EP0973909A2 - Process for extracting and purifying recombinant, non-lipidised osp-protein - Google Patents

Process for extracting and purifying recombinant, non-lipidised osp-protein

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Publication number
EP0973909A2
EP0973909A2 EP97926912A EP97926912A EP0973909A2 EP 0973909 A2 EP0973909 A2 EP 0973909A2 EP 97926912 A EP97926912 A EP 97926912A EP 97926912 A EP97926912 A EP 97926912A EP 0973909 A2 EP0973909 A2 EP 0973909A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ospc
protein
osp
recombinant
vaccine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97926912A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Artur Mitterer
Christa Tauer
Ian Livey
Friedrich Dorner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baxter AG
Original Assignee
Baxter AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Baxter AG filed Critical Baxter AG
Publication of EP0973909A2 publication Critical patent/EP0973909A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/195Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria
    • C07K14/20Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria from Spirochaetales (O), e.g. Treponema, Leptospira
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/04Antibacterial agents
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K39/00Medicinal preparations containing antigens or antibodies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Definitions

  • the present invention relates to a method for obtaining and purifying recombinant Osp proteins, in particular recombinant OspC, and a recombinant, non-lipidated OspC.
  • the invention further relates to a vaccine containing recombinant, non-lipidated OspC and the use of the vaccine for the immunization of vertebrates.
  • Lyme disease is an infectious disease of vertebrates transmitted by ticks and caused by the spirochete Borrelia burgdorferi sensu lato. In temperate latitudes (North America, Central Europe), Lyme disease is the most common tick-borne infectious disease. The high infection rate (up to 60%) of ticks in certain areas has recently made Lyme disease an epidemiological problem.
  • Lyme disease The symptoms most frequently associated with Lyme disease include, in some cases, serious diseases of the skin, the nervous system, the heart and the joints. Lyme disease is usually treated with antibiotics, a treatment that works very efficiently in the early stages of infection. Because of the heterogeneity of the different Borrelia strains, however, early detection of a Borrelia infection is very difficult. If the disease has progressed to the chronic stage, antibiotic treatment is more difficult and not always successful. With the duration of the infection, the likelihood of developing severe long-term consequences also increases. An efficient, preventive vaccination against Lyme disease is therefore very desirable.
  • Borrelia corresponds to Borrelia burgdorferi sensu lato and includes the causative agents of Lyme disease, for example B.burgdorferi sensu stricto, B.garinii sp. nov and B.afzelii.
  • OspA and OspC are considered to be preferred candidates as vaccine antigens against Lyme disease (EP 418 827; Fikrig et al. (1990), Science 250: 553-6; Preac-Mursic et al. (1992), Infection 20: 342 -9).
  • OspA and OspC are both plasmid-encoded proteins (Barbour et al. (1987), Science 237: 409-11; Marconi et al. (1993), J. Bacteriol.
  • lipid portion serves as a "membrane anchor" that anchors the lipoprotein in the outer bacterial membrane.
  • the part of an Osp protein not anchored in the membrane is exposed on the cell surface (Howe et al. (1985), Science 227: 645-6; Bergström et al. (1989), Mol. Microbiol. 3: 479-86 ).
  • the genes coding for OspA and OspC occur in almost all Borrelia strains and both surface proteins occur in many serologically different forms (Wilske et al. (1988), Ann. New York Acad. Sci.
  • homologous and heterologous are used here in connection with vaccination protection and "challenge” (infecting a mammal with a virulent pathogen).
  • homologous means "originating from the same serological variant of a pathogen” and “heterologous” means “not originating from the same serological variant of a pathogen”.
  • Homologous protection means that the vaccine antigen protects against pathogens that carry an antigen that belongs to the same serological variant as the vaccine antigen.
  • Heterologous protection means that the vaccine antigen also provides cross protection, which means that the protection also acts against pathogens which carry the antigens of other serological variants.
  • OspA, OspB, OspC from Borrelia have been pursued: on the one hand, the wild-type Osp lipoproteins were isolated directly from the bacterial cell wall of the Borrelia, on the other hand, genes coding for Osp lipoproteins were recombinantly isolated in E. .coli or the yeast Pichia pastoris expressed. Furthermore, various recombinant Osp fusion proteins were expressed in E. coli.
  • Wild-type Osp lipoproteins are integrated with their membrane anchors into the cell wall of the Borrelia.
  • the membrane fraction must first be prepared, then the Osp lipoproteins are extracted from the membrane. This can be achieved in an efficient manner only with detergents or substances which act like detergents (for example EP 522 560, WO 94/25596, WO 93/08299, Belisle et al. (1994), J. Bacteriol. 176: 2151-57).
  • Detergents have the property that they bind to lipoproteins and thus release them from the membrane surrounding them. However, they can only be separated from the lipoproteins with great difficulty and with great losses of product. However, the detergents must be completely separated off for human application.
  • lipoproteins are very difficult to handle due to their poor solubility in the absence of detergents. In the absence of detergents, lipoproteins tend to form aggregates, which complicates, for example, sterile filtration and exact dosing. The use of detergents is therefore associated with many difficulties in the efficient production of vaccines.
  • n-butanol fulfilled a detergent-like function, but without being a real detergent.
  • the Borrelia were subjected to extraction with n-butanol after sonification. The following centrifugation led to the formation of three phases, a butanol phase, an intermediate phase and an aqueous phase.
  • the lipoproteins OspA and OspB were partly in the aqueous phase, from which they were purified after dialysis using chromatographic methods.
  • E. coli is the host organism that is most commonly used in genetic engineering to produce recombinant proteins. E. coli is easy to cultivate and usually gives very high yields. E. coli can be used as a host organism in all cases in which no post-translational modifications or only those which are also made by E. coli are required in order to obtain a functional protein.
  • the lipidated Osp protein in E. coli is associated with the cell membrane. As in the case of Borrelia, the Osp protein must consequently be extracted from the cell membrane with detergents. The expression of recombinant Osp proteins in E. coli therefore does not prevent the problem of adding detergents described above. However, the use of E. coli for the expression of Osp proteins allows modifications to be introduced into the recombinant genes or proteins.
  • Variants of OspA shortened in the N-terminus that can no longer be lipidated are no longer anchored in the cell membrane.
  • Thin et al. (1990, Prot. Expr. Purif. 1: 159-68) expressed a recombinant OspA lacking the first 17 wild-type amino acids in E. coli.
  • the N-terminal truncated OspA was not lipidated and consequently soluble in the absence of detergents.
  • This non-lipidated OspA construct was detectable with sera from Lyme disease patients. This means that at least some of the Borrelia epitopes which trigger an immune response in patients were present in the N-terminally shortened, non-lipidated OspA.
  • fusion proteins are a further way of expressing Osp proteins in E. coli. Fusions of OspA with NS-1 (Non-Structural Protein from Influenza; Gern et al. (1994), Immunol. Lett. 39: 249-58; Telford III et al. (1995), J. Infect. Dis. 171: 1368-70), by OspA, OspB and OspC with glutathione-S-transferase (Padula et al. (1993), Infect. Immun. 61: 5097-105; Telford III et al. (1993), J. Exp Med.
  • OspC with maltose binding protein Probert et al. (1994), Infect. Immun. 62: 1920-26) have already been described. In these cases, the respective Osp protein is not lipidated due to the N-terminal blockade by the fused protein.
  • the fusion partners mentioned in the prior art either have a stimulating effect on the immune system or they facilitate expression or purification of the fusion protein. The idea of fusion proteins is thus a further attempt to solve two major problems in the production of Osp proteins: the greatly reduced immunogenicity of the non-lipidated Osp proteins and the difficulty in cleaning Osp lipoproteins for a human usable vaccine.
  • the fusion proteins are not lipidated, they are not associated with the cell membrane, so that no detergent is required to isolate the respective Osp fusion protein. Fusions with glutathione-S-transferase and maltose binding protein allow the fusion protein to be purified via the specific affinities of the respective fused protein.
  • the fusion product is not lipidated.
  • the immunogenicity of these non-lipidated Osp fusion proteins is due on the one hand to a possible immunostimulating effect of the fused protein or protein portion, and on the other hand it is attributed in the literature to very high doses of adjuvants (WO 93/08299).
  • such fusion proteins have the disadvantage that it is not only Osp protein-specific Antigens are present in the immunogen. High doses of adjuvants have to be used if the vaccine antigen has poor immunogenicity.
  • WO 93/08299 also expressly points out that an adjuvant-free vaccine is desirable. Therefore, the inventors of WO 93/08299 prefer native, that is lipidated Osp protein, to the non-lipidated one for vaccine development.
  • Probert et al. (1994) describe another way, which is above all a solution to the cleaning problem. They express an OspC-MBP (maltose binding protein) fusion protein in E. coli and use the affinity of MBP for amylose to specifically enrich the fusion protein by binding it to an amylose-containing carrier. After the specific isolation of the fusion protein, the MBP portion is split off from the fusion protein, so that only OspC is present in the end product. In contrast to the native OspC, the end product thus prepared lacks the N-terminal cysteine. At the DNA level, an interface for factor Xa was inserted between MBP and OspC, so that the two proteins could be cleaved by factor Xa activity.
  • OspC-MBP maltose binding protein
  • a disadvantage of this method is that additional steps, namely the cleavage reaction with factor Xa and the subsequent separation of factor Xa and the MBP fraction which has been split off, are necessary.
  • the risk that traces of both or one of the two substances is present in the vaccine speaks against the use of such an additional cleavage reaction.
  • the use of a protease is also problematic because additional cleavage sites could be present in the Osp protein itself. In such a case, the protease reaction would destroy the end product.
  • WO 94/25596 describes, inter alia, the production of recombinant OspC in the yeast Pichia pastoris.
  • the OspC obtained in this way proved to be immunogenic and protected against homologous challenge in animal experiments.
  • the preparation of OspC from Pichia was carried out without the use of detergents.
  • the Cells were mechanically broken up in an isotonic buffer solution, filtered and centrifuged. OspC present in the supernatant was then enriched over several chromatographic purification steps.
  • the disadvantage of this method arises from the fact that the centrifugation has no specificity for OspC. As a result, some of the proteins originating from host cells and the medium are also present in the supernatant.
  • WO 95/21928 describes the expression of heterologous proteins in methylotrophic yeasts, including Pichia.
  • OspA is described as an example of a heterologous protein.
  • WO 95/21928 is mainly concerned with high yields. In the case of OspA, these are determined after the cells have been broken up using a "French press" using an ELISA. OspA is not specially cleaned and is also not specifically characterized.
  • the present invention provides a process for the recovery and purification of recombinant Osp derived from Borrelia Osp from eukaryotic host cells, preferably yeast cells.
  • the method according to the invention is characterized in that the host cells are lysed and the lysate is mixed with an organic solvent, under conditions in which cellular proteins are substantially completely precipitated and recombinant Osp protein remains selectively in solution, and the Osp protein is purified from the solution and recovered.
  • This step is very selective due to the extraordinary dissolution behavior of the recombinant Osp proteins, in particular the recombinant OspC, which is very different from that of other proteins.
  • the organic solvents used in the process according to the invention are known as protein-precipitating solvents: alcohols, short-chain ketones, sulfoxides and nitriles, preferably methanol, propanol isomers, butanol isomers, DMSO, acetonitrile, dioxane, acetone and particularly preferably ethanol.
  • Protein-precipitating organic solvents are usually used to precipitate proteins from solutions and not to keep them in solution. In this case, the organic solvent can be used as an efficient precipitation reagent for contaminating substances. Most proteins precipitate under the conditions used in the present method; due to their association with proteins, 99.99% of the nucleic acids also precipitate.
  • the method according to the invention therefore offers a very high selectivity even in the first cleaning step.
  • the high accumulation of the recombinant Osp proteins, in particular of recombinant OspC, and the strong depletion of contaminating substances in the solution reduce the number of subsequent cleaning steps required, so that the high yields of the expression in Pichia in the further course cleaning can be reduced only minimally and the effort for further cleaning can also be kept to a minimum.
  • the addition of the organic solvent leads to the precipitation of contaminating proteins and a large part of the nucleic acids.
  • the separation of the precipitated substances from the solution containing, for example, recombinant OspC can be carried out according to the present the invention by sedimentation or filtration.
  • the sedimentation is preferably accelerated by centrifugation, but it can also be carried out by leaving it to stand for a long time, the precipitated substances collecting at the bottom of the vessel containing the solution due to the gravity of the earth. After the sedimentation, the recombinant solution containing OspC can be removed from the precipitated sediment.
  • the recombinant solution containing OspC is separated from the precipitated substances using a filter.
  • Sterile filters for example, are used for the filtration.
  • the filtration is preferably carried out in two steps. A relatively coarse filter with a relatively large pore size is used for a prefiltration, for example a 1 ⁇ m sterile filter. A finer filter with a smaller pore size is then used for the main filtration, for example a 0.2 ⁇ m sterile filter.
  • the solution containing recombinant OspC also contains phospholipids, dyes and small traces of protein and nucleic acids from the host cell. Compared to the solution before the precipitation, approximately 10% proteins from the host cells and medium, approximately 0.001% nucleic acids and approximately 5% lipids remain in the solution after the precipitation. These can preferably be separated very efficiently from the recombinant Osp protein, in particular OspC, by a subsequent reverse phase chromatography.
  • the reverse phase chromatography can also be used without a preceding purification step, such as the precipitation of contaminating proteins or nucleic acids by organic solvents (as described above), for the purification of an Osp-containing starting material.
  • the present invention therefore also includes a process for the purification of Osp proteins from an Osp-containing starting material, in which the Osp protein is selectively bound to a solid support suitable for reverse-phase chromatography, optionally washed, and eluted.
  • Suitable Materials can be carriers made of silicate, preferably Spherisorb 5C18, or plastic polymers, preferably Source PR15 TM (Pharmacia) or Amberchrome ® CG 300 (Tosohaas).
  • the principle of reverse phase chromatography is based on the fact that, depending on their specific affinities, molecules are distributed between a solid, hydrophobic and a liquid, hydrophilic phase.
  • the Osp proteins according to the invention in particular OspC, have a high affinity for the solid, hydrophobic carrier, while contaminating substances - the remaining proteins from host cells and medium, nucleic acids, phospholipids and dyes - remain in the liquid, hydrophilic phase and are separated from the solid support to which Osp protein is bound.
  • the solid support is usually immobilized on a column matrix, so that the liquid phase, which contains the contaminating substances, flows through the column.
  • the carrier particles When the carrier is in bulk, the carrier particles are separated from the liquid phase and washed with an eluent with low elution power. Under these conditions, the Osp protein has a higher affinity for the carrier than for the solution. In the method according to the invention, this step is particularly efficient in the elimination of unwanted proteins from host cells and medium, nucleic acids, phospholipids and dyes, an elimination which does not take place completely when precipitated with the organic solvent.
  • Reverse phase chromatography takes advantage of the special solution behavior of the recombinant Osp protein obtained in accordance with the invention, in particular OspC, in organic solvents. In the reverse phase chromatography, the organic solvent is used according to the invention to elute the Osp protein.
  • the solution containing, for example, recombinant OspC is diluted with an aqueous buffer solution and brought into contact with a solid carrier.
  • the conditions are set so that Osp protein selectively binds to the carrier. So that the Osp protein according to the invention binds to the carrier, the solution containing Osp protein is diluted with the organic solvent so that the solvent concentration has a low elution power. Under these conditions, the Osp protein produced according to the invention has a higher affinity for the carrier than for the solution.
  • the wearer is ger can of silicate, preferably is Spherisorb 5C18, or made of plastic polymers, preferably source RP15 TM (Phar ⁇ macia) or Amber Chrome ® CG 300 (TosoHaas).
  • the carrier can be packed in a column, but can also be used in bulk with the solution. Recombinant Osp protein present in the diluted solution binds selectively to the carrier, while contaminating phospholipids, dyes, proteins and nucleic acids do not bind.
  • the selectivity here is based on the concentration of the concentration gradient used and the type of organic solvent.
  • ethanol is used as the solvent, preferably in a concentration of around 45%.
  • an eluent with low elution power for example a physiological buffer solution with 35%, 40% or 45% ethanol
  • the Osp protein, in particular OspC becomes selective with an organic solvent in high concentration or eluted from the column with high elution power.
  • a solvent with high elution power causes the Osp protein, in particular OspC, bound to the support to detach from it and to dissolve in the solvent.
  • ethanol is used in a concentration between 50% and 60%, preferably between 52% and 57%, particularly preferably 55%.
  • the organic solvent used for elution can be the same solvent that was used for the precipitation in the first step, but it can also be a different organic solvent. It can be used in a selected concentration or as a gradient between two different concentrations. In any case, the concentrations are in the range from 10% to 90%, preferably from 20% to 70% and particularly preferably in the range from 40% to 60%.
  • the organic solvent is diluted in aqueous buffer solution.
  • the aqueous buffer solution can be, for example, a phosphate-buffered sodium chloride solution, Tris buffer or citrate buffer.
  • Preferred organic solvents in the context of the present invention are selected from the group of protein-precipitating substances, in particular monohydric or polyhydric alcohols, short-chain ketones, sulfoxides or nitriles, preferably methanol, n-propanol, 2-propanol and other isomers of Propanols, t-butanol, 2-butanol and other isomers of butanol, DMSO, acetonitrile, dioxane or acetone and particularly preferably ethanol.
  • protein-precipitating substances in particular monohydric or polyhydric alcohols, short-chain ketones, sulfoxides or nitriles, preferably methanol, n-propanol, 2-propanol and other isomers of Propanols, t-butanol, 2-butanol and other isomers of butanol, DMSO, acetonitrile, dioxane or acetone and particularly
  • the organic solvent can be a single organic solvent in aqueous, buffered solution or a mixture of various organic solvents.
  • the organic solvent used in the different cleaning steps of the process according to the invention can be the same in all steps, but different organic solvents can also be used in different steps in a cleaning process.
  • Polyvalent mixed vaccine means here that the vaccine contains various serological subtypes of the Osp proteins, in particular of OspC.
  • OspC various serological subtypes of the Osp proteins
  • the chromatographic methods previously available had to be adjusted very specifically to each Osp variant. Because even the smallest differences in the amino acid sequence, as they occur with the different serological variants of the Osp proteins, can change the behavior of the proteins in the highly specific, chromatographic processes so that the cleaning efficiency is impaired.
  • the process according to the invention for the production and purification of recombinant Osp, in particular OspC, is maximally selective with a minimum of process steps, as a result of which the product loss is reduced.
  • the method according to the invention can be used for all serotypic variants of Osp, in particular OspC, and can therefore be implemented on an industrial scale. A minimum of procedural steps also requires a minimum of contamination options.
  • the Osp (OspC) purified by the process described in WO 94/25596 contains up to 20% of fragments and degradation products. Due to the small number of necessary process steps, the process according to the invention only leads to a maximum of 5% of fragments and degradation products.
  • yeast cells preferably Pichia pastoris, which express recombinant OspC according to the invention are suspended in a Tris buffer (pH 7.5) and broken up in a Manton-Gaulin homogenizer. The solid components of the cells are separated from the solution by centrifugation. Ethanol is added to the solution up to a final concentration of 50%. After incubation for one hour at room temperature, the precipitate formed is separated from the solution by centrifugation. The solution is diluted to 45% ethanol with Tris buffer (pH 7.5) and applied to a chromatography column filled with Source RP15 TM (Pharmacia).
  • OspC is eluted from the column, the UV absorption of the effluent being measured continuously. Under these conditions, recombinant OspC elutes at an ethanol concentration between 52% and 57%.
  • the OspC-containing fractions are combined and re-buffered against a physiologically compatible buffer, for example phosphate buffer, by means of gel filtration, for example over Sephadex G25. This is followed by concentration by means of ultrafiltration through membranes with an exclusion limit of 5000 Da, for example Omega 5K (Filtron).
  • a recombinant OspC which is characterized in that it is non-lipidated and consists only of the protein portion of the B. burgdorferi OspC lipoprotein.
  • This non-lipidated OspC protein accordingly represents an OspC apoprotein, ie a lipoprotein which completely lacks the lipid portion.
  • the OspC according to this aspect of the invention is therefore a complete, unfused OspC.
  • the recombinant OspC from Pichia pastoris according to the invention is non-lipidated and highly immunogenic.
  • the OspC according to the invention is further characterized in that it is soluble in organic solvents with a protein-precipitating effect, such as, for example, in 50% ethanol. It was shown in the context of the present invention that the expression of a gene coding for non-truncated OspC in yeast, preferably in Pichia pastoris, surprisingly led to an OspC protein which lacked the lipid portion.
  • Not shortened means that the recombinant OspC at the amino acid level corresponds to the processed, native OspC and the N-terminal cysteine is present.
  • the reason for the lack of the lipid portion is that Pichia pastoris lacks an enzyme system necessary for this post-translational modification of the OspC, as it occurs in bacteria (Borrelia, E. coli).
  • the OspC protein according to the invention is not associated with the membrane of the host cell, but is present in the cytosol of the host cell.
  • Solvents as are used according to the present invention, usually serve to precipitate proteins from solutions. It was therefore all the more surprising that the recombinant OspC according to the invention did not coexist with the other proteins, e.g. cellular proteins or protein components of the medium, fails if organic solvents are added, but is soluble in organic solvents. This special property has never been associated with OspC. This particular form of solubility is very important for the development of a new cleaning process for OspC. It is also important for vaccine production that this property applies to all serological OspC variants tested so far.
  • the recombinant OspC purified according to the invention provides highly efficient vaccination protection against homologous challenge and also surprisingly high vaccination protection against heterologous challenge.
  • the immunogenicity of the recombinant, non-lipidated OspC purified according to the invention is all the more surprising since it is described in the available literature that the Osp proteins from Borrelia are only immunogenic if they carry a lipid portion.
  • the recombinant OspC purified according to the invention is furthermore highly pure and free of all contaminations which are dangerous for humans, such as proteins of the host cell, proteins from the nutrient medium, nucleic acids, pyrogenic and toxic see substances and lipids.
  • the recombinant OspC according to the invention is 100% free of detergents.
  • the OspC purified according to the invention proves to be completely pyrogen-free according to USP (United States Pharmacopoia) in animal experiments. Its tolerance has also been demonstrated in abnormal toxicity tests according to USP and in tests for dermoreactivity according to USP. It can be safely contained in human vaccines. Because of its high immunogenicity, the OspC according to the invention requires only small additions to adjuvants.
  • the present invention relates to an OspC preparation which can be obtained by the cleaning method according to the invention.
  • OspC gene A polynucleotide molecule which codes for OspC was introduced into the host cell in a corresponding vector.
  • a polynucleotide molecule which codes for OspC is hereinafter referred to as "OspC gene”.
  • the OspC gene can be prepared from Borrelia by methods known to those skilled in the art and inserted into a vector molecule (PCR, “screening” of gene banks, cloning; for example: Maniatis et al., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL; Cold Spring Harbor Laboratories (1982)).
  • the OspC gene can also be produced synthetically using a so-called gene assembler.
  • the OspC gene is inserted 3 'from expression-controlling sequences (promoter; enhancer, ribosome binding site) into the vector molecule. Expression-controlling sequences bring about the transcription and translation of a corresponding gene; they can also have an enhancing effect on transcription or translation.
  • the expression-controlling sequences are chosen according to criteria known to the person skilled in the art so that they deliver high production rates in the selected host cell.
  • the production rates of the process according to the invention are in the range from 0.1 mg / g wet cell mass (FZM) to 100 mg / g FZM, preferably in the range from 1 mg / g FZM.
  • the host cell used in the method according to the invention is a eukaryotic cell, preferably a yeast cell.
  • the yeast cell is preferably selected from the following group: Hansenula sp., Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Pichia pastoris is particularly preferred.
  • the expression-controlling sequences are chosen such that they are suitable for the expression of recombinant Osp proteins, in particular OspC, in yeast cells.
  • Both constitutive and inducible promoters can be selected for expression.
  • Inducible promoters only become active when an inductor molecule is added; they can be "switched on” specifically for production.
  • Inducible promoters are, for example, the promoters of ADH2, AOX, isocytochrome C, azide phosphatase, enzymes which are associated with nitrogen metabolism, metalothionein, glyceraldehyde-3-phosphatase dehydrogenase and enzymes which are involved in galactose and maltose metabolism are active.
  • Constitutive promoters are, for example, PGKl and ADHl promoters and the promoters of 3-phosphoglycerate kinase and other glycolytic enzymes such as, for example, enolase, hexokinase, pyruvate decarboxylase, phosphofructokinase, glucose-6-phosphate isomerase, pyruvate kinase and glucokinase.
  • the vector molecule for the expression of Osp can be present in the yeast cell in the cytoplasm, for example as YEp, YRp, YCp or YAC, or it can be integrated into the genome of the yeast cell, for example as YIp.
  • so-called "shuttle vectors” are favorable, which can be propagated both in yeast cells and in bacteria, for example E. coli.
  • An example of a "shuttle vector” is pHIL-Al (Phillips Petroleum) which can be propagated in Pichia pastoris and in E. coli (WO 94/25596).
  • the OspC gene codes for an OspC molecule which is identical to or derived from a Borreia wild-type variant. Derived here means that the gene codes for a recombinant OspC protein which is so far identical to the original variant that antibodies directed against the original variant recognize the recombinant OspC.
  • the gene can be genetically engineered modified, it can contain genetically introduced mutations, and it can contain nucleotide sequences in the 5 'and 3' region which influence its expression in a desired manner. If the host cell is Pichia pastoris, the gene can be placed, for example, under the control of a Pichia-specific promoter, for example the A0X-1 promoter which is inducible with methanol.
  • the gene is contained in a vector for transformation and if necessary also for expression in the host cell.
  • the type of vector here depends primarily on the host cell, and the selection of the correct vector is to be made according to criteria known to those skilled in the art. According to the invention, the vector used should allow efficient expression over a long period of time.
  • the vector is preferably pHIL-Al (Phillips Petroleum) and the OspC gene is under the control of the methanol-inducible AOX-1 promoter.
  • the pHIL-Al constructs are constructed as in WO 94/25596, for example pPC-PP4.
  • the inserted OspC gene comes from the B.burgdorferi strains B31, PKO, ZS7, KL10 or E61, but it can also be obtained from anyone else in Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) described RFLP type, or be derived.
  • the present invention provides a new method for obtaining and purifying recombinant OspC protein derived from Borrelia OspC.
  • Derived means that the recombinant OspC according to the invention has so much similarity to a native OspC from Borrelia that it still triggers the production of protective antibodies against Lyme borreliosis in mammals, or that it is still from mammals against OspC from homo ⁇ Logenous pathogens of Lyme disease-produced antibodies reacted.
  • the OspC according to the invention can be derived from all serological subtypes of Borrelia OspC.
  • Borrelia is the causative agent of Lyme borreliosis, preferably B.burgdorferi sensu stricto, B.garinii sp. nov and B.afzelii.
  • the present invention provides a new, recombinant protein derived from Borrelia-OspC, which thereby is characterized that it is not lipidated.
  • Non-lipidated means that no lipid portion is covalently bound to the N-terminal cysteine of the OspC.
  • the recombinant OspC according to the invention can represent any serological variant of Borrelia OspC, but also OspC derived from serological variants.
  • the recombinant OspC according to the invention is furthermore characterized in that it is soluble in an organic solvent under conditions under which contaminating proteins and nucleic acids associated with proteins precipitate.
  • the organic solvent is selected from the group of protein-inducing substances, in particular from the group of mono- or polyhydric alcohols, short-chain ketones, sulfoxides or nitriles.
  • the organic solvent is preferably methanol, n-propanol, 2-propanol or another isomer of propanol, t-butanol, 2-butanol or another isomer of butanol, DMSO, acetonitrile, dioxane or acetone and particularly preferably ethanol .
  • the organic solvent is in an aqueous buffer solution.
  • the organic solvent can be a single organic solvent in aqueous buffered solution, or it can be a mixture of different organic solvents.
  • the aqueous buffer solution can be, for example, a phosphate-buffered sodium chloride solution, Tris buffer or citrate buffer.
  • the organic solvent is present in a concentration of 10% to 90%, preferably 20% to 70% and particularly preferably 40% to 60% in aqueous buffer solution.
  • the aqueous buffer solution can be, for example, a phosphate-buffered sodium chloride solution, Tris buffer or a citrate buffer.
  • the organic solvent is a mono- or polyhydric alcohol, particularly preferably ethanol.
  • Ethanol is present in an aqueous buffer solution in a concentration between 40% and 60%, preferably between 45% and 55%.
  • the recombinant OspC according to the invention is preferably produced using the method for obtaining and purifying prepared by Osp. It is free of cellular proteins, pyrogenic and toxic substances, nucleic acids and lipids. Since the recombinant OspC according to the invention was prepared without the addition of detergents, it is also 100% free of detergents.
  • the recombinant OspC produced according to the invention is highly pure. It has a purity of at least 90%, preferably 95%, and particularly preferably 98%. The purity was demonstrated using common biochemical methods (HPLC, electrophoresis and mass spectroscopy) (see Example 3).
  • the recombinant OspC can be a single serological variant, but it can also be an OspC mixture composed of several different variants.
  • the various serological variants are usually prepared separately using the method according to the invention. Since the procedure can be used uniformly for all serological variants of OspC, it is also possible to clean different variants at the same time.
  • the advantage of the method according to the invention is not only that the method does not have to be adapted to the respective serotypes, but also that the different variants can be mixed without problems before or after the preparation. This is particularly useful for the efficient and uniform production of a polyvalent vaccine, which is necessary for the prevention of Lyme disease.
  • the recombinant OspC according to the invention is highly immunogenic.
  • the recombinant OspC according to the invention induces the formation of antibodies in mice.
  • the non-lipidated OspC mice according to the invention protect one hundred percent against homologous challenge.
  • it also provides surprisingly high protection against a heterologous challenge, ie it provides protection against Borrelia strains whose OspC variants were not present in the vaccine. If a single OspC variant was used as the vaccine antigen, up to 70 percent protection could be observed (see Example 5).
  • the heterologous protection was 80 percent (see example 6).
  • the recombinant OspC according to the invention was able to be produced with the process according to the invention in particularly high purity and free of all contaminations dangerous to humans, such as proteins of the host cell, proteins from the nutrient medium, nucleic acids, pyrogenic and toxic substances, lipids and detergents become. In animal experiments (pyrogenicity test, anomalous toxicity test, dermoreactivity) proof of tolerance was also provided.
  • the recombinant OspC according to the invention can be safely contained in vaccine preparations to be used on humans. It is therefore very suitable for pharmaceutical use. Pharmaceutical use here means that it can be administered to mammals, in particular humans, in a corresponding physiological vehicle and with any substances added, and that it has a prophylactic or therapeutic effect.
  • the prophylactic or therapeutic effect of OspC is that it is a vaccine antigen due to its immunogenicity.
  • a vaccine antigen is an antigen that elicits a specific immune response in a mammal. This immune response leads to humoral and / or cellular immunity. Immunity means that the mammal is protected against a Borrelia infection or that the Borrelia infection is easier than in non-immune mammals.
  • the prophylactic effect comes into effect when a healthy mammal is immunized.
  • OspC is contained in a vaccine that provides immunological protection against Lyme disease in healthy mammals.
  • the therapeutic effect Kung can be used if the mammal is already suffering from a Borrelia infection and the OspC present in the vaccine strengthens the immune response against Borrelia and thus supports the healing process. Because of its high purity, the OspC according to the invention is also very suitable as a vaccine antigen for children.
  • the recombinant OspC according to the invention can be used in a suitable manner as an immunogen for the production of antisera or antibodies.
  • test subjects can be immunized with an immunologically effective dose of vaccine antigen and the immunoglobulins isolated and purified by methods known in the art.
  • an immunologically effective dose of vaccine antigen and the immunoglobulins isolated and purified by methods known in the art.
  • a statement can be made about the success of the vaccination.
  • Physiological buffer solutions such as phosphate buffer or citrate buffer, are usually used as the physiological carrier.
  • the substances that may be added include adjuvants, for example aluminum compounds such as aluminum hydroxide and aluminum phosphate, Freund's adjuvant or other mineral oil or vegetable oil emulsions, lipopolysaccharides, lipid A, saponin, Quil A, QS21 and ISCOMS.
  • the preferred adjuvant is aluminum hydroxide.
  • carriers can also be added to the vaccine. Typical carriers are liposomes, latex particles or bentonite.
  • further immunostimulating substances such as interleukins, for example IL-1 or IL-2, can also be added.
  • the substances that may be added also include other antigens, for example other Borrelia antigens or viral antigens.
  • Borrelia antigens can be, for example, OspA, OspB, OspE or OspF (Nguyen et al. (1994); Infect. Immun. 62: 2079-84) or derivatives thereof.
  • Other viral antigens can be, for example, antigens of the TBE virus. Since both the TBE virus and Borrelia are transmitted by ticks, such a combination is suitable for a vaccine for people living in tick-contaminated areas.
  • carrier substances can be added to the vaccine.
  • “Weary gerSubstanzen are, for example, tuberculin PPD, serum albumin, ovalbumin or keyhole limpet hemocyanin.
  • All substances present in the vaccine in addition to the vaccine antigens are preferably non-toxic and non-allergenic.
  • the formulation of vaccines is known to the person skilled in the art.
  • the vaccine antigen of the present invention can be lyophilized and can only be dissolved in a physiologically acceptable buffer solution for use. Physiological salt solutions or other physiological solutions are suitable as a buffer solution.
  • the vaccine antigen is mixed with the physiological buffer solution in order to obtain a desired concentration of the vaccine antigen.
  • the desired concentration is immunologically effective; it is in the range from 1 ⁇ g to 100 ⁇ g of the respective vaccine antigen per dose, preferably in the range from 10 ⁇ g to 50 ⁇ g. If necessary, the vaccine antigen dose can be reduced in a children's vaccine, for example to a dose in the range between 5 and 30 ⁇ g.
  • the present invention provides a vaccine which contains recombinant, non-lipidated OspC according to the invention.
  • the vaccine is suitable for administration to mammals, preferably humans.
  • the vaccine contains one or more serologically different variants of the OspC according to the invention.
  • the serological variants correspond to the 35 by Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) described RFLP types.
  • Vaccine compositions can, however, also correspond to the region-specific compositions described in WO 94/25596, containing various OspC variants.
  • the vaccine contains three to eight different serological variants of the OspC according to the invention and provides broad heterologous protection against the Borrelia serotypes occurring in a specific area.
  • the vaccine contains three different serological variants of OspC, for example a composition of the RFLP variants Orth, PKO and E61 or the RFLP variants ZS7, PKO and E61.
  • it is any composition of two or more RFLP variants according to Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) possible.
  • Fig. 4 an elution optimization
  • Example 1 Expression of recombinant OspC (rOspC) in Pichia pastoris.
  • Pichia pastoris strain GS115 NRRL-Y 11430 (Cregg et al. (1985); Mol. Cell. Biol. 5: 3376-85) was prepared according to the method of Dohmen et al. (1991; Yeast 7: 691-92) with the vector pPC-PP4 (described in WO 94/25596), which contains the OspC gene of the Borrelia burgdorferi strain Orth, the strain ACA1 or the strain ZS7. Transformants were grown at 30 ° C in MD medium to an optical density (OD 600) of 2-10. Induction and analysis of the OspC expression were carried out as described in WO 94/25596.
  • Example 2 Purification of rOspC from Pichia pastoris. (According to the applicant, example 2 is currently the best form for carrying out the invention)
  • ROspC was eluted from the column with an ethanol gradient of 45% to 70% in phosphate-buffered sodium chloride solution.
  • the UV absorption of the effluent was measured continuously at a wavelength of 214 nm.
  • rOspC eluted at an ethanol concentration of 55%.
  • OspC positive fractions were pooled.
  • the running buffer was replaced by gel filtration over Sephadex G25 with a Tris-HCl + 0.9% NaCl buffer (pH 7.4).
  • the solution was then concentrated by ultrafiltration over an Omega 5K membrane (Filtron).
  • Example 3 Analysis of rOspC purified according to Example 2.
  • the yield and purity of the rOspC purified according to Example 2 were determined by means of the BCA method, HPLC, SDS-PAGE, Limulus amebocyte lysate method, gas chromatography and phenol / H2S04 method.
  • the results are summarized in Tables 1 (strain Orth) and 2 (strain ZS7).
  • the values described in the tables demonstrate the high purity of the respective rOspC. Table 1
  • Example 4 Comparison of different organic solvents for cleaning rOspC from Pichia pastoris.
  • Orth Orth 1 50000 0
  • Example 6 Immunization of mice with various mixtures of recombinant OspCs.
  • the optimal precipitation conditions can vary from solvent to solvent, especially as regards the amount of organic solvent added.
  • the optimal concentration of the respective organic solvent is selected as the concentration at which the cellular proteins are essentially completely precipitated, but the Osp protein has not yet or only to a small extent precipitated.
  • the cleaning method according to the invention can be applied to all previously known OspC variants, with which a uniform degree of purification of the antigens can be obtained for all variants, which was not possible by the previously described methods.
  • OspC variants with which a uniform degree of purification of the antigens can be obtained for all variants, which was not possible by the previously described methods.
  • a vaccine preparation can be produced which also protects against a challenge with a heterologous Borrelia strain.
  • a decisive breakthrough in the production of Borrelia vaccines with a wide protection range is thereby achieved.
  • WO 94/25596 was found studies in the Comparison according to that obtained from yeast OspC preparation l shedding protects against infection with the homologous strain.

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Abstract

A recombinant, non-lipidised OspC is disclosed, as well as a process for preparing Osp-proteins and vaccines which contain these recombinant proteins.

Description

Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von rekombinantem, nicht-lipidiertem Osp-Protein Process for the production and purification of recombinant, non-lipidated Osp protein
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von rekombinanten Osp-Proteinen, insbesondere von rekombinantem OspC, sowie ein rekombinantes, nicht-lipidiertes OspC. Weiters betrifft die Erfindung einen Impfstoff enthaltend rekombinantes, nicht-lipidiertes OspC, sowie die Verwendung des Impfstoffes zur Immunisierung von Vertebraten.The present invention relates to a method for obtaining and purifying recombinant Osp proteins, in particular recombinant OspC, and a recombinant, non-lipidated OspC. The invention further relates to a vaccine containing recombinant, non-lipidated OspC and the use of the vaccine for the immunization of vertebrates.
Die Lyme-Borreliose ist eine von Zecken übertragene und durch die Spirochäte Borrelia burgdorferi sensu lato ausgelöste Infek¬ tionskrankheit von Wirbeltieren. In gemäßigten Breiten (Nord¬ amerika, Mitteleuropa) ist die Lyme-Borreliose die häufigste von Zecken übertragene Infektionskrankheit. Die hohe Durchseuchungs¬ rate (bis zu 60%) der Zecken in bestimmten Gebieten, hat die Lyme-Borreliose in letzter Zeit zu einem epidemiologischen Pro¬ blem werden lassen.Lyme disease is an infectious disease of vertebrates transmitted by ticks and caused by the spirochete Borrelia burgdorferi sensu lato. In temperate latitudes (North America, Central Europe), Lyme disease is the most common tick-borne infectious disease. The high infection rate (up to 60%) of ticks in certain areas has recently made Lyme disease an epidemiological problem.
Die am häufigsten mit der Lyme-Borreliose assoziierten Symptome umfassen teilweise schwere Erkrankungen der Haut, des Nerven¬ systems, des Herzens und der Gelenke. Die Lyme-Borreliose wird üblicherweise mit Antibiotika behandelt, eine Behandlung, die im frühen Infektionsstadium sehr effizient wirkt. Aufgrund der He- terogenität der verschiedenen Borrelia-Stämme ist jedoch die Früherkennung einer Borrelien-Infektion sehr schwierig. Ist die Erkrankung bis ins chronische Stadium fortgeschritten, ist die Antibiotika-Behandlung schwieriger und nicht immer erfolgreich. Mit der Dauer der Infektion vergrößert sich auch die Wahrschein¬ lichkeit, an schweren Spätfolgen zu erkranken. Eine effiziente, vorbeugende Impfung gegen die Lyme-Borreliose ist deshalb sehr erstrebenswert.The symptoms most frequently associated with Lyme disease include, in some cases, serious diseases of the skin, the nervous system, the heart and the joints. Lyme disease is usually treated with antibiotics, a treatment that works very efficiently in the early stages of infection. Because of the heterogeneity of the different Borrelia strains, however, early detection of a Borrelia infection is very difficult. If the disease has progressed to the chronic stage, antibiotic treatment is more difficult and not always successful. With the duration of the infection, the likelihood of developing severe long-term consequences also increases. An efficient, preventive vaccination against Lyme disease is therefore very desirable.
Der Begriff "Borrelia", wie er hier verwendet wird, entspricht Borrelia burgdorferi sensu lato und umfaßt die Erreger der Lyme- Borreliose, beispielsweise B.burgdorferi sensu stricto, B.garinii sp. nov. and B.afzelii.The term "Borrelia" as used here corresponds to Borrelia burgdorferi sensu lato and includes the causative agents of Lyme disease, for example B.burgdorferi sensu stricto, B.garinii sp. nov and B.afzelii.
Für die Oberflächen-Lipoproteine OspA und OspC von Borrelia ist beschrieben, daß sie in Tierversuchen vor Borrelia-Infektionen schützen. Deshalb gelten OspA und OspC als bevorzugte Kandidaten als Impfantigene gegen Lyme-Borreliose (EP 418 827; Fikrig et al. (1990), Science 250:553-6; Preac-Mursic et al. (1992), In- fection 20:342-9). OspA und OspC sind beides Plasmid-kodierte Proteine (Barbour et al. (1987), Science 237:409-11; Marconi et al. (1993), J. Bacteriol. 175:926-32) an deren N-Terminus in einem posttranslationellen Prozeß ein Lipidanteil angehängt wird. Dieser Lipidanteil dient als "Membrananker", der das Lipo- protein in der äußeren Bakterienmembran verankert. Der nicht in der Membran verankerte Teil eines Osp-Proteins liegt an der Zelloberfläche exponiert vor (Howe et al. (1985), Science 227:645-6; Bergström et al. (1989), Mol. Microbiol. 3:479-86). Die für OspA und OspC kodierenden Gene kommen in fast allen Borrelia-Stämmen vor und beide Oberflächenproteine kommen in vielen serologisch verschiedenen Formen vor (Wilske et al. (1988), Ann. New York Acad. Sei. 539: 126-43; Livey et al. (1995), Mol. Microbiol. 18: 257-69). "Serologisch verschiedene Formen" bedeutet, daß in verschiedenen Borrelia-Stämmen ver¬ schiedene Varianten der einzelnen Oberflächenproteine (z.B. OspA, OspB, OspC) vorkommen, wobei die Verschiedenheit sich in einer fehlenden Kreuzreaktivität mit Antikörpern und in ver¬ schiedenen RFLP-Mustern (RFLP = Restriktionsfragment-Längenpoly- morphismus) darstellt. Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) haben 35 verschiedene RFLP-Typen von OspC beschrieben; diese entsprechen den in diesem Text erwähnten serologischen Varianten von OspC.For the surface lipoproteins OspA and OspC from Borrelia described that they protect against Borrelia infections in animal experiments. Therefore, OspA and OspC are considered to be preferred candidates as vaccine antigens against Lyme disease (EP 418 827; Fikrig et al. (1990), Science 250: 553-6; Preac-Mursic et al. (1992), Infection 20: 342 -9). OspA and OspC are both plasmid-encoded proteins (Barbour et al. (1987), Science 237: 409-11; Marconi et al. (1993), J. Bacteriol. 175: 926-32) at their N-terminus in one post-translational process a lipid portion is attached. This lipid portion serves as a "membrane anchor" that anchors the lipoprotein in the outer bacterial membrane. The part of an Osp protein not anchored in the membrane is exposed on the cell surface (Howe et al. (1985), Science 227: 645-6; Bergström et al. (1989), Mol. Microbiol. 3: 479-86 ). The genes coding for OspA and OspC occur in almost all Borrelia strains and both surface proteins occur in many serologically different forms (Wilske et al. (1988), Ann. New York Acad. Sci. 539: 126-43; Livey et al. (1995) Mol. Microbiol. 18: 257-69). "Serologically different forms" means that different variants of the individual surface proteins (eg OspA, OspB, OspC) occur in different Borrelia strains, the difference being a lack of cross-reactivity with antibodies and in different RFLP patterns (RFLP = Restriction fragment length polymorphism). Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) have described 35 different RFLP types of OspC; these correspond to the serological variants of OspC mentioned in this text.
Das Vorliegen vieler serologisch verschiedener Formen erschwert die Entwicklung eines auf diesen Lipoproteinen basierenden Impf¬ stoffes. So haben zum Beispiel Fikrig et al. (1992, J. Immunol. 148:2256-60) gezeigt, daß die Immunisierung mit einer serologi¬ schen Variante von OspA nicht vor einer Infektion mit einem Stamm, der eine andere OspA-Variante trägt, schützt. Infolge¬ dessen wird in der Literatur überwiegend die Meinung vertreten, daß es notwendig ist, einen Impfstoff zu entwickeln, der eine Mischung aus serologisch verschiedenen Formen des Antigens ent¬ hält und so einen Impfschutz gegen möglichst viele verschiedene Borrelien-Stämme vermittelt. Dies erfordert für die effiziente und reproduzierbare Produktion, daß das Gewinnungs- und Reini¬ gungsverfahren einheitlich für alle Varianten anwendbar ist.The presence of many serologically different forms complicates the development of a vaccine based on these lipoproteins. For example, Fikrig et al. (1992, J. Immunol. 148: 2256-60) showed that immunization with a serological variant of OspA does not protect against infection with a strain which carries another OspA variant. As a result, the majority of the opinion in the literature is that it is necessary to develop a vaccine that contains a mixture of serologically different forms of the antigen and thus provides vaccination protection against as many different strains of Borrelia as possible. This requires for efficient and reproducible production, that the extraction and cleaning process can be used uniformly for all variants.
Das Hauptinteresse in der ImpfStoffentwicklung gegen Lyme-Bor¬ reliose galt bisher dem Lipoprotein OspA, von dem sieben ver¬ schiedene Serotypen beschrieben wurden. Aber auch das OspC-Lipo¬ protein ist während der natürlichen Infektion immunogen und schützt im Tierversuch vor homologem Challenge (WO 94/25596, Probert et al. (1994), Infect. Immun. 62:1920-26).The main interest in the development of vaccines against Lyme boron reliosis has so far been the lipoprotein OspA, of which seven different serotypes have been described. However, the OspC lipo protein is also immunogenic during natural infection and protects against homologous challenge in animal experiments (WO 94/25596, Probert et al. (1994), Infect. Immun. 62: 1920-26).
Die Begriffe "homolog" und "heterolog" werden hier im Zusammen¬ hang mit Impfschutz und "Challenge" (Infizieren eines Säugetiers mit einem virulenten Erreger) verwendet. In diesem Kontext be¬ deutet "homolog" "von der selben serologischen Variante eines Erregers stammend", und "heterolog" bedeutet "nicht von der sel¬ ben serologischen Variante eines Erregers stammend". Homologer Schutz bedeutet, daß das Impfantigen vor Erregern schützt, die ein Antigen tragen, das zur selben serologischen Variante gehört wie das Impfantigen. Heterologer Schutz bedeutet, daß das Impf¬ antigen auch einen Kreuzschutz vermittelt, das heißt, daß der Schutz auch gegen Erreger wirkt, die Antigene anderer serologi¬ scher Varianten tragen. Bisher wurden folgende Strategien zur Produktion von Osp-Lipoproteinen (OspA, OspB, OspC von Borrelia) verfolgt: Einerseits wurden die Wildtyp Osp-Lipoproteine direkt aus der Bakterienzellwand der Borrelien isoliert, andererseits wurden Gene, die für Osp-Lipoproteine kodieren, rekombinant in E.coli oder der Hefe Pichia pastoris exprimiert. Weiters wurden verschiedene rekombinante Osp-Fusionsproteine in E.coli expri¬ miert.The terms "homologous" and "heterologous" are used here in connection with vaccination protection and "challenge" (infecting a mammal with a virulent pathogen). In this context, "homologous" means "originating from the same serological variant of a pathogen" and "heterologous" means "not originating from the same serological variant of a pathogen". Homologous protection means that the vaccine antigen protects against pathogens that carry an antigen that belongs to the same serological variant as the vaccine antigen. Heterologous protection means that the vaccine antigen also provides cross protection, which means that the protection also acts against pathogens which carry the antigens of other serological variants. So far, the following strategies for the production of Osp lipoproteins (OspA, OspB, OspC from Borrelia) have been pursued: on the one hand, the wild-type Osp lipoproteins were isolated directly from the bacterial cell wall of the Borrelia, on the other hand, genes coding for Osp lipoproteins were recombinantly isolated in E. .coli or the yeast Pichia pastoris expressed. Furthermore, various recombinant Osp fusion proteins were expressed in E. coli.
Wildtyp Osp-Lipoproteine sind mit ihrem Membrananker in die Zellwand der Borrelien integriert. Um sie zu isolieren, muß zu¬ erst die Membranfraktion präpariert werden, danach werden die Osp-Lipoproteine aus der Membran extrahiert. Dies kann in effi¬ zienter Weise nur mit Detergenzien oder Substanzen, die wie Detergenzien wirken, erreicht werden (z.B. EP 522 560, WO 94/25596, WO 93/08299, Belisle et al. (1994), J. Bacteriol. 176: 2151-57). Detergenzien haben die Eigenschaft, daß sie an Lipo- proteine binden und sie so aus der sie umgebenden Membran lösen. Sie können aber nur sehr schwer und unter großen Verlusten an Produkt von den Lipoproteinen abgetrennt werden. Für die Appli¬ kation am Menschen ist jedoch die vollständige Abtrennung der Detergenzien notwendig. Weiters sind Lipoproteine aufgrund ihrer schlechten Löslichkeit in Abwesenheit von Detergenzien sehr schwer zu handhaben. In Abwesenheit von Detergenzien neigen Lipoproteine dazu, Aggregate auszubilden, was z.B. die Steril¬ filtration und die exakte Dosierung erschwert. Die Verwendung von Detergenzien ist also in der effizienten Impfstoffproduktion mit vielen Schwierigkeiten verbunden.Wild-type Osp lipoproteins are integrated with their membrane anchors into the cell wall of the Borrelia. In order to isolate them, the membrane fraction must first be prepared, then the Osp lipoproteins are extracted from the membrane. This can be achieved in an efficient manner only with detergents or substances which act like detergents (for example EP 522 560, WO 94/25596, WO 93/08299, Belisle et al. (1994), J. Bacteriol. 176: 2151-57). Detergents have the property that they bind to lipoproteins and thus release them from the membrane surrounding them. However, they can only be separated from the lipoproteins with great difficulty and with great losses of product. However, the detergents must be completely separated off for human application. Furthermore, lipoproteins are very difficult to handle due to their poor solubility in the absence of detergents. In the absence of detergents, lipoproteins tend to form aggregates, which complicates, for example, sterile filtration and exact dosing. The use of detergents is therefore associated with many difficulties in the efficient production of vaccines.
Gondolf et al. (1990, J. Chromatography 521:325-34) und Ma und Weis (1993, Infect. Immun. 61:3843-53) vermieden den Einsatz von Detergenzien dadurch, daß sie die Lipoproteine OspA und OspB mit n-Butanol extrahierten. n-Butanol erfüllte hierbei eine Deter- gens-artige Funktion, ohne aber ein echtes Detergens zu sein. Die Borrelien wurden hierbei nach Sonifikation einer Extraktion mit n-Butanol unterzogen. Die folgende Zentrifugation führte zur Ausbildung von drei Phasen, einer Butanol-Phase, einer Zwischen¬ phase und einer wäßrigen Phase. Die Lipoproteine OspA und OspB befanden sich teilweise in der wäßrigen Phase, aus der sie nach Dialyse mit chromatographischen Methoden gereinigt wurden.Gondolf et al. (1990, J. Chromatography 521: 325-34) and Ma and Weis (1993, Infect. Immun. 61: 3843-53) avoided the use of detergents by extracting the lipoproteins OspA and OspB with n-butanol. Here, n-butanol fulfilled a detergent-like function, but without being a real detergent. The Borrelia were subjected to extraction with n-butanol after sonification. The following centrifugation led to the formation of three phases, a butanol phase, an intermediate phase and an aqueous phase. The lipoproteins OspA and OspB were partly in the aqueous phase, from which they were purified after dialysis using chromatographic methods.
E. coli ist der Wirtsorganismus, der in der Gentechnik am häu¬ figsten verwendet wird, um rekombinante Proteine herzustellen. E. coli ist leicht zu kultivieren und gibt üblicherweise sehr hohe Ausbeuten. E. coli kann als Wirtsorganismus in allen Fällen angewendet werden, in denen keine posttranslatorischen Modifi¬ kationen oder nur solche, die auch von E. coli gemacht werden, benötigt werden, um ein funktionelles Protein zu erhalten.E. coli is the host organism that is most commonly used in genetic engineering to produce recombinant proteins. E. coli is easy to cultivate and usually gives very high yields. E. coli can be used as a host organism in all cases in which no post-translational modifications or only those which are also made by E. coli are required in order to obtain a functional protein.
Osp-Proteine von Borrelia werden natürlicherweise lipidiert, d.h. posttranslatorisch wird ein Lipidanteil am N-Terminus des Proteins angehängt. Viele Autoren haben schon darauf hingewie¬ sen, daß die Lipidierung für die Immunogenität der Osp-Lipopro¬ teine von Borrelia essentiell ist (WO 93/08299, Erdile et al. (1993), Infect. Immun. 61: 81-90; Belisle et al. (1994), J. Bacteriol. 176: 2151-57; Weis et al. (1994), Infect. Immun. 62:4632-36). Die Feststellung, daß E. coli rekombinante Osp- Proteine korrekt lipidiert, hat dazu geführt, daß die rekombi¬ nante Expression von Borrelien-Osp-Proteinen in E.coli in vielen Fällen die direkte Isolation der Osp-Proteine aus Borrelien ab¬ gelöst hat (WO 93/08299, Weis et al. (1994), Infect. Immun. 62:4632-36).Borrelia Osp proteins are naturally lipidated, ie post-translationally a lipid portion is attached to the N-terminus of the protein. Many authors have already indicated that lipidation is essential for the immunogenicity of the Osp lipoproteins from Borrelia (WO 93/08299, Erdile et al. (1993), Infect. Immun. 61: 81-90; Belisle et al. (1994) J. Bacteriol. 176: 2151-57; Weis et al. (1994) Infect. Immun. 62: 4632-36). The finding that E. coli recombinant Osp- Lipidifying proteins correctly has led to the recombinant expression of Borrelia Osp proteins in E. coli in many cases replacing the direct isolation of Osp proteins from Borrelia (WO 93/08299, Weis et al. (1994) Infect. Immun. 62: 4632-36).
Wie in Borrelia ist das lipidierte Osp-Protein in E. coli mit der Zellmembran zu assoziiert. Wie im Falle von Borrelia muß das Osp-Protein folglich mit Detergenzien aus der Zellmembran extra¬ hiert werden. Die Expression von rekombinanten Osp-Proteinen in E. coli verhindert also das schon oben beschriebene Problem der Zugabe von Detergenzien nicht. Der Einsatz von E.coli zur Ex¬ pression von Osp-Proteinen, erlaubt allerdings, Modifikationen in die rekombinanten Gene beziehungsweise Proteine einzuführen.As in Borrelia, the lipidated Osp protein in E. coli is associated with the cell membrane. As in the case of Borrelia, the Osp protein must consequently be extracted from the cell membrane with detergents. The expression of recombinant Osp proteins in E. coli therefore does not prevent the problem of adding detergents described above. However, the use of E. coli for the expression of Osp proteins allows modifications to be introduced into the recombinant genes or proteins.
Im N-Terminus verkürzte Varianten von OspA, die nicht mehr lipi¬ diert werden können, sind nicht mehr in der Zellmembran veran¬ kert. Dünn et al. (1990, Prot. Expr. Purif. 1:159-68) exprimier- ten ein rekombinantes OspA, dem die ersten 17 Aminosäuren des Wildtyps fehlten, in E. coli. Das N-terminal verkürzte OspA war nicht lipidiert und folglich in der Abwesenheit von Detergenzien löslich. Dieses nicht lipidierte OspA-Konstrukt war mit Seren von Lyme-Borreliose-Patienten detektierbar. Das heißt, daß zu¬ mindest einige der Borrelia-Epitope, die in Patienten eine Im¬ munantwort auslösen, in dem N-terminal verkürzten, nicht-lipi- dierten OspA vorhanden waren. Ein weiteres rekombinantes, nicht- lipidiertes OspA, dem die erste Aminosäure des Wildtyps fehlte, erwies sich im Tierversuch als nicht immunogen. (Erdile et al. (1993); Infect. Immun. 61: 81-90). Das Fehlen der Immunogenität wird von Erdile et al. experimentell eindeutig auf das Fehlen des Lipidanteils zurückgeführt. N-terminal verkürztes, nicht- lipidiertes OspA-Protein aus E.coli bietet demnach eine unzurei¬ chende Immunogenität, um in einem Impfstoff eingesetzt zu wer¬ den.Variants of OspA shortened in the N-terminus that can no longer be lipidated are no longer anchored in the cell membrane. Thin et al. (1990, Prot. Expr. Purif. 1: 159-68) expressed a recombinant OspA lacking the first 17 wild-type amino acids in E. coli. The N-terminal truncated OspA was not lipidated and consequently soluble in the absence of detergents. This non-lipidated OspA construct was detectable with sera from Lyme disease patients. This means that at least some of the Borrelia epitopes which trigger an immune response in patients were present in the N-terminally shortened, non-lipidated OspA. Another recombinant, non-lipidated OspA, which lacked the first wild-type amino acid, was not shown to be immunogenic in animal experiments. (Erdile et al. (1993); Infect. Immun. 61: 81-90). The lack of immunogenicity is reported by Erdile et al. experimentally clearly attributed to the lack of lipid content. N-terminally truncated, non-lipidated OspA protein from E. coli therefore offers insufficient immunogenicity in order to be used in a vaccine.
Fusionsproteine sind nach dem Stand der Technik ein weiterer Weg, um Osp-Proteine in E. coli zu exprimieren. Fusionen von OspA mit NS-1 (Nicht-Strukturelles Protein von Influenza; Gern et al. (1994), Immunol. Lett. 39: 249-58; Telford III et al. (1995), J. Infect. Dis. 171: 1368-70), von OspA, OspB und OspC mit Glutathion-S-Transferase (Padula et al. (1993), Infect. Immun. 61: 5097-105; Telford III et al. (1993), J. Exp. Med. 178: 755-58) und von OspC mit Maltose-Binding-Protein (Probert et al. (1994), Infect. Immun. 62: 1920-26) sind schon beschrie¬ ben. In diesen Fällen ist das jeweilige Osp-Protein aufgrund der N-terminalen Blockade durch das anfusionierte Protein nicht lipidiert. Die im Stand der Technik erwähnten Fusionspartner haben entweder eine stimulierende Wirkung auf das Immunsystem oder sie erleichtern Expression oder Reinigung des Fusionspro¬ teins. Die Idee der Fusionsproteine ist somit ein weiterer Ver¬ such, zwei große Probleme bei der Herstellung von Osp-Proteinen zu lösen: die stark verminderte Immunogenität der nicht lipi- dierten Osp-Proteine und die Schwierigkeit der Reinigung von Osp-Lipoproteinen für einen am Menschen einsetzbaren Impfstoff. Da die Fusionsproteine nicht lipidiert sind, sind sie nicht mit der Zellmembran assoziiert, sodaß zur Isolierung des jeweiligen Osp-Fusionsproteins kein Detergens benötigt wird. Fusionen mit Glutathion-S-Transferase und Maltose-Binding-Protein erlauben, das Fusionsprotein über die spezifischen Affinitäten des jewei¬ ligen, anfusionierten Proteins zu reinigen.According to the prior art, fusion proteins are a further way of expressing Osp proteins in E. coli. Fusions of OspA with NS-1 (Non-Structural Protein from Influenza; Gern et al. (1994), Immunol. Lett. 39: 249-58; Telford III et al. (1995), J. Infect. Dis. 171: 1368-70), by OspA, OspB and OspC with glutathione-S-transferase (Padula et al. (1993), Infect. Immun. 61: 5097-105; Telford III et al. (1993), J. Exp Med. 178: 755-58) and OspC with maltose binding protein (Probert et al. (1994), Infect. Immun. 62: 1920-26) have already been described. In these cases, the respective Osp protein is not lipidated due to the N-terminal blockade by the fused protein. The fusion partners mentioned in the prior art either have a stimulating effect on the immune system or they facilitate expression or purification of the fusion protein. The idea of fusion proteins is thus a further attempt to solve two major problems in the production of Osp proteins: the greatly reduced immunogenicity of the non-lipidated Osp proteins and the difficulty in cleaning Osp lipoproteins for a human usable vaccine. Since the fusion proteins are not lipidated, they are not associated with the cell membrane, so that no detergent is required to isolate the respective Osp fusion protein. Fusions with glutathione-S-transferase and maltose binding protein allow the fusion protein to be purified via the specific affinities of the respective fused protein.
Für eine Fusion von OspA mit dem 81 Aminosäuren langen N-Termi- nus von NS-1 konnte gezeigt werden, daß sowohl relative hohe Expressionsraten in E. coli erzielt werden, als auch, daß das Fusionsprotein mit homologem Immunserum reagiert (WO 93/04175). Aus der Reaktion mit homologem Immunserum schließen die Autoren, daß dieses Fusionsprotein die Fähigkeit hat, vor einer Infektion mit virulentem B.burgdorferi zu schützen. Diese Annahme wird aber in WO 93/04175 nicht mit experimentellen Daten belegt.For a fusion of OspA with the 81 amino acid long N-terminus of NS-1 it could be shown that both relatively high expression rates are achieved in E. coli and that the fusion protein reacts with homologous immune serum (WO 93/04175 ). The authors conclude from the reaction with homologous immune serum that this fusion protein has the ability to protect against infection with virulent B.burgdorferi. However, this assumption is not supported by experimental data in WO 93/04175.
Bei Fusionen, die den N-Terminus der Osp-Proteine blockieren, wird angenommen, daß das Fusionsprodukt nicht lipidiert ist. Die Immunogenität dieser nicht-lipidierten Osp-Fusionsproteine ist einerseits auf eine mögliche immunstimulierende Wirkung des an¬ fusionierten Proteins oder Proteinanteils zurückzuführen, ande¬ rerseits wird sie in der Literatur auf sehr hohe Dosen an Adju- vans zurückgeführt (WO 93/08299). Zudem haben solche Fusions¬ proteine den Nachteil, daß nicht nur Osp-Protein-spezifische Antigene im Immunogen vorliegen. Hohe Dosen an Adjuvantien müs¬ sen verwendet werden, wenn das Impfantigen eine schlechte Immu¬ nogenität hat. Da hohe Dosen an Adjuvantien das Nebenwirkungs- Risiko des Impfstoffes stark erhöhen, sind Impfantigene, die hohe Dosen an Adjuvans benötigen, für den Einsatz am Menschen nicht günstig (Gupta et al. (1995); Vaccine 13: 1263-76). Auch in der WO 93/08299 wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß ein Adjuvans-freier Impfstoff erstrebenswert ist. Deshalb ziehen die Erfinder der WO 93/08299 natives, also lipidiertes Osp-Protein dem nicht-lipidierten für die ImpfStoffentwicklung vor.For fusions that block the N-terminus of the Osp proteins, it is believed that the fusion product is not lipidated. The immunogenicity of these non-lipidated Osp fusion proteins is due on the one hand to a possible immunostimulating effect of the fused protein or protein portion, and on the other hand it is attributed in the literature to very high doses of adjuvants (WO 93/08299). In addition, such fusion proteins have the disadvantage that it is not only Osp protein-specific Antigens are present in the immunogen. High doses of adjuvants have to be used if the vaccine antigen has poor immunogenicity. Since high doses of adjuvants greatly increase the risk of side effects of the vaccine, vaccine antigens that require high doses of adjuvant are not favorable for use in humans (Gupta et al. (1995); Vaccine 13: 1263-76). WO 93/08299 also expressly points out that an adjuvant-free vaccine is desirable. Therefore, the inventors of WO 93/08299 prefer native, that is lipidated Osp protein, to the non-lipidated one for vaccine development.
Probert et al. (1994) beschreiben einen anderen Weg, der vor allem eine Lösung für die Reinigungsproblematik darstellt. Sie exprimieren ein OspC-MBP (Maltose-Binding-Protein)-Fusionspro¬ tein in E. coli und benutzen die Affinität von MBP zu Amylose, um das Fusionsprotein spezifisch anzureichern, indem sie es an einen Amylose-haltigen Träger binden. Nach der spezifischen Iso¬ lierung des Fusionsproteins, wird der MBP-Anteil vom Fusions¬ protein abgespaltet, sodaß im Endprodukt nur mehr OspC vorhanden ist. Im Gegensatz zum nativen OspC, fehlt dem so präparierten Endprodukt, das N-terminale Cystein. Auf DNA-Ebene wurde zwi¬ schen MBP und OspC eine Schnittstelle für Faktor Xa eingefügt, sodaß die beiden Proteine durch Faktor Xa-Aktivität gespalten werden konnten. Nachteilig bei dieser Methode ist, daß zusätz¬ liche Schritte, nämlich die Spaltungsreaktion mit Faktor Xa und die spätere Abtrennung von Faktor Xa und des abgespalteten MBP- Anteils, nötig sind. Die Gefahr, daß Spuren beider oder eines der beiden Stoffe im Impfstoff vorhanden ist, spricht gegen den Einsatz einer solchen zusätzlichen Spaltungsreaktion. Der Ein¬ satz einer Protease ist aber auch deshalb problematisch, weil zusätzliche Spaltstellen im Osp-Protein selbst vorliegen könn¬ ten. Die Protease-Reaktion würde in so einem Fall, das Endpro¬ dukt zerstören.Probert et al. (1994) describe another way, which is above all a solution to the cleaning problem. They express an OspC-MBP (maltose binding protein) fusion protein in E. coli and use the affinity of MBP for amylose to specifically enrich the fusion protein by binding it to an amylose-containing carrier. After the specific isolation of the fusion protein, the MBP portion is split off from the fusion protein, so that only OspC is present in the end product. In contrast to the native OspC, the end product thus prepared lacks the N-terminal cysteine. At the DNA level, an interface for factor Xa was inserted between MBP and OspC, so that the two proteins could be cleaved by factor Xa activity. A disadvantage of this method is that additional steps, namely the cleavage reaction with factor Xa and the subsequent separation of factor Xa and the MBP fraction which has been split off, are necessary. The risk that traces of both or one of the two substances is present in the vaccine speaks against the use of such an additional cleavage reaction. However, the use of a protease is also problematic because additional cleavage sites could be present in the Osp protein itself. In such a case, the protease reaction would destroy the end product.
In der WO 94/25596 wird unter anderem die Produktion von rekom¬ binantem OspC in der Hefe Pichia pastoris beschrieben. Das so erhaltene OspC erwies sich als immunogen und schützte im Tier¬ versuch vor homologem Challenge. Die Präparation von OspC aus Pichia wurde ohne den Einsatz von Detergenzien durchgeführt. Die Zellen wurden in einer isotonischen Pufferlösung mechanisch zer¬ kleinert, filtriert und zentrifugiert. Im Überstand vorhandenes OspC wurde anschließend über mehrere chromatographische Reini¬ gungsschritte angereichert. Der Nachteil dieser Methode ergibt sich daraus, daß die Zentrifugation keine Spezifität für OspC aufweist. Dadurch befindet sich auch ein Teil der aus Wirtszel¬ len und Medium stammenden Proteine im Überstand. Diese Proteine sind unerwünscht und müssen über mehrere, aufeinanderfolgende, chromatographische Schritte vom Produkt abgetrennt werden. Mit jedem chromatographischen Schritt ist aber ein hoher Verlust an Produkt verbunden. Außerdem kann nicht zweifelsfrei garantiert werden, daß Spuren von kontaminierenden Proteinen oder anderen Substanzen, wie Lipide, Nukleinsäuren und Kohlenhydrate, im Endprodukt vorhanden sind.WO 94/25596 describes, inter alia, the production of recombinant OspC in the yeast Pichia pastoris. The OspC obtained in this way proved to be immunogenic and protected against homologous challenge in animal experiments. The preparation of OspC from Pichia was carried out without the use of detergents. The Cells were mechanically broken up in an isotonic buffer solution, filtered and centrifuged. OspC present in the supernatant was then enriched over several chromatographic purification steps. The disadvantage of this method arises from the fact that the centrifugation has no specificity for OspC. As a result, some of the proteins originating from host cells and the medium are also present in the supernatant. These proteins are undesirable and must be separated from the product via several successive chromatographic steps. Every chromatographic step involves a high loss of product. In addition, it cannot be guaranteed beyond any doubt that traces of contaminating proteins or other substances such as lipids, nucleic acids and carbohydrates are present in the end product.
In der WO 95/21928 wird die Expression von heterologen Proteinen in methylotrophen Hefen, unter anderem Pichia, beschrieben. Als Beispiel für ein heterologes Protein wird unter anderen OspA be¬ schrieben. In der WO 95/21928 geht es hauptsächlich um hohe Aus¬ beuten, diese werden im Falle von OspA nach dem Aufbrechen der Zellen mit einer "French press" mit einem ELISA bestimmt. OspA wird nicht speziell gereinigt und auch nicht spezifisch charak¬ terisiert.WO 95/21928 describes the expression of heterologous proteins in methylotrophic yeasts, including Pichia. OspA is described as an example of a heterologous protein. WO 95/21928 is mainly concerned with high yields. In the case of OspA, these are determined after the cells have been broken up using a "French press" using an ELISA. OspA is not specially cleaned and is also not specifically characterized.
Trotz der schon im Stand der Technik bekannten Methoden zur Her¬ stellung eines Impfstoffes, gegen Lyme-Borreliose besteht also immer noch der Bedarf nach einem hochreinen Impfstoff, der be¬ denkenlos am Menschen eingesetzt werden kann und der einen brei¬ ten Impfschutz gegen die verschiedenen Stämme der Lyme-Borrelien vermittelt.Despite the methods already known in the prior art for producing a vaccine against Lyme disease, there is still a need for a high-purity vaccine which can be used unconditionally on humans and which offers broad vaccination protection against the various Strains of Lyme borrelia mediated.
Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbessertes Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von rekombinantem Osp-Pro¬ tein, insbesondere von rekombinantem OspC-Protein, zur Verfügung zu stellen, das eine einfache und effiziente Reinigung von immu¬ nologisch aktivem, rekombinantem Osp erlaubt.It is an object of the present invention to provide an improved process for the production and purification of recombinant Osp protein, in particular of recombinant OspC protein, which allows simple and efficient purification of immunologically active, recombinant Osp .
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von rekombinantem, von Borrelien-Osp abgeleitetem Osp aus eukaryontischen Wirtszellen, vorzugsweise Hefezellen, zur Verfügung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Wirtszellen lysiert werden und das Lysat mit einem organischen Lösungsmittel versetzt wird, unter Bedingun¬ gen, bei denen zelluläre Proteine im wesentlichen vollständig ausgefällt werden und rekombinantes Osp-Protein selektiv in Lö¬ sung bleibt, und das Osp-Protein aus der Lösung gereinigt und gewonnen wird. Aufgrund des außergewöhnlichen Lösungsverhaltens der rekombinanten Osp-Proteine, insbesondere des rekombinanten OspC, das sich von dem anderer Proteine stark unterscheidet, ist dieser Schritt sehr selektiv.The present invention provides a process for the recovery and purification of recombinant Osp derived from Borrelia Osp from eukaryotic host cells, preferably yeast cells. The method according to the invention is characterized in that the host cells are lysed and the lysate is mixed with an organic solvent, under conditions in which cellular proteins are substantially completely precipitated and recombinant Osp protein remains selectively in solution, and the Osp protein is purified from the solution and recovered. This step is very selective due to the extraordinary dissolution behavior of the recombinant Osp proteins, in particular the recombinant OspC, which is very different from that of other proteins.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten organischen Lö¬ sungsmittel sind als proteinfällende Lösungsmittel bekannt: Al¬ kohole, kurzkettige Ketone, Sulfoxide und Nitrile, vorzugsweise Methanol, Propanol-Isomere, Butanol-Isomere, DMSO, Acetonitril, Dioxan, Aceton und besonders bevorzugt Ethanol. Proteinfällende organische Lösungsmittel werden üblicherweise dazu verwendet, Proteine aus Lösungen auszufällen und nicht in Lösung zu halten. Das organische Lösungsmittel kann in diesem Fall als effizientes Fällungsreagens für verunreinigende Substanzen verwendet werden. Die meisten Proteine fallen unter den gemäß dem vorliegenden Verfahren verwendeten Bedingungen aus; durch ihre Assoziation mit Proteinen fallen auch die Nukleinsäuren zu 99,99% aus.The organic solvents used in the process according to the invention are known as protein-precipitating solvents: alcohols, short-chain ketones, sulfoxides and nitriles, preferably methanol, propanol isomers, butanol isomers, DMSO, acetonitrile, dioxane, acetone and particularly preferably ethanol. Protein-precipitating organic solvents are usually used to precipitate proteins from solutions and not to keep them in solution. In this case, the organic solvent can be used as an efficient precipitation reagent for contaminating substances. Most proteins precipitate under the conditions used in the present method; due to their association with proteins, 99.99% of the nucleic acids also precipitate.
Damit bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr hohe Se¬ lektivität schon im ersten Reinigungsschritt an. Die hohe Anrei¬ cherung der rekombinanten Osp-Proteine, insbesondere von rekom¬ binantem OspC, und die starke Abreicherung von kontaminierenden Substanzen in der Lösung reduzieren die Anzahl der notwendigen Folge-Reinigungsschritte, sodaß die hohen Ausbeuten der Expres¬ sion in Pichia im weiteren Verlauf der Reinigung nur minimal reduziert werden und der Aufwand für die weitere Reinigung auch minimal gehalten werden kann.The method according to the invention therefore offers a very high selectivity even in the first cleaning step. The high accumulation of the recombinant Osp proteins, in particular of recombinant OspC, and the strong depletion of contaminating substances in the solution reduce the number of subsequent cleaning steps required, so that the high yields of the expression in Pichia in the further course cleaning can be reduced only minimally and the effort for further cleaning can also be kept to a minimum.
Die Zugabe des organischen Lösungsmittels führt zur Ausfällung von verunreinigenden Proteinen und eines Großteils der Nuklein¬ säuren. Die Abtrennung der ausgefällten Substanzen von der z.B. rekombinantes OspC enthaltenden Lösung kann gemäß der vorliegen- den Erfindung durch Sedimentation oder Filtration erfolgen. Die Sedimentation wird vorzugsweise durch Zentrifugation be¬ schleunigt, sie kann aber auch durch längeres Stehenlassen er¬ folgen, wobei die ausgefällten Substanzen sich durch die Schwer¬ kraft der Erde am Boden des die Lösung beinhaltenden Gefäßes sammeln. Nach der Sedimentation kann die rekombinantes OspC ent¬ haltende Lösung vom ausgefällten Sediment abgenommen werden.The addition of the organic solvent leads to the precipitation of contaminating proteins and a large part of the nucleic acids. The separation of the precipitated substances from the solution containing, for example, recombinant OspC can be carried out according to the present the invention by sedimentation or filtration. The sedimentation is preferably accelerated by centrifugation, but it can also be carried out by leaving it to stand for a long time, the precipitated substances collecting at the bottom of the vessel containing the solution due to the gravity of the earth. After the sedimentation, the recombinant solution containing OspC can be removed from the precipitated sediment.
Bei der Filtration wird die rekombinantes OspC enthaltende Lö¬ sung über ein Filter von den ausgefällten Substanzen abgetrennt. Für die Filtration werden beispielsweise Sterilfilter verwendet. Die Filtration wird vorzugsweise in zwei Schritten durchgeführt. Für eine Vorfiltration wird ein relativ grobes Filter mit rela¬ tiv großer Porengröße verwendet, beispielsweise ein 1 μm Steril¬ filter. Anschließend wird für die Hauptfiltration ein feineres Filter mit kleinerer Porengröße verwendet, beispielsweise ein 0,2 um Sterilfilter.In the filtration, the recombinant solution containing OspC is separated from the precipitated substances using a filter. Sterile filters, for example, are used for the filtration. The filtration is preferably carried out in two steps. A relatively coarse filter with a relatively large pore size is used for a prefiltration, for example a 1 μm sterile filter. A finer filter with a smaller pore size is then used for the main filtration, for example a 0.2 μm sterile filter.
Nach der Fällung mit dem organischen Lösungsmittel und der Sedi¬ mentation oder Filtration enthält die rekombinantes OspC enthal¬ tende Lösung noch Phospholipide, Farbstoffe und geringe Spuren an Protein und Nukleinsäuren aus der Wirtszelle. Verglichen mit der Lösung vor der Fällung bleiben noch ca. 10% Proteine aus Wirtszellen und Medium, ca. 0,001% Nukleinsäuren und ca. 5% Li¬ pide nach der Fällung in Lösung. Diese können bevorzugterweise durch eine anschließende Umkehrphasenchromatographie von dem rekombinanten Osp-Protein, insbesondere OspC, sehr effizient abgetrennt werden.After the precipitation with the organic solvent and the sedimentation or filtration, the solution containing recombinant OspC also contains phospholipids, dyes and small traces of protein and nucleic acids from the host cell. Compared to the solution before the precipitation, approximately 10% proteins from the host cells and medium, approximately 0.001% nucleic acids and approximately 5% lipids remain in the solution after the precipitation. These can preferably be separated very efficiently from the recombinant Osp protein, in particular OspC, by a subsequent reverse phase chromatography.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Umkehrphasen- Chromatographie auch ohne einen vorangegangenen Reinigungs- schritt, wie etwa der Ausfällung von verunreinigenden Proteinen oder Nukleinsäuren durch organische Lösungsmittel (wie oben be¬ schrieben), zur Reinigung eines Osp-haltigen Ausgangsmaterials eingesetzt werden. Die vorliegende Erfindung umfaßt daher auch ein Verfahren zur Reinigung von Osp-Proteinen aus einem Osp- haltigen Ausgangsmaterial, bei dem das Osp-Protein selektiv an einen festen Träger geeignet zur Umkehrphasen-Chromatographie gebunden, gegebenenfalls gewaschen, und eluiert wird. Geeignete Materialien können dabei Träger aus Silikat, vorzugsweise Spherisorb 5C18, oder Kunststoffpolymeren, vorzugsweise Source PR15™ (Pharmacia) oder Amberchrome® CG 300 (Tosohaas) , sein.According to a further aspect of the invention, the reverse phase chromatography can also be used without a preceding purification step, such as the precipitation of contaminating proteins or nucleic acids by organic solvents (as described above), for the purification of an Osp-containing starting material. The present invention therefore also includes a process for the purification of Osp proteins from an Osp-containing starting material, in which the Osp protein is selectively bound to a solid support suitable for reverse-phase chromatography, optionally washed, and eluted. Suitable Materials can be carriers made of silicate, preferably Spherisorb 5C18, or plastic polymers, preferably Source PR15 ™ (Pharmacia) or Amberchrome ® CG 300 (Tosohaas).
Das Prinzip der Umkehrphasenchromatographie beruht darauf, daß sich Moleküle, abhängig von ihren spezifischen Affinitäten, zwi¬ schen einer festen, hydrophoben und einer flüssigen, hydrophilen Phase verteilen. Die erfindungsgemäßen Osp-Proteine, insbesonde¬ re OspC, haben eine hohe Affinität zum festen, hydrophoben Trä¬ ger, während kontaminierende Substanzen - die restlichen Prote¬ ine aus Wirtszellen und Medium, Nukleinsäuren, Phospholipide und Farbstoffe - in der flüssigen, hydrophilen Phase bleiben und vom festen Träger, an das Osp-Protein gebunden ist, abgetrennt wer¬ den. Üblicherweise ist der feste Träger an einer Säulenmatrix immobilisiert, sodaß die flüssige Phase, die die kontaminieren¬ den Substanzen enthält, durch die Säule durchfließt. Wenn der Träger in loser Form vorliegt, werden die Trägerpartikel von der flüssigen Phase abgetrennt und mit einem Elutionsmittel mit niedriger Elutionskraft gewaschen. Das Osp-Protein hat unter diesen Bedingungen eine höhere Affinität zum Träger als zur Lö¬ sung. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dieser Schritt be¬ sonders effizient in der Elimination von unerwünschten Proteinen aus Wirtszellen und Medium, Nukleinsäuren, Phospholipiden und Farbstoffen, eine Elimination, die bei der Fällung mit dem orga¬ nischen Lösungsmittel nicht vollständig stattfindet. Die Umkehr¬ phasenchromatographie nützt das besondere Lösungsverhalten des erfindungsgemäß erhaltenen, rekombinanten Osp-Protein, insbeson¬ dere OspC, in organischen Lösungsmitteln. Bei der Umkehrphasen¬ chromatographie wird das organische Lösungsmittel erfindungsge¬ mäß zum Eluieren des Osp-Proteins verwendet. Zuerst wird die z.B. rekombinantes OspC enthaltende Lösung mit einer wäßrigen Pufferlösung verdünnt und mit einem festen Träger in Kontakt ge¬ bracht. Die Bedingungen werden so eingestellt, daß Osp-Protein selektiv an den Träger bindet. Damit das erfindungsgemäße Osp- Protein an den Träger bindet, wird die Osp-Protein enthaltende Lösung mit dem organischen Lösungsmittel so verdünnt, daß die Lösungsmittelkonzentration eine niedrige Elutionskraft hat. Das erfindungsgemäß hergestellte Osp-Protein hat unter diesen Bedin¬ gungen eine höhere Affinität zum Träger als zur Lösung. Der Trä- ger kann aus Silikat, bevorzugt ist dabei Spherisorb 5C18, oder aus Kunststoffpolymeren sein, bevorzugt ist Source RP15™ (Phar¬ macia) oder Amberchrome® CG 300 (Tosohaas) . Der Träger kann in einer Säule gepackt vorliegen, er kann aber auch in loser Form mit der Lösung gemischt eingesetzt werden. In der verdünnten Lösung vorhandenes, rekombinantes Osp-Protein bindet selektiv an den Träger, während kontaminierende Phospholipide, Farbstoffe, Proteine und Nukleinsäuren nicht binden. Die Selektivität beruht hier auf der eingesetzten Konzentration des Konzentrationsgra¬ dienten und der Art des organischen Lösungsmittels.The principle of reverse phase chromatography is based on the fact that, depending on their specific affinities, molecules are distributed between a solid, hydrophobic and a liquid, hydrophilic phase. The Osp proteins according to the invention, in particular OspC, have a high affinity for the solid, hydrophobic carrier, while contaminating substances - the remaining proteins from host cells and medium, nucleic acids, phospholipids and dyes - remain in the liquid, hydrophilic phase and are separated from the solid support to which Osp protein is bound. The solid support is usually immobilized on a column matrix, so that the liquid phase, which contains the contaminating substances, flows through the column. When the carrier is in bulk, the carrier particles are separated from the liquid phase and washed with an eluent with low elution power. Under these conditions, the Osp protein has a higher affinity for the carrier than for the solution. In the method according to the invention, this step is particularly efficient in the elimination of unwanted proteins from host cells and medium, nucleic acids, phospholipids and dyes, an elimination which does not take place completely when precipitated with the organic solvent. Reverse phase chromatography takes advantage of the special solution behavior of the recombinant Osp protein obtained in accordance with the invention, in particular OspC, in organic solvents. In the reverse phase chromatography, the organic solvent is used according to the invention to elute the Osp protein. First, the solution containing, for example, recombinant OspC is diluted with an aqueous buffer solution and brought into contact with a solid carrier. The conditions are set so that Osp protein selectively binds to the carrier. So that the Osp protein according to the invention binds to the carrier, the solution containing Osp protein is diluted with the organic solvent so that the solvent concentration has a low elution power. Under these conditions, the Osp protein produced according to the invention has a higher affinity for the carrier than for the solution. The wearer is ger can of silicate, preferably is Spherisorb 5C18, or made of plastic polymers, preferably source RP15 ™ (Phar¬ macia) or Amber Chrome ® CG 300 (TosoHaas). The carrier can be packed in a column, but can also be used in bulk with the solution. Recombinant Osp protein present in the diluted solution binds selectively to the carrier, while contaminating phospholipids, dyes, proteins and nucleic acids do not bind. The selectivity here is based on the concentration of the concentration gradient used and the type of organic solvent.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Ethanol als Lösungsmittel eingesetzt, vorzugsweise in einer Konzentration um 45%. Nach dem Waschen des Trägermaterials durch Spülen mit einem Elutionsmittel mit niedriger Elutionskraft, beispielsweise einer physiologischen Pufferlösung mit 35%, 40% oder 45% Ethanol, wird das Osp-Protein, insbesondere OspC, se¬ lektiv mit einem organischen Lösungsmittel in hoher Konzentra¬ tion bzw. mit hoher Elutionskraft von der Säule eluiert. Ein Lösungsmittel mit hoher Elutionskraft veranlaßt das an den Trä¬ ger gebundene Osp-Protein, insbesondere OspC, sich von diesem abzulösen und im Lösungsmittel in Lösung zu gehen.In a preferred embodiment of the present invention, ethanol is used as the solvent, preferably in a concentration of around 45%. After washing the carrier material by rinsing with an eluent with low elution power, for example a physiological buffer solution with 35%, 40% or 45% ethanol, the Osp protein, in particular OspC, becomes selective with an organic solvent in high concentration or eluted from the column with high elution power. A solvent with high elution power causes the Osp protein, in particular OspC, bound to the support to detach from it and to dissolve in the solvent.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Ethanol in einer Konzentration zwischen 50% und 60%, bevor¬ zugt zwischen 52% und 57%, besonders bevorzugt 55%, verwendet. Das zur Elution verwendete organische Lösungsmittel kann das selbe Lösungsmittel sein, das im ersten Schritt zur Fällung ver¬ wendet wurde, es kann aber auch ein anderes organisches Lösungs¬ mittel sein. Es kann in einer ausgewählten Konzentration einge¬ setzt werden oder als Gradient zwischen zwei verschiedenen Kon¬ zentrationen. In jedem Fall liegen die Konzentrationen im Be¬ reich von 10% bis 90%, vorzugsweise von 20% bis 70% und beson¬ ders bevorzugt im Bereich von 40% bis 60% vor. Das organische Lösungsmittel wird je nach gewünschter Konzentration in wäßriger Pufferlösung verdünnt. Die wäßrige Pufferlösung kann beispiels¬ weise eine phosphatgepufferte Natrium-Chlorid-Lösung, Tris-Puf- fer oder Citratpuffer sein. Bevorzugte organische Lösungsmittel im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind aus der Gruppe der proteinfällenden Substanzen ausgewählt, insbesondere der ein- oder mehrwertigen Alkohole, der kurzkettigen Ketone, der Sulfoxide oder Nitrile, vorzugswei¬ se Methanol, n-Propanol, 2-Propanol und andere Isomere des Pro- panols, t-Butanol, 2-Butanol und andere Isomere des Butanols, DMSO, Acetonitril, Dioxan oder Aceton und besonders bevorzugt Ethanol.In a further embodiment of the present invention, ethanol is used in a concentration between 50% and 60%, preferably between 52% and 57%, particularly preferably 55%. The organic solvent used for elution can be the same solvent that was used for the precipitation in the first step, but it can also be a different organic solvent. It can be used in a selected concentration or as a gradient between two different concentrations. In any case, the concentrations are in the range from 10% to 90%, preferably from 20% to 70% and particularly preferably in the range from 40% to 60%. Depending on the desired concentration, the organic solvent is diluted in aqueous buffer solution. The aqueous buffer solution can be, for example, a phosphate-buffered sodium chloride solution, Tris buffer or citrate buffer. Preferred organic solvents in the context of the present invention are selected from the group of protein-precipitating substances, in particular monohydric or polyhydric alcohols, short-chain ketones, sulfoxides or nitriles, preferably methanol, n-propanol, 2-propanol and other isomers of Propanols, t-butanol, 2-butanol and other isomers of butanol, DMSO, acetonitrile, dioxane or acetone and particularly preferably ethanol.
Das organische Lösungsmittel kann ein einziges organisches Lö¬ sungsmittel in wäßriger, gepufferter Lösung sein oder ein Ge¬ misch aus verschiedenen organischen Lösungsmitteln darstellen. Das in den verschiedenen Reinigungsschritten des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens verwendete organische Lösungsmittel kann in allen Schritten dasselbe sein, es können aber auch in einem Reinigungsverfahren in verschiedenen Schritten verschiedene or¬ ganische Lösungsmittel eingesetzt werden.The organic solvent can be a single organic solvent in aqueous, buffered solution or a mixture of various organic solvents. The organic solvent used in the different cleaning steps of the process according to the invention can be the same in all steps, but different organic solvents can also be used in different steps in a cleaning process.
Wie schon oben erwähnt, sollte ein Impfstoff, der einen effi¬ zienten Schutz vor Lyme-Borreliose vermittelt, vor allen sero¬ logischen Subtypen der Lyme-Borrelien schützen. Daher ist es sinnvoll, eine polyvalente Mischvakzine mit breiter Wirksamkeit zur Verfügung zu stellen. "Polyvalente Mischvakzine" heißt hier, daß der Impfstoff verschiedene serologische Subtypen der Osp- Proteine, insbesondere von OspC enthält. Für die großtechnische Produktion eines solchen polyvalenten Impfstoffes ist es wün¬ schenswert, eine einheitliche Gewinnungs- und Reinigungsmethode für die verschiedenen Bestandteile zu haben. Die bisher zur Ver¬ fügung stehenden chromatographischen Verfahren mußten jedoch, um das jeweilige Osp-Protein von kontaminierenden Substanzen abzu¬ trennen, sehr spezifisch auf jede Osp-Variante eingestellt wer¬ den. Denn schon kleinste Unterschiede in der Aminosäuresequenz, wie sie bei den verschiedenen serologischen Varianten der Osp- Proteine vorkommen, können das Verhalten der Proteine in den hochspezifischen, chromatographischen Verfahren so verändern, daß die Reinigungseffizienz beeinträchtigt ist.As already mentioned above, a vaccine that provides effective protection against Lyme disease should protect against all serological subtypes of Lyme disease. Therefore, it makes sense to provide a polyvalent mixed vaccine with broad effectiveness. "Polyvalent mixed vaccine" means here that the vaccine contains various serological subtypes of the Osp proteins, in particular of OspC. For the large-scale production of such a polyvalent vaccine, it is desirable to have a uniform extraction and purification method for the various components. However, in order to separate the respective Osp protein from contaminating substances, the chromatographic methods previously available had to be adjusted very specifically to each Osp variant. Because even the smallest differences in the amino acid sequence, as they occur with the different serological variants of the Osp proteins, can change the behavior of the proteins in the highly specific, chromatographic processes so that the cleaning efficiency is impaired.
Viele der schon bekannten chromatographischen Verfahren basieren auf der Tatsache, daß Osp, insbesondere OspC, nicht oder nur sehr schwach an die für die klassische Proteinreinigung verwen¬ deten Trägermaterialien, wie sie in Ionenaustauschern und hydro¬ phoben Interaktionsgelen verwendet werden, bindet. Das Reini¬ gungsverfahren läuft demzufolge als sogenannte "Negativ-Chroma¬ tographie" ab, das bedeutet, daß stufenweise die zu eliminieren¬ den Substanzen durch Binden an verschiedene Träger aus der Osp (OspC) enthaltenden Lösung entfernt werden, während Osp (OspC) immer im Durchfluß zu finden ist. Nach einer Reihe solcher Schritte sollte dann Osp (OspC) in gereinigter Form vorliegen. Diese Methode ist arbeitsintensiv, außerdem ist die Gefahr, kon¬ taminierende Substanzen im Durchfluß "mitzunehmen" sehr groß. Die "Negativ-Chromatographie" muß immer auf die jeweilige Osp- Variante abgestimmt werden, wobei aber auch schon Osp-Varianten gefunden wurden, auf die ein solches Verfahren nicht angewandt werden kann.Many of the already known chromatographic methods are based on the fact that Osp, in particular OspC, does not or only binds very weakly to the carrier materials used for classic protein purification, as are used in ion exchangers and hydrophobic interaction gels. The cleaning process accordingly takes place as so-called "negative chromatography", which means that the substances to be eliminated are gradually removed from the solution containing Osp (OspC) by binding to various carriers, while Osp (OspC) always can be found in the flow. After a series of such steps, Osp (OspC) should then be in a purified form. This method is labor-intensive, and the risk of "taking" contaminating substances in the flow is very great. The "negative chromatography" must always be matched to the respective Osp variant, although Osp variants have also been found to which such a method cannot be applied.
Methoden, die auf die jeweilige Osp-Variante eingestellt werden müssen sind arbeitsintensiv und teuer und deshalb im großtechni¬ schen Bereich nicht zufriedenstellend. Jeder Verfahrensschritt muß auf seine abreichernde Wirkung auf kontaminierende Substan¬ zen überprüft und validiert werden. Viele aufeinanderfolgende Verfahrensschritte führen weiters zu großen Verlusten an Pro¬ dukt, da bei jedem Schritt mit bestimmten Verlusten gerechnet werden muß.Methods that have to be adjusted to the respective Osp variant are labor-intensive and expensive and therefore unsatisfactory in the large-scale area. Each process step must be checked and validated for its depleting effect on contaminating substances. Many successive process steps also lead to large losses of product, since certain losses must be expected with each step.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von rekombinantem Osp, insbesondere OspC, ist maximal selektiv bei einem Minimum an Verfahrensschritten, wodurch der Produktverlust reduziert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle serotypischen Varianten von Osp, insbesondere OspC, anwendbar und damit im großtechnischen Maßstab realisierbar. Ein Minimum an Verfahrensschritten bedingt weiters ein Minimum an Kontamina¬ tionsmöglichkeiten. Das nach dem in der WO 94/25596 beschriebe¬ nen Verfahren gereinigte Osp (OspC) enthält bis zu 20% Bruch¬ stücke und Abbauprodukte. Das erfindungsgemäße Verfahren führt aufgrund der geringen Anzahl an notwendigen Verfahrensschritten nur zu maximal 5 % Bruchstücken und Abbauprodukten.The process according to the invention for the production and purification of recombinant Osp, in particular OspC, is maximally selective with a minimum of process steps, as a result of which the product loss is reduced. The method according to the invention can be used for all serotypic variants of Osp, in particular OspC, and can therefore be implemented on an industrial scale. A minimum of procedural steps also requires a minimum of contamination options. The Osp (OspC) purified by the process described in WO 94/25596 contains up to 20% of fragments and degradation products. Due to the small number of necessary process steps, the process according to the invention only leads to a maximum of 5% of fragments and degradation products.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens werden Hefezellen, vorzugsweise Pichia pastoris, die erfindungsgemäßes rekombinantes OspC exprimieren, in einem Tris- Puffer (pH 7,5) suspendiert und in einem Manton-Gaulin-Homogeni- sator aufgebrochen. Die festen Bestandteile der Zellen werden durch Zentrifugation von der Lösung abgetrennt. Ethanol wird zur Lösung bis zu einer Endkonzentration von 50% zugegeben. Nach einer einstündigen Inkubation bei Raumtemperatur wird der ent¬ standene Niederschlag durch Zentrifugation von der Lösung abge¬ trennt. Die Lösung wird mit Tris-Puffer (pH 7,5) auf 45 % Etha¬ nol verdünnt und auf eine Chromatographiesäule, gefüllt mit Source RP15™ (Pharmacia), aufgetragen. Mit einem Ethanolgra- dienten zwischen 45% und 70% wird OspC von der Säule eluiert, wobei die UV-Absorption des Effluents kontinuierlich gemessen wird. Unter diesen Bedingungen eluiert rekombinantes OspC bei einer Ethanolkonzentration zwischen 52% und 57%. Die OspC- ent¬ haltenden Fraktionen werden vereint und gegen einen physiolo¬ gisch verträglichen Puffer, beispielsweise Phosphatpuffer, mit¬ tels Gelfiltration, beispielsweise über Sephadex G25, umgepuf¬ fert. Danach erfolgt eine Aufkonzentration mittels Ultrafiltra¬ tion durch Membranen mit einer Ausschlußgrenze von 5000 Da, bei¬ spielsweise Omega 5K (Filtron).In a special embodiment of the inventive In this way, yeast cells, preferably Pichia pastoris, which express recombinant OspC according to the invention are suspended in a Tris buffer (pH 7.5) and broken up in a Manton-Gaulin homogenizer. The solid components of the cells are separated from the solution by centrifugation. Ethanol is added to the solution up to a final concentration of 50%. After incubation for one hour at room temperature, the precipitate formed is separated from the solution by centrifugation. The solution is diluted to 45% ethanol with Tris buffer (pH 7.5) and applied to a chromatography column filled with Source RP15 ™ (Pharmacia). With an ethanol gradient between 45% and 70%, OspC is eluted from the column, the UV absorption of the effluent being measured continuously. Under these conditions, recombinant OspC elutes at an ethanol concentration between 52% and 57%. The OspC-containing fractions are combined and re-buffered against a physiologically compatible buffer, for example phosphate buffer, by means of gel filtration, for example over Sephadex G25. This is followed by concentration by means of ultrafiltration through membranes with an exclusion limit of 5000 Da, for example Omega 5K (Filtron).
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein rekombinantes OspC zur Verfügung gestellt, das dadurch gekenn¬ zeichnet ist, daß es nicht-lipidiert ist und lediglich aus dem Proteinanteil des B. burgdorferi OspC-Lipoproteins besteht. Die¬ ses nicht-lipidierte OspC-Protein stellt demnach ein OspC-Apo- protein dar, also ein Lipoprotein, dem der Lipidanteil voll¬ ständig fehlt. Das OspC gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist daher komplettes, nicht-fusioniertes OspC. Überraschenderweise wurde gefunden, daß das erfindungsgemäße rekombinante OspC aus Pichia pastoris nicht-lipidiert und hoch immunogen ist. Dies war insbesondere deshalb überraschend, da für nicht-lipidiertes OspA festgestellt wurde, daß seine Immunogenität im Vergleich zu li- pidiertem OspA stark herabgesetzt ist (Weis et al. , 1994; In¬ fect. Immun. 62:4632-36). Das erfindungsgemäße OspC zeichnet sich weiters dadurch aus, daß es in organischen Lösungsmitteln mit proteinfällender Wirkung, wie zum Beispiel in 50%-igem Ethanol, löslich ist. Es zeigte sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß die Expression von einem für nicht-verkürztes OspC kodierenden Gen in Hefe, vorzugsweise in Pichia pastoris, überraschenderweise zu einem OspC-Protein führte, dem der Lipidanteil fehlte. "Nicht verkürzt" bedeutet, daß das rekombinante OspC auf Aminosäuren- Ebene dem prozessierten, nativen OspC entspricht und das N-ter- minale Cystein vorhanden ist. Der Grund für das Fehlen des Li- pidanteils ist, daß Pichia pastoris ein für diese posttransla- torische Modifikation des OspC notwendiges Enzymsystem, wie es in Bakterien (Borrelia, E. coli) vorkommt, fehlt. Als Konsequenz des Fehlens des Lipidanteils ist das erfindungsgemäße OspC-Pro¬ tein nicht mit der Membran der Wirtszelle assoziiert, sondern liegt im Cytosol der Wirtszelle vor.According to a further aspect of the present invention, there is provided a recombinant OspC which is characterized in that it is non-lipidated and consists only of the protein portion of the B. burgdorferi OspC lipoprotein. This non-lipidated OspC protein accordingly represents an OspC apoprotein, ie a lipoprotein which completely lacks the lipid portion. The OspC according to this aspect of the invention is therefore a complete, unfused OspC. Surprisingly, it was found that the recombinant OspC from Pichia pastoris according to the invention is non-lipidated and highly immunogenic. This was particularly surprising since it was found for non-lipidated OspA that its immunogenicity is greatly reduced compared to lipidated OspA (Weis et al., 1994; Infect. Immun. 62: 4632-36). The OspC according to the invention is further characterized in that it is soluble in organic solvents with a protein-precipitating effect, such as, for example, in 50% ethanol. It was shown in the context of the present invention that the expression of a gene coding for non-truncated OspC in yeast, preferably in Pichia pastoris, surprisingly led to an OspC protein which lacked the lipid portion. "Not shortened" means that the recombinant OspC at the amino acid level corresponds to the processed, native OspC and the N-terminal cysteine is present. The reason for the lack of the lipid portion is that Pichia pastoris lacks an enzyme system necessary for this post-translational modification of the OspC, as it occurs in bacteria (Borrelia, E. coli). As a consequence of the absence of the lipid portion, the OspC protein according to the invention is not associated with the membrane of the host cell, but is present in the cytosol of the host cell.
Üblicherweise dienen Lösungsmittel, wie sie gemäß der vorliegen¬ den Erfindung verwendet werden, dazu, Proteine aus Lösungen aus¬ zufällen. Um so überraschender war es daher, daß das erfindungs¬ gemäße, rekombinante OspC nicht mit den anderen Proteinen, z.B. zellulären Proteinen oder Proteinbestandteilen des Mediums, aus¬ fällt, wenn organische Lösungsmittel zugegeben werden, sondern in organischen Lösungsmitteln löslich ist. Diese besondere Ei¬ genschaft wurde bisher noch nie mit OspC assoziiert. Für die Entwicklung eines neuen Reinigungsverfahrens für OspC ist diese besondere Form der Löslichkeit sehr wichtig. Wichtig für die ImpfstoffProduktion ist weiters, daß diese Eigenschaft auf alle bisher getesteten, serologischen OspC-Varianten zutrifft.Solvents, as are used according to the present invention, usually serve to precipitate proteins from solutions. It was therefore all the more surprising that the recombinant OspC according to the invention did not coexist with the other proteins, e.g. cellular proteins or protein components of the medium, fails if organic solvents are added, but is soluble in organic solvents. This special property has never been associated with OspC. This particular form of solubility is very important for the development of a new cleaning process for OspC. It is also important for vaccine production that this property applies to all serological OspC variants tested so far.
Das erfindungsgemäß gereinigte, rekombinante OspC vermittelt einen hoch effizienten Impfschutz vor homologem Challenge und auch einen überraschend hohen Impfschutz vor heterologem Challenge. Die Immunogenität des erfindungsgemäß gereinigten, rekombinanten, nicht-lipidierten OspC ist um so überraschender, als in der vorhandenen Literatur beschrieben ist, daß die Osp- Proteine von Borrelia nur immunogen sind, wenn sie einen Lipid¬ anteil tragen. Das erfindungsgemäß gereinigte, rekombinante OspC ist weiters hochrein und frei von sämtlichen für den Menschen gefährlichen Kontaminationen wie Proteinen der Wirtszelle, Pro¬ teinen aus dem Nährmedium, Nukleinsäuren, pyrogenen und toxi- sehen Substanzen und Lipiden. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens zur seiner Gewinnung und Reinigung, ist das erfin¬ dungsgemäße, rekombinante OspC 100% frei von Detergenzien. Das erfindungsgemäß gereinigte OspC erweist sich im Tierversuch als vollkommen pyrogenfrei nach USP (United States Pharmacopoia) . Seine Verträglichkeit wurde weiters in anomalen Toxizitätstests nach USP und in Tests auf Dermoreaktivität nach USP nachgewie¬ sen. Es kann gefahrlos in am Menschen einzusetzenden Impfstoff- präparaten beinhaltet sein. Aufgrund seiner hohen Immunogenität benötigt das erfindungsgemäße OspC nur geringe Zugaben an Ad¬ juvans.The recombinant OspC purified according to the invention provides highly efficient vaccination protection against homologous challenge and also surprisingly high vaccination protection against heterologous challenge. The immunogenicity of the recombinant, non-lipidated OspC purified according to the invention is all the more surprising since it is described in the available literature that the Osp proteins from Borrelia are only immunogenic if they carry a lipid portion. The recombinant OspC purified according to the invention is furthermore highly pure and free of all contaminations which are dangerous for humans, such as proteins of the host cell, proteins from the nutrient medium, nucleic acids, pyrogenic and toxic see substances and lipids. Because of the method according to the invention for its extraction and purification, the recombinant OspC according to the invention is 100% free of detergents. The OspC purified according to the invention proves to be completely pyrogen-free according to USP (United States Pharmacopoia) in animal experiments. Its tolerance has also been demonstrated in abnormal toxicity tests according to USP and in tests for dermoreactivity according to USP. It can be safely contained in human vaccines. Because of its high immunogenicity, the OspC according to the invention requires only small additions to adjuvants.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine OspC-Präparation, welche durch das erfindungsgemäße Reini¬ gungsverfahren erhältlich ist.According to a further aspect, the present invention relates to an OspC preparation which can be obtained by the cleaning method according to the invention.
Zur Herstellung von rekombinantem OspC gemäß der vorliegenden Erfindung wurde ein Polynukleotid-Molekül, das für OspC kodiert, in einem entsprechenden Vektor in die Wirtszelle eingebracht. Ein Polynukleotid-Molekül, das für OspC kodiert, wird hier in weiterer Folge als "OspC-Gen" bezeichnet.To produce recombinant OspC according to the present invention, a polynucleotide molecule which codes for OspC was introduced into the host cell in a corresponding vector. A polynucleotide molecule which codes for OspC is hereinafter referred to as "OspC gene".
Das OspC-Gen kann nach dem Fachmann bekannten Methoden aus Bor¬ relia präpariert und in ein Vektormolekül inseriert werden (PCR, "Screening" von Genbanken, Klonierung; z.B.: Maniatis et al. , MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL; Cold Spring Harbor Laboratories (1982)). Das OspC-Gen kann aber auch synthetisch mit einem sogenannten Gene-Assembler hergestellt werden. Das OspC-Gen wird 3' von expressionssteuernden Sequenzen (Promotor; Enhancer, Ribosomen-Bindungsstelle) in das Vektormolekül inse¬ riert. Expressionssteuernde Sequenzen bewirken die Transkription und Translation eines entsprechenden Gens, sie können auch auf Transkription oder Translation verstärkend wirken. Die expres¬ sionssteuernden Sequenzen werden nach dem Fachmann bekannten Kriterien so gewählt, daß sie hohe Produktionsraten in der aus¬ gewählten Wirtszelle liefern. Die Produktionsraten des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens liegen im Bereich von 0,1 mg/g Feucht¬ zellmasse (FZM) bis 100 mg/g FZM, bevorzugt im Bereich von 1 mg/g FZM. Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Wirtszelle ist eine eukaryontische Zelle, bevorzugt eine Hefezelle. Vorzugs¬ weise ist die Hefezelle aus der folgenden Gruppe ausgewählt: Hansenula sp., Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, besonders bevorzugt ist Pichia pastoris. Erfindungsgemäß werden die expressionssteuernden Sequenzen so gewählt, daß sie für die Expression von rekombinantem Osp-Proteinen, insbesondere OspC, in Hefezellen geeignet sind. Es können zur Expression so¬ wohl konstitutive als auch induzierbare Promotoren gewählt wer¬ den. Induzierbare Promotoren werden erst durch die Zugabe eines Induktormoleküles aktiv, sie sind gezielt zur Produktion "ein¬ schaltbar" . Induzierbare Promotoren sind beispielsweise die Promotoren von ADH2, AOX, Isocytochrom C, Azidphosphatase, Enzy¬ men, die mit dem Stickstoffmetabolismus assoziiert sind, Metal- lothionein, Glyceraldehyd-3-Phosphatase Dehydrogenase und Enzy¬ men, die im Galaktose- und Maltose-Metabolismus aktiv sind. Kon¬ stitutive Promotoren sind beispielsweise PGKl- und ADHl-Promotor und die Promotoren von 3-Phosphoglyceratkinase und anderer gly- colytischer Enzyme wie beispielsweise Enolase, Hexokinase, Py- ruvat-Decarboxylase, Phosphofruktokinase, Glukose-6-Phosphat Isomerase, Pyruvatkinase und Glukokinase.The OspC gene can be prepared from Borrelia by methods known to those skilled in the art and inserted into a vector molecule (PCR, “screening” of gene banks, cloning; for example: Maniatis et al., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL; Cold Spring Harbor Laboratories (1982)). The OspC gene can also be produced synthetically using a so-called gene assembler. The OspC gene is inserted 3 'from expression-controlling sequences (promoter; enhancer, ribosome binding site) into the vector molecule. Expression-controlling sequences bring about the transcription and translation of a corresponding gene; they can also have an enhancing effect on transcription or translation. The expression-controlling sequences are chosen according to criteria known to the person skilled in the art so that they deliver high production rates in the selected host cell. The production rates of the process according to the invention are in the range from 0.1 mg / g wet cell mass (FZM) to 100 mg / g FZM, preferably in the range from 1 mg / g FZM. The host cell used in the method according to the invention is a eukaryotic cell, preferably a yeast cell. The yeast cell is preferably selected from the following group: Hansenula sp., Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Pichia pastoris is particularly preferred. According to the invention, the expression-controlling sequences are chosen such that they are suitable for the expression of recombinant Osp proteins, in particular OspC, in yeast cells. Both constitutive and inducible promoters can be selected for expression. Inducible promoters only become active when an inductor molecule is added; they can be "switched on" specifically for production. Inducible promoters are, for example, the promoters of ADH2, AOX, isocytochrome C, azide phosphatase, enzymes which are associated with nitrogen metabolism, metalothionein, glyceraldehyde-3-phosphatase dehydrogenase and enzymes which are involved in galactose and maltose metabolism are active. Constitutive promoters are, for example, PGKl and ADHl promoters and the promoters of 3-phosphoglycerate kinase and other glycolytic enzymes such as, for example, enolase, hexokinase, pyruvate decarboxylase, phosphofructokinase, glucose-6-phosphate isomerase, pyruvate kinase and glucokinase.
Das Vektormolekül zur Expression von Osp (OspC) kann in der He- fezelle im Cytoplasma vorliegen, beispielsweise als YEp, YRp, YCp oder YAC oder es kann in das Genom der Hefezelle integrie¬ ren, beispielsweise als YIp. Weiters sind sogenannte "Shuttle- Vektoren" günstig, die sowohl in Hefezellen als auch in Bakte¬ rien, beispielsweise E. coli vermehrt werden können. Ein Bei¬ spiel für einen "Shuttle-Vektor" ist pHIL-Al (Phillips Petrole¬ um) der in Pichia pastoris und in E. coli vermehrt werden kann (WO 94/25596).The vector molecule for the expression of Osp (OspC) can be present in the yeast cell in the cytoplasm, for example as YEp, YRp, YCp or YAC, or it can be integrated into the genome of the yeast cell, for example as YIp. Furthermore, so-called "shuttle vectors" are favorable, which can be propagated both in yeast cells and in bacteria, for example E. coli. An example of a "shuttle vector" is pHIL-Al (Phillips Petroleum) which can be propagated in Pichia pastoris and in E. coli (WO 94/25596).
Das OspC-Gen kodiert für ein OspC-Molekül, das mit einer Borre¬ lia Wildtyp-Variante identisch ist oder davon abgeleitet ist. Abgeleitet heißt hier, daß das Gen für ein rekombinantes OspC- Protein kodiert, das soweit mit der ursprünglichen Variante ident ist, daß gegen die ursprüngliche Variante gerichtete Anti¬ körper das rekombinante OspC erkennen. Das Gen kann gentechnisch modifiziert sein, es kann gentechnisch eingeführte Mutationen enthalten, und es kann im 5 ' - und 3 ' -Bereich Nukleotidsequenzen enthalten, die seine Expression in einer gewünschten Art und Weise beeinflussen. Wenn die Wirtszelle Pichia pastoris ist, kann das Gen beispielsweise unter die Kontrolle eines für Pichia spezifischen Promotors, zum Beispiel des mit Methanol induzier¬ baren A0X-1-Promotors gestellt werden. Zur Transformation und wenn nötig auch zur Expression in der Wirtszelle ist das Gen in einem Vektor enthalten. Die Art des Vektors hängt hier vor allem von der Wirtszelle ab, und die Auswahl des richtigen Vektors ist nach dem Fachmann bekannten Kriterien zu treffen. Erfindungsge¬ mäß soll der verwendete Vektor eine effiziente Expression über einen langen Zeitraum zulassen. Wenn die Wirtszelle Pichia pa¬ storis ist, ist der Vektor vorzugsweise pHIL-Al (Phillips Petroleum) und das OspC-Gen steht unter der Kontrolle des mit Methanol induzierbaren AOX-1 Promotors. In einer besonderen Ausführungsform werden die pHIL-Al-Konstrukte konstruiert wie in WO 94/25596, beispielsweise pPC-PP4. Das inserierte OspC-Gen stammt wie in WO 94/25596 von den B.burgdorferi Stämmen B31, PKO, ZS7, KL10 oder E61, es kann aber auch von jedem anderen in Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) beschriebenen RFLP-Typ stammen, beziehungsweise abgeleitet sein.The OspC gene codes for an OspC molecule which is identical to or derived from a Borreia wild-type variant. Derived here means that the gene codes for a recombinant OspC protein which is so far identical to the original variant that antibodies directed against the original variant recognize the recombinant OspC. The gene can be genetically engineered modified, it can contain genetically introduced mutations, and it can contain nucleotide sequences in the 5 'and 3' region which influence its expression in a desired manner. If the host cell is Pichia pastoris, the gene can be placed, for example, under the control of a Pichia-specific promoter, for example the A0X-1 promoter which is inducible with methanol. The gene is contained in a vector for transformation and if necessary also for expression in the host cell. The type of vector here depends primarily on the host cell, and the selection of the correct vector is to be made according to criteria known to those skilled in the art. According to the invention, the vector used should allow efficient expression over a long period of time. If the host cell is Pichia pa storis, the vector is preferably pHIL-Al (Phillips Petroleum) and the OspC gene is under the control of the methanol-inducible AOX-1 promoter. In a special embodiment, the pHIL-Al constructs are constructed as in WO 94/25596, for example pPC-PP4. As in WO 94/25596, the inserted OspC gene comes from the B.burgdorferi strains B31, PKO, ZS7, KL10 or E61, but it can also be obtained from anyone else in Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) described RFLP type, or be derived.
Die vorliegende Erfindung stellt eine neue Methode zur Gewinnung und Reinigung von rekombinantem OspC-Protein, das von Borrelia- OspC abgeleitet ist, zur Verfügung. Abgeleitet heißt, daß das erfindungsgemäße, rekombinante OspC soviel Ähnlichkeit mit einem nativen OspC von Borrelia hat, daß es noch die Produktion pro- tektiver Antikörper gegen Lyme-Borreliose in Säugetieren aus¬ löst, bzw. daß es noch mit von Säugetieren gegen OspC von homo¬ logen Erregern der Lyme-Borreliose produzierten Antikörpern rea¬ giert. Das erfindungsgemäße OspC kann von allen serologischen Subtypen von Borrelia-OspC abgeleitet sein. Bei Borrelia handelt es sich erfindungsgemäß um die Erreger der Lyme-Borreliose, vor¬ zugsweise B.burgdorferi sensu stricto, B.garinii sp. nov. und B.afzelii.The present invention provides a new method for obtaining and purifying recombinant OspC protein derived from Borrelia OspC. Derived means that the recombinant OspC according to the invention has so much similarity to a native OspC from Borrelia that it still triggers the production of protective antibodies against Lyme borreliosis in mammals, or that it is still from mammals against OspC from homo ¬ Logenous pathogens of Lyme disease-produced antibodies reacted. The OspC according to the invention can be derived from all serological subtypes of Borrelia OspC. According to the invention, Borrelia is the causative agent of Lyme borreliosis, preferably B.burgdorferi sensu stricto, B.garinii sp. nov and B.afzelii.
Die vorliegende Erfindung stellt ein neues, rekombinantes, von Borrelia-OspC abgeleitetes Protein zur Verfügung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es nicht-lipidiert ist. "Nicht-lipi¬ diert" heißt, daß kein Lipidanteil kovalent am N-terminalen Cystein des OspC gebunden ist. Das erfindungsgemäße, rekombinan¬ te OspC kann jede serologische Variante von Borrelien-OspC dar¬ stellen, aber auch von serologischen Varianten abgeleitetes OspC.The present invention provides a new, recombinant protein derived from Borrelia-OspC, which thereby is characterized that it is not lipidated. "Non-lipidated" means that no lipid portion is covalently bound to the N-terminal cysteine of the OspC. The recombinant OspC according to the invention can represent any serological variant of Borrelia OspC, but also OspC derived from serological variants.
Das erfindungsgemäße, rekombinante OspC ist weiters dadurch ge¬ kennzeichnet, daß es in einem organischen Lösungsmittel unter Bedingungen löslich ist, unter denen kontaminierende Proteine und mit Proteinen assoziierte Nukleinsäuren ausfallen. Das orga¬ nische Lösungsmittel ist erfindungsgemäß aus der Gruppe der pro¬ teinfällenden Substanzen ausgewählt, insbesondere aus der Gruppe der ein- oder mehrwertigen Alkohole, der kurzkettigen Ketone, der Sulfoxide oder der Nitrile. Das organische Lösungsmittel ist vorzugsweise Methanol, n-Propanol, 2-Propanol oder ein anderes Isomer des Propanol, t-Butanol, 2-Butanol oder ein anderes Iso¬ mer des Butanol, DMSO, Acetonitril, Dioxan oder Aceton und be¬ sonders bevorzugt Ethanol. Das organische Lösungsmittel liegt in wäßriger Pufferlösung vor. Das organische Lösungsmittel kann ein einziges organisches Lösungsmittel in wäßriger gepufferter Lö¬ sung sein, oder ein Gemisch aus verschiedenen organischen Lö¬ sungsmitteln darstellen. Die wäßrige Pufferlösung kann bei¬ spielsweise eine phosphatgepufferte Natrium-Chlorid-Lösung, Tris-Puffer oder Citratpuffer sein. Erfindungsgemäß liegt das organische Lösungsmittel in einer Konzentration von 10% bis 90%, vorzugsweise 20% bis 70% und besonders bevorzugt 40% bis 60% in wäßriger Pufferlösung vor. Die wäßrige Pufferlösung kann bei¬ spielsweise eine phosphatgepufferte Natrium-Chlorid-Lösung, Tris-Puffer oder ein Citratpuffer sein.The recombinant OspC according to the invention is furthermore characterized in that it is soluble in an organic solvent under conditions under which contaminating proteins and nucleic acids associated with proteins precipitate. According to the invention, the organic solvent is selected from the group of protein-inducing substances, in particular from the group of mono- or polyhydric alcohols, short-chain ketones, sulfoxides or nitriles. The organic solvent is preferably methanol, n-propanol, 2-propanol or another isomer of propanol, t-butanol, 2-butanol or another isomer of butanol, DMSO, acetonitrile, dioxane or acetone and particularly preferably ethanol . The organic solvent is in an aqueous buffer solution. The organic solvent can be a single organic solvent in aqueous buffered solution, or it can be a mixture of different organic solvents. The aqueous buffer solution can be, for example, a phosphate-buffered sodium chloride solution, Tris buffer or citrate buffer. According to the invention, the organic solvent is present in a concentration of 10% to 90%, preferably 20% to 70% and particularly preferably 40% to 60% in aqueous buffer solution. The aqueous buffer solution can be, for example, a phosphate-buffered sodium chloride solution, Tris buffer or a citrate buffer.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das organische Lösungs¬ mittel ein ein- oder mehrwertiger Alkohol, besonders bevorzugt Ethanol. Ethanol liegt in wäßriger Pufferlösung in einer Kon¬ zentration zwischen 40% und 60%, vorzugsweise zwischen 45% und 55% vor.In a preferred embodiment, the organic solvent is a mono- or polyhydric alcohol, particularly preferably ethanol. Ethanol is present in an aqueous buffer solution in a concentration between 40% and 60%, preferably between 45% and 55%.
Das erfindungsgemäße, rekombinante OspC wird bevorzugterweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von Osp präpariert. Es ist frei von zellulären Proteinen, pyro- genen und toxischen Substanzen, Nukleinsäuren und Lipiden. Da das erfindungsgemäße, rekombinante OspC ohne Zusatz von Deter- gens präpariert wurde, ist es auch 100% frei von Detergenzien.The recombinant OspC according to the invention is preferably produced using the method for obtaining and purifying prepared by Osp. It is free of cellular proteins, pyrogenic and toxic substances, nucleic acids and lipids. Since the recombinant OspC according to the invention was prepared without the addition of detergents, it is also 100% free of detergents.
Das erfindungsgemäß hergestellte, rekombinante OspC ist hoch¬ rein. Es weist eine Reinheit von mindestens 90% auf, vorzugswei¬ se 95%, und besonders bevorzugt 98% auf. Die Reinheit wurde mit gängigen, biochemischen Methoden (HPLC, Elektrophorese und Mas¬ senspektroskopie) demonstriert (siehe Beispiel 3).The recombinant OspC produced according to the invention is highly pure. It has a purity of at least 90%, preferably 95%, and particularly preferably 98%. The purity was demonstrated using common biochemical methods (HPLC, electrophoresis and mass spectroscopy) (see Example 3).
Erfindungsgemäß kann das rekombinante OspC eine einzige serolo¬ gische Variante sein, es kann aber auch ein aus mehreren ver¬ schiedenen Varianten zusammengesetztes OspC-Gemisch sein. Übli¬ cherweise werden die verschiedenen serologischen Varianten ge¬ trennt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren präpariert. Da das Verfahren für alle serologischen Varianten von OspC einheitlich anzuwenden ist, ist es aber auch möglich, verschiedene Varianten gleichzeitig zu reinigen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens ist hierbei nicht nur, daß das Verfahren nicht an die jeweiligen Serotypen angepaßt werden muß, sondern auch, daß die verschiedenen Varianten vor oder nach der Präparation problemlos gemischt werden können. Das ist vor allem für die effiziente und einheitliche Produktion eines polyvalenten Impfstoffes, wie er zur Vorbeugung der Lyme-Borreliose notwendig ist, sehr nützlich.According to the invention, the recombinant OspC can be a single serological variant, but it can also be an OspC mixture composed of several different variants. The various serological variants are usually prepared separately using the method according to the invention. Since the procedure can be used uniformly for all serological variants of OspC, it is also possible to clean different variants at the same time. The advantage of the method according to the invention is not only that the method does not have to be adapted to the respective serotypes, but also that the different variants can be mixed without problems before or after the preparation. This is particularly useful for the efficient and uniform production of a polyvalent vaccine, which is necessary for the prevention of Lyme disease.
In funktionellen Studien konnte gezeigt werden, daß das erfin¬ dungsgemäße, rekombinante OspC hoch immunogen ist. Das erfin¬ dungsgemäße, rekombinante OspC induziert in Mäusen die Ausbil¬ dung von Antikörpern. Weiters schützt das erfindungsgemäße, nicht-lipidierte OspC Mäuse hundertprozentig vor homologem Challenge. Es vermittelt aber auch einen überraschend hohen Schutz vor einem heterologen Challenge, d.h. es vermittelt einen Schutz vor Borrelia-Stämmen, deren OspC-Varianten nicht im Impf¬ stoff vorhanden waren. Wenn eine einzelne OspC-Variante als Impfantigen eingesetzt wurde, konnte ein bis zu 70-prozentiger Schutz beobachtet werden (siehe Beispiel 5). Wenn ein Gemisch aus 3 verschiedenen OspC-Varianten als Impfantigen verabreicht wurde, war der heterologe Schutz 80-prozentig (siehe Beispiel 6). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß ein effizient vor Lyme-Borreliose schützender Impfstoff bevorzugt mehrere ver¬ schiedene OspC-Varianten enthalten sollte. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von OspC ist aufgrund seiner breiten An¬ wendbarkeit besonders günstig für die Herstellung einer solchen polyvalenten Mischvakzine. Die in den Beispielen 5 und 6 gezeig¬ te hohe Immunogenität des erfindungsgemäßen, nicht-lipidierten OspC steht weiters im Gegensatz zu der im Stand der Technik weit verbreiteten Annahme, daß die Osp-Proteine von Borrelia nur dann eine effiziente Immunogenität zeigen, wenn sie einen Lipidanteil tragen (WO 93/08299, Weis et al. (1994), Infect. Immun. 62:4632- 36; Erdile et al. (1993), Infect. Immun. 61: 81-90).Functional studies have shown that the recombinant OspC according to the invention is highly immunogenic. The recombinant OspC according to the invention induces the formation of antibodies in mice. Furthermore, the non-lipidated OspC mice according to the invention protect one hundred percent against homologous challenge. However, it also provides surprisingly high protection against a heterologous challenge, ie it provides protection against Borrelia strains whose OspC variants were not present in the vaccine. If a single OspC variant was used as the vaccine antigen, up to 70 percent protection could be observed (see Example 5). When a mixture of 3 different OspC variants was administered as vaccine antigen, the heterologous protection was 80 percent (see example 6). These results indicate that a vaccine that efficiently protects against Lyme disease should preferably contain several different OspC variants. Because of its broad applicability, the process according to the invention for the purification of OspC is particularly favorable for the production of such a polyvalent mixed vaccine. The high immunogenicity of the non-lipidated OspC according to the invention shown in Examples 5 and 6 also stands in contrast to the widespread assumption in the prior art that the Osp proteins from Borrelia only show efficient immunogenicity if they have one Wear lipid portion (WO 93/08299, Weis et al. (1994), Infect. Immun. 62: 4632-36; Erdile et al. (1993), Infect. Immun. 61: 81-90).
Das erfindungsgemäße, rekombinante OspC konnte mit dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren in besonders hoher Reinheit und frei von sämtlichen für den Menschen gefährlichen Kontaminationen wie Proteinen der Wirtszelle> Proteinen aus dem Nährmedium, Nuklein¬ säuren, pyrogenen und toxischen Substanzen, Lipiden und Deter¬ genzien hergestellt werden. Im Tierversuch (Pyrogenitätstest, anomaler Toxizitätstest, Dermoreaktivität) wurde auch der Nach¬ weis der Verträglichkeit erbracht. Das erfindungsgemäße rekom¬ binante OspC kann gefahrlos in am Menschen einzusetzenden Impf¬ stoffpräparaten beinhaltet sein. Es eignet sich also sehr gut zur pharmazeutischen Verwendung. Pharmazeutische Verwendung heißt hier, daß es in einem entsprechenden physiologischen Trä¬ ger und mit eventuell zugefügten Substanzen an Säugetiere, ins¬ besondere Menschen verabreicht werden kann und eine prophylak¬ tische oder therapeutische Wirkung hat. Die prophylaktische oder therapeutische Wirkung von OspC besteht darin, daß es aufgrund seiner Immunogenität ein Impfantigen darstellt. Ein Impfantigen ist ein Antigen, das im Säugetier eine spezifische Immunantwort hervorruft. Diese Immunantwort führt zu humoraler und/oder zel¬ lulärer Immunität. Immunität bedeutet, daß das Säugetier vor einer Borrelia-Infektion geschützt ist oder die Borrelia-Infek- tion leichter verläuft als bei nicht immunen Säugetieren. Die prophylaktische Wirkung kommt bei der Immunisierung eines gesun¬ den Säugetiers zur Wirkung. OspC ist hierbei in einem Impfstoff enthalten, der im gesunden Säugetier einen immunologischen Schutz vor Lyme-Borreliose vermittelt. Die therapeutische Wir- kung kann genutzt werden, wenn das Säugetier schon an einer Borrelia-Infektion leidet und das im Impfstoff vorhandene OspC die Immunreaktion gegen Borrelia verstärkt und so den Heilungs¬ prozeß unterstützt. Aufgrund seiner hohen Reinheit eignet sich das erfindungsgemäße OspC auch sehr gut als Impfantigen für Kinder.The recombinant OspC according to the invention was able to be produced with the process according to the invention in particularly high purity and free of all contaminations dangerous to humans, such as proteins of the host cell, proteins from the nutrient medium, nucleic acids, pyrogenic and toxic substances, lipids and detergents become. In animal experiments (pyrogenicity test, anomalous toxicity test, dermoreactivity) proof of tolerance was also provided. The recombinant OspC according to the invention can be safely contained in vaccine preparations to be used on humans. It is therefore very suitable for pharmaceutical use. Pharmaceutical use here means that it can be administered to mammals, in particular humans, in a corresponding physiological vehicle and with any substances added, and that it has a prophylactic or therapeutic effect. The prophylactic or therapeutic effect of OspC is that it is a vaccine antigen due to its immunogenicity. A vaccine antigen is an antigen that elicits a specific immune response in a mammal. This immune response leads to humoral and / or cellular immunity. Immunity means that the mammal is protected against a Borrelia infection or that the Borrelia infection is easier than in non-immune mammals. The prophylactic effect comes into effect when a healthy mammal is immunized. OspC is contained in a vaccine that provides immunological protection against Lyme disease in healthy mammals. The therapeutic effect Kung can be used if the mammal is already suffering from a Borrelia infection and the OspC present in the vaccine strengthens the immune response against Borrelia and thus supports the healing process. Because of its high purity, the OspC according to the invention is also very suitable as a vaccine antigen for children.
Das erfindungsgemäße rekombinante OspC kann in geeigneter Weise als Immunogen zur Herstellung von Antiseren bzw. Antikörpern verwendet werden. Dazu können Probanden mit einer immunologisch wirksamen Dosis an Impfantigen immunisiert werden und die Immun- globuline nach im Stand der Technik bekannten Verfahren isoliert und gereinigt werden. Zudem kann durch den Nachweis einer Bil¬ dung von Antikörpern gegen rekombinantes OspC-Protein eine Aus¬ sage über den Impferfolg gemacht werden.The recombinant OspC according to the invention can be used in a suitable manner as an immunogen for the production of antisera or antibodies. For this purpose, test subjects can be immunized with an immunologically effective dose of vaccine antigen and the immunoglobulins isolated and purified by methods known in the art. In addition, by detecting the formation of antibodies against recombinant OspC protein, a statement can be made about the success of the vaccination.
Als physiologische Träger werden üblicherweise physiologische Pufferlösungen, wie Phosphatpuffer oder Citratpuffer eingesetzt. Zu den eventuell zugefügten Substanzen gehören Adjuvanzien, bei¬ spielsweise Aluminiumverbindungen wie Aluminiumhydroxid und Alu¬ miniumphosphat, Freund's Adjuvans oder andere Mineralöl- oder Pflanzenöl-Emulsionen, Lipopolysaccharide, Lipid A, Saponin, Quil A, QS21 und ISCOMS. Bevorzugtes Adjuvans ist Aluminium¬ hydroxid. Neben Adjuvantien können dem Impfstoff auch "Carrier" zugesetzt werden. Typische Carrier sind Liposomen, Latexpartikel oder Bentonit. Um die Immunogenität des Impfstoffes zu verstär¬ ken, können auch weitere immunstimulierende Substanzen, wie In- terleukine, beispielsweise IL-1 oder IL-2, zugesetzt werden.Physiological buffer solutions, such as phosphate buffer or citrate buffer, are usually used as the physiological carrier. The substances that may be added include adjuvants, for example aluminum compounds such as aluminum hydroxide and aluminum phosphate, Freund's adjuvant or other mineral oil or vegetable oil emulsions, lipopolysaccharides, lipid A, saponin, Quil A, QS21 and ISCOMS. The preferred adjuvant is aluminum hydroxide. In addition to adjuvants, carriers can also be added to the vaccine. Typical carriers are liposomes, latex particles or bentonite. In order to increase the immunogenicity of the vaccine, further immunostimulating substances, such as interleukins, for example IL-1 or IL-2, can also be added.
Weiters gehören zu den eventuell zugefügten Substanzen auch an¬ dere Antigene, beispielsweise andere Borrelia-Antigene oder vi- rale Antigene. Andere Borrelia-Antigene können beispielsweise OspA, OspB, OspE oder OspF (Nguyen et al. (1994); Infect. Immun. 62: 2079-84) oder Derivate davon sein. Andere virale Antigene können beispielsweise Antigene des TBE-Virus sein. Da sowohl das TBE-Virus als auch Borrelia von Zecken übertragen werden, bietet sich eine solche Kombination für einen Impfstoff für Menschen, die in zeckenverseuchten Gebieten leben, an. Weiters können so¬ genannte "Trägersubstanzen" dem Impfstoff zugesetzt sein. "Trä- gerSubstanzen" sind beispielsweise Tuberculin PPD, Serumalbumin, Ovalbumin oder Keyhole-Limpet-Hemocyanin.Furthermore, the substances that may be added also include other antigens, for example other Borrelia antigens or viral antigens. Other Borrelia antigens can be, for example, OspA, OspB, OspE or OspF (Nguyen et al. (1994); Infect. Immun. 62: 2079-84) or derivatives thereof. Other viral antigens can be, for example, antigens of the TBE virus. Since both the TBE virus and Borrelia are transmitted by ticks, such a combination is suitable for a vaccine for people living in tick-contaminated areas. Furthermore, so-called "carrier substances" can be added to the vaccine. "Weary gerSubstanzen "are, for example, tuberculin PPD, serum albumin, ovalbumin or keyhole limpet hemocyanin.
Alle neben den Impfantigenen im Impfstoff vorhandenen Substanzen sind vorzugsweise nicht toxisch und nicht allergen.All substances present in the vaccine in addition to the vaccine antigens are preferably non-toxic and non-allergenic.
Die Formulierung von Impfstoffen ist dem Fachmann bekannt. Das Impfantigen der vorliegenden Erfindung, kann lyophilisiert vor¬ liegen und erst zur Anwendung in einer physiologisch akzeptablen Pufferlösung aufgelöst werden. Als Pufferlösung eignen sich phy¬ siologische Salzlösungen oder andere physiologische Lösungen. Das Impfantigen wird mit der physiologischen Pufferlösung ge¬ mischt, um eine gewünschte Konzentration des Impfantigens zu be¬ kommen. Die gewünschte Konzentration ist immunologisch wirksam; sie liegt im Bereich von 1 μg bis 100 μg des jeweiligen Impfan- tigens pro Dosis, vorzugsweise im Bereich von 10 μg bis 50 μg. Gegebenenfalls kann in einer Kinder-Vakzine die Impfantigen- Dosis reduziert werden, beispielsweise auf eine Dosis im Bereich zwischen 5 und 30 μg.The formulation of vaccines is known to the person skilled in the art. The vaccine antigen of the present invention can be lyophilized and can only be dissolved in a physiologically acceptable buffer solution for use. Physiological salt solutions or other physiological solutions are suitable as a buffer solution. The vaccine antigen is mixed with the physiological buffer solution in order to obtain a desired concentration of the vaccine antigen. The desired concentration is immunologically effective; it is in the range from 1 μg to 100 μg of the respective vaccine antigen per dose, preferably in the range from 10 μg to 50 μg. If necessary, the vaccine antigen dose can be reduced in a children's vaccine, for example to a dose in the range between 5 and 30 μg.
Schließlich stellt die vorliegende Erfindung einen Impfstoff zur Verfügung, der erfindungsgemäßes, rekombinantes, nicht-lipidier¬ tes OspC enthält. Der Impfstoff ist zur Verabreichung an Säuge¬ tiere, vorzugsweise Menschen geeignet. Je nach Region und ge¬ wünschter Breite des Impfschutzes enthält der Impfstoff eine oder mehrere serologisch verschiedene Varianten des erfindungs¬ gemäßen OspC. Die serologischen Varianten entsprechen den 35 von Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) beschriebenen RFLP-Typen. ImpfstoffZusammensetzungen können aber auch den in WO 94/25596 beschriebenen, regionenspezifischen Zusammensetzun¬ gen, enthaltend verschiedene OspC-Varianten, entsprechen.Finally, the present invention provides a vaccine which contains recombinant, non-lipidated OspC according to the invention. The vaccine is suitable for administration to mammals, preferably humans. Depending on the region and the desired width of the vaccination protection, the vaccine contains one or more serologically different variants of the OspC according to the invention. The serological variants correspond to the 35 by Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) described RFLP types. Vaccine compositions can, however, also correspond to the region-specific compositions described in WO 94/25596, containing various OspC variants.
In einer Ausführungsform enthält der Impfstoff drei bis acht verschiedene serologische Varianten des erfindungsgemäßen OspC und vermittelt einen breiten heterologen Schutz gegen die in einem bestimmten Gebiet vorkommenden Borrelia-Serotypen. In einer besonderen Ausführungsform enthält der Impfstoff drei ver¬ schiedene serologische Varianten von OspC, beispielsweise eine Zusammensetzung der RFLP-Varianten Orth, PKO und E61 oder der RFLP-Varianten ZS7, PKO und E61. Es ist aber jede Zusammenset¬ zung von zwei oder mehreren RFLP-Varianten nach Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) möglich.In one embodiment, the vaccine contains three to eight different serological variants of the OspC according to the invention and provides broad heterologous protection against the Borrelia serotypes occurring in a specific area. In a particular embodiment, the vaccine contains three different serological variants of OspC, for example a composition of the RFLP variants Orth, PKO and E61 or the RFLP variants ZS7, PKO and E61. However, it is any composition of two or more RFLP variants according to Livey et al. (1995, Mol. Microbiol. 18: 257-69) possible.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und die Zeichnungsfiguren weiter erläutert, ohne sich aber darauf zu beschränken.The present invention is further illustrated by the following examples and the drawing figures, but without being restricted thereto.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 bis 3 Fällungsoptimierungen;1 to 3 precipitation optimizations;
Fig. 4 eine Elutionsoptimierung undFig. 4 an elution optimization and
Fig. 5 bis 8 Reinheitsuntersuchungen von konventionell bzw. er¬ findungsgemäß erhaltenen OspC-Proteinen5 to 8 purity studies of conventionally or according to the invention obtained OspC proteins
BEISPIELE:EXAMPLES:
Beispiel 1: Expression von rekombinantem OspC (rOspC) in Pichia pastoris.Example 1: Expression of recombinant OspC (rOspC) in Pichia pastoris.
Pichia pastoris-Stamm GS115 NRRL-Y 11430 (Cregg et al. (1985); Mol. Cell. Biol. 5:3376-85) wurde nach der Methode von Dohmen et al. (1991; Yeast 7:691-92) mit dem Vektor pPC-PP4 (beschrieben in der WO 94/25596), der das OspC-Gen des Borrelia burgdorferi- Stammes Orth, des Stammes ACA1 oder der Stammes ZS7 enthält, transformiert. Transformanten wurden bei 30°C in MD-Medium bis zu einer optischen Dichte (OD 600) von 2-10 angezüchtet. Induk¬ tion und Analyse der OspC Expression erfolgten wie in WO 94/25596 beschrieben.Pichia pastoris strain GS115 NRRL-Y 11430 (Cregg et al. (1985); Mol. Cell. Biol. 5: 3376-85) was prepared according to the method of Dohmen et al. (1991; Yeast 7: 691-92) with the vector pPC-PP4 (described in WO 94/25596), which contains the OspC gene of the Borrelia burgdorferi strain Orth, the strain ACA1 or the strain ZS7. Transformants were grown at 30 ° C in MD medium to an optical density (OD 600) of 2-10. Induction and analysis of the OspC expression were carried out as described in WO 94/25596.
Beispiel 2: Reinigung von rOspC aus Pichia pastoris. (nach An¬ sicht der Anmelderin ist Beispiel 2 derzeit die beste Form der Durchführung der Erfindung)Example 2: Purification of rOspC from Pichia pastoris. (According to the applicant, example 2 is currently the best form for carrying out the invention)
500 g Feuchtzellmasse der transformierten rOspC (Stamm Orth oder ZS7) exprimierenden Pichia-Hefezellen wurde in 500 ml Tris-Puf- fer (20mM Tris-HCl, pH 9,0) suspendiert und in einem Manton- Gaulin-Homogenisator aufgebrochen. Feste Bestandteile der Hefe¬ zellen wurden durch Zentrifugation (15 min bei 10.000 g) aus der Suspension entfernt.500 g of wet cell mass of the transformed rOspC (strain Orth or ZS7) expressing Pichia yeast cells was in 500 ml Tris-Puf- fer (20mM Tris-HCl, pH 9.0) suspended and broken up in a Manton-Gaulin homogenizer. Solid components of the yeast cells were removed from the suspension by centrifugation (15 min at 10,000 g).
95%-iges Ethanol wurde unter Rühren zugegeben, bis eine Endkon¬ zentration von 50% Ethanol erreicht wurde. Nach einer einstündi¬ gen Inkubation bei 4°C wurde der entstandene Niederschlag durch Zentrifugation (15 min bei 20.000 g) entfernt. Der klare, zell¬ freie Überstand wurde mit Tris-Puffer (20mM Tris-HCl, pH 9,0) auf eine Ethanolkonzentration von 45 % verdünnt und anschließend auf eine Chromatographiesäule, gefüllt mit Source RP15™ (Pharmacia), aufgetragen. Die Säule wurde mit 45% Ethanol in phosphatgepufferter Natriumchloridlösung gewaschen.95% ethanol was added with stirring until a final concentration of 50% ethanol was reached. After an hour's incubation at 4 ° C., the precipitate formed was removed by centrifugation (15 min at 20,000 g). The clear, cell-free supernatant was diluted with Tris buffer (20 mM Tris-HCl, pH 9.0) to an ethanol concentration of 45% and then applied to a chromatography column filled with Source RP15 ™ (Pharmacia). The column was washed with 45% ethanol in phosphate buffered sodium chloride solution.
Mit einem Ethanolgradienten von 45% bis 70% in phosphatgepuffer¬ ter Natriumchloridlösung wurde rOspC von der Säule eluiert. Die UV-Absorption des Effluents wurde kontinuierlich bei einer Wel¬ lenlänge von 214 nm gemessen. rOspC eluierte bei einer Ethanol¬ konzentration um 55%. OspC-positive Fraktionen wurden vereinigt. Der Laufpuffer wurde mittels Gelfiltration über Sephadex G25 durch einen Tris-HCl + 0,9 % NaCl-Puffer (pH 7,4) ersetzt. An¬ schließend wurde die Lösung durch Ultrafiltration über eine Omega 5K-Membran (Filtron) aufkonzentriert.ROspC was eluted from the column with an ethanol gradient of 45% to 70% in phosphate-buffered sodium chloride solution. The UV absorption of the effluent was measured continuously at a wavelength of 214 nm. rOspC eluted at an ethanol concentration of 55%. OspC positive fractions were pooled. The running buffer was replaced by gel filtration over Sephadex G25 with a Tris-HCl + 0.9% NaCl buffer (pH 7.4). The solution was then concentrated by ultrafiltration over an Omega 5K membrane (Filtron).
Beispiel 3: Analyse von nach Beispiel 2 gereinigtem rOspC.Example 3: Analysis of rOspC purified according to Example 2.
Ausbeute und Reinheit des nach Beispiel 2 gereinigten rOspC wur¬ den mittels BCA-Methode, HPLC, SDS-PAGE, Limulus-Amoebozyten- Lysat-Methode, Gaschromatographie und Phenol/H2S04-Methode be¬ stimmt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 (Stamm Orth) und 2 (Stamm ZS7) zusammengefaßt. Das Beispiel zeigt, daß mit der er¬ findungsgemäßen Methode rOspC-Proteine von sehr unterschiedli¬ chen Subtypen (Orth, ZS7: Homologie = 69,2 %) effizient gerei¬ nigt werden können. Die in den Tabellen beschriebenen Werte de¬ monstrieren die hohe Reinheit des jeweiligen rOspCs. Tabelle 1The yield and purity of the rOspC purified according to Example 2 were determined by means of the BCA method, HPLC, SDS-PAGE, Limulus amebocyte lysate method, gas chromatography and phenol / H2S04 method. The results are summarized in Tables 1 (strain Orth) and 2 (strain ZS7). The example shows that rOspC proteins of very different subtypes (Orth, ZS7: homology = 69.2%) can be efficiently cleaned with the method according to the invention. The values described in the tables demonstrate the high purity of the respective rOspC. Table 1
Analyse von nach Beispiel 2 gereinigtem rOspC des Stammes Orth,Analysis of rOspC of the strain Orth purified according to Example 2,
Eigenschaft angewandte MethodeProperty method applied
Proteingehalt BCA-Methode 1,5 mg/mlProtein BCA method 1.5 mg / ml
Reinheit HPLC 98 %HPLC purity 98%
Reinheit SDS-PAGE > 95 %Purity SDS-PAGE> 95%
Endotoxingehalt LAL < 1,5 EU/mlEndotoxin content LAL <1.5 EU / ml
Lipide Gaschromatographie < 0,01 mg/mlLipid gas chromatography <0.01 mg / ml
Kohlenhydrate Phenol/H2SO4 < 0,02 mg/mlCarbohydrates phenol / H 2 SO 4 <0.02 mg / ml
Tabelle 2:Table 2:
Analyse von nach Beispiel 2 gereinigtem rOspC des Stammes ZS7.Analysis of rOspC of strain ZS7 purified according to Example 2.
Eigenschaft angewandte MethodeProperty method applied
Proteingehalt BCA-Methode 0,9 mg/mlProtein BCA method 0.9 mg / ml
Reinheit HPLC 98 %HPLC purity 98%
Reinheit SDS-PAGE > 95 %Purity SDS-PAGE> 95%
Endotoxingehalt LAL < 1,5 EU/mlEndotoxin content LAL <1.5 EU / ml
Lipide Gaschromatographie < 0,01 mg/mlLipid gas chromatography <0.01 mg / ml
Kohlenhydrate Phenol/H,,SO4 < 0,02 mg/mlCarbohydrates phenol / H ,, SO 4 <0.02 mg / ml
Beispiel 4: Vergleich verschiedener organischer Lösungsmittel zur Reinigung von rOspC aus Pichia pastoris.Example 4: Comparison of different organic solvents for cleaning rOspC from Pichia pastoris.
Jeweils 1 ml einer Suspension nach Beispiel 2 aufgebrochener Hefezellen, die rOspC des Stammes Orth exprimierten, wurden mit verschiedenen organischen Lösungsmitteln auf die in Tabelle 3 angegebenen Konzentrationen gebracht. Nach einer einstündigen Inkubation bei 4°C, wird der entstandene Niederschlag abzentri- fugiert (15 min, 20.000 g). Ein Aliquot des Überstandes wird einer Proteinanalyse mittels SDS-PAGE unterzogen. Die Ausbeute an rOspC wird durch densitometrische Auswertung des mit Coomassie-Blau gefärbten SDS-PAGE-Geles bestimmt. Die Ausbeute wird dabei auf den Wert der Fällung mit Ethanol bezogen. Das Beispiel zeigt, daß neben Ethanol auch andere organische Lö¬ sungsmittel, beispielsweise t-Butanol, 2-Butanol, Acetonitril und Dioxan, als Fällungsreagens für verunreinigende Substanzen verwendet werden konnte, wobei rOspC zum überwiegenden Teil als lösliches Protein im Fällungsüberstand erhalten wird.1 ml each of a suspension of yeast cells broken open according to Example 2, which expressed rOspC of the Orth strain, were mixed with the organic solvents in Table 3 using various organic solvents specified concentrations brought. After an hour's incubation at 4 ° C, the precipitate formed is centrifuged off (15 min, 20,000 g). An aliquot of the supernatant is subjected to protein analysis using SDS-PAGE. The yield of rOspC is determined by densitometric evaluation of the SDS-PAGE gel stained with Coomassie blue. The yield is based on the value of the precipitation with ethanol. The example shows that in addition to ethanol, other organic solvents, for example t-butanol, 2-butanol, acetonitrile and dioxane, could also be used as precipitation reagents for contaminating substances, rOspC being obtained predominantly as a soluble protein in the precipitation supernatant.
Tabelle 3:Table 3:
LÖSUNGSMITTEL AUSBEUTE (in %) REINHEIT (in %)SOLVENT YIELD (in%) PURITY (in%)
(Endkonz. in %) (nach dem 1. Fällungsschritt) (nach dem 1. Fällungsschritt)(Final conc. In%) (after the 1st precipitation step) (after the 1st precipitation step)
Ethanol (50 %) 100 80Ethanol (50%) 100 80
2-Propanol (50 %) 70 25 t-Butanol (50 %) 80 652-propanol (50%) 70 25 t-butanol (50%) 80 65
Acetonitril (40 %) 80 60Acetonitrile (40%) 80 60
Dioxan (50 %) 70 60Dioxane (50%) 70 60
Beispiel 5: Immunisierung von Mäusen mit rOspC.Example 5: Immunization of mice with rOspC.
C3H/HeJ-Labormäuse wurden mit einer Dosis von 3 μg rOspC in einer Formulierung mit Al(OH)3 (0,2%) zweimal immunisiert. Der Antikörpertiter gegen das Immunisierungsantigen wurde mittels ELISA, unter Verwendung von Borrelien-OspC, bestimmt. Zwei Wo¬ chen nach der zweiten Immunisierung wurden die Tiere mit einer Dosis von 104 infektiösen Borrelien (10 i.d. 50) des homologen oder eines heterologen Stammes belastet (Challenge). Nach einer weiteren Woche wurden den Mäusen Blut und mehrere Organe (Herz, Harnblase, Niere, Milz) zur Infektionsdiagnose entnommen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt; sie zeigen die aus¬ gezeichnete Schutzwirkung, die mit nach Beispiel 2 gereinigtem rOspC gegenüber einem homologen Challenge erreicht wird. Alle drei getesteten rOspC-Antigene (der Stämme Orth, ZS7 und ACA1 ) bewirkten einen hundertprozentigen Schutz vor homologem Challenge. Tabelle 4 zeigt weiters, daß im heterologen Challenge eine teilweise Schutzwirkung von bis zu 70% erzielt werden konnte.C3H / HeJ laboratory mice were immunized twice with a dose of 3 μg rOspC in a formulation with Al (OH) 3 (0.2%). The antibody titer against the immunization antigen was determined by ELISA using Borrelia OspC. Two weeks after the second immunization, the animals were challenged with a dose of 10 4 infectious Borrelia (10 id 50) of the homologous or a heterologous strain. After a further week, blood and several organs (heart, bladder, kidney, spleen) were taken from the mice for diagnosis of infection. The results are summarized in Table 4; they show the excellent protective effect which is achieved with rOspC purified according to Example 2 against a homologous challenge. All three tested rOspC antigens (from the strains Orth, ZS7 and ACA1) provided 100% protection against homologous challenge. Table 4 also shows that a partial protective effect of up to 70% could be achieved in the heterologous challenge.
Tabelle 4:Table 4:
ANTIGEN CHALLENGE TITER INFIZIERTE TIERE (Stamm) (104 KEIME) vor Challenge (%) kein Orth < 1:1000 100ANTIGEN CHALLENGE TITER INFECTED ANIMALS (strain) (10 4 Germs) before challenge (%) no orth <1: 1000 100
Orth Orth 1:50000 0Orth Orth 1: 50000 0
ZS7 ZS7 1:50000 0ZS7 ZS7 1: 50000 0
ACA 1 ACA 1 1:50000 0ACA 1 ACA 1 1: 50000 0
Orth ZS7 1:50000 80Orth ZS7 1: 50000 80
ZS7 Orth 1:50000 30ZS7 Orth 1: 50000 30
Beispiel 6: Immunisierung von Mäusen mit verschiedenen Mischungen von rekombinanten OspCs.Example 6: Immunization of mice with various mixtures of recombinant OspCs.
Wie in Beispiel 5 beschrieben, wurden C3H-Mäuse immunisiert, an¬ stelle von 3 μg einer einzelnen rOspC-Variante wurden in diesem Versuch aber Mischungen unterschiedlicher rOspC-Varianten verab¬ reicht. Die Zusammensetzung der verschiedenen Mischungen ist in Tabelle 5 zusammengefaßt. Die Gesamtdosis an Antigen betrug in allen Fällen 9 μg. Der Challenge erfolgte hier mit verschiedenen Borrelienstämmen (einem homologen und einem heterologen Stamm). Die Ergebnisse dieses Experiments sind in Tabelle 5 zusammenge¬ faßt. Die Ergebnisse zeigen, daß die Mischvakzine, die aus drei verschiedenen OspC-Varianten zusammengesetzt waren, nicht nur vor den Borrelienstämmen schützten, deren OspC-Varianten im Impfstoff vorhanden waren, sondern zu einem unerwartet hohen Prozentsatz (80%) auch vor einem heterologen Borrelia-Stamm. Tabelle 5 :As described in Example 5, C3H mice were immunized, but instead of 3 μg of a single rOspC variant, mixtures of different rOspC variants were administered in this experiment. The composition of the various mixtures is summarized in Table 5. The total dose of antigen was 9 μg in all cases. The challenge was carried out with different Borrelia strains (one homologous and one heterologous strain). The results of this experiment are summarized in Table 5. The results show that the mixed vaccine, which was composed of three different OspC variants, not only protected against the Borrelia strains whose OspC variants were present in the vaccine, but also to an unexpectedly high percentage (80%) against a heterologous Borrelia Tribe. Table 5:
Beispiel 7: Fällungsoptimierung für rOspCExample 7: Precipitation optimization for rOspC
Die optimalen Fällungsbedingungen können von Lösungsmittel zu Lösungsmittel variieren, vor allem was die Menge an zugesetztem organischen Lösungsmittel betrifft. Die optimale Konzentration an jeweiligem organischen Lösungsmittel wird erfindungsgemäß als jene Konzentration ausgewählt, bei der die zellulären Proteine im wesentlichen vollständig ausgefällt werden, jedoch das Osp- Protein noch nicht bzw. nur zu einem geringen Grad ausgefällt ist.The optimal precipitation conditions can vary from solvent to solvent, especially as regards the amount of organic solvent added. According to the invention, the optimal concentration of the respective organic solvent is selected as the concentration at which the cellular proteins are essentially completely precipitated, but the Osp protein has not yet or only to a small extent precipitated.
Zur Feststellung der optimalen Fällungskonzentration verschie¬ dener organischer Lösungsmittel wurden daher eine rekσmbinant hergestellte Kulturflüssigkeit von rOspC als Ausgangslösung mit Methanol, 2-Propanol, t-Butanol, DMSO, Acetonitril und Dioxan als Lösungsmittel mit unterschiedlichen Konzentrationen (10%, 20%, 40% und 50%) behandelt und das Ergebnis mittels Gelelektro¬ phorese überprüft (s. Fig.l und 2).To determine the optimum precipitation concentration of various organic solvents, a recombinantly produced culture liquid of rOspC as the starting solution with methanol, 2-propanol, t-butanol, DMSO, acetonitrile and dioxane as solvent with different concentrations (10%, 20%, 40% and 50%) treated and the result checked by means of gel electrophoresis (see FIGS. 1 and 2).
Es zeigte sich, daß eine optimale Abtrennung der Begleitproteine vom OsP-Protein durch Ausfällung mit Methanol bei 40% mit 2-Pro- panol bei 50%, mit t-Butanol bei 50%, mit DSMO bei 40%, mit Ace¬ tonitril bei 40% und mit Dioxan mit 50% erfolgt. Beispiel 8: Fällungsoptimierung für EthanolIt was shown that optimal separation of the accompanying proteins from the OsP protein by precipitation with methanol at 40% with 2-propanol at 50%, with t-butanol at 50%, with DSMO at 40%, with acetonitrile 40% and with dioxane with 50%. Example 8: Precipitation optimization for ethanol
Eine Ausführungslösung enthaltend rekombinantes OspC wurde mit 30%, 40%, 45% und 50% Ethanol behandelt und die erhaltenen Lö¬ sungen mittels SDS-Gelelektrophorese und Western Blot-Analyse überprüft.An execution solution containing recombinant OspC was treated with 30%, 40%, 45% and 50% ethanol and the solutions obtained were checked by means of SDS gel electrophoresis and Western blot analysis.
Die Ergebnisse sind in Fig.3 dargestellt und zeigen, daß mit Ethanol zwischen 40% und 50% eine optimale Fällung für rOspC erzielt werden kann.The results are shown in FIG. 3 and show that with ethanol between 40% and 50% an optimal precipitation for rOspC can be achieved.
Beispiel 9: Optimierung der AdsorptionsbehandlungExample 9: Optimization of the adsorption treatment
Zur Optimierung der Adsorptionsbehandlung wurde die Elution eines von einem festen Träger adsorbierten Osp-Proteins mit einem linearen Ethanolgradienten zwischen 45% und 70% unter¬ sucht. Die Ergebnisse sind in Fig.4 sowie in der nachfolgenden Tabelle angeführt.To optimize the adsorption treatment, the elution of an Osp protein adsorbed by a solid support with a linear ethanol gradient between 45% and 70% was investigated. The results are shown in Fig. 4 and in the table below.
Tabelle 6:Table 6:
Peak RT Typ Weite Fläche Höhe FlächePeak RT type wide area height area
# [min] [min] [mAO x s] [mAO] % 1 - -- 1 - 1 1 1. 1.# [min] [min] [mAO x s] [mAO]% 1 - - 1 - 1 1 1. 1.
1 7.129 w 0.080 8.27969 1 .62639 0.16771 7,129 w 0.080 8,27969 1,62639 0.1677
2 7.666 PV 0.070 25.54446 4 .91349 0.51742 7,666 PV 0.070 25.54446 4 .91349 0.5174
3 7.883 w 0.099 4851.37891 684 .38525 98.26653 7,883 w 0.099 4851.37891 684 .38525 98.2665
4 8.449 VB 0.049 5.95952 1. .73231 0.12074 8,449 VB 0.049 5.95952 1. .73231 0.1207
5 9.556 w 0.118 45.79729 5. .07893 0.92765 9,556 w 0.118 45.79729 5 .07893 0.9276
Gesamt 2 4936.95996 697. .73639 Beispiel 10: Vergleichsversuch zur WO 94/25596Total 2 4936.95996 697. .73639 Example 10: Comparison test to WO 94/25596
Zum Vergleich der gemäß der WO 94/25596 und der erfindungsgemäß erhaltenen OspC-Präparationen wurde rekombinantes OspC vom Stamm 0rth/F17 und vom Stamm ACA1 mit Hilfe des "konventionellen" Ver¬ fahrens gemäß der WO 94/25596 bzw. mit der erfindungsgemäßen Me¬ thode aufgereinigt. Die Ergebnisse sind in den Fig.5 und 6 und Tabellen 7 und 8 (für das Verfahren gemäß der WO 94/25596) sowie in den Fig. 7 und 8 bzw. Tabellen 9 und 10 (für das erfindungs¬ gemäße Verfahren) aufgelistet.To compare the OspC preparations obtained according to WO 94/25596 and the invention, recombinant OspC from strain 0rth / F17 and from strain ACA1 was determined using the "conventional" method according to WO 94/25596 or with the inventive measure method cleaned up. The results are listed in FIGS. 5 and 6 and tables 7 and 8 (for the method according to WO 94/25596) and in FIGS. 7 and 8 and tables 9 and 10 (for the method according to the invention).
Es zeigte sich, daß mit dem herkömmlichen Reinigungsverfahren unterschiedliche Reinigungsgrade des OspC-Produkts erhalten wer¬ den können, die zwischen einer Reinheit von 56% bis 80% schwan¬ ken können. So konnte ein rekombinantes OspC vom Stamm 0rth/F17 mit einer 80%igen und vom Stamm ACA1 mit einer 56%igen Reinheit mit dem Verfahren gemäß der WO 94/35596 erhalten werden.It was found that with the conventional cleaning process different degrees of cleaning of the OspC product can be obtained, which can vary between a purity of 56% and 80%. A recombinant OspC from strain 0rth / F17 with an 80% purity and from strain ACA1 with a 56% purity could be obtained using the method according to WO 94/35596.
Im Gegensatz dazu kann mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsver¬ fahren eine deutlich verbesserte Reinheit der Präparation von rekombinanten, nicht-lipidierten OspC erhalten werden, die min¬ destens 95% beträgt und sogar 99% erreichen kann (s. Fig. 8 und Tabelle 10).In contrast, with the cleaning method according to the invention, a significantly improved purity of the preparation of recombinant, non-lipidated OspC can be obtained, which is at least 95% and can even reach 99% (see FIG. 8 and Table 10).
Zudem ist hervorzuheben, daß das erfindungsgemäße Reinigungsver¬ fahren auf alle bisher bekannten OspC-Varianten anwendbar ist, womit für alle Varianten ein einheitlicher Reinigungsgrad der Antigene erhalten werden kann, was durch die bisher beschriebe¬ nen Verfahren nicht möglich war. Durch die Gewinnung von ver¬ schiedenen OspC-Varianten mit einheitlich hohem Reinigungsgrad ist es daher auch erstmals möglich, Präparationen einer Reinheit von mindestens 90% herzustellen, wobei insbesondere durch die Mischung von mindestens 3 verschiedenen serologischen OspC- Varianten eine Impfstoffpräparation hergestellt werden kann, die auch gegen einen Challenge mit einer heterologen Borrelienstamm schützt. Dadurch wird ein entscheidender Durchbruch bei der Her¬ stellung von BorrelienimpfStoffen mit einem breiten Schutzbe¬ reich erzielt. Im Gegensatz dazu wurde gemäß der WO 94/25596 in Vergleichs¬ studien gefunden, daß die aus Hefe gewonnene OspC-Präparation lediglich gegen Infektionen mit dem homologen Stamm schützt.In addition, it should be emphasized that the cleaning method according to the invention can be applied to all previously known OspC variants, with which a uniform degree of purification of the antigens can be obtained for all variants, which was not possible by the previously described methods. By obtaining different OspC variants with a uniformly high degree of purification, it is therefore also possible for the first time to produce preparations with a purity of at least 90%, in particular by mixing at least 3 different serological OspC variants, a vaccine preparation can be produced which also protects against a challenge with a heterologous Borrelia strain. A decisive breakthrough in the production of Borrelia vaccines with a wide protection range is thereby achieved. In contrast, WO 94/25596 was found studies in the Comparison according to that obtained from yeast OspC preparation l ediglich protects against infection with the homologous strain.
Tabelle 7Table 7
Peak RT Typ Weite Fläche Höhe FlächePeak RT type wide area height area
# [min] [min] [mAO x s] [mAO] % 1 - -- 1 - 1 .1 -_ | |_ 1# [min] [min] [mAO x s] [mAO]% 1 - - 1 - 1 .1 -_ | | _ 1
1 4.628 PV 0.229 177.69142 10.31256 3.68001 4,628 PV 0.229 177.69142 10.31256 3.6800
2 5.075 w 0.076 23.25017 3.97309 0.48152 5,075 w 0.076 23.25017 3.97309 0.4815
3 5.131 w 0.051 17.73720 4.89392 0.36733 5,131 w 0.051 17.73720 4.89392 0.3673
4 5.180 w 0.068 23.47639 4.70628 0.48624 5,180 w 0.068 23.47639 4.70628 0.4862
5 5.410 w 0.071 102.99156 20.97543 2.13295 5,410 w 0.071 102.99156 20.97543 2.1329
6 6.296 w 0.054 16.66883 4.29893 0.34526 6,296 w 0.054 16.66883 4.29893 0.3452
7 6.456 w 0.102 27.91520 3.57525 0.57817 6,456 w 0.102 27.91520 3.57525 0.5781
8 7.124 w 0.102 96.15434 12.05207 1.99138 7,124 w 0.102 96.15434 12.05207 1.9913
9 7.340 w 0.102 51.24856 6.48721 1.06149 7,340 w 0.102 51.24856 6.48721 1.0614
10 7.456 w 0.077 36.35993 6.25955 0.753010 7,456 w 0.077 36.35993 6.25955 0.7530
11 7.634 w 0.072 2449.22803 516.16937 50.723211 7,634 w 0.072 2449.22803 516.16937 50.7232
12 7.721 w 0.092 1456.86633 237.46468 30.171512 7,721 w 0.092 1456.86633 237.46468 30.1715
13 8.150 w 0.063 32.59999 7.25347 0.675113 8,150 w 0.063 32.59999 7.25347 0.6751
14 8.247 w 0.065 69.71961 15.43299 1.443914 8,247 w 0.065 69.71961 15.43299 1.4439
15 8.748 w 0.082 37.33817 6.13417 0.773315 8,748 w 0.082 37.33817 6.13417 0.7733
16 8.847 w 0.055 110.15652 29.61396 2.281316 8,847 w 0.055 110.15652 29.61396 2.2813
17 9.413 w 0.051 35.14756 10.23840 0.727917 9,413 w 0.051 35.14756 10.23840 0.7279
18 10.066 BV 0.056 41.27703 10.55653 0.854818 10.066 BV 0.056 41.27703 10.55653 0.8548
19 10.310 w 0.058 22.78672 5.92479 0.471919 10.310 w 0.058 22.78672 5.92479 0.4719
Gesamt 4828.61377 916.32269 Total 4,828,61377 916.32269
Tabelle 8Table 8
Peak RT Typ Weite Fläche Höhe FlächePeak RT type wide area height area
# [min] [min] [mAO x s] [mAO] % 1 1- __# [min] [min] [mAO x s] [mAO]% 1 1- __
1 3.666 w 0.104 76.72591 11.26516 1.80581 3,666 w 0.104 76.72591 11.26516 1.8058
2 3.776 w 0.035 13.63044 6.43005 0.32082 3,776 w 0.035 13.63044 6.43005 0.3208
3 3.840 w 0.051 32.56386 9.11639 0.76643 3,840 w 0.051 32.56386 9.11639 0.7664
4 3.891 w 0.067 44.94176 8.83538 1.05774 3,891 w 0.067 44.94176 8.83538 1.0577
5 4.117 w 0.095 136.84679 18.46668 3.22075 4,117 w 0.095 136.84679 18.46668 3.2207
6 4.216 w 0.049 32.40656 9.43964 0.76276 4,216 w 0.049 32.40656 9.43964 0.7627
7 4.293 w 0.059 42.06274 9.72205 0.99007 4,293 w 0.059 42.06274 9.72205 0.9900
8 4.708 w 0.271 1011.13867 49.68585 23.79748 4,708 w 0.271 1011.13867 49.68585 23.7974
9 5.124 w 0.151 153.73065 13.06296 3.61819 5,124 w 0.151 153.73065 13.06296 3.6181
10 5.327 w 0.083 60.29200 10.13262 1.419010 5,327 w 0.083 60.29200 10.13262 1.4190
11 5.421 w 0.086 76.35560 11.45869 1.797011 5,421 w 0.086 76.35560 11.45869 1.7970
12 5.664 w 0.073 29.88213 5.62164 0.703312 5,664 w 0.073 29.88213 5.62164 0.7033
13 6.072 w 0.070 48.29964 9.32081 1.136713 6,072 w 0.070 48.29964 9.32081 1.1367
14 6.461 w 0.055 14.11311 3.63805 0.332214 6,461 w 0.055 14.11311 3.63805 0.3322
15 6.801 w 0.076 10.21406 2.13184 0.240415 6,801 w 0.076 10.21406 2.13184 0.2404
16 7.689 PV 0.078 34.36339 6.54271 0.808716 7,689 PV 0.078 34.36339 6.54271 0.8087
17 7.854 w 0.086 2392.88062 403.43259 56.316917 7,854 w 0.086 2392.88062 403.43259 56.3169
18 8.257 w 0.090 23.96358 3.49553 0.564018 8,257 w 0.090 23.96358 3.49553 0.5640
19 8.854 w 0.044 9.72101 3.31730 0.228819 8,854 w 0.044 9.72101 3.31730 0.2288
20 9.415 BV 0.050 4.82040 1.36065 0.113420 9,415 BV 0.050 4,82040 1,36065 0.1134
Gesamt : 4248.95313 596.47662Total : 4248.95313 596.47662
Tabelle 9Table 9
Peak RT Typ Weite Fläche Höhe FlächePeak RT type wide area height area
# [min] [min] [mAO x s] [mAO] % # [min] [min] [mAO xs] [mAO]%
1 4.670 BV 0.197 53.18630 3.46254 1.92351 4,670 BV 0.197 53.18630 3.46254 1.9235
2 5.028 W 0.034 1.48847e-l 7.31092e-2 0.00542 5,028 W 0.034 1.48847e-l 7.31092e-2 0.0054
3 5.423 W 0.036 5.55494 2.34552 0.20093 5,423 W 0.036 5.55494 2.34552 0.2009
4 6.457 W 0.073 5.84710 1.07350 0.21154 6.457 W 0.073 5.84710 1.07350 0.2115
5 6.629 PV 0.041 9.57081e-l 3.55412e-l 0.03465 6,629 PV 0.041 9.57081e-l 3.55412e-l 0.0346
6 7.124 W 0.056 3.70759 9.01566e-l 0.13416 7,124 W 0.056 3.70759 9.01566e-l 0.1341
7 7.364 BV 0.066 10.94985 2.37225 0.39607 7.364 BV 0.066 10.94985 2.37225 0.3960
8 7.503 W 0.046 9.87367 3.15355 0.35718 7,503 W 0.046 9.87367 3.15355 0.3571
9 7.640 W 0.069 1879.25562 418.27679 67.96509 7,640 W 0.069 1879.25562 418.27679 67.9650
10 7.760 W 0.087 671.17523 113.45638 24.273710 7,760 W 0.087 671.17523 113.45638 24.2737
11 7.982 W 0.116 99.16217 11.69299 3.586311 7,982 W 0.116 99.16217 11.69299 3.5863
12 8.259 W 0.057 8.63425 2.11423 0.312312 8,259 W 0.057 8,63425 2.11423 0.3123
13 8.855 W 0.046 9.47382 3.07899 0.342613 8,855 W 0.046 9.47382 3.07899 0.3426
14 10.070 W 0.068 7.10788 1.47169 0.257114 10,070 W 0.068 7.10788 1.47169 0.2571
Gesamt . 2765.03442 563.82855 Tabelle 10Total . 2765.03442 563.82855 Table 10
Peak RT Typ Weite Fläche Höhe FlächePeak RT type wide area height area
# [min] [min] [mAO x s] [mAO] %# [min] [min] [mAO x s] [mAO]%
|__ _ j 1 ι_ 1| __ _ j 1 ι_ 1
1 7. 823 PV 0.085 3995.36450 690.66522 99.35601 7. 823 PV 0.085 3995.36450 690.66522 99.3560
2 8. 424 VB 0.147 25.89507 2.92927 0.64402 8. 424 VB 0.147 25.89507 2.92927 0.6440
Gesamt : 4021.25952 693.59448 Total: 4021.25952 693.59448

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e : Patent claims:
1. Verfahren zur Gewinnung und Reinigung von rekombinantem, von Borrelien-Oberflächen-Lipoproteinen abgeleitetem Osp-Protein aus eukaryontisehen Wirtszellen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wirtszell-Lysat mit einem proteinfällenden organischen Lösungs¬ mittel versetzt wird, unter Bedingungen, bei denen zelluläre Proteine im wesentlichen vollständig ausgefällt werden und re¬ kombinantes Osp-Protein selektiv in Lösung bleibt, und das Osp- Protein aus der Lösung gereinigt und gewonnen wird .1. A process for the production and purification of recombinant Osp protein derived from Borrelia surface lipoproteins from eukaryotic host cells, characterized in that a host cell lysate is mixed with a protein-precipitating organic solvent under conditions in which cellular proteins in the are substantially completely precipitated and recombined Osp protein remains selectively in solution, and the Osp protein is purified from the solution and recovered.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgefällten, zellulären Proteine durch Sedimentation vom rekom¬ binanten Osp-Protein abgetrennt werden und rekombinantes Osp- Protein in Lösung bleibt.2. The method according to claim 1, characterized in that the precipitated, cellular proteins are separated from the rekom¬ binant Osp protein by sedimentation and recombinant Osp protein remains in solution.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Osp-Protein enthaltende Lösung mit einem festen Träger in Kontakt gebracht wird unter Bedingungen, bei denen das Osp-Protein selektiv an den Träger bindet und daß es anschließend mit einem organischen Lösungsmittel eluiert wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized gekenn¬ characterized in that the solution containing Osp protein is brought into contact with a solid carrier under conditions in which the Osp protein selectively binds to the carrier and that it is subsequently with an organic solvent is eluted.
4. Verfahren zur Reinigung von Osp-Proteinen aus einem Osp- haltigen Ausgangsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Osp- Protein selektiv an einen festen Träger geeignet zur Umkehrpha¬ sen-Chromatographie gebunden wird, gegebenenfalls gewaschen, und eluiert wird.4. A process for the purification of Osp proteins from an Osp-containing starting material, characterized in that the Osp protein is selectively bound to a solid support suitable for reverse phase chromatography, optionally washed, and eluted.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Träger ein Silikat, vorzugsweise Spherisorb 5C18, oder ein Kunststoffpolymer, vorzugsweise Source PR15™ oder Amberchrome®, ist.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the solid carrier is a silicate, preferably Spherisorb 5C18, or a plastic polymer, preferably Source PR15 ™ or Amberchrome®.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Elution mittels eines Gradienten eines orga¬ nischen Lösungsmittels erfolgt. 6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized gekenn¬ characterized in that the elution is carried out by means of a gradient of an organic solvent.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das organische Lösungsmittel aus der Gruppe der proteinfällenden Substanzen ausgewählt ist, insbesondere ein- oder mehrwertige Alkohole, kurzkettige Ketone, Sulfoxide oder Nitrile, vorzugsweise Methanol, n-Propanol, 2-Propanol und ande¬ re Isomere des Propanols, t-Butanol, 2-Butanol und andere Iso¬ mere des Butanols, DMSO, Acetonitril, Dioxan oder Aceton und besonders bevorzugt Ethanol.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized gekenn¬ characterized in that the organic solvent is selected from the group of protein-precipitating substances, in particular mono- or polyhydric alcohols, short-chain ketones, sulfoxides or nitriles, preferably methanol, n-propanol, 2-propanol and other isomers of propanol, t-butanol, 2-butanol and other isomers of butanol, DMSO, acetonitrile, dioxane or acetone and particularly preferably ethanol.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß ein Gemisch aus verschiedenen organischen Lösungs¬ mitteln verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized gekenn¬ characterized in that a mixture of different organic solvents is used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das organische Lösungsmittel in einer Konzentra¬ tion von 10% bis 90%, vorzugsweise 20% bis 70% und besonders bevorzugt 40% bis 60% in wäßriger Pufferlösung verwendet wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized gekenn¬ characterized in that the organic solvent used in a concentration of 10% to 90%, preferably 20% to 70% and particularly preferably 40% to 60% in aqueous buffer solution becomes.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß eine eukaryontische Wirtszelle aus der Gruppe der Hefen, vorzugsweise Hansenula sp. , Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe und besonders bevorzugt Pichia pastoris, verwendet wird.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized gekenn¬ characterized in that a eukaryotic host cell from the group of yeasts, preferably Hansenula sp. , Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe and particularly preferably Pichia pastoris, is used.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß als Osp-Protein OspC, gewonnen wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized gekenn¬ characterized in that OspC is obtained as the Osp protein.
12. Rekombinantes OspC, dadurch gekennzeichnet, daß es nicht- lipidiert ist und lediglich aus dem Proteinanteil des B. burgdorferi OspC-Proteins besteht.12. Recombinant OspC, characterized in that it is non-lipidated and consists only of the protein portion of the B. burgdorferi OspC protein.
13. Rekombinantes OspC, dadurch gekennzeichnet, daß es nicht- lipidiert und frei von zellulären Proteinen, pyrogenen und toxi¬ schen Substanzen, Nukleinsäuren und Lipiden ist und in einem proteinfällenden, organischen Lösungsmittel löslich ist.13. Recombinant OspC, characterized in that it is non-lipidated and free of cellular proteins, pyrogenic and toxic substances, nucleic acids and lipids and is soluble in a protein-precipitating, organic solvent.
14. Rekombinantes OspC nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das proteinfällende organische Lösungsmittel ein ein- oder mehrwertiger Alkohol, vorzugsweise Ethanol, ist. 14. Recombinant OspC according to claim 13, characterized in that the protein-precipitating organic solvent is a mono- or polyhydric alcohol, preferably ethanol.
15. Rekombinantes OspC nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Ethanol in einer Konzentration zwischen 40% und 60%, vor¬ zugsweise zwischen 45% und 55%, in wäßriger Pufferlösung vor¬ liegt.15. Recombinant OspC according to claim 14, characterized in that ethanol is present in an aqueous buffer solution in a concentration between 40% and 60%, preferably between 45% and 55%.
16. Rekombinantes OspC nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da¬ durch gekennzeichnet, daß es eine Reinheit von mindestens 90% aufweist, vorzugsweise 95% und besonders bevorzugt 98%.16. Recombinant OspC according to one of claims 12 to 15, characterized in that it has a purity of at least 90%, preferably 95% and particularly preferably 98%.
17. Rekombinantes OspC nach einem der Ansprüche 12 bis 16 zur pharmazeutischen Verwendung.17. Recombinant OspC according to one of claims 12 to 16 for pharmaceutical use.
18. Impfstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er rekombinantes, nicht-lipidiertes OspC, und gegebenenfalls einen physiologisch akzeptablen Träger enthält.18. Vaccine, characterized in that it contains recombinant, non-lipidated OspC, and optionally a physiologically acceptable carrier.
19. Impfstoff nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein Antigen ausgewählt aus der Gruppe von19. Vaccine according to claim 18, characterized in that it additionally contains an antigen selected from the group of
B.burgdorferi Antigen OspA, OspB, OspD, OspE oder OspF, oder von TBE-Virus, enthält.B.burgdorferi antigen OspA, OspB, OspD, OspE or OspF, or of TBE virus, contains.
20. Impfstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er rekombinantes, nicht-lipidiertes OspC nach einem der Ansprüche 12 bis 17 und gegebenenfalls einen physiologisch akzeptablen Träger enthält.20. Vaccine, characterized in that it contains recombinant, non-lipidated OspC according to one of claims 12 to 17 and optionally a physiologically acceptable carrier.
21. Verwendung von rekombinantem, nicht-lipidierten OspC zur Herstellung eines Impfstoffes zur Immunisierung von Säugern gegen Lyme-Borreliose.21. Use of recombinant, non-lipidated OspC for the production of a vaccine for the immunization of mammals against Lyme disease.
22. OspC-Präparation, erhältlich nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11. 22. OspC preparation, obtainable by a process according to any one of claims 1 to 11.
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