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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung und Diagnose von Staphylokokken-Infektionen,
insbesondere solche von Staphylococcus aureus, und stellt ein Protein,
Epitope hiervon und Antikörper
sowie andere Bindungs- und Neutralisierungsmittel bereit, die gegen
diese spezifisch sind.
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Eine
multiple Arzneimittelresistenz (engl. multiple drug resistance,
MDR) ist ein wachsendes Problem unter grampositiven Bakterien (Banergee,
S. N. et al. 1991, Am. J. Med. 91: 856–895; Shaberg, D. R. et al., 1991,
Am. J. Med. suppl., 88: 72–75;
Gaynes, R. P. et al., 1994, Infect. Dis. Clin. Pract., 6: 452–455), insbesondere
in Krankenhäusern.
Insbesondere das gegen Methicillin resistente Staphylococcus aureus
(MRSA) und Coagulase-negative Staphylokokken (CNS), insbesondere
gegen Methicillin resistente CNS, erwei sen sich als problematisch,
da sie resistent gegenüber
allen Penicillinen und Cephalosporinen sind. Resistenz gegenüber anderen
Mitteln, wie Chinolonen, ist weit verbreitet (Malabarta, A. et al.,
1997, Eur. J. Med. Chem., 32: 459–478; Lewis, K., 1994, TIBS,
19: 119–123;
Traub, W. H. et al., 1996, Chemotherapy, 42: 118–132). Die Behandlung wird üblicherweise
unter Verwendung von Vancomycin oder Teicoplanin bewirkt. Dennoch
verbreitet sich die Resistenz gegenüber diesen Mitteln, so dass
neue Therapien benötigt
werden.
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Die
WO 98/01154 offenbart die Verwendung von bakteriellen und fungalen
ABC-Transporterproteinen und Neutralisierungsmitteln, die gegen
diese spezifisch sind, in Verfahren zur Behandlung und Diagnose
des menschlichen oder tierischen Körpers. Enterokokken-ABC-Transporterproteine
mit scheinbaren Molekulargewichten von 97 und 54 kDa sind als therapeutisch
wirksam identifiziert worden und es wurden verschiedene Epitope
ebenso identifiziert. Staphylococcen-Homologe der IstA- und IstB-Proteine
von Bacillus thuringiensis wurden ebenso identifiziert (Menou et
al., 1990, J. of Bacteriology, 173: 6689–6696), wobei die Homologen scheinbare
Molekulargewichte von 69 und 37 kDa aufweisen und immunodominant
bewahrende Antigene sind. Ebenso werden Epitope derselben identifiziert.
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Ein
Staphylokokken-ABC-Transporterprotein mit einem scheinbaren Molekulargewicht
von 67 kDa wurde nun von dem vorliegenden Erfinder aus einem epidemischen
MRSA-Stamm erfolgreich isoliert und aufgereinigt und besitzt die
Kodierungssequenz SEQ ID NO: 1 und die Aminosäurensequenz SEQ ID NO: 2. Diese
Sequenzen sind teilweise durch das Sequenzierungsprojekt des S.
aureus NCTC 8325-Genoms als contig 1184, contig 1177 und contig
1158 enthaltend Amino-terminale Sequenzda ten identifiziert. Dieses
Protein wurde bisher nicht als ABC-Transporterprotein vorgeschlagen
und es wurden bislang für
dieses keine diagnostischen oder therapeutischen Verwendungen vorgeschlagen.
Das Protein hat ein berechnetes wahres Molekulargewicht von 60,1
kDa, obwohl Modifizierungen nach der Umsetzung dazu führten, dass
in Versuchen dieses mit einem scheinbaren Molekulargewicht von 67
kDa identifiziert wurde.
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Die
Bedeutung des Proteins ist weder vorgeschlagen noch offenbart durch
die IstA- und IstB-Homologe von WO 98/01154, weil diese unterschiedliche
Sequenzen und unterschiedliche Molekulargewichte besitzen. Zusätzlich waren
die Proben, von denen die IstA- und IstB-Homologen isoliert wurden,
peritoneale Dialysate im Gegensatz zu dem Blut und den Wundkulturen,
die gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet wurden (siehe unten), so dass solch ein Reinigungsverfahren
nicht zu der vorliegenden Erfindung geführt hätte, weil der zuvor verwendete
Dialyse-Schritt zu einem Wechsel der relativen Proportionen des
Antikörpers
in dem Dialysat im Vergleich zum Serum führt. In ähnlicher Weise wird durch weiteren
Stand der Technik die Bedeutung des Proteins nicht vorgeschlagen.
Ebenso wenig wird vorgeschlagen, dass es eine diagnostische oder therapeutische
Verwendung besitzt. Weiterer relevanter Stand der Technik schließt die
EP 0 786 519 und Allignet
J. und El Solh N. (Gene. 1997 Nov 20; 202 (1–2): 133–8; PMID: 9427556), wo eine
552-Aminosäurensequenz
mit 28% Homologie offenbart ist (Zugangsnummer AAB95639).
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Somit
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Staphylokokken-ABC-Transporterprotein mit der Sequenz
SEQ ID NO: 2 oder einer teilweise modifizierten Form hiervon, die
mindestens 70% Homologie mit dieser über die gesamte Länge aufweist,
oder ein immunogenes Fragment hiervon für die Verwendung in einem Verfahren
zur Behandlung oder Diagnose des menschlichen oder tierischen Körpers bereitgestellt.
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Immunogene
Fragmente des Proteins schließen
sämtliche
Fragmente des Proteins, die eine Immunantwort hervorrufen, und Epitope
(d.h. Epitope tragende Peptide) ein. In gleicher Weise können Analoga
(Mimotope) der Epitope leicht hergestellt werden, wobei die Mimotope
andere Sequenzen besitzen, aber das gleiche Epitop entwickeln und
somit der Begriff „immunogene
Fragmente" auch
immunogene Analoga der Fragmente, z.B. Mimotope, umfasst. Epitope
können
leicht bestimmt und Mimotope leicht hergestellt werden (Geysen,
H. M. et al., 1987, Journal of Immunological Methods, 102: 259–274; Geysen,
H. M. et al., 1988, J. Mol. Recognit., 1 (1): 32–41; Jung, G. und Beck-Sickinger,
A. G., 1992, Angew. Chem. Int. Ed. Eng., 31: 367–486).
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Der
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung umfasst nicht andere Staphylokokken-ABC-Transporterproteine,
wie die aus WO 98/01154. Dennoch umfasst die Erfindung auch Proteinformen,
die unwesentlich modifiziert wurden (d.h. die teilweise modifiziert
wurden), insbesondere Proteinformen, die die gleichen immunogenen
Eigenschaften wie das Protein selbst entwickeln.
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Mit
Bezug auf die Aminosäuren
bedeuten die Begriffe „teilweise
Modifikation" und „teilweise
modifiziert" eine
teilweise modifizierte Form des Moleküls, die die Eigenschaften des
Moleküls,
von dem es abstammt, im wesentlichen beibehält, obwohl sie natürlich eine
zusätzliche
Funktionalität
aufweisen kann. Eine teilweise Modifikation kann z.B. durch eine
Addition, Beseitigung oder Substitution von Aminosäureresten
er folgen. Substitutionen können
bewahrende Substitutionen sein. Deshalb kann das teilweise modifizierte
Molekül
ein homologes der Moleküle,
von denen es abstammt, sein. Es kann z.B. mindestens 70% Homologie
mit dem Molekül,
von dem es stammt, aufweisen. Es kann z.B. mindestens 80, 90 oder
95% Homologie mit dem Molekül,
von dem es abstammt, aufweisen. Ein Beispiel eines Homologen ist
eine allele Mutation. In gleicher Weise können Nukleotidsequenzen, die
das Molekül
kodieren, oder Aminosäuresequenzen
teilweise modifiziert sein, um sämtliche
solche Modifikationen an einer Aminosäurensequenz oder einem Molekül zu kodieren. Nukleotidsequenzen
können
natürlich
auch modifiziert sein, so dass sie noch die gleichen Aminosäurereste kodieren,
aber eine unterschiedliche Nukleotidsequenz aufweisen.
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Das
Staphylococcus kann S. aureus oder z.B. ein Coagulase-negatives
Staphilococcus, S. epidermidis, S. haemolyticus, S. hyicus oder
S. saprophyticus sein.
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Ein
immunogenes Fragment kann eine ATP-Bindungsstelle oder einen Teil
davon enthalten. Peptide, die eine Anzahl von Epitopen des ABC-Transporterproteins
tragen (d.h. entwickeln) sind ebenso identifiziert worden (siehe
unten), so dass ein immunogenes Fragment des Proteins auch die Sequenz
SEQ ID NO: 3, 4, 5, 9, 10, 11 oder 12 enthalten kann. Die Epitope
der SEQ ID NOs: 3, 4 und 5 werden von Peptiden mit den Sequenzen
SEQ ID NOs: 6, 7 bzw. 8 entwickelt, so dass ein immunogenes Fragment
die Sequenz von SEQ ID NO: 6, 7 oder 8 enthalten kann. Insbesondere
haben Versuche gezeigt, dass Peptide mit SEQ ID NOs: 6 und 7 die
Epitope mit SEQ ID NOs: 3 und 4 entwickeln, von besonderem therapeutischen
Nutzen sind. Es wurde herausgefunden, dass Peptide mit den Sequenzen
SEQ ID NOs: 13 und 14 Epitope tragen, ein Antikörper dagegen, der im Tierversuch
therapeutisch ist (siehe folgende Versuche), so dass ein immunogenes
Fragment die Formel SEQ ID NO: 13 oder 14 haben kann. Ein zusätzliches
Epitop mit der Sequenz SEQ ID NO: 17 wurde ebenso gefunden, und
ein Peptid mit der Sequenz von SEQ ID NO: 18, das dieses trägt, löst die Bildung
polyklonaler Antiseren, die gegen die 67 kDa Antigen spezifisch
sind, aus. Somit kann ein immunogenes Fragment auch die Sequenz
SEQ ID NOs: 17 oder 18 haben.
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Das
Staphylokokken-ABC-Transporterprotein, das Epitope einschließlich der
oben beschriebenen entwickelt, stellt daher eine therapeutische
und diagnostische Möglichkeit
dar – das
Protein und immunogene Fragmente hiervon können in der Therapie verwendet
werden, beide prophylaktisch (z.B. als Immunostimulantien, wie Impfstoffe)
und für
die Behandlung einer Staphylokokken-Infektion.
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Ebenso
können
Bindungsmittel und Neutralisierungsmittel (wie z.B. Antikörper), die
gegen das ABC-Transporterprotein, immunogene Fragmente hiervon oder
teilweise modifizierte Formen hiervon spezifisch sind, sowohl diagnostisch
als auch therapeutisch verwendet werden. Bindungsmittel haben ein
Target, gegenüber
dem sie spezifisch sind, und in dem Fall, das ein Bindungsmittel
ein Antikörper
ist, ist das Target ein Antigen. Ein Beispiel für ein therapeutisches Element
ist ein Antikörper,
der gegen das ABC-Transporterprotein spezifisch ist, was in der
Immunotherapie, z.B. der passiven Immunotherapie, angewendet werden kann.
Antikörper,
deren Herstellung und Verwendung sind bekannt (Harlow, E. und Lane,
D., „Antibodies – A Laboratory
Manual", Cold Spring
Harbor La boratory, Cold Spring Harbor Press, New York, 1988; Harlow,
E. und Lane, D., „Using
Antibodies: A Laboratory Manual",
Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1998), so dass Antikörper und
Antigen-bindende
Fragmente hiervon dem Fachmann leicht zugänglich sind.
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Die
Nukleotidsequenz des Proteins oder des immunogenen Fragmentes kann
ebenso die Basis für therapeutische
Anwendungen bilden. So kann z.B. eine Nukleotidsequenz, die das
Protein oder das immunogene Fragment hiervon kodiert, für die Herstellung
eines DNA-Impfstoffes verwendet werden (Montgomery, D. L. et al.,
1997, Pharmacol. Ther., 74 (2): 195–205; Donnelly, J. J. et al.,
1997, Annu. Rev. Immunol., 15: 617–648; Manickan, E. et al.,
1997, Crit. Rev. Immunol., 17 (2): 138–154). Andere Neutralisierungsmittel,
wie z.B. Ribozyme und Antisens-Oligonukleotide, sind dem Fachmann
leicht zugänglich.
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Somit
stellt die vorliegende Erfindung ebenso die Verwendung eines Staphylokokken-ABC-Transporterproteins,
eines immunogenen Fragmentes hiervon, von Bindungsmittel und Neutralisierungsmittel,
die gegen diese spezifisch sind, in einem Verfahren zur Herstellung
eines Arzneimittels für
die Behandlung von Staphylokokken-Infektionen bereit.
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Ebenso
wird ein Verfahren zur Herstellung eines Arzneimittels zur Behandlung
von Staphylokokken-Infektionen bereitgestellt, das durch deren Verwendung
charakterisiert ist. Es wird auch ein Verfahren zur Behandlung des
menschlichen oder tierischen Körpers
bereitgestellt, das deren Verwendung umfasst. Die Dosierung des
Arzneimittels kann leicht durch standardisierte Dosierungs-Reaktions-Versuche
bestimmt werden. Die Arzneimittel können zusätzlich einen pharma zeutisch
verträglichen
Träger,
ein Verdünnungsmittel
oder einen Hilfsstoff enthalten (Remington's Pharmaceutical Sciences and US Pharmacopeia,
1984, Mack Publishing Company, Easton, PA, USA).
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Wie
zuvor erörtert,
können
das ABC-Transporterprotein, immunogene Fragmente hiervon, Bindungsmittel
und Neutralisierungsmittel, die gegen diese spezifisch sind, auch
diagnostisch verwendet werden, so dass die vorliegende Erfindung
deren Verwendung in der Herstellung eines diagnostischen Test-Kits
für Staphylokokken,
insbesondere für
Staphylokokken-Infektionen,
bereitstellt. Ebenso wird die Verwendung in einem diagnostischen
Testverfahren für
Staphylokokken bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch ein diagnostisches Testverfahren für Staphylokokken-Infektionen
bereitgestellt, das folgende Schritte enthält:
- i)
Reaktion eines ABC-Transporterproteins oder eines immunogenen Fragmentes
hiervon gemäß der vorliegenden
Erfindung mit einer Probe,
- ii) Detektion einer Bindungsreaktion zwischen Antikörper und
Antigen und
- iii) Korrelation der Detektion der Bindungsreaktion zwischen
Antikörper
und Antigen mit der Anwesenheit von Staphylokokken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird auch ein diagnostisches Testverfahren für Staphylokokken-Infektionen
bereitgestellt, das folgende Schritte enthält:
- i)
Reaktion eines Antikörpers
oder anderen Bindungsmittels, das gegen ein ABC-Transporterprotein
gemäß der vorliegenden
Erfindung spe zifisch ist, mit einer Probe,
- ii) Detektion einer Bindungsreaktion zwischen Bindungsmittel
und Zielmolekül
(Target) und
- iii) Korrelation der Detektion der Bindungsreaktion des Bindungsmittels
mit dem Zielmolekül
mit der Anwesenheit von Staphylokokken.
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Die
Proben können
vom Plasma eines Patienten oder einer Fraktion hiervon, z.B. Seren
oder Antiseren, stammen. Das diagnostische Testverfahren kann für eine Staphylokokken-Infektion
eines Patienten dienen, wobei die Probe eine Probe des Patienten
ist und die Korrelation die Staphylokokken-Infektion des Patienten
bestimmt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ebenso ein diagnostisches Test-Kit für die Durchführung eines
diagnostischen Testverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung
bereitgestellt. Das diagnostische Test-Kit kann Anweisungen für die Durchführung eines
diagnostischen Tests unter Verwendung des Kits enthalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein in vitro-Verfahren
zur Diagnose von Staphylokokken-Infektion bereitgestellt, das die
Verwendung eines Staphylokokken-ABC-Transporterproteins, eines immunogenen
Fragmentes hiervon, eines Bindungsmittels oder eines Neutralisierungsmittels
gemäß der vorliegenden Erfindung
umfasst.
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Die
Erfindung wird durch die folgende Beschreibung verdeutlicht, die
lediglich anhand von Beispielen die Diagnose und die Behandlung
von Staphylokokken-Infektionen zeigt.
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Experimentelles
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Die
Versuche wurden unter Verwendung von MRSA-Seren aus Blut und Wundkulturen
von verschiedenen Patientengruppen durchgeführt. Antigen-Extrakte wurden
von jeder Gruppe hergestellt und ein Screening gegen Antiseren von
Patienten durchgeführt.
Dies identifizierte ein 67 kDa-Antigen, wonach eine Expressions-Bibliothek, die von
einem epidemischen MRSA-Stamm erzeugt wurde, überprüft wurde, wodurch die Identifikation
des Proteins ermöglicht
wurde.
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Durch
Epitop-Mapping wurden Antigen-Bereiche des Proteins identifiziert
und weitere Versuche identifizierten Epitope und diese tragende
Peptide mit therapeutischem Potential.
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Immunoblotting
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Bakterienstämme
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Ein
epidemischer MRSA (EMRSA)-Stamm wurde von dem klinischen mikrobiologischen
Labor der Manchester Royal Infirmary (MRI) erhalten. Der als EMRSA
(VSRS) bezeichnete Stamm war sensitiv gegenüber Vancomycin und Rifampicin.
Ein separates Isolat des gleichen Klons wurde von einem Patienten
erhalten, bei dem eine Resistenz gegen Rifampicin in vivo durch
Rifampicin-Verarbreichung (VSRR) hervorgerufen wurde. Gruppen
von Seren
Gruppe
1 | Infizierte
Patienten, entweder Sputum oder Wunde, die einer Behandlung mit
systemischen Vancomycin oder Rifampicin (n = 3) bedürfen. Die
Isolate waren durchweg sensitiv gegenüber Rifampicin. |
Gruppe
2 | Blutkultur-positive
Patienten, die einer Behandlung mit systemischen Vancomycin und
Rifampicin (n = 3) bedürfen.
Die Isolate waren durchweg sensitiv gegenüber Rifampicin. |
Gruppe
3 | Kolonisiertes
Beingeschwür
eines diabetischen Patienten mit einem gegen Rifampicin resistenten
Klon (n = 3). Keine systemische Therapie. |
Gruppe
4 | Septicaemia,
Blutkultur-positiv, behandelt durch Vacomycin und Rifampicin (n
= 3). Der Stamm wurde während
der Behandlung resistent gegenüber
Rifampicin. |
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Herstellung
von gegenüber
Vancomycin resistenten EMRSA
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Einzelne
Kolonien von VRRS und VSRR (s. oben) wurden in einer 10 ml Nährstoffbrühe Nr. 2
(Oxoid, UK) mit Vancomycin bei 1 μg/ml
geimpft und bei 37°C
unter Schütteln
inkubiert. Als die Brühe
trüb wurde,
wurden vier Tropfen (120 μl)
für die
Impfung weiterer 10 ml der Brühe
mit 2 μg/ml
Vancomycin verwendet. Als diese Brühe trüb wurde, wurden 120 μl der Kultur
verwendet, um eine andere Brühe
mit 3 μg/ml
Vancomycin zu impfen. Dies wurde mit stufenweise steigenden Konzentrationen
von Vancomycin (4, 5, 6, 7, 8 μg/ml
usw.) wiederholt, bis für
EMRSA 15 22 μg/ml
und für
das gegen Rifampicin resistente EMRSA 16 μg/ml erreicht wurde. Die neuen
Klone wurden VSRR bzw. VRRR genannt.
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Eine
Kultur mit hoher Resistenz gegenüber
Vancomycin wurde für
die Impfung von vier 1-Liter-Kolben, jeweils enthaltend 500 ml der
Nährstoffbrühe Nr. 2
verwendet. Dies waren 30 μg/ml
für den
gegenüber
Rifampicin resistenten Stamm und 20 μg/ml für das gegen Rifampicin resistente
Isolat.
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Sammeln der
Proben der Brühe
für das
Vancomycin-Assay
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Nach
Zusatz von Vancomycin zu der Brühe
unter Verwendung einer sterilen 5 ml-Pipette wurde der Kolben leicht
geschüttelt.
Vor der Impfung des Kolbens mit den Test-Bakterien wurde unter Verwendung
einer frischen sterilen Pipette eine Probe der Brühe (1 ml)
genommen. Die Probe wurde in das klinische mikrobiologische Labor
für ein
Vancomycin-Assay gesandt.
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Die
Kolben wurden bei 37°C
unter Schütteln
(200 rpm) inkubiert, bis die Brühe
trüb wurde.
Vor der Ernte der Zellen wurde eine Probe (2 ml) der Brühe unter
Verwendung einer sterilen Pipette in dem Sicherheitsgehäuse erhalten.
Die Probe wurde bei 13000 rpm 10 min. lang zentrifugiert. Das Fällungsmittel
wurde in Hibitane verworfen und der Überstand wurde unter Verwendung
eines 0,22 μm
Filters von Millipore gefiltert und für das Vancomycin-Assay versandt.
Der Wert des gegenüber
dem Rifampicin sensitiven Stamm bei Beginn der Impfung betrug 27,1 μg/ml und
am Ende 8,1 μg/ml.
Die korrespondierenden Werte für
das gegenüber
Rifampicin resistente Klon waren 20,7 μg/ml und 7 μg/ml.
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Ernten der
Zellen
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Die
folgenden Schritte wurden in einem Sicherheitsgehäuse durchgeführt. Zum
Zeitpunkt der Ernte wurde von jeder Kultur eine Agar-Reinheitsplatte
mit Blut hergestellt, um sicherzustellen, dass die Kulturen nicht kontaminiert
wurden. Nach 15-minütiger
Inkubation durch Zentrifugation bei 3500 rpm wurden die Zellen geerntet.
Die überstehenden
Lösungen
wurden in Hibitane verworfen. Die Rückstände wurden zweimal in steriler
Kochsalzlösung
mit Zentrifugation bei 3500 rpm 15 min. lang nach jedem Waschgang
gewaschen.
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Lyse der Zellen
unter Verwendung des Bio X-Press Zellen-Desintegrators
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Die
geernteten Zellen wurden in einen leeren Zylinder des montierten
Bio X-Press Desintegrators (LKB Instruments, Bromma, Schweden) unter
Verwendung einer Einweg-Plastikpipette pipettiert und der zweite
Kolben wurde in den Zylinder mit der flachen Seite nach unten platziert.
Der Kolben wurde an seine Stelle gedrückt bis ein leichter Widerstand
festgestellt wurde. Die Anordnung wurde dann mit einer Plastikhülle abgedeckt
und mit dem die Zellen in einem erhöhten Niveau enthaltenen Zylinder
auf ihre Seite gedreht und über Nacht
bei –20°C belassen.
Die manuell betriebene hydraulische Pumpe wurde mit dem eingezogenen
Stellring fingerfest befestigt. Die Plastik-Abdeckung wurde von
dem gefrorenen Desintegrator entfernt, der dann in eine aufrechte
Position auf der Presse mit dem Kolben des Desintegrators gegenüber der
Spitze der Presse gebracht wurde. Die Plastik-Unterstützung wurde auf dem Oberteil
des Kolbens des Desintegrators platziert, wobei die Unterstützung zentral
auf dem Kolben positioniert wurde, der Griff pumpte langsam bis
die Plastik-Unterstützung
bis zur Spitze der Presse stieg und das Pumpen wurde fortgesetzt
bis eine Anzahl von „Sprüngen" während des
Pumpens gehört
wurde, wobei die Nadel der Druckanzeige nicht den roten Bereich
erreichte. Der Druck wurde durch Drehen des Hebels an der Pumpe
gesenkt, sobald der Kolben über
die volle Distanz ausgelenkt wurde.
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Der
Desintegrator wurde demontiert und die gemeinen Zellen wurden unter
Verwendung eines Spatels in einen sterilen Container geschöpft. Die
Zellen wurden bei 3500 rpm 10 min. lang geschleudert, die überstehende
Lösung
wurde entfernt und der Niederschlag verworfen. Die überstehende
Lösung
wurde später
bei einer geeigneten Konzentration in der Gel-Elektrophorese mit
Natriumdodecylsulfatpolyacrylamid (SDS-PAGE) verwendet.
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Gel-Elektrophorese mit
Natriumdodecylsulfatpolyacrylamid (SDS-PAGE)
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Vorbereitung
der Ausrüstung
und des Gels für
die SDS-PAGE
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Für die Verwendung
dieser Technik wurde die folgende Ausstattung verwendet, um zwei
Gele herzustellen: vier Seitenklammern, zwei kurze Glasplatten,
zwei lange Glasplatten, vier Plattenseparatoren, zwei Gummiunterlagen
und eine Basisklammer.
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Zur
Herstellung jedes Gels wurden ein Paar Glasplatten (kurz und lang)
an deren Seiten zusammengeklammert. Zwischen beiden Platten wurde
durch Plattenseparatoren ein Raum erzeugt. Die Platten wurden auf
einer Gummiunterlagendichtung platziert und in einer Basisklammer
gesichert. Destilliertes Wasser wurde zwischen die Platten bis auf
ein Niveau knapp über
den Pfeilen auf den Seitenklammern gegossen. Das Wasserniveau wurde
mit einem Filzstift markiert und wenige Minuten so belassen, um
sicherzustellen, dass keine Lecks existieren. Das Wasser wurde dann
ausgekippt.
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Eine
Markierung wurde 4 cm unterhalb der Spitze der kürzeren Glasplatte erzeugt und
markiert. Die aufgelöste
Gelmischung wurde in die Vorrichtung bis zu dieser Höhe gegossen.
Unter Verwendung einer Plastik-Pipette
wurde eine Schicht von destilliertem Wasser oben auf der Gelmischung
zugesetzt, die man 60 min. bei Raumtemperatur sich setzen ließ. Nachdem
sie sich gesetzt hatte, wurde die Schicht des destillierten Wassers
auf dem aufgelösten
Gel abgegossen und ein Kamm mit 10 Wells wurde zwischen die beiden
Glasplatten mit einem Winkel von 45° eingesetzt. Unter Verwendung
einer Pipette wurden 5 ml einer Sammelgelmischung zugesetzt, wobei
sorgfältig
die Bildung von Blasen vermieden wurde. Anschließend wurde der Kamm eingesetzt
und zentriert, weitere Gelmischungen unter Überfüllung der Plattenoberfläche zugesetzt,
die man 30 min. sich setzen ließ.
Die Gele können
am selben Tag verwendet werden oder im Kühlraum über Nacht nach Einhüllen der
Oberfläche
des Trenngels und des Kamms mit einem Stück einer Plastikhülle aufbewahrt
werden.
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Für die Verwendung
des Gels wurde der Kamm vorsichtig entfernt und die Wells wurden
dreimal mit Elektrophorese-Puffer gewaschen. Jeder Elektrophorese-Puffer
am Boden des Wells wurde mit einer Spritze und Nadel entfernt. Die
das Gel enthaltenden Glasplatten wurden von der Basisklammer entfernt
und an der Halterung des Behälters,
der in den Elektrophorese-Behälter
abgesenkt wurde, geklammert.
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Herstellung
und Laden der Proben
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Die
Proben wurden in 1,5 ml Eppendorf-Röhrchen hergestellt. Insgesamt
25 μl von
jeder Probe, die auf dem Gel laufen sollte (verdünnt mit destilliertem Wasser gemäß den Ergebnissen
der Antigen-Titration), wurden mit 25 μl Spaltungs-Puffer gemischt.
Ebenso wurden insgesamt 20 μl
Spaltungs-Puffer zu 20 μl
eines Regenbogen (RTM)-gefärbten
Proteinmolekulargewichts-Marker
(Amersham International plc, Buckinghamshire) zugesetzt.
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Die
Proben und der Marker in dem Spaltungs-Puffer wurden 2 bis 3 min.
lang in einem geeigneten Behälter
gekocht. Unter Verwendung einer Gilson-Pipette wurden 25 μl des Markers
anschließend
in den Well 1 und 50 μl
jeder Probe in den passenden Well gegeben.
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Mit
einer Plastik-Pipette wurden die Proben mit dem Elektrophorese-Puffer überschichtet,
wobei sorgfältig
vermieden wurde, dass eine Probe in die nächste hinüberläuft. Der verbleibende Raum
zwischen den Glasplatten wurden mit Elektrophorese-Puffer gefüllt, der
zentrale Behälter
wurde gefüllt
bis der Puffer ungefähr
2 mm unterhalb der Oberfläche
des Behälters
stand und das Kühlwasser
wurde angestellt. Der Deckel des Behälters wurde entfernt und die
Vorrichtung wurde bei einem konstanten Strom von 40 bis 50 mA für jedes
Gel angeschaltet, wobei die in dem zentralen Behälter aufsteigenden Blasen kontrolliert
wurden.
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Man
ließ die
Gele 3 h lang laufen oder bis die blaue Linie etwa 1 cm oberhalb
des Bodens der Platte lag.
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Nach
Abschalten des Eletrophorese-Stroms und des Wassers wurde die die
Glasplatten enthaltende Halterung aus dem Behälter genommen und überschüssiger Elektrophorese-Puffer
abgegossen. Der Glasplatten-Set wurde entklammert und die Glasplatten
wurden durch vorsichtiges Bewegen mit einem Seitenstück aus Plastik
(Plattenseparator) getrennt. Nach Entfernen des Sammelgels wurde
das Trenngel für
die Silber-Färbung
oder das Transblotting entfernt.
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Silber-Färben von
SDS-PAGE-Gelen
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Separierte
Proteine in Polyacrylamid (Trenn)-Gelen wurden mit dem Daiichi-Silber-Färbe-II-Kit
(Integrated Separations Systems, Japan) gefärbt. Gele, die in der Titration
der Antigen-Herstellung verwendet wurden und Gele, die für den Vergleich
der Protein-Expression unter verschiedenen Inkubationsbedingungen
gewachsenen Organismen verwendet wurden, wurden unter Verwendung
der Herstellerangaben durch dieses Verfahren gefärbt.
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Immunoblotting
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Die
Seren wurden gegen die separierten Organismenproteine, die auf eine
Nitrocellulose-Membran nach der SDS-PAGE übertragen wurden, geblottet.
Der Zusatz von anti-humanem IgG- oder anti-humanem IgM-Konjugat
gefolgt von dem passenden Substrat, machte die Visualisierung solcher
Proteinbanden möglich, an
die IgG- oder IgM-Antikörper, die
in den Seren anwesend waren, gebunden wurden.
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Transblotting
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Für jedes
Gel waren als Materialien ein Plastik-Gelhalter (besteht aus zwei
Hälften),
zwei Stücke Scotchbrite,
vier Stücke
des Blotting-Papiers und ein Stück
einer Nitrocellulose-Membran erforderlich.
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Ein
Transferbehälter
wurde teilweise mit dem Transblotting-Puffer gefüllt und eine Griffseite des
Plastikhalters im Behälter
platziert. Zwei Stücke Scotchbrite
wurden durch eine rollende Bewegung auf den Halter abgesenkt, um
zu vermeiden, dass Luftblasen eingefangen werden. Zwei Stücke Filterpapier
wurden auf gleichem Wege über
dem Scotchbrite platziert. Ein Stück Nitrocellulose-Membran (BioRad
Laboratories, Hercules, CA, USA), das auf eine Größe von 15 × 16,5 cm
zugeschnitten wurde, wurde auf die Oberfläche gelegt und man ließ es 20
min. aufsaugen.
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Nachdem
der Elektrophorese-Strom und Wasser (von SDS-PAGE) abgeschaltet wurde, wurde die
die Glasplatten enthaltende Halterung aus dem Elektrophorese-Behälter herausgenommen.
Ein Satz von Platten wurde entklammert und die Glasplatten wurden
durch Hebeln mit einem Plastik-Seitenstück getrennt. Nach Entfernung
des Sammelgels (Stacking-Gel) wurde das Trenngel von der Glasplatte
geschoben, um Rückstände des
Sammelgels zu entfernen. Das Trenngel wurde auf die Oberfläche der
vollgesogenen Nitrocellulose-Membran gegeben und weitere zwei Stücke Blotting-Papier
wurden auf dem Gel platziert. Die andere Hälfte der Plastik-Halterung
wurde festgeklammert und die Halterung mit ihrem Inhalt in den Transblotting-Behälter (Transphor
Power Lid, Hoefer Scientific Instruments, San Francisco, USA) abgesenkt.
Der Deckel des Behälters
wurde entfernt und das Kühlwasser
eingeschaltet. Die Vorrichtung lief bei maximaler Leistung 45 min. lang.
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Als
das Transblotting abgeschlossen war, wurde der Strom abgeschaltet
und das Kühlwasser
abgestellt. Die Halterung wurde entfernt und entklammert und das
Gel und die Nitrocellulose-Membran entfernt. Die Membran wurde mit
einem scharfen Skalpell auf die Größe des Gels zugeschnitten und
man beließ sie
in 100 ml 3% BSA (Sigma Chemical Co., St. Louis, USA) bei 4°C über Nacht.
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Antikörperuntersuchung, Konjugations-
und Färbetechniken
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Sowohl
die Ober- als auch die Unterseite der Nitrocellulose-Membran wurde
unter Verwendung eines 10-Well-Kamms
als Führung
markiert. Die Membran wurde unter Verwendung eines Skalpells und
eines Lineals in Streifen geschnitten. Die Streifen wurden in einer
Streifenbox platziert und jeder Streifen wurde mit 3,8 ml 3% BSA
bedeckt (es wurde 3% BSA verwendet, in der die Nitrocellulose über Nacht
gelagert wurde). Ein Gesamtvolumen von 200 μl des Serums, das dem Immunoblot
unterzogen werden sollte, wurde jedem Streifen zugesetzt, was zu
einer Verdünnung
des Serums von 1:20 führte.
Die Streifen wurden auf einem Rotationsschüttler 2 h lang bei Raumtemperatur
inkubiert.
-
Unter
Verwendung der Waschlösung
wurden die Streifen jeweils fünfmal
6 min. lang gewaschen. Den passenden Streifen wurde anti-humanes
IgG- oder anti-humanes IgM-Alkaliphosphatase-Konjugat in einer Verdünnung von
1:1000 (verdünnt
in 3% BSA) zugesetzt und bei Raumtemperatur 1 h lang gerührt. Die
Streifen wurden wiederum wie zuvor fünfmal gewaschen. In der Zwischenzeit
wurden NBT (Nitro-Blau-Tetrazolium) und BCIP (5-Bromo-4-chloro-3-indolylphosphat)
durch Zusatz von 1 ml DMF (n,n-Dimethylformamid) zu 0,05 g jeder
dieser Pulver hergestellt. Kurz vor der Verwendung wurde ein Volumen
von 660 μl
von NBT und 330 μl von
BCIP zu 100 ml des Alkalyphosphatase-Substrats zugesetzt. Jedem
Streifen wurden 5 ml dieser Lösung zugesetzt,
bis sie gut eingefärbt
waren (ungefähr
5 bis 15 min.). Die Reaktion wurde dann durch Waschen der Streifen
mit destilliertem Wasser gestoppt und sie wurden zum Trocknen auf
Blotting-Papier plat ziert.
-
Herstellung
und Screening einer Genom-Expressions-Bibliothek von gegen Methicillin resistentem
Staphylococcus aureus
-
In
dem Expressions/Klonierungs-Vektor-Lambda-ZAP-Express wurde eine
Genom-Bibliothek erstellt, wie es im Wesentlichen von Young & Davis (1983,
PNAS USA, 80: 1194–1198)
beschrieben ist. Chromosomen-DNA eines klinischen Isolats wurde
durch Sau3a teilweise verdaut, Fragmente im Größenbereich von 2 bis 9 kbp
wurden in den Vektor eingesetzt, was zur Herstellung von β-Galactosidase-Fusionsproteinen
führte. Jede
Bibliothek wurde mit IgG-Antikörper,
positiv für
die 67 kDa-Bande von EMRSA (Verdünnung
1:100) eines Patienten, der sich von einer Blutkultur positiven
Septicaemia erholt hatte, gescreent. Positive Klone wurden unter
Verwendung von mit Alkalyphosphatase konjugiertem anti-humanen Immunoglobulin
(IgG) von der Ziege (1 in 5000) (Sigma, Poole, UK) detektiert. Lysogene
wurden aus positiven Klonen in Escherichia coli Y1089 gemäß Huynh,
Young und Davis (1985, DNA cloning vol. 1, a practical approach,
IRL Press Oxford, S. 49–78, Ed.
D. M. Glover) hergestellt. Das durch jede der positiven Klone exprimierte
Epitop wurde durch Antigen-Auswahl,
wie bei Lyon et al. (1986, PNAS USA, 83: 2989–2993) beschrieben, identifiziert.
Hierfür
wurde das Serum durch Hybridisierung mit positiven, rekombinanten
Lambda-Plaques affinitätsgereinigt.
Der gebundene Antikörper
wurde dann mit Glycin-Puffer pH 2,8 eluiert und für Immunoblots
der Lysate der relevanten Bakterien verwendet.
-
DNA-Sequenzierung
-
Eine
PCR mit T3 und T7 Forward- und Reverse-Primern wurde für die Verstärkung der
Einführung
von DNA aus Seren-positiven Klonen verwendet. Dies wurde in einem
TA-Klonierungssystem (Version 1.3, Invitrogen Corporation, Oxon,
UK) vor der DNA-Sequenzierung unter Verwendung des Dideoxy-Terminierungsverfahren
(Sequenzversion 2.0 Kit; United States Biochemical, Cambridge, UK)
subkloniert. Die ersten Sequenzierungsreaktionen wurden unter Verwendung
einer Sequenzierung von Universalprimern durchgeführt, wobei die
verbleibende Sequenz unter Verwendung einer Primer-Wander-Strategie
durch progressive Synthese von Sequenzierungs-Primern zur Herstellung
neuer Sequenzdaten bestimmt wurde.
-
Schlussfolgerung
-
Immunoblotting
-
Das
Silber-Färben
der Antigen-Extrakte (VSRS, VRRS, VSRR und VRRR) erzeugte das gleiche
Muster für
alle vier Extrakte. Das Immunoblotting identifizierte Antigen-Banden,
die im scheinbaren Molekulargewicht von 27 bis 140 kDa variieren
(Tabellen 1 und 2).
-
Patienten
erzeugten einen Antikörper
gegen das 67 kDa-Antigen in allen vier Gruppen. Dies traf insbesondere
zu, wenn sie eine Blutkultur-positive Infektion gehabt hatten, die
eine Behandlung mit Vancomycin erfordert. In Gruppe 4 waren ebenso
sequentielle Seren von zwei Patienten verfügbar, wobei beide einen erhöhten Anteil
von Antikörpern
gegenüber
diesem Antigen zeigten, als sich der Patient erholte. Dieses Antigen war
in allen vier Antigen-Extrakten anwesend.
-
IgG
war in den Seren der Patienten, die eine Septicaemia aufgrund des
gegenüber
Rifampicin resistenten Stammes überlebt
hatten, anwesend, aber nicht in den Seren der Patienten, die sich
von einer gegenüber
Rifampicin sensitiven Septicaemia erholt haben.
-
Ein
67 kDa Antigen-positives Serum wurde anschließend für ein Screening der durch das
EMRSA gebildeten Expressions-Bibliothek verwendet. Zwei positive
Klone wurden erhalten. Die Antigen-Auswahl zeigte ein Epitop, das
durch beide Klone, die mit dem konservierten 67 kDa-Antigen eines
epidemischen EMRSA-Stammes reagiert hatten, exprimiert wurde. Die
Sequenzierung zeigte eine Teilsequenz im Rahmen mit dem β-Galactosidase-Gen.
Die gesamte eingesetzte Größe betrug
4,5 Kb. Die erhaltene Aminosäurensequenz
erzeugte ein Protein mit 3 ATP-Bindungsdomänen und ein Sequenz-Homolog
zu der Proteingruppe, zu der ABC-Transporter
gehören
(Fath und Kilter 1993, Microbiological Reviews 37, 995–1017).
Dies war das C-Ende des Proteins, beginnend bei Aminosäure 133
der SEQ ID NO: 2. Die Sequenz wurde in der Genomsequenz-Projektdatenbank
von S. aureus NCTC 8325 gesucht, wodurch Treffer für Contigs
1184, 1177 und 1158 erhalten wurden, die Sequenzen aufwiesen, die
teilweise mit den identifizierten Sequenzen überlappen. Dies wiederum erlaubte
die Synthese von PCR-Primern für
die Klonierung des kompletten Gens, das das Protein kodiert.
-
Das
vollständige
ABC-Transporterprotein wurde aus gereinigtem EMRSA-DNA unter Verwendung
der PCR-Primer mit SEQ ID NOs: 15 und 16 (Vorwärts- bzw. Rückwärts-Primer) erhalten.
-
Das
vollständige
Gen wurde in den pBAD-Vektor über
das pBAD-TA-TOPO-Klonierungs-Kit (Invitrogen) klo niert und in E.
coli exprimiert. Nach der Expression wurde das Protein affinitätschromatographisch
gereinigt, wodurch das Protein in dessen ursprünglicher Konformation bereitgestellt
wurde. Es wurde eine Säule mit
der Ni-NTA-Aufschlämmung
von Qiagen hergestellt, die das His-Tag am N-Ende des Proteins bindet.
Das Protein wurde mit 250 mM Imidazol mit einer Endkonzentration
von 1 mg/ml von der Säule
gewaschen.
-
Durch
Injektion des ABC-Transporters bei Kaninchen wurde polyclonales
Antiserum hergestellt (0,5 mg/Injektion bei vollständigem Freund's chem. Adjuvans
wiederholt nach 14 Tagen und 14-tägig in unvollständigen Freund's chem. Adjuvans).
Die Seren vor und nach der Blutung (erhalten nach 28 Tagen) wurden
hingegen das vom epidemischen EMRSA-Stamm erhaltene Pressat bei
einer Verdünnung
von 1:100 mit einem Immunoblot geblottet. Dies zeigte eine Serenkonversion
zu Antigenen mit scheinbaren Molekulargewichten von 67 und 33 kDa.
-
Dies
bestätigte
weiter die Identität
des 67 kDa Staphylokokken-Antigens.
-
Epitop-Mapping
-
Eine
Serien von überlappenden
Nonapeptiden, die die Reste 135 bis 533 der erhaltenen Aminosäuresequenz
abdecken, wurden auf Polyethylen-Pins mit Reagenzien aus einem Epitop-Scanning-Kit
(Cambridge Research Biochemicals, Cambridge, United Kingdom), wie
durch Geysen, H. M. et al. (Journal of Immunological Methods, 102:
259–274)
beschrieben, hergestellt. Peptid 1 bestand aus den Resten 1 bis
9, Peptid 2 bestand aus den Resten 2 bis 10 etc. Die Reaktivität von jedem
Peptid mit Seren von Patienten (1:200) wurde für IgG durch ELISA bestimmt.
Die Daten wurden als A405 nach 30 min. Inkubation exprimiert. Patientenseren mit
EMRSA-Kolonisierung einer signifikanten klinischen Stelle (chronisch
ambulante Dialysate nach Infektion (n = 2), infizierter Amputationsstumpf
nach Infektion (n = 3) mit negativen Blutkulturen, aber weiterhin
eine systemische Vancomycin-Therapie erfordernd, Septicaemia aufgrund
von EMRSA erfolgreich behandelt durch Vancomycin und Rifampicin
(Nachinfektion, n = 4), fatale Septicaemia aufgrund von EMRSA (n
= 4)) und Kontrollseren von Krankenhauspatienten (n = 2) wurden
untersucht.
-
Indirekte
ELISA
-
Drei
nach dem zuvor beschriebenen Verfahren erhaltene Epitope wurden
nacheinander ausgewählt (SEQ
ID NOs: 3 bis 5) und Peptide 1 bis 3 (SEQ ID NOs: 6 bis 8), die
diese repräsentieren,
wurden durch ein BT7400 Multiple Peptide Synthesizer (Biotech Instruments,
Luton, UK) hergestellt. Diese wurden beim indirekten ELISA verwendet. Seren
Gruppe
A | Kein
Nachweis von EMRSA, Kolonisation oder Infektion (n = 12). |
Gruppe
B | Durch
EMRSA kolonisierte Patienten an einer klinisch wichtigen Stelle,
chronisch ambulante Dialysate (n = 2) oder Amputationsstellen (n
= 2), die eine systemische Vancomycin-Therapie zur Heilung erfordern. |
Gruppe
C | Patienten,
die eine Septicaemia aufgrund von EMRSA überlebten, behandelt durch
Vancomycin (n = 3). |
Gruppe
D | Patienten,
die an Septicaemia aufgrund von EMRSA (n = 3) überlebten. |
-
Durch
einfache Adsorption von Peptiden auf einer Mikrotiterplatte wurde
das folgende Verfahren für jedes
Peptid durchgeführt.
Das Peptid wurde in 2 ml 0,01 M Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (PBS),
pH 7,2 und auf eine Konzentration von 10 μg/ml (1/100) im gleichen Puffer
verdünnt.
-
Das
indirekte ELISA wurde ebenso mit den Peptiden 4 und 5 mit den Sequenzen
SEQ ID NOs: 13 und 14 durchgeführt.
Insgesamt 39 Seren mit unterschiedlichem klinischen Hintergrund
wurden verwendet. Seren
Gruppe
E | 12
Seren von 12 Patienten ohne Hinweis auf Staphylokokken-Infektion
oder -Kolonisation. |
Gruppe
F | 3
Seren von 3 Patienten mit Diabetes und einem Fußgeschwür, kolonisiert mit dem gegenüber Rifampicin resistenten
Klon. |
Gruppe
G | 14
Seren von 14 Patienten mit positiven Kulturen aus einer intravenösen Linie,
Sputum oder Wundabstrich, die eine systemische Vancomycin- und Rifampicin-Therapie
erforderten. |
Gruppe
H | 7
Seren von Patienten, die sich von einer Blutkultur-positiven Septicaemia
erholt hatten. |
Gruppe
I | 3
Seren von Patienten, die an einer MRSA-Infektion gestorben waren, wie erwiesen
durch anhaltende positive Blutkulturen trotz antibiotischer Therapie. |
- (1) 150 μl-Aliquots des Peptids (10 μg/ml in 0,01
M PBS) wurden in die Wells einer Falcon 3912 Mikroassay-Platte pipettiert
und über
Nacht bei 4°C
inkubiert.
- (2) Das ungebundene Peptid wurde durch viermaliges Waschen (4 × 10 min.)
mit 0,05% Tween 20 in 0,01 M PBS (pH 7,2) entfernt.
- (3) Die Platten wurden mit 2% Magermilch-10% FCS in 0,01 M PBS
1 h lang bei 37°C
blockiert.
- (4) Die Platten wurden viermal (4 × 10 min.) mit 0,05% Tween
20 in 0,01 M PBS gewaschen und das zu untersuchende Serum wurde
den Wells der Mikroassayplatte (3 Wells wurden für jedes Serum verwendet) zugesetzt
(1/100 Verdünnung
in der Blockierungslösung)
und 2 h lang bei 37°C
inkubiert.
- (5) Die Platten wurden viermal (4 × 10 min.) mit 0,05% Tween
20 in 0,01 M PBS gewaschen, Sekundärantikörper, anti-humanes IgM (oder
IgG) Peroxidase-Konjugat (Verdünnung
von 1/1000 in der Blockierungslösung)
wurde zugesetzt und die Inkubation 1 h lang bei 37°C fort.
- (6) Die Platten wurden viermal (4 × 10 min.) mit 0,05% Tween
20 in 0,01 M PBS gewaschen, gefolgt von einem weiteren Waschschritt
mit 0,01 M PBS. Die Platte wurde dann 45 min. lang bei Raumtemperatur
unter Rühren
in 0,5 mg/ml frisch hergestellter 2,2 Azino-bis[3-ethylbenzthiazolin-6-sulfonsäure]diammonium (ABTS-Tabletten)
in einem Citratpuffer (pH 4,0) mit 0,01% (w/v) Wasserstoffperoxid
inkubiert.
- (7) Kontrollwells wurden in jeder Platte verwendet. Drei Wells
mit ABTS-Lösung
alleine und drei Wells mit ABTS-Lösung plus antihumanes IgG-
oder IgM-Meerrettichperoxidase-Konjugat wurden verwendet.
- (8) Messungen der optischen Dichte (O. D.) wurden mit einem
ELISA-Plattenleser (Titertek Multiscan) bei einer Wellenlänge von
405 nm durchgeführt.
- (9) Die mittleren Ablesungen für jeden der drei Wells pro
Patientenserum wurden bestimmt.
-
Die
Immunogenizität
des Peptids 6 (SEQ ID NO: 18), das das Epitop mit der Sequenz SEQ
ID NO: 17 trägt,
wurde durch Herstellung polyclonaler Kaninchen-Antiseren gegen Peptid
6 unter Verwendung des zuvor beschriebenen Protokolls getestet.
Seren von vor und nach der Blutung wurden gegen das klonierte und
exprimierte ABC-Transporterprotein per Immunoblot geblottet und
zeigten eine Serenkonversion zum 67 kDa-Antigen.
-
Herstellung
einer Phagen-Antikörper-Entwicklungsbibliothek
und ScFv
-
Die
Phagen-Antikörper-Entwicklungsbibliothek
und ScFv wurden im Wesentlichen hergestellt wie zuvor beschrieben
durch Matthews, R. C. et al. (1995, J. Infect. Dis., 171: 1668–1671).
In kürze
beschrieben wurden periphere Blut-Lymphozyten durch Trennung von
20 ml von heparinisiertem Blut über
Ficoll von einem Patienten, der sich von einer EMRSA-Infektion erholt
hatte, erhalten. MRNA wurde durch Guanidinium-Thiocyanat extrahiert und anschließend erfolgte
eine Reinigung auf einer Oligo(dT)-Cellulose-Säule (Quick Prep mRNA; Pharmacia,
St. Albans, UK). Eine Synthese von erststrängiger cDNA wurde mit einem
Primer mit konstantem Bereich für
alle vier Unterklassen der schweren Ketten von humanem IgG (HulgG1–4) durchgeführt (Matthews,
R. C. et al., 1994, Serodiagn. Immunother. Infect. Dis., 6: 213–217), wobei
Avian-Myeloblastosis-Virus-Reverse-Transkriptase
(HT Biotechnology, Cambridge, UK) verwendet wurde. Die schwerkettigen
Gene mit variablen Domänen
wurden durch primäre
PCRs mit auf der Familie basierenden Vorwärts-(HuJH1–6) und Rückwärts-(HuVH1a bis -6a)-Primer verstärkt. Eine
Sfi1-Restriktionsstelle wurde stromaufwärts zu dem VH3a rück-erzeugten
Produkt vor der Anordnung mit einem verschiedenartigen Pool von
leichtkettigen Genen mit variablen Domänen eingeführt. Letzteres führte ebenso
ein Linker-Fragment (Gly4 Ser3)
und eine Not1-Stelle stromabwärts
ein. Durch Verwendung der Sfi1- und NoI1-Restriktionsenzymstellen
wurde das Produkt ohne Richtungsvorgabe in einem Phagemid-Vektor
kloniert. Der gebundene Vektor wurde in E. coli TG1 durch Elektroporation
eingeführt
und die Phagen wurden mit der Helfer-Phage M13K07 (Pharmacia) gesichert.
Um Antigen-spezifische scFv anzureichern, wurde die Phagen-Bibliothek
gegen Peptide, die zwei der durch Epitop-Mapping entworfenen Epitope
repräsentieren,
nämlich
Peptid 1 (SEQ ID NO: 6) und Peptid 2 (SEQ ID NO: 7), geschwenkt
(durch Panning). Das Schwenken (Panning) wurde in Immunoröhrchen durchgeführt, die
mit dem korrespondierenden Peptid beschichtet waren. Gebundene Phagen
wurden mit Log-Phase E. coli TG1 eluiert. Nach Sicherung mit M13K07
wurden die Phagen weitere dreimal gegen das Peptid erneut geschwenkt. BstN1
(New England Biolabs, Hiychen, UK)-DNA-Fingerprint wurde zur Bestätigung der
Anreicherung von spezifischem scFv nach aufeinanderfolgenden Runden
des Pannings verwendet.
-
Tierversuche
-
Versuch 1
-
30
weiblichen CD1-Mäusen
wurde ein Bolus von 2 × 106 Kolonie-bildenden Einheiten (cfu) von EMRSA
in Form einer IV-Injektion verabreicht. Zwei Stunden später wurde
ihnen entweder M13K07 (108 Phage, 200 μl Bolus,
n = 10), Phage 12 (2 × 108 Phage, 200 μl Bolus, n = 10) oder Phage
16 (3,16 × 108 Phage, 200 μl Bolus, n = 10) verabreicht.
Koloniezählungen
der Niere, Leber und der Milz wurden an den Tagen 3 und 7 nach der
Injektion durchgeführt,
wobei der Tag der Injektion als Tag 1 betrachtet wird.
-
Versuch 2
-
30
weiblichen CD1-Mäusen
wurde jeweils ein 100 μl
Bolus von EMRSA enthaltend 3 × 107 cfu verabreicht. Zwei Stunden später wurde
ihnen eine Negativphagen-Super-Bibliothek
(7 × 1010 Phage, 200 μl Bolus, n = 10), Phage 12 (9 × 107 Phage, 200 μl Bolus, n = 10) oder Phage
16 (5 × 108 Phage, 200 μl Bolus, n = 10) verabreicht.
Koloniezählungen
der Niere, Leber und Milz wurden an den Tagen 1 und 2 durchgeführt.
-
Versuch 3
-
48
weiblichen CD1-Mäusen
wurde jeweils ein 100 μl
Bolus von EMRSA enthaltend 2 × 107 cfu verabreicht. Zwei Stunden später wurde
ihnen entweder eine negative Phage (108 Phage,
200 μl Bolus,
n = 12), Phage 12 (108 Phage, 200 μl Bolus,
n = 12), Phage X (107 Phage, 200 μl Bolus,
n = 12) oder Phage 4 (106 Phage, 200 μl Bolus,
n = 12) verabreicht. Die Hälfte
der Tiere wurden ausgewählt
und eine zweite Dosis der Phage verabreicht. Die verbleibenden Tiere
wurden am Tag 2 ausgemerzt.
-
Versuch 4
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45
weiblichen CD1-Mäusen
wurde jeweils ein 100 μl
Bolus von EMRSA enthaltend 2 × 107 cfu verabreicht. Zwei Stunden später wurde
ihnen entweder eine negative Phage (2,5 × 107 Phage,
200 μl Bolus,
n = 15), Phage X (3,3 × 106 Phage, 200 μl Bolus, n = 15) oder Phage
Y (1,3 × 106 Phage, 200 μl Bolus, n = 15) verabreicht.
Fünf Tiere
von jeder Gruppe wurden für
das Koloniezählen
am Tag 2 ausgemerzt und die verbleibenden 10 in jeder Gruppe am
Tag 3.
-
Ergebnisse
-
Epitopmapping
-
Das
Epitopmapping definierte sieben Bereiche in den Resten 135 bis 533
des ABC-Transporterproteins, wo Patienten erfolgreich gegen EMRSA-Septicaemia
behan delt wurden. Ein Bereich wurde als Epitop-tragend festgelegt,
wenn drei oder mehr aufeinanderfolgende Wells mit einer mittleren
optischen Dichte (OD) mindestens zwei Standardabweichungen oberhalb
von der von Patienten-Kontrollproben und von Patienten mit Septicaemia,
die starben, zeigten (Tabelle 3). Die überlappenden Aminosäuresequenzen
wurden durch einen Vergleich der ersten und letzten Peptidsequenzen
erhalten. Die Seren von kolonisierten Patienten waren ebenso positiv
mit einigen der Epitope.
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Indirekte
ELISA
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Die
Ergebnisse für
die Peptide 1 bis 3 sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse
für die
Peptide 4 und 5 sind in Tabelle 10 dargestellt.
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Schlussfolgerung
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Kolonisierte
Patienten (Gruppe B) erkannten Peptide 1 und 3 mehr als Peptid 2.
Peptid 3 war am wenigsten immunogen. IgG gegen Peptid 2 (Gruppe
C) wurde in den Patienten gefunden, die eine Septicaemia überlebten,
während
es nicht in kolonisierten Patienten (Gruppe B) und bei verstorbenen
Patienten (Gruppe D) gefunden wurde. Die Ergebnisse, die für die Peptide
4 und 5 erhalten wurden, zeigen eine positive Korrelation zwischen
Antikörper
gegen sowohl Peptid 4 als auch 5 und das Überleben von einer systemischen
Infektion.
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Menschliche
rekombinante Antikörper
-
Diese
Peptide wurden für
das Panning der Phagen-Antikörper-Entwicklungsbibliothek
(siehe oben) verwendet. Die primäre
PCT-Verstärkung
der Familien der schwerkettigen Gene mit variablen Domänen zeigte eine
Ver stärkung
von VH3a alleine, wobei ein 330-bp-Produkt erstellt wurde, das in
die Bibliothek der leichtkettigen Gene mit variabler Domäne eingebaut
wurde. Die BstN1-Fingerprints der PCR-amplifizierten scFv-Einsätze vor
dem Panning zeigte eine sehr heterogene Bibliothek. Nach dem Panning
gegen Peptid 1 herrschten zwei BstNI-Fingerprints (X und Y) vor
und nach dem Panning mit Peptid 2 herrschten zwei weitere BstN1-Fingerprints
(12 und 16) vor. Diese wurden für
die Tierversuche ausgewählt.
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Tierversuche
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Versuch 1
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Die
Koloniezählungen
sind in Tabelle 5 zusammengefasst. In der Gruppe der Mäuse, denen
Klon 12 verabreicht wurde, starben zwei Mäuse spontan, während in
der Gruppe von Mäusen,
denen Klon 16 am Tag 1 gegeben wurde, eine Maus starb.
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Schlussfolgerung
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M13K07
(negative Kontrolle) am Tag 3 ergab ähnliche Ergebnisse für die Niere,
während
Leber und Milz eine gewisse Aktivität mit den Klonen 12 und 16
zeigte. Am Tag 7 zeigten M13K07 und Klon 16 gleiche Ergebnisse,
während
Klon 12 geringere Zahlen als M13K07 in Niere, Leber und Milz zeigte.
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Versuch 2
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Die
Koloniezählungen
sind in Tabelle 6 zusammengefasst.
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Schlussfolgerung
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Die
Superbibliothek (negative Kontrolle) gab gleiche Ergebnisse für Klon 16.
Klon 12 hatte geringere Zahlen für
Niere und Milz (Tag 1) und Milz und Leber (Tag 2).
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Versuch 3
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Die
Koloniezahlen sind in den Tabellen 7 und 8 zusammengefasst.
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Schlussfolgerung
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Die
negative Phage produzierte gleiche Zahlen für Phage 12 (Niere, Leber),
Phage X (Leber, Milz) am Tag 1 und Page X (Leber, Milz) am Tag 2.
Phage Y war durchweg positiv und positiver als Phage 12 mit der Ausnahme
der Zahlen für
die Niere am Tag 2.
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Versuch 4
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Die
Koloniezahlen sind in Tabelle 9 zusammengefasst.
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Schlussfolgerung
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Die
negative Phage produzierte gleiche Zahlen für Phage X (Niere, Milz) am
Tag 3 und Phage Y (Niere) am Tag 2. Die anderen Parameter zeigten
eine therapeutische Antwort für
die Phagen X und Y, wobei Y aktiver an den Tagen 2 und 3 mit Ausnahme
der Zahlen für
die Niere am Tag 2 war.
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Gesamtschlussfolgerung
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Die
Phagen 12 X und Y zeigten alle therapeutische Aktivität, wodurch
die durch die Peptide 1 bis 5 repräsentierten Epitope als Targets
für die
Antikörper-Therapie bestätigt wurden.
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