- oder Zystenpopulation (2)
herum festgelegt. Eine rechteckige Sortierungsregion (R2) wurde
um den jeweiligen verwendeten Bead-Standard herum festgelegt. Sobald
die Sortierungsregionen definiert waren, wurde eine Probe; des Wasserkonzentrats
untersucht, um dem Bediener eine Erhöhung oder Verringerung des
Diskriminators zu ermöglichen,
bis fremde, gesammelte; Teilchen gerade unterhalb R1 fluoreszierten
(3). Sobald alle Regionen
definiert warden, wurden 5000 Ereignisse für jede Probe gesammelt. Es
war wichtig, dass R1 zum Zentrum der Oozysten oder Zystenpopulation
bewegt wurde für
jeden bewerteten Antikörper,
da die Fluoreszenz zwischen der mAbs variiert.
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Datenanalyse
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Die Datenanalyse wurde durchgeführt unter
Verwendung der LYSIS II Software, erhalten von Becton-Dickinson
(Lane Cove, NSW Australien). Für
die Analysen wurden bivariante Dot-Blots, die SSC gegen FL1 definierten,
verwendet (3 und 4). Die Regionen wurden wie
oben definiert. Um die Anzahl der nachgewiesenen Beads zu zählen, wurde
um die Bead-Ppopulation herum ein Sortierrechteck definiert. Diese
Region wurde bestimmt durch Analyse einer Kontrollprobe, die aus
Beads und Oozysten/Zysten bestand (3). Die
Spezifität
jedes mAbs wurde berechnet als nicht spezifisches Bindungsverhältnis durch
Dividieren der Anzahl der Ereignisse, die in R1 gesammelt wurden,
durch R2.
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Statistische Analyse
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Die Dateninterpretation wurde durchgeführt unter
Verwendung von Microsoft ExcelTM 4,0 und
dem Analysis-ToolpackTM Add-in. Die Hypothese,
dass die Mittelwerte von verschiedenen Proben gleich waren, wurde
unter Verwendung einer Varianzanalyse (ANOVA) untersucht. Unter
Verwendung eines Signifikanzniveaus von 5% (p < 0,05), wurden die kritischen Werte
für die
F-Statistik berechnet und mit den von ANOVA erhaltenen Werten verglichen.
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ERGEBNISSE
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Analyse von Mäuseserum
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Eine durchflusszytometrische Analyse
von Mäuseserum
ergab bei Mäusen
der Gruppe E eine beträchtliche
Immunreaktion gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten (Tabelle 1). 21 Tage nach der zweiten
Immunisierung wurden sowohl Cryptosporidium-spezifische IgM- als
auch IgG-Antikörper im
Serum der Mäuse
der Gruppe E nachgewiesen. Oozysten, die mit Serum von Mäusen der
Gruppe E gefärbt
waren, fluoreszierten sehr hell, sogar wenn das Serum auf 1 zu 10000
verdünnt
war (Tabelle 1). Die Fluoreszenz von Oozysten, die mit Serum vor
und 21 Tage nach der zweiten Immunisierung von Mäusen der Gruppe W gefärbt waren,
waren nicht signifikant verschieden (p > 0,05), was anzeigt, dass die Immunisierung
keine Produktion von Antikörpern
verursachte, die spezifisch gegenüber der Oberfläche von
Cryptosporidium-Oozysten sind. Im Serum der Mäuse der Gruppe W wurden keine
Antikörper
nachgewiesen, die gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten spezifisch sind. Der geringe Unterschied
zwischen den Ergebnissen der Mäuse
der Gruppe W und der Gruppe E vor der Immunisierung rührte höchstwahrscheinlich
von der Variation bei der Sensitivität des Instruments an verschiedenen
Tagen her.
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Hybridome
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Die Maus Nummer 4 aus Gruppe E wurde
getötet
und die Milzzellen wurden mit Mausmyelomzellen fusioniert. Ein Screening
der resultierenden 230 Klone identifizierte sechs Klone, welche
Cryptosporidium-spezifische Antikörper produzierten. Fünf der Klone
(Klone P9F1, P6G7, P6B11, P11D5 und P7D5) produzierten IgM-Antikörper, die
gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten spezifisch waren. Ein Klon (CRy104)
produzierte IgG1-Antikörper,
die gegenüber
die Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten spezifisch waren.
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Zusätzliche Fusionen von Milzzellen
von Mäusen
in Gruppe E erzeugten eine große
Anzahl von Hybridomen, spezifisch für die Oberfläche von
Cryptosporidium-Oozysten. Weiterhin sind IgG1-Antikörper charakterisiert
worden, die von diesen Hybridomen erzeugt wurden. Dies zeigt weiter,
dass die erfindungsgemäßen Verfahren
besonders geeignet sind, um nützliche
IgG1-Antikörper zu
erzeugen, die für
die Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten spezifisch sind.
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Es wurden keine Fusionen mit Mäusen aus
der Gruppe W versucht aufgrund der beobachteten schlechten Immunreaktion
gegen Cryptosporidium.
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Evaluation der monoklonalen
Antikörper
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Die Ergebnisse der durchflusszytometrischen
Analyse der Wasserproben, die mit Oozysten ausgesät wurden
und mit einigen der Cryptosporidium-spezifischen monoklonalen Antikörpern gefärbt wurden,
sind in 1 dargestellt.
Die Unterschiede in der Position der Oozystenpopulationen entlang
der Y-Achse sind zu beachten. Die Oozystenpopulation ist bei der
Probe, die mit 8C12 (CRy104) gefärbt
wurde, näher
am oberen Ende des Dot-Blots als bei jeder der anderen Proben. Dies
kommt daher, dass die Oozysten in dieser Probe heller fluoreszieren
als in jeder anderen Probe. Die Fluoreszenz der Trümmerteilchen
(unterhalb der Oozysten) ist in der 8C12 (CRy104) Probe nicht heller
als in der ungefärbten
Kontrolle. Die Trennung zwischen den Oozysten und den Trümmerpartikeln
ist am größten in
der mit BC12 (Cry104) gefärbten
Probe. Dies deutet darauf hin, dass dieser Antikörper für eine Färbung von Cryptosporidium-Oozysten
in Wasserproben am nützlichsten ist.
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Im Vergleich zeigt die Probe, die
mit 6G7 gefärbt
ist, eine Steigerung in der Fluoreszenz von einigen der Trümmerteilchen
(rechts von den Oozysten), wenn sie mit der nicht gefärbten Kontrolle
verglichen werden. Dies kommt daher, dass dieser Antikörper an
einige der Trümmerteilchen
bindet und deutet darauf hin, dass dieser Antikörper bei der Färbung von
Cryptosporidium-Oozysten in Wasserproben nicht nützlich sein könnte.
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Eine durchflusszytometrische Analyse
von Serum von Mäusen,
die mit intakten gereinigten Oozystenwänden (Gruppe WI-Mäuse) immunisiert
wurden, ergab keinen Unterschied in der Helligkeit der Cryptosporidium-Oozysten,
gefärbt
mit Serum, gesammelt vor oder nach der Immunisierung (Tabelle 2). Ähnliche
Ergebnisse wurden beobachtet, wenn sowohl IgM-spezifische als auch
IgG-spezifische zweite Antikörper
verwendet wurden. Wenn Oozysten mit dem Serum der Mäuse der
Gruppe WP gefärbt
wurden, gab es im Vergleich dazu einen Unterschied in der Fluoreszenzintensität der Oozysten,
die mit Post-Immunisierungsserum gefärbt waren und denjenigen, die
mit mit Prä-Immunisierungsserum
gefärbt
waren. Die Ergebnisse waren ähnlich
für Oozysten,
die sowohl mit IgG-spezifischen als auch IgM-spezifischen sekundären Antikörpern gefärbt waren.
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Antikörpervergleichstests
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Wenn aufkonzentrierte Wasserproben
mit mAbs gefärbt
wurden, die entweder gegen Cryptosporidium oder Giardia gerichtet
waren, gab es einen signifikanten (p < 0,05) Anstieg in der Anzahl der fluoreszierenden Teilchen,
die mit den gefärbten
im Vergleich zu den nicht gefärbten
Proben beobachtet wurden (Tabellen 5 und 6). Unterschiede wurden
zwischen verschiedenen Antikörpern
beobachtet im Hinblick auf die Immunfluoreszenzfärbung, mit Anstiegen der nachgewiesenen
fluoreszierenden Teilchen zwischen den mAbs. Der IgG1-Antikörper CRY104
ergab signifikant (p < 0,05)
geringere Niveaus einer nicht spezifischen Bindung durch den fluoreszierenden
mAb gegenüber
fremden Teilchen im Wasser als bei einer Färbung mit Antikörpern der
IgM- oder IgG3-Unterklasse
(Tabelle 5). Der IgG1-Antikörper
G203, der speziell für
eine Wasseranalyse von Giardia hergestellt wurde, ergab signifikant
weniger fluoreszierende Hintergrundteilchen als bei einer Färbung mit
Antikörpern,
die für
eine Kotanalyse hergestellt wurden, einschließlich eines IgG1 (Tabelle 6).
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Spezifische Antikörper (sowohl Giardia als auch
Cryptosporidium) wurden zur Bewertung der Wirkung von mAbs auf die
Färbung
verschiedener Wasserarten ausgewählt.
Es wurden statistisch unterschiedliche Niveaus (p < 0,05%) einer nicht
spezifischer Bindung von Teilchen an Antikörper beobachtet zwischen den
verschiedenen Wasserarten beobachtet, sowohl für die Giardia- als auch die
Cryptosporidium-Analyse (Tabelle 7 und 8). Die beobachtete Variation
nach der Färbung
mit einem IgG3 war höher
zwischen den Wasserarten als die Variation, die mit dem IgG1-mAb
beobachtet wurde (Tabelle 7). Eine größere Variation der nicht spezifischen
Bindung wurde mit HydrofluorTM-mAb im Vergleich
mit G203 beobachtet (Tabelle 8), somit wurden signifikante Unterschiede
im Ausmaß der
Bindung zwischen mAbs für
jede Wasserart beobachtet.
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Die Evaluation der Anzahl der fluoreszierenden
Partikel innerhalb eines Wasserkonzentrats vor und nach der Immunfluoreszenzfärbung ergab,
dass mit allen untersuchten mAbs eine signifikant (p < 0,05) höhere Anzahl
fluoreszierender Partikel nach der Färbung vorlagen. Es gab aber
eine große
Variation in der Anzahl der fluoreszierenden Teilchen nach der Färbung mit
verschiedenen mAbs. Eine Analyse der verschiedenen mAb-Klassen ergab,
dass eine Färbung
mit den IgG1-mAbs im Allgemeinen weniger fluoreszierenden Teilchen ergab
als eine Färbung
mit IgM- und IgG3 mAbs.
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Die Variation in der beobachteten
Hintergrundfluoreszenz ist größtenteils
wegen der für
den Assay verwendeten Antikörperart.
Die primäre
Immunreaktion auf ein Antigen induziert die Produktion von IgM.
Immunglobulin M-Antikörper exisitieren
als große
mAbs, die zehn Bindungsstellen enthalten, mit einer größeren Wahrscheinlichkeit
im Vergleich zu IgG, nicht spezifisch an Teilchen zu binden. Die
Oberfläche
von Oozysten und Zysten enthält
Kohlenhydrate, welche die Herstellung von IgM und IgG3 mit geringer
Affinität
induzieren. Immunglobulin G 1-mAbs werden im Allgemeinen nach einer wiederholten
Exposition gegenüber
einem Antigen hergestellt. Es tritt ein Wechsel des Isotyps von
IgM nach IgG auf, was mAbs mit einer höheren Affinität ergibt,
die zwei identische Bindungsstellen enthalten, die für das Antigen,
für das
sie erzeugt sind, spezifischer sind. Die Spezifität des IgM
CRY212, der für
die Wasseranalyse entwickelt wurde, war größer als die Spezifität von kommerziellen
mAbs, welche für
klinische Anwendungen, wie etwa eine Kotanalyse hergestellt wurden. Dieser
Trend wurde nach einer Giardia-Analyse von IgG1-mAbs beobachtet,
wobei G203 eine höhere
Affinität besaß als Giardia-a-gloTM.
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Ein Vergleich von verschiedenen Wasserarten
ergab einen signifikanten Unterschied im Verhältnis der nicht spezifischen
Bindung zwischen den Wasserarten. Es wurde eine Variation beobachtet
nach der Färbung mit
IgG1-mAbs (CRY104
und G203), aber der Bereich der nicht spezifischen Bindung von verschiedenen
Wassertypen war gegenüber
den anderen untersuchten mAbs signifikant verringert. Das Ausmaß der Variation
einer nicht spezifischen Bindung war signifikant mit Rückströmungswasserproben,
welche einen breiten Bereich an Hintergrundfluoreszenz zwischen
einem Verhältnis
von 0,111 und 14,63 für
eine nicht spezifische Bindung des Hydrofluor-mAbs zeigte. Folglich
enthalten einige Wasserkonzentrate Teilchen, welche eine viel höhere Wahrscheinlichkeit
der Bindung an bestimmte mAbs besitzen, aber für alle Wasserarten verursachten
die IgG1-mAbs den geringsten Anstieg in der Zahl der nachgewiesenen
fluoreszierenden Teilchen.
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mAbs, die speziell für eine Wasseranalyse
hergestellt werden, besitzen eine hohe Affinität für Zysten und Oozysten gegenüber fremden
Teilchen, die in den Wasserkonzentraten vorliegen. Immunglobulin
G1 sind kleinere mAbs, welche spezifisch an antigene Stellen binden,
für die
sie hergestellt werden, mit einer geringen Hintergrundstörung. Die
Herstellung von neuen IgG1-mAbs für verschiedene antigene Stellen
an Zysten oder Oozysten kann die Entwicklung von hochspezifischen
Assays für
einen Cryptosporidium- und Giardia-Nachweis in Umweltproben ermöglichen.
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Western Blotting-Untersuchung von
Serumproben und mAbs Eine große
Menge immungefärbter
Banden wurde in Western Blots beobachtet, die mit Mäuseserum
von jeder der drei Immunisierungsgruppen (E, W und OC) durchgeführt wurden.
Die Oozystenkontroll-Mäusegruppe
(OC) und die Extrakt-Mäusegruppe
(E), zeigten Banden von > 200
kD bis hinunter zu 40 kD mit keinem deutlichen Unterschied in den
Bandenmustern. Die Wand-Mäusegruppe
(W) zeigte nur im mittleren Bereich zwischen 100 kD und 160 kD ein
außergewöhnliches
Bandenmuster. mAbs, die durch Western Blotting untersucht wurden,
zeigten einige außergewöhnliche Bandenmuster,
obwohl alle zwei deutliche Banden erkannten, eine bei 200 kD und
die andere bei 40 kD.
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Funktionelle
Messung der Avidität
Tabelle
10
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Während
des Verlaufs des Immunisierungsprogramms wurden die Mäuse sowohl
im Hinblick auf IgM- als auch IgG-Spiegel im Serum überwacht.
Die Oozystenkontroll-Gruppe zeigte eine hohe IgM-Antwort mit wenig
oder keinen IgG. Dies würde
bedeuteten, dass es kein Gedächtnis
bei der Immunreaktion gibt (d. h. Eine Verschiebung hin zur IgG-Reaktion),
und dass jede Immunisierung als ein neues Antigen gesehen wird.
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Dies kann aufgrund dessen sein, dass
C. parvum Oozysten komplexe Polysaccharidstrukturen enthalten, welche
keine Hilfe von T-Lymphozyten benötigen, um B-Zellen zur Antikörperproduktion
zu stimulieren. Somit ergibt sich ein geringerer Isotyp-Wechsel
und eine verringerte Affinitätsreifung
in den erzeugten mAbs. Daher dominieren weniger spezifische IgM-Antikörper die
Immunreaktion.
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Die Oozystenwand-Gruppe (W) zeigte
keine Immunreaktion. Dies kommt wahrscheinlich von der großen Größe und Struktur
der ganzen Oozystenwand, welche eine desensibilisierende Wirkung
auf die Immunreaktion haben kann. Die Tatsache, dass bei der Oozystenwand-Gruppe
keine Immunreaktion gesehen wurde, würde bedeuten, dass ohne vorhandene
Sporozoiten eine Verringerung der Immunogenizität erhalten wird.
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Die Oozystenextrakt-Gruppe rief starke
IgM- und IgG-Reaktionen hervor. Aber die IgM-Reaktionen waren nicht
so stark wie bei der Oozystenkontroll-Gruppe, was erneut bedeutet, dass Sporozoiten
antigener sind als die Oozystenwand und charakteristisch sind für die selbstbeschränkende Natur
der Cryptosporidiosis. Es scheint, dass der SDS-Verdau die Oozystenwand
aufbricht und mehr Epitope für
eine Immunreaktion exponiert. Nach der Entfernung der Sporozoiten
und dem Aufbrechen der Oozystenwandstruktur in kleinere Komplexe
wird die Oozystenwand oder der Extrakt ein extrem immunogenes Antigen,
wie durch die starke Immunreaktion gezeigt wird, die in den Extrakt-Mäusen beobachtet
wird. Nach weiteren Immunisierungen in Extrakt-Mäusen stieg die IgG-Antwort
weiter an, wie bei einem typischen Immunisierungsprogramm. Dies
wurde in der Kontroll- oder Wandgruppe nicht beobachtet, welche
eine dominante IgM-Antwort bzw. keine Antwort zeigten.
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Von der Western Blotting-Analyse
teilen die Extrakt- und Oozystenkontroll-Gruppen ein ähnliches
Bandenmuster, wobei die Extrakt-Mäuse ein
eindeutigeres Bandmuster zeigen mit einem niedrigeren, deutlichen, nicht
geteilten Band (40 kD).
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Die Messung der Antikörperavidität wurde
durchgeführt
und mit anderen Anti-Crypto-Antikörpern verglichen. Die Affinitätskonstante
für den
ganzen IgG1-Antikörper
wurde berechnet als 7 × 10E8
MoIE-1, was mindestens das Doppelte ist wie bei den anderen untersuchten
Antikörper
(Tabelle 10). Dies zeigt, dass CRY104 mindestens zweimal so wirksam
bei der Bindung an Cryptosporidium bei einer konstanten Konzentration
ist als die anderen untersuchten Antikörper und eine stärkere Bindung
zu dem Epitop bildet. Es wurde gefunden, dass die Bindungseffizienz
von CRY104 bei geringeren Konzentrationen eine wirksamere Färbung von
Cryptosporidium als andere gewöhnlich
verwendete Antikörper
erleichtert.
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SCHLUSSFOLGERUNGEN
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Es wurde eine starke Immunreaktion
gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten erzeugt durch Immunisierung von Mäusen mit
einer teilweise gereinigten Probe der äußeren Schicht der Oozystenwand.
Eine Immunisierung von Mäusen
mit gereinigten Oozystenwänden
erzeugte keine starke Immunreaktion. Dies würde bedeuten, dass es entweder
eine Immunsuppression durch einen Bestandteil der Oozystenwand gibt,
oder dass die natürliche
Präsentation
der Oberflächenantigene
an den Oozystenwänden
keine Immunreaktion erzeugt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
haben diesen Mangel einer Immunreaktion gegen die Oberfläche von
Cryptosporidium-Oozysten durch teilweises Aufreinigen von Oberflächenantigen überwunden.
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Die Fusion von Milzzellen aus einer
Maus, die mit der gereinigten Probe der äußeren Schicht der Oozystenwand
immunisiert wurde, ergab sechs (6) Hybridome, welche einen Antikörper erzeugten,
der gegenüber
der Oberfläche
der Oozystenwand spezifisch war. Einer dieser sechs Antikörper gehört zur immunologischen
IgG1-Unterklasse, die verbleibenden fünf Antikörper gehören zur IgM-Unterklasse. Der
IgG1-Antikörper scheint
den IgM-Antikörper
für eine
Färbung
von Cryptosporidium-Oozysten in Wasserproben überlegen zu sein. Mäuse, die
mit gereinigten Cryptosporidium-Oozystenwänden immunisiert wurden, entwickeln
keine starke Immunreaktion gegenüber
der Oberfläche
von Cryptosporidium-Oozysten. Wenn aber die gereinigten Oozystenwände in kleine
Stücke
zerbrochen wurden, dann wurde eine starke Reaktion sowohl bei den
immunologischen IgG- als auch IgM-Unterklassen erzeugt. Mäuse, die
mit solch einem Verfahren immunisiert werden, wären auch zur Herstellung monoklonaler
Antikörper
der IgG1-Unterklassen geeignet.
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REFERENZEN
-
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