ES2229220T3 - Vacuna contra la tuberculosis. - Google Patents

Vacuna contra la tuberculosis.

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ES2229220T3
ES2229220T3 ES94919574T ES94919574T ES2229220T3 ES 2229220 T3 ES2229220 T3 ES 2229220T3 ES 94919574 T ES94919574 T ES 94919574T ES 94919574 T ES94919574 T ES 94919574T ES 2229220 T3 ES2229220 T3 ES 2229220T3
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Peter Andersen
Ase Bengaard Andersen
Kare Haslov
Anne Lund Sorensen
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Statens Serum Institut SSI
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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A ANTIGENOS SEGREGADOS DE MICOBACTERIAS CAPACES DE EVOCAR RAPIDAS RESPUESTAS INMUNOLOGICAS (EN 4 DIAS) DE CELULAS AUXILIARES T A MODO DE LIBERACION DE GAMMA-INTERFERON EN ANIMALES INMUNES CON MEMORIA TRAS UNA INFECCION REINCIDENTE CON MICOBACTERIAS DEL COMPLEJO DE LA TUBERCULOSIS. LOS ANTIGENOS SE ENCUENTRAN PRESENTES A MODO DE FILTRADOS A CORTO PLAZO (ST-CF) DE MICOBACTERIAS CULTIVADAS QUE PERTENECEN AL COMPLEJO DE LA TUBERCULOSIS. SE HA IDENTIFICADO UNO DE ESTOS ANTIGENOS, UN POLIPEPTIDO CON UN PESO MOLECULAR APARENTE DE 6 KDA, Y SE HA CLONADO Y SECUENCIADO EL ADN QUE CODIFICA EL POLIPEPTIDO. SE CREE QUE LOS ANTIGENOS DE LA INVENCION SON UTILES ESPECIALMENTE EN VACUNAS, PERO TAMBIEN LO SON EN COMPOSICIONES DE DIAGNOSTICO. TAMBIEN SE PRESENTAN FRAGMENTOS DE ACIDOS NUCLEICOS QUE CODIFICAN LOS ANTIGENOS ASI COMO METODOS PARA INMUNIZAR A ANIMALES/SERES HUMANOS Y METODOS PARA EL DIAGNOSTICO DE LA TUBERCULOSIS.

Description

Vacuna contra la tuberculosis.
La presente invención se refiere a una vacuna novedosa para inmunizar a un animal, incluyendo un ser humano, contra la tuberculosis.
Antecedentes
La tuberculosis humana causada por Mycobacterium tuberculosis es un problema de salud global responsable de aproximadamente 3 millones de muertes anualmente (informe NIH). La incidencia mundial de nuevos casos de tuberculosis ha ido bajando progresivamente durante la última década pero los años recientes esta tendencia ha cambiado marcadamente debido a la llegada del SIDA y a la aparición de cepas multifármaco-resistentes de Mycobacterium tuberculosis (Rieder).
La única vacuna actualmente disponible es BCG, una vacuna cuya eficacia permanece como una materia de controversia. BCG induce generalmente un alto nivel de resistencias adquiridas en modelos animales de tuberculosis (Smith), pero varias pruebas humanas en países en desarrollo han fallado en demostrar protección significativa (Fine).
Esto hace del desarrollo de una vacuna nueva y mejorada contra la tuberculosis una materia urgente la cual se ha dado una importancia muy alta por el WHO (WHO BULL). Se han hecho muchos intentos para definir sustancias micobacterianas protectoras, y de 1950 a 1970 varios investigadores han comunicado una resistencia incrementada después de la vacunación experimental. Sin embargo, la demostración de una respuesta inmune protectora específica a largo plazo con la potencia de BCG aún no se ha logrado mediante la administración de proteínas solubles o fragmentos de pared celular. La inmunidad a M. tuberculosis se caracteriza por tres características básicas: i) los bacilos vivos inducen eficientemente una respuesta inmune protectora en contraste con preparaciones muertas (Orme); ii) los linfocitos T sensibilizados específicamente median esta protección (Mackaness, Orme); iii) la más importante molécula mediadora parece ser interferón gamma (INF-\gamma) (Rook, Flesh).
Se ha demostrado que las proteínas segregadas por M. tuberculosis cuando crece en cultivo funcionan como estimuladores de respuestas inmunes celulares específicas en ratones, y se ha sugerido que posibles antígenos útiles en nuevas vacunas contra la tuberculosis se buscarían entre tales proteínas, cf. Scand. J. Inmunol. 36, 823-831 (1992) e Infection and Immunity, 61, 844-851 (1993). Sin embargo, no se ha aislado o identificado ningún antígeno inmunodominante.
Descripción de la invención
Es un objeto de la presente invención proporcionar una vacuna para inmunizar un animal, incluyendo un ser humano contra la tuberculosis causada por micobacteria que pertenece al complejo tuberculosis.
Se demuestra en el presente documento que antígenos segregados administrados conjuntamente con un coadyuvante apropiado inducen células Th-1 de larga vida específicas capaces de proteger contra una prueba subsiguiente con M. tuberculosis virulentas. De forma importante, se ha encontrado sorprendentemente que una vacuna basada en polipéptidos solubles tiene la misma potencia protectora que BCG vivas, especialmente polipéptidos como se describen más adelante.
Consecuentemente, un aspecto de la invención es una vacuna para inmunizar una animal, incluyendo un ser humano, contra tuberculosis causada por micobacterias que pertenecen al complejo tuberculosis, comprendiendo como el componente efectivo al menos un polipéptido purificado al menos parcialmente, el cual
se libera de una micobacteria metabolizada y presente en filtrados a corto plazo a partir de tales micobacterias cultivadas crecidas con agitación durante 7 días, e induce una liberación de INF-\gamma a partir de linfocitos T de memoria reactivados retirados de un ratón C57BI/6j en los 4 días después de que el ratón se ha vuelto probar infectado con micobacterias que pertenecen al complejo tuberculosis, la inducción se lleva a cabo mediante la adición del polipéptido a una suspensión que comprende aproximadamente 200.000 células T de memoria reactivadas por ml, dando como resultado la adición del polipéptido una concentración de 1 \mug de polipéptido por ml de suspensión, y siendo la liberación de INF-\gamma evaluable por determinación de INF-\gamma en el sobrenadante cosechado 2 días tras la adición del polipéptido a la suspensión, y comprende la secuencia de aminoácidos explicada en la SEQ ID Nº.:2,
o el análogo y/o subsecuencia del polipéptido, siendo dicho análogo y/o dicha subsecuencia inmunológicamente equivalente al polipéptido con respecto a la capacidad de evocar una respuesta inmune protectora contra tuberculosis o con respecto a la capacidad de facilitar una respuesta inmune diagnósticamente significativa con la condición de que el polipéptido comprende una secuencia de aminoácidos que tiene un grado de homología de al menos el 80% con la secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID Nº.:2 con una subsecuencia del mismo que comprende un epítopo de célula T.,
estando dicho polipéptido opcionalmente acoplado a un vehículo o portador farmacéuticamente aceptable y/o formulándose conjuntamente con una sustancia coadyuvante.
El complejo tuberculosis tiene su significado usual, es decir el complejo de micobacterias que causa tuberculosis las cuales son Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium bovis, y Mycobacterium africanum.
En el contexto presente el término "micobacteria metabolizante" significa micobacteria viva que se multiplica logarítmicamente y libera polipéptidos en el medio de cultivo.
Mediante el término "polipéptido" se quiere significar aquí tanto péptidos cortos con una longitud de al menos dos residuos aminoácidos y como máximo 10 residuos aminoácidos, oligopéptidos (11-100 residuos aminoácidos), y péptidos más largos (la interpretación usual de "polipéptido", es decir más de 100 residuos aminoácidos de longitud) igual que proteínas (la entidad funcional que comprende al menos un péptido, oligopéptido o polipéptido la cual se puede modificar químicamente glicosilándose, lipidándose, o comprendiendo grupos prostéticos). La definición de polipéptidos también comprende formas nativas de péptidos/proteínas en micobacteria igual que proteínas recombinantes o péptidos en cualquier tipo de vectores de expresión que transforman cualquier clase de hospedador, y también péptidos químicamente sintetizados.
Mediante los términos "análogo" y "subsecuencia" cuando se usan en conexión con polipéptidos se quiere decir cualquier polipéptido que tiene las mismas características inmunológicas que los polipéptidos de la invención descritos anteriormente con respecto a la capacidad de conferir resistencia incrementada a infecciones con bacterias que pertenecen al complejo tuberculosis. Así, también está incluido un polipéptido a partir de diferentes fuentes, tales como otras bacterias o incluso a partir de células eucariotas.
Los términos "análogo" y "subsecuencia" con respecto a un polipéptido de la invención se usan también en el presente contexto para indicar una proteína o polipéptido de una composición de aminoácidos o secuencia similar a la secuencia de aminoácidos característica mostrada en la SEQ ID Nº.:2, que permite leves variaciones las cuales no tienen un efecto adverso sobre las propiedades de unión a ligando y/o la función biológica y/o la inmunogenicidad, o las cuales pueden dar propiedades de unión novedosas interesantes y útiles o funciones biológicas e inmunogenicidades interesantes y útiles, etc. El polipéptido o proteína análogos se pueden derivar a partir de otros microorganismos, células, o animales y el análogo también puede derivarse del uso de técnicas de DNA recombinantes como se describe más adelante.
Además, en el contexto presente el término "inmunológicamente equivalente" significa que el análogo o subsecuencia del polipéptido es funcionalmente equivalente al polipéptido con respecto a la capacidad de evocar una respuesta inmune protectora contra tuberculosis y/o facilitar una respuesta inmune diagnósticamente significativa (por ejemplo una reacción Dth).
El término "respuesta inmune protectora" tiene su significado usual, es decir que la respuesta inmune evocada mediante el polipéptido en cuestión protege a la persona inmunizada de contraer tuberculosis, o que la respuesta inmune evocada por el polipéptido confiere al menos una resistencia sustancialmente incrementada a las infecciones con micobacterias pertenecientes al complejo tuberculosis.
La capacidad de un polipéptido para evocar una respuesta inmune protectora se puede valorar midiendo en un animal experimental, por ejemplo un ratón o un conejillo de indias, la reducción en los contajes de micobacterias del bazo, pulmón, u otros órganos homogenados aislados de los animales experimentales los cuales han recibido una infección de prueba con una cepa virulenta de Mycobacterium tuberculosis después de haberse inmunizado previamente con el polipéptido, en comparación con las cuentas de micobacterias en un grupo control de animales de experimentación infectados con la misma cepa virulenta de Mycobacterium tuberculosis, animales de experimentación los cuales no han sido inmunizados contra tuberculosis previamente. La comparación de las cuentas de micobacterias pueden también llevarse a cabo con cuentas de micobacterias de un grupo de animales experimentales que reciben una infección de prueba con la misma cepa virulenta después de haberse inmunizado con Mycobacterium bovis BCG.
Los contajes de micobacterias en homogenados de los animales de experimentación inmunizados con un polipéptido de acuerdo con la presente invención deben ser como mucho 5 veces los contajes en los ratones o conejillos de indias inmunizados con Mycobacterium bovis BCG, tal como 3 veces los contajes como máximo, y preferiblemente 2 veces los contajes como máximo.
"Inmunológicamente equivalente" puede significar también que el análogo o subsecuencia es funcionalmente equivalente al polipéptido con respecto a facilitar una reacción de hipersensibilidad de tipo retardado (Dth) a una extensión de al menos 45% de la reacción Dth facilitada por el polipéptido bajo las mismas condiciones, tal como al menos el 65%, y preferiblemente el 85% medido como el diámetro de la reacción Dth.
Los inventores de la presente invención han demostrado que los polipéptidos tal como se definen anteriormente son de gran importancia en evocar una repuesta inmune protectora contra tuberculosis debido a que inducen una liberación de INF-\gamma a partir de linfocitos T reactivados a partir de un animal o un ser humano poco después de que el animal o ser humano se haya reinfectado.
Esto se ha confirmado midiendo la liberación de INF-\gamma inducida a partir de linfocitos T reactivados retirados de un ratón C57BI/6j en los 4 días después de que el ratón se haya vuelto a poner a prueba infectado con micobacterias que pertenecen al complejo tuberculosis. Esto es debido al hecho de que cuando un hospedador inmune prepara una respuesta inmunológica protectora las células T específicas responsables del reconocimiento temprano del macrófago infectado, estimula una poderosa actividad bactericida a través de su producción de INF-\gamma (Rook, G.A.W. 1990, Flesch, I y col. 1987).
Se contempla que debido a que los polipéptidos estimulan la respuesta inmune de los linfocitos T poco después de la aparición de la infección son importantes en el control de las micobacterias que causan la infección antes de que las micobacterias hayan tenido éxito en multiplicarse al número de bacterias que hubieran resultado en infección fulminante.
Así, los polipéptidos descritos en el presente documento como componentes en la vacuna son también por derecho propio una parte importante de la invención como los son los fragmentos de nucleótidos que codifican los polipéptidos de la invención.
Los polipéptidos de interés están dentro de los dos intervalos moleculares como se describen anteriormente, pero pueden ser de aproximadamente 4 a aproximadamente 14 kDa, tal como de aproximadamente 6 a aproximadamente 10 kDa.
En una realización preferida el polipéptido tiene un peso molecular en el intervalo de aproximadamente 5 kDa a aproximadamente 6 kDa, en el intervalo de aproximadamente 6 kDa a aproximadamente 7 kDa o en el intervalo de aproximadamente 7 kDa a aproximadamente 8 kDa.
Los polipéptidos pueden también encontrarse en otro intervalo molecular el cual es de aproximadamente 22 a aproximadamente 38 kDa, o de aproximadamente 20 a aproximadamente 32 kDa, tal como de aproximadamente 22 kDa a aproximadamente 30 kDa, o incluso de aproximadamente 24 kDa a aproximadamente 28 kDa, algunos otros polipéptidos pueden estar en el intervalo de aproximadamente 35 a aproximadamente 40 kDa, tal como de aproximadamente 36 a aproximadamente 39 kDa, o incluso de aproximadamente 36 a aproximadamente 38 kDa.
En una realización más preferida el peso molecular puede ser de aproximadamente 25 kDa a aproximadamente 27 kDa o de aproximadamente 37 kDa a aproximadamente 38 kDa.
Como se describe en los ejemplos, se han producido y aislado tres clones de E. coli que expresan polipéptidos micobacterianos de bajo peso molecular de ST-CF; todas estas proteínas se sospecha que están implicadas en la respuesta temprana a células T descrita anteriormente. Así de acuerdo con la invención el polipéptido
-
producido por la cepa lisogénica de E. coli designada AA227 la cual se ha depositado el 28 de junio de 1993 con la colección de Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zelkulturen GMBH (DSM) bajo el número de acceso DSM 8378,
-
el depósito de acuerdo con las disposiciones del Tratado de Budapest, se considera como un aspecto interesante de la invención.
Se ha demostrado que una proteína de bajo peso molecular expresada por la cepa AA227 muestra el perfil inmunológico descrito anteriormente, es decir, tiene la capacidad de inducir liberación de INF-\gamma a partir de T-linfocitos de memoria reactivados retirados de ratones C57BI/6j 4 días después de volver a realizar una infección de prueba con micobacterias; esta proteína es así un aspecto especialmente preferido de esta invención.
La proteína expresada mediante esta cepa se une específicamente a un anticuerpo monoclonal designado HYB76-8. Así, un aspecto interesante de la invención es también un polipéptido que reacciona en un ensayo de bandas western con un anticuerpo monoclonal, HYB76-8, estando producido dicho anticuerpo por la línea celular del hibridoma designada HYB 76-8 0,5/br C8 0,25/br B3 la cual se ha depositado el 30 de junio de 1993 en la colección de Deutsche Sammlum von Mikroorganismen und Zelkulturen GMBH (DSM) bajo el número de acceso DSM ACC2134 de acuerdo con las disposiciones del Tratado de Budapest.
Sin embargo, se ha demostrado por los inventores que el perfil inmunológico anteriormente descrito no se presenta por ninguna proteína expresada por ninguna proteína expresadas por la cepa AA226, aunque esta cepa exprese otros antígenos de bajo peso molecular de ST-CF. Por lo tanto, parece que no todos los antígenos de bajo peso molecular de ST-CF son directamente responsables de o están implicados en las propiedades inmunológicas de ST-CF anteriormente discutidas, mientras que el antígeno reactivo HYB76-8 puede considerarse como un candidato principal para el componente principal inmunogénico en una vacuna de la tuberculosis compuesta de antígenos simples. Como se discute anteriormente, el antígeno micobacteriano expresado por AA226 pudo tener posiblemente un efecto como un "coadyuvante" en ST-CF, es decir, la proteína no es responsable de la facilitación de la respuesta inmune pero tiene un efecto el cual facilita la facilitación de respuesta inmune eficientes.
En una realización preferida de la invención la secuencia de aminoácidos del polipéptido comprende una secuencia de aminoácidos homóloga al aminoácido que se muestra en la SEQ ID Nº.: 2 (cf. también figura 10) en la parte N-terminal de la secuencia u homóloga a la secuencia de aminoácidos de un análogo y/o subsecuencia de la secuencia de aminoácidos de SEQ ID Nº.: 2.
El término "homólogo" se usa aquí para ilustrar el grado de identidad entre la secuencia de aminoácidos de un polipéptido dado y la secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID Nº.: 2. La secuencia de aminoácidos a comparar con la secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID Nº.: 2 se puede deducir de una secuencia de DNA, por ejemplo obtenida por hibridación como se define anteriormente, o se puede obtener por procedimientos de secuenciación de aminoácidos convencionales. El grado de homología se determina preferiblemente en la secuencia de aminoácidos de un polipéptido maduro, es decir sin tomar ninguna secuencia líder en consideración. Se prefiere que el grado de homología sea al menos el 80%, tal como al menos el 90%, preferiblemente al menos el 95%, o incluso el 98%, con la secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID Nº.: 2.
Cada uno de los polipéptidos se puede caracterizar por secuencias específicas de aminoácidos y ácidos nucleicos. Se entenderá que tales secuencias incluyen análogos y variantes producidos por procedimientos recombinantes en los cuales tales secuencias de ácidos nucleicos y polipéptidos se han modificado por sustitución, inserción, adición y/o deleción de uno o más nucleótidos en dichas secuencias de ácidos nucleicos para causar sustitución, inserción, adición o deleción de uno o más residuos aminoácidos en el polipéptido recombinante. Cuando el término DNA se usa en lo siguiente, debería entenderse que para el número de propósitos donde DNA se puede sustituir por RNA, se puede leer el término DNA como que incluye las realizaciones de RNA las cuales serán patentes para el hombre experto en la técnica. Para los propósitos de hibridación se puede usar PNA en lugar de DNA, ya que se ha mostrado que PNA presenta un perfil de hibridación muy dinámico (PNA se describe en Nielsen, P.E. y col., 1991, Science 254: 1497-1500).
Con el fin de evocar una respuesta inmune protectora, un polipéptido debe ser al menos de 12 aminoácidos de largo, preferiblemente de al menos 15 aminoácidos, tal como de 20 aminoácidos.
La secuencia nucleotídica que codifica el polipéptido definido anteriormente es una parte de la invención, y puede ser una secuencia nucleotídica la cual
1)
es la secuencia de DNA que se muestra en la SEQ ID Nº.: 1 (mostrada en la figura 10)
2)
codifica para un polipéptido de la invención.
Es bien conocido que el mismo aminoácido se puede codificar por varios codines, estando relacionado el uso del codón, entre otras cosas, con la preferencia de los organismos en cuestión que expresan la secuencia de nucleótidos. Así, al menos un nucleótido o codón de un fragmento de DNA de la invención se puede intercambiar con otros, los cuales, cuando se expresan, dan como resultado un polipéptido idéntico o sustancialmente idéntico al polipéptido codificado mediante el fragmento de DNA en cuestión.
Por lo tanto, los términos "análogo" o "subsecuencia" se usan en el presente contexto para indicar un fragmento de DNA o una secuencia de DNA de una composición similar de nucleótidos o secuencia como la secuencia de DNA que codifica la secuencia de aminoácidos que constituye ESAT6 (también citada como "el antígeno de 6 kDa" o "el antígeno HYB76-8 reactivo") descrita en el presente documento, permitiendo variaciones sin importancia que no tienen un efecto adverso en las propiedades de unión a ligando y/o función biológica y/o inmunogenicidad comparadas con ESAT6, o las cuales proporcionan interesantes y útiles propiedades de unión novedosas o funciones biológicas e inmunogenicidades, etc. del análogo y/o subsecuencia. El fragmento de DNA análogo o secuencia de DNA análoga puede derivarse de una bacteria, un animal o un humano o puede ser parcialmente o completamente de origen sintético como se describe anteriormente. El análogo y/o subsecuencia puede también derivarse a través del uso de técnicas de DNA recombinante.
Además, los términos "análogo" y "subsecuencia" se desean para permitir variaciones en la secuencia tales como sustitución, inserción (incluyendo intrones), adición, deleción y reorganización de uno o más nucleótidos, variaciones las cuales no tienen efecto sustancial en el polipéptido codificado por un fragmento de DNA o una subsecuencia del mismo. El término "sustitución" se desea que signifique el reemplazamiento de uno o más nucleótidos en la secuencia de nucleótidos completa con uno o más nucleótidos diferentes, se entiende que "adición" significa la adición de uno o más nucleótidos a cada extremo de la secuencia completa de nucleótidos, se desea que "inserción" signifique la introducción de uno o más nucleótidos en la secuencia completa de nucleótidos, se desea que "deleción" indique que uno o más nucleótidos se han eliminado de la secuencia completa bien en cualquier extremo de la secuencia o bien en algún punto adecuado dentro de ella, y se desea que "reordenamiento" signifique que dos o más residuos de nucleótido se han intercambiado entre sí.
Una subsecuencia de nucleótidos como se discute anteriormente se refiere a una "subsecuencia efectiva" lo cual significa que codifica un péptido el cual es inmunológicamente funcional con respecto a la capacidad de evocar una respuesta inmune protectora contra tuberculosis o de facilitar una reacción Dth. La subsecuencia puede ser el resultado de un truncamiento de cada extremo del DNA y/o de la eliminación de uno o más nucleótidos o secuencias de nucleótido en la secuencia de DNA.
El polipéptido, como se describe anteriormente, se libera de las micobacterias metabolizantes, y puede por lo tanto ser un polipéptido el cual se traduce de un gen en el genoma de las micobacterias. Sin embargo, el polipéptido liberado puede ser también un producto de degradación de un polipéptido mayor el cual se cataboliza o desintegra en las micobacterias con lo cual sólo los productos de la catabolización o desintegración se liberan de las micobacterias. Por lo tanto, la secuencia de nucleótidos que codifica el polipéptido puede ser parte de una secuencia de nucleótidos mayor que codifica el polipéptido mayor presente sólo con las bacterias vivas. En esta conexión se entiende que los cultivos agitados que han crecido durante 7 días como se describió anteriormente sólo represente un número insignificante de micobacterias lisadas las cuales por supuesto no segregarán ningún polipéptido pero darán como resultado la liberación de todos los polipéptidos dentro del filtrado (también los puramente intracelulares).
Una vacuna de acuerdo con la invención es preferiblemente una la cual es capaz de evocar una resistencia inmune sustancial y específica adquirida en un ratón o conejillo de indias contra tuberculosis causadas por micobacterias pertenecientes al complejo tuberculosis, los cuales adquieren resistencia inmune que corresponde al menos al 20% de la respuesta inmune protectora facilitada por Mycobacterium bovis BCG, como se evalúa mediante la reducción observada en los contajes de micobacterias de homogenados de bazo, pulmón u otros órganos aislados del ratón o conejillo de indias que reciben una infección de prueba con un cepa virulenta de M. tuberculosis, como se describe anteriormente.
La resistencia inmune adquirida preferida corresponde al menos al 50% de la respuesta inmune protectora facilitada por Mycobacterium bovis BCG, tal como al menos el 60%, o incluso más preferido al menos el 80%, de la respuesta inmune protectora facilitada por Mycobacterium bovis BCG, tal como al menos el 90%.
Cuando se compara con la respuesta inmune facilitada por M. bovis es posible en un aspecto preferido de la presente invención que la vacuna confiera a la persona vacunada una resistencia inmune adquirida correspondiente al menos al 100% de la respuesta inmune protectora facilitada por Mycobacterium bovis BCG, tal como al menos el 110%.
La preparación de las vacunas las cuales contienen secuencias de péptidos como ingredientes activos se comprende generalmente bien en la técnica, como se ejemplifica mediante las patentes de los Estados Unidos 4.608.251; 4.601.903; 4.599.231; 4.599.230; 4.596.792 y 4.578.770. Típicamente, tales vacunas se preparan como inyectables bien como disoluciones líquidas o bien como suspensiones; se pueden preparar también formas sólidas adecuadas para disolución en, o suspensión en, líquido antes de la inyección. La preparación se puede emulsionar también. El ingrediente activo inmunogénico está a menudo mezclado con excipientes los cuales son farmacéuticamente aceptables y compatibles con el ingrediente activo. Los excipientes adecuados son, por ejemplo, agua, medio salino, dextrosa, glicerol, etanol, o similares, y combinaciones de los mismos. Además, si se desea, la vacuna puede contener menores cantidades de sustancias auxiliares tales como agentes humectantes o emulsionantes, agentes tamponadores de pH, o coadyuvantes los cuales potencian la efectividad de las vacunas.
Las vacunas se administran convencionalmente parenteralmente, mediante inyección, por ejemplo, tanto subcutánea como intramuscularmente. Las formulaciones adicionales las cuales son adecuadas para otros modos de administración incluyen supositorios, y, en algunos casos, formulaciones orales. Para supositorios, los agentes de unión y los vehículos tradicionales pueden incluir, por ejemplo, polialquilenglicoles o triglicéridos; tales supositorios se pueden formar a partir de mezclas que contienen el ingrediente activo en el intervalo del 0,5% al 10%, preferiblemente 1-2%. Las formulaciones orales incluyen tales excipientes normalmente empleados como, por ejemplo, niveles farmacéuticos de manitol, lactosa, almidón, estearato de magnesio, sacarina sódica, celulosa, carbonato de magnesio, y similares. Estas composiciones toman la forma de disoluciones, suspensiones, comprimidos, píldoras, cápsulas, formulaciones de liberación sostenida o polvos y contienen 10-95% de ingrediente activo, preferiblemente 25-70%.
Las proteínas se pueden formular dentro de la vacuna como formas neutrales o salinas. Las sales farmacéuticamente aceptables incluyen sales de adición de ácidos (formadas con los aminoácidos libres del péptido) y las cuales se forman con ácidos inorgánicos tales como por ejemplo, ácidos clorhídrico y fosfórico, o ácidos orgánicos tales como acético, oxálico, tartárico, mandélico y similares. Las sales formadas con los grupos carbonilo libres se pueden derivar también de bases inorgánicas, tales como, por ejemplo, hidróxidos sódico, potásico, amónico, cálcico, o férrico, y bases orgánicas tales como isopropilamina, trimetilamina, 2-etilaminoetanol, histidina, procaína, y similares.
Las vacunas se administran en una manera compatible con la formulación de dosificación, y en tal cantidad serán terapéuticamente efectivas e inmunogénicas. La cantidad a administrarse depende del sujeto a ser tratado, incluyendo, por ejemplo, la capacidad del sistema inmune del individuo para montar una respuesta inmune, y el grado de protección deseado. Los intervalos de dosificación deseados son del orden de varios cientos de microgramos de ingrediente activo por vacunación con un intervalo preferido de aproximadamente 0,1 \mug a 100 \mug, tal como en el intervalo de aproximadamente 1 \mug a apeoximadamente300 \mug, y especialmente en el intervalo de aproximadamente 0,1 \mug a aproximadamente 1000 \mug, tal como en el intervalo de aproximadamente 1 \mug a 300 \mug, y especialmente en el intervalo de aproximadamente 10 \mug a 50 \mug. Los regímenes adecuados para administración inicial y golpes estimuladores son también variables pero están tipificados mediante una administración inicial seguida por inoculaciones subsiguientes u otras administraciones.
La forma de aplicación puede variar ampliamente. Cualquiera de los procedimientos convencionales de administración de una vacuna son aplicables. Éstos se cree que incluyen aplicación oral en una base sólida físicamente aceptable o en una dispersión físicamente aceptable, parenteralmente, mediante inyección o similares. La dosificación de la vacuna dependerá de la ruta de administración y variará de acuerdo con la edad de la persona a vacunarse y, en un menor grado, de acuerdo con el tamaño de la persona a vacunarse.
Algunos de los polipéptidos de la vacuna son suficientemente inmunogénicos en una vacuna, pero para alguno de los otros la respuesta inmune se potenciará si la vacuna comprende también una sustancia coadyuvante.
Varios procedimientos de lograr efecto coadyuvante para la vacuna incluyen el uso de agentes tales como hidróxido o fosfato de aluminio (alum), usado comúnmente como una disolución de 0,05 a 0,1 por ciento en tampón salino de fosfato, mezcla con polímeros sintéticos de azúcares (Carbopol) usada como disolución al 0,25 por ciento, agregación de la proteína en la vacuna mediante tratamiento de calor con temperaturas variando entre 70º y 101ºC durante periodos de 30 segundos-2 minutos respectivamente. Se puede emplear también agregación a albúmina reactivando con anticuerpos tratados con pepsina (Fab), mezcla con células bacterianas tales como C. Parvum o endotoxinas o componentes lipopolisacáridos de bacterias gram-negativas, emulsión en aceites transportadores fisiológicamente aceptables tales como monooleato de anida (Aracel A) o emulsión con una disolución al 20 por ciento de un perfluorocarbono (Fluosol-DA) usado como un sustituto de bloqueo. De acuerdo con la invención DDA (bromuro de dimetildioctadecilamonio) es un candidato interesante para un coadyuvante, pero también los coadyuvantes completos e incompletos de Feund igual que QuilA y RIBI son posibilidades interesantes.
Otras posibilidades implican el uso de sustancias moduladoras inmunitarias tales como linfoquinas (por ejemplo, INF-\gamma, IL-2 e IL-12) o inductores INF-\gamma sintéticos tales como poli I:C en combinación con los coadyuvantes anteriormente mencionados. Como se discute en el ejemplo 3, se contempla que tales mezclas de antígeno y coadyuvante conducirán a formulaciones de vacunas superiores.
En muchos casos, será necesario tener administraciones múltiples de la vacuna, usualmente no excediendo de seis vacunaciones, más usualmente no excediendo de cuatro vacunaciones y preferiblemente una o más, usualmente al menos aproximadamente tres vacunaciones. Las vacunaciones normalmente serán a entre dos y doce semanas de intervalo, más usualmente de tres a cinco semanas de intervalo. Los activadores periódicos a intervalos de 1-5 años, usualmente 3 años, serán deseables para mantener los niveles deseados de inmunidad protectora. El curso de la inmunización se puede seguir mediante ensayos de proliferación in vitro de PLB (linfocitos periféricos en sangre) co-cultivados con ESAT6 o ST-CF, y especialmente midiendo los niveles de la forma liberada de INF-\gamma de los linfocitos activados. Los ensayos se pueden llevar a cabo usando etiquetas convencionales, tales como radionúclidos, enzimas, fluorescentes, y similares. Estas técnicas son bien conocidas y se pueden encontrar en una amplia variedad de patentes, tales como las patentes de los Estados Unidos N^{os}. 3.791.932, 4.174.384 y 3.949.064, como es ilustrativo de estos tipos de ensayos.
Como se describe anteriormente una medida del efecto de los polipéptidos en la vacuna puede ser para valorar el INF-\gamma liberado por los linfocitos T de memoria. A respuesta inmune más fuerte más INF-\gamma se liberará, de acuerdo con ello, una vacuna comprende un polipéptido capaz de liberar de los linfocitos T de memoria al menos 1500 pg/ml, tales como 2000 pg/ml, preferiblemente 3000 pg/ml de INF-\gamma.
Debido a la variación genética, diferentes individuos reaccionarán con una fuerza variable al mismo polipéptido. Por lo tanto, la vacuna de acuerdo con la invención puede comprender varios polipéptidos diferentes con el fin de incrementar la respuesta inmune. La vacuna puede comprender dos o más polipéptidos, donde todos los polipéptidos son como se definió anteriormente, o algunos pero no todos los péptidos se puede derivar de una bacteria que pertenece al complejo de M. tuberculosis. En el último ejemplo los polipéptidos no necesariamente cumplen los criterios anteriormente explicados para polipéptidos que deben actuar bien debido a su propia inmunogenicidad o bien deben actuar meramente como coadyuvantes. Ejemplos de tales interesantes polipéptidos son MPB64, MPT64, el polipéptido ST-3 reactivo, el polipéptido PV-2 reactivo, y el MPB59, pero cualesquiera otras sustancias las cuales se pueden aislar a partir de micobacterias son posibles candidatos.
La vacuna puede comprender 3-20 polipéptidos diferentes, tales como 3-10 polipéptidos diferentes.
Una razón para mezclar los polipéptidos de la invención con un coadyuvante es para activar de forma efectiva una respuesta inmune celular. Sin embargo, este efecto se puede lograr también en otras vías, por ejemplo expresando el antígeno efectivo en una vacuna en un microorganismo no patogénico. Un ejemplo bien conocido de un microorganismo tal es Mycobacterium bovis BCG.
Por lo tanto, otro aspecto importante de la presente invención es un incremento de la vacuna BCG actualmente disponible, la cual es una vacuna para inmunizar un animal, incluyendo un ser humano, contra tuberculosis causada por micobacterias pertenecientes al complejo tuberculosis, comprendiendo como el componente efectivo un microorganismo, en el que una o más copias de la secuencia de DNA que codifican un polipéptido como se define anteriormente o un análogo y/o subsecuencia del mismo se ha incorporado en el genoma del microorganismo en una manera que permite al microorganismo expresar y segregar el polipéptido.
En el contexto presente el término "genoma" se refiere al cromosoma de los microorganismos igual que DNA o RNA extracromosómico, tal como plásmidos.
La valoración de la capacidad de la vacuna con respecto a evocar una respuesta inmune protectora es como se define anteriormente, igual que la valoración del efecto de la vacuna comparado con la vacuna convencional BCG.
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El microorganismo en la vacuna puede ser una bacteria tal como bacterias seleccionadas del grupo que consta de los géneros Mycobacterium, Salmonella, Pseudomonas y Eschericia.
En una realización preferida, el microorganismo es Mycobacterium bovis BCG, y en una realización más preferida es la cepa de Mycobacterium bovis BCG Danish 1331, la cual es la cepa de Mycobacterium bovis BCG de Copenhague del Copenhagen BCG Laboratory, Statens Seruminstitut, Dinamarca.
La incorporación de una o más copias de una secuencia de DNA que codifica el polipéptido de acuerdo con la invención en una micobacteria a partir de una cepa Mycobacterium bovis BCG la cual potencia el efecto inmunogénico de BCG especialmente con respecto a la respuesta inmune a largo plazo como se describe anteriormente. La incorporación de mas de una copia de la secuencia de DNA se contempla para potenciar la respuesta inmune incluso más, consecuentemente un aspecto de la invención es una vacuna en la cual al menos 2 copias de una secuencia de DNA que codifican un polipéptido se incorporan en el genoma del microorganismo, tal como al menos 5 copias. Las copias de las secuencias de DNA pueden bien estar codificando polipéptidos idénticos o ser variantes de la misma secuencia de DNA que codifican polipéptidos idénticos u homólogos de un polipéptido, o en otra realización ser secuencias de DNA diferentes que codifican diferentes polipéptidos donde al menos uno de los polipéptidos está de acuerdo con la presente invención.
La secuencia de DNA usada en una realización tal de la invención puede ser una secuencia de DNA la cual
1) es idéntica a la secuencia de DNA mostrada en la SEQ ID Nº.:1
2) codifica un péptido, de la invención.
La secuencia de DNA de acuerdo con la invención es preferiblemente una que codifica un péptido la secuencia aminoacídica del cual es al menos homóloga en un 90% con la secuencia de aminoácidos mostrada en la SEQ ID Nº.: 2 o con una subsecuencia de la misma, o codifica el péptido con la secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID Nº.: 2, o codifica una subsecuencia de la misma.
Como se discute anteriormente, la facilitación de las respuestas a la infección mediadas por células se puede obtener empleando un coadyuvante o usando vacunas vivas. Sin embargo, las investigaciones recientes han revelado una nueva y excitante posibilidad, en la que un fragmento de DNA clonado en un vector el cual no es replicante en células eucariotas se introduce en un animal (incluyendo un ser humano) por ejemplo mediante una inyección intramuscular o administración percutánea. El DNA se toma mediante por ejemplo células musculares y el gen de interés se expresa mediante un promotor el cual está funcionando en eucariotas, por ejemplo un promotor viral, y el producto del gen estimula a partir de entonces el sistema inmune. Estos procedimientos recientemente descubiertos se revisan en Ulmer y col., 1993.
Por lo tanto, también una parte de la invención es una vacuna que comprende un ácido nucleico de acuerdo con la invención, la vacuna efectúa expresión in vivo de antígenos en un animal, incluyendo un ser humano, al cual la vacuna se ha administrado, siendo la cantidad de antígenos expresados que efectiva para conferir resistencia sustancialmente incrementada a infecciones con micobacteria del complejo tuberculosis en un animal, incluyendo un ser humano. También se describen los procedimientos de inmunizar animales contra la tuberculosis administrando la vacuna a los animales.
La eficacia de una "vacuna de DNA" tal puede posiblemente potenciarse administrando el gen que codifica el producto de expresión conjuntamente con un fragmento largo de DNA que codifica un polipéptido el cual tiene la capacidad de modular una respuesta inmune. Por ejemplo, un gen que codifica precursores de linfoquina o linfoquinas (por ejemplo, IPN-\gamma, IL-2, o IL-12) se pueden administrar conjuntamente con el gen que codifica la proteína inmunogénica, bien administrando dos fragmentos de DNA por separado o administrando ambos fragmentos incluidos en el mismo vector.
Tanto en inmunodiagnósticos como en preparación de vacunas, a menudo es posible y práctico preparar antígenos a partir de segmentos de una proteína o polipéptido inmunogénico conocido. Ciertas regiones de epítopos se pueden usar para producir respuestas similares a aquella producida por el polipéptido antigénico entero. Las regiones potenciales antigénicas o inmunogénicas se pueden identificar por cualquiera de un número de aproximaciones, por ejemplo, los análisis de antigenicidad Jameson-Wolf o Kyte-Doolitle o los análisis de hidrofobicidad Hoop y Woods (1981) (véase, por ejemplo, Jameson y Wolf, 1988; Kyte y Doolitle, 1982; o patente de los Estados Unidos Nº. 4.554.101). Los análisis de hidrofobicidad asignan valores promedio de hidrofilicidad a cada residuo aminoácido, a partir de estos valores se pueden calcular las hidrofilicidades y determinar las regiones de mayor hidrofilicidad. Usando uno o más de estos procedimientos, las regiones de antigenicidad predecida se pueden derivar de la secuencia de aminoácidos asignada a los polipéptidos de la invención.
Por lo tanto, otro aspecto aún de la presente invención es el polipéptido como se define anteriormente, especialmente uno el cual comprende un epítopo para una célula T ayudante.
Ejemplos de tales polipéptidos son aquellos producidos mediante las cepas de E. coli depositadas descritas anteriormente.
Además, la invención se refiere a un fragmento de nucleótidos que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido como se define anteriormente, tal como una secuencia de nucleótidos que codifica uno cualquiera de los polipéptidos producidos por las cepas depositadas de E. coli descritas anteriormente, especialmente el fragmento de nucleótidos que comprende la secuencia de DNA de SEQ ID Nº.: 1.
Aún otro aspecto de la invención es una composición para diagnosticar tuberculosis, que comprende un polipéptido como se define anteriormente, especialmente los polipéptidos producidos por las cepas de E. coli depositadas descritas anteriormente, tal como el polipéptido codificado por un fragmento de nucleótidos el cual comprende la secuencia de DNA de SEQ ID Nº.: 1 o una parte del mismo, o la composición que comprende una secuencia de nucleótidos como se definió anteriormente.
Los procedimientos para determinar la presencia de anticuerpos micobacterianos o componentes de micobacterias en muestras o en animales también se describen, como un procedimiento para determinar la presencia de anticuerpos dirigidos contra micobacterias pertenecientes al complejo tuberculosis en un animal, incluyendo un ser humano, o en una mezcla comprendiendo administrar un polipéptido de la invención al animal o incubando la muestra con el anticuerpo, y detectando la presencia del anticuerpo enlazado que resulta de la administración o incubación. Asimismo, se describe un procedimiento para determinar la presencia de un antígeno micobacteriano en un animal, incluyendo un ser humano, o en una mezcla, que comprende administrar un anticuerpo de la invención al animal o incubar la muestra con el anticuerpo, o detectar la presencia del antígeno enlazado que resulta de la administración o incubación. Finalmente se describe también un procedimiento para determinar la presencia de ácidos nucleicos micobacterianos en un animal, incluyendo un ser humano, o en una muestra, que comprende administrarle un fragmento de ácido nucleico de la invención al animal o incubar la muestra con el fragmento de ácido nucleico de la invención o con un fragmento de ácido nucleico complementario con él, y detectar la presencia de ácidos nucleicos hibridados que resultan de la incubación. Un procedimiento tal de diagnosticar tuberculosis debe implicar el uso de una composición que comprende al menos una parte de una secuencia de nucleótidos como se definió anteriormente y detectar la presencia de secuencias de nucleótidos en una muestra del animal o ser humano para probarse las cuales hibridan con el fragmento de nucleótidos (o un fragmento complementario) mediante el uso de una técnica de
PCR.
Los inmunoensayos preferidos se contemplan como que incluyen varios tipos de inmunoensayos ligados a enzimas (ELISAS), técnicas de inmunoblot, y similares, conocidos en la técnica. Sin embargo, se aprecia fácilmente que la utilidad no se limita a tales ensayos, y las realizaciones útiles incluyen RIAs y otros ensayos o procedimientos de anticuerpos no ligados a enzimas.
Se contempla que varios ensayos para la presencia de micobacterias o para TB se pueden desarrollar usando cualquiera de los polipéptidos de la invención, los correspondientes fragmentos de ácido nucleico que codifican la proteína, proteínas funcionalmente similares y sus epítopos, o mediante detección de otros ácidos nucleicos apropiados. Los epítopos reactivos representan partes de secuencias polipeptídicas que se podrían utilizar en una manera análoga.
Finalmente, se describen kits de diagnóstico para las formas de infección de TB en curso o previas. Los kits de diagnóstico comprenden un anticuerpo, un ácido nucleico, o un polipéptido de acuerdo con la invención en combinación con un medio para detectar la interacción con la sustancia relevante que reacciona con estas sustancias de la invención; la elección de estos medios de reacción se discuten más abajo con referencia a fragmentos de DNA, pero se entenderá que las mismas consideraciones se aplican para polipéptidos y anticuerpos monoclonales de la invención.
Tanto en los medios diagnósticos, composiciones, y kits, los anticuerpos, ácidos nucleicos o polipéptidos de acuerdo a la invención pueden opcionalmente estar acoplados a vehículos sólidos o semisólidos, como es bien conocido en la técnica.
En las realizaciones de diagnóstico clínico, los segmentos de ácidos nucleicos de la presente invención se pueden usar en combinación con un medio apropiado, tal como una etiqueta, para determinar hibridación con DNA de un organismo patógeno. Los procedimientos típicos de la detección deben utilizar, por ejemplo, especies radiactivas, ligandos de enzima activa u otros ligandos marcadores tales como avidina/biotina, los cuales son detectables directa o indirectamente. En las realizaciones preferidas de diagnóstico, alguien probablemente deseará emplear una etiqueta enzimática tal como una fosfatasa alcalina o peroxidasa más que reactivos radiactivos u otros que pueden tener efectos ambientales indeseables. Las etiquetas enzimáticas, por ejemplo, a menudo utilizan sustratos indicadores colorimétricos que se detectan fácilmente espectrofotométricamente, muchos en el intervalo de longitud de onda visible. Los sustratos luminiscentes se podrían usar para incrementar la sensibilidad.
Los segmentos de DNA hibridables pueden incluir cualquiera de un número de segmentos del DNA descrito. Por ejemplo, segmentos relativamente cortos que incluyen 12 o más o menos 12 pares de bases se pueden emplear, o, más preferiblemente cuando se desean sondas, segmentos más largos que incluyen 20, 30 o 40 pares de bases, dependiendo de las aplicaciones particulares deseadas. Los segmentos más cortos son preferidos como cebadores en aplicaciones tales como PCR, mientras algunos de los segmentos más largos son preferibles generalmente para hibridación de bandas. Debería de señalarse, sin embargo, que mientras que las secuencias descritas para los segmentos de DNA de la presente invención se definen mediante SEQ ID Nº:1 se esperaría una cierta cantidad de variación o sustitución de base, por ejemplo como se puede encontrar en mutantes o variantes de cepas, pero las cuales no afectarían significativamente las características de hibridación. Tales variaciones, incluyendo modificaciones de base que tienen lugar de forma natural o de otro modo, como se menciona anteriormente se desean incluir en el alcance de las presentes reivindicaciones.
Como se menciona, en ciertos aspectos, la información de la secuencia de DNA proporcionada por la invención permite la preparación de secuencias de DNA (o RNA o PNA) relativamente cortas que tienen la capacidad para hibridar específicamente a las secuencias de genes de las micobacterias. En estos aspectos, las sondas de ácidos nucleicos de una longitud apropiada se preparan basados en una consideración de la secuencia, por ejemplo, SEQ ID Nº.: 1. La capacidad de tales sondas de ácidos nucleicos para hibridar específicamente a las secuencias de genes de micobacterias les presta una particular utilidad en una variedad de realizaciones. Más importantemente, las sondas se pueden usar en una variedad de ensayos de diagnóstico para detectar la presencia de organismos patógenos en una muestra dada. Sin embargo, las sondas se puede usar en una variedad de ensayos diagnósticos para detectar la presencia de organismos patógenos en una muestra dada. Sin embargo, ambos usos están previstos incluyendo el uso de la secuencia de información para la preparación de cebadores de especies mutantes, o cebadores para usar en la preparación de otras construcciones genéticas.
Para proporcionar ciertas de las ventajas de acuerdo con la invención, la secuencia de ácido nucleico preferida empleada para los estudios o ensayos de hibridación incluye secuencias que son complementarias de al menos un tramo de 40-10, o más o menos 40-10, nucleótidos de la secuencia seleccionada. Un tamaño de al menos 10 nucleótidos en longitud ayuda a asegurar que el fragmento será de suficiente longitud para formar una molécula dúplex que es tanto estable como selectiva. Se prefieren generalmente las moléculas que tienen secuencias complementarias por encima de tramos mayores de 10 bases en longitud, aunque, con el fin de incrementar la estabilidad y selectividad del híbrido, y de este modo incrementar la calidad y el grado de moléculas híbridas específicas obtenidas. Así, alguien preferirá generalmente diseñar moléculas de ácido nucleico que tienen generalmente tramos de 15 a 20 nucleótidos, o incluso más largos si se desea, complementarios de genes. Tales fragmentos se pueden preparar fácilmente mediante, por ejemplo, síntesis directa del fragmento por medios químicos, mediante aplicación de tecnología de reproducción de ácidos nucleicos, tal como la tecnología de PCR de la patente de los Estados Unidos 4.603.102, o introduciendo secuencias seleccionadas dentro de vectores recombinantes para la producción recombinante.
Como se puede ver a partir del ejemplo 6, los polipéptidos de la invención también son capaces de facilitar una respuesta Dth en la forma de una reacción de la piel en conejillos de indias. Los polipéptidos de la invención puede ser así útiles como agentes en una prueba diagnóstica de piel.
Por lo tanto, se describe también un procedimiento de diagnosticar tuberculosis causada por Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium africanum o Mycobacterium bovis en un animal, incluyendo un ser humano, que comprende inyectar intradérmicamente, en el animal, una composición farmacéutica que contiene un polipéptido como se define anteriormente o un análogo y/o subsecuencia del mismo el cual es inmunológicamente equivalente al péptido, siendo una respuesta positiva de la piel en la localización de la inyección indicativa de que el animal tiene tuberculosis, y siendo una respuesta cutánea negativa en la localización de la inyección indicativa de que el animal no tiene tuberculosis.
Un aspecto adicional es un procedimiento para inmunizar un mamífero, incluyendo un ser humano, contra la tuberculosis causada mediante micobacterias perteneciendo al complejo tuberculosis, en el que una vacuna como se define anteriormente se administra al mamífero, la vacuna se puede administrar intravenosamente, intraperitonealmente, intracutáneamente o intramuscularmente, en dosis bien conocidas para la persona experta en la técnica (cf. la discusión anterior de administración de las vacunas de la invención).
Otro aspecto de la invención es un anticuerpo monoclonal, el cual está reaccionando sustancialmente específicamente con un polipéptido como se definió anteriormente en un ensayo inmunitario, tal como una prueba de bandas western o una prueba BLISA, o un fragmento de unión específica de dicho anticuerpo.
En una realización preferida el anticuerpo monoclonal, o un fragmento de unión específico de dicho anticuerpo, se expresa mediante la línea celular depositada la cual se ha depositado por el solicitante el 30 de junio de 1993 en la colección de Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GMBH (DSM) bajo el número de acceso DSM ACC2134.
Otro aspecto de la invención es un vector replicable el cual expresa un polipéptido como se define anteriormente. El vector puede ser cualquier vector el cual pueda convenientemente someterse a los procedimientos de DNA recombinante, y la elección del vector dependerá a menudo de la célula hospedadora dentro de la cual se introduce. Así, el vector puede ser un vector autónomamente replicante, es decir un vector el cual existe como una entidad extracromosómica, la replicación del cual es independiente de la replicación cromosómica: ejemplos de tal vector son un plásmido, fago, cósmido, minicromosoma o virus. Alternativamente, el vector puede ser uno el cual, cuando se introduce en una célula hospedadora, se integra en el genoma de la célula hospedadora y se replica conjuntamente con él o con los cromosomas dentro de los cuales se ha integrado.
Los vectores de expresión se pueden construir para incluir cualquiera de los segmentos descritos en el presente documento. Tal DNA debe codificar una proteína antigénica específica para cepas virulentas de micobacterias o incluso sondas de hibridación para detectar ácidos nucleicos de micobacteria en muestras. Los segmentos de DNA más largos o más cortos, dependiendo de la proteína antigénica deseada. Las regiones epitópicas de las proteínas expresadas o codificadas mediante el DNA descrito se pueden incluir como segmentos relativamente cortos de DNA. Es posible que una amplia variedad de vectores de expresión incluya, por ejemplo, segmentos de DNA que codifican productos de genes indicadores útiles para la identificación de productos génicos heterólogos y/o genes de resistencia tales como genes de resistencia a antibióticos los cuales pueden ser útiles en identificar células transformadas.
Los vectores recombinantes tales como aquellos descritos se prefieren particularmente para transformar células hospedadoras bacterianas. De acuerdo con ello, se describe un procedimiento para preparar las células bacterianas hospedadoras transformadas que incluye generalmente las etapas de seleccionar una célula hospedadora bacteriana adecuada, preparar un vector que contiene un segmento de DNA deseado y transformar la bacteria hospedadora seleccionada. Varios tipos de células hospedadoras bacterianas se pueden emplear, incluyendo E. coli, B. subtilis, igual que micobacterias de crecimiento rápido tales como M. smegmatis o incluso BGG. También se pueden emplear otras células hospedadoras procariotas y eucariotas.
Las células transformadas se pueden seleccionar usando diversas técnicas, incluyendo rastreo mediante hibridación diferencial, identificación de productos fusionados de genes indicadores, marcadores de resistencia, anticuerpos antiantígeno y similares. Después de la identificación de un clon adecuado, se puede seleccionar y cultivar bajo condiciones apropiadas a las circunstancias, como por ejemplo, condiciones que favorecen la expresión o, cuando se desea DNA, condiciones de replicación.
La presente invención se refiere por lo tanto adicionalmente a una célula que esconde al menos un vector replicable de expresión como se define anteriormente. En principio, esta célula puede ser de cualquier tipo celular, es decir una célula procariota tal como una bacteria, por ejemplo E. coli o una Mycobacterium tuberculosis, o Mycobacterium bovis, o Mycobacterium africanum, un organismo eucariota unicelular, un hongo o levadura, o una célula derivada de un organismo pluricelular, por ejemplo un animal o una planta. Es especialmente en casos donde se desea glicosilación que se usa una célula de mamífero, aunque la glicosilación de las proteínas es un evento raro en procariotas.
La célula puede preferiblemente ser una célula que se selecciona del grupo que consiste en las cepas lisogénicas de E. coli AA226, AA227 y AA228 las cuales se han depositado el 29 de junio de 1993 en la colección del Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GMBH (DSM) bajo los números de acceso DSM 837, DSM 8378 y DSM 8379, respectivamente, de acuerdo con las disposiciones del Tratado de Budapest, o una célula de M. tuberculosis BCG bovina.
Un aspecto adicional de la invención es un procedimiento para producir un polipéptido como se definió anteriormente que comprende insertar un fragmento de DNA como se define anteriormente en un vector el cual es capaz de replicarse en una célula hospedadora, cultivando la célula hospedadora en un medio de cultivo apropiado bajo condiciones apropiadas para expresar el polipéptido, y recuperar el polipéptido a partir de la célula hospedadora o medio de cultivo y someter opcionalmente el polipéptido recuperado a las modificaciones postraduccionales, o
aislando el polipéptido a partir de filtrado de cultivos a corto plazo como se define en el presente documento, o
sintetizando el polipéptido mediante síntesis de péptidos en fase líquida o sólida.
El medio usado para crecer las células puede ser cualquier medio convencional adecuado para el propósito. Un vector adecuado puede ser cualquiera de los vectores descritos anteriormente, y una célula hospedadora apropiada puede ser cualquiera de los tipos celulares enumerados anteriormente. Los procedimientos empleados para construir el vector y efectuar introducción del mismo dentro de la célula hospedadora pueden ser cualesquiera procedimientos conocidos para tales propósitos en el campo del DNA recombinante. En lo siguiente se dará una descripción más detallada de las posibilidades.
En general, por supuesto, se prefieren los procariotas para la clonación inicial de las secuencias nucleicas de la invención y construir los vectores útiles en la invención. Por ejemplo, además de las cepas particulares mencionadas en la descripción más específica más adelante, alguien puede mencionar por medio de ejemplo, cepas tales como la cepa 294 de E. coli K12 (ATCC Nº. 31446), E. coli B, y E. coli X 1776 (ATCC Nº. 31537). Estos ejemplos se desean, por supuesto, para ser ilustrativos más que limitantes.
Los procariotas se prefieren también para expresión. Se pueden usar las cepas anteriormente mencionadas, igual que E. coli W3110 (F-, lambda-, prototrófica, ATCC Nº. 273325), bacilos tales como Bacillus subtilis, u otras enterobacterias tales como Salmonella typhimurium o Serratia marcesans, y varias especies de Pseudomonas. Son especialmente interesantes las micobacterias de crecimiento rápido, por ejemplo M. smegmatis, dado que esas bacterias tienen un alto grado de semejanza con las micobacterias del complejo tuberculosis y por lo tanto suponen una buena posibilidad de reducir la necesidad de llevar a cabo modificaciones postraduccionales del producto de expresión.
En general, los vectores plasmídicos que contienen secuencias replicón y de control las cuales se derivan de especies compatibles con la célula hospedadora se usan en conexión con estos hospedadores. El vector lleva de forma ordinaria un sitio de replicación, igual que secuencias marcadoras las cuales son capaces de proporcionar selección fenotípica en células transformadas. Por ejemplo, E. coli se transforma típicamente usando pBR322, un plásmido derivado de una especie de E. coli (véase, por ejemplo, Bolivar y col., 1977, Gene 2: 95). El plásmido pBR322 contiene genes para resistencia a amplicilina o tetraciclina y así proporciona procedimientos fáciles para identificar células transformadas. El plásmido pBR, u otro plásmido microbiano o fago puede contener también, o modificarse para contener, promotores los cuales se pueden usar mediante la recombinación de microorganismos para expresión.
Aquellos promotores más comúnmente usados en construcción de DNA recombinante incluyen la B-lactamasa (penicilinasa) y sistema promotor de lactosa (Chang y col., 1978; Itakura y col., 1977; Goeddel y col., 1979) y un sistema promotor de triptófano (trp) (Goeddel y col., 1979; EPO Appl. Publ. Nº. 0036776). Mientras estos son los más comúnmente usados, otros promotores microbianos se han descubierto y utilizado, y se han publicado los detalles que conciernen a sus secuencias de nucleótidos, permitiendo a un trabajador experto ligar su funcionalidad con vectores plasmídicos (Siebwenlist y col., 1980). Ciertos genes de procariotas se pueden expresar eficientemente en E. coli a partir de sus propias secuencias promotoras, descartando la necesidad de adición de otro promotor por medios artificiales.
Además de procariotas, microbios eucarióticos, tales como cultivos de levaduras se pueden usar también. Saccharomyces cerevisiae, o la levadura común de los panaderos es el más comúnmente usado entre los microorganismos eucarióticos, aunque un número de otras cepas está comúnmente disponible. Para la expresión en Saccharomyces, se usa comúnmente, por ejemplo, el plásmido YRp7 (Stinchcomb y col., 1979; Tschemper y col., 1980). Este plásmido ya contiene el gen trpl el cual proporciona un marcador de selección para una cepa mutante de levaduras que carece de la capacidad para crecer en triptófano por ejemplo ATCC Nº. 44076 o PEP4-1 (Jones, 1977). La presencia de la lesión trpl como una característica del genoma de la célula de levadura hospedadora proporciona después un ambiente efectivo para detectar transformación mediante crecimiento en ausencia de triptófano.
Las secuencias promotoras adecuadas en vectores de levadura incluyen los promotores parea 3-fosfoglicerato quinasa (Hitzman y col., 1980) u otras enzimas glicolíticas (Hess y col., 1968; Holland y col., 1978), tales como enolasa, gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, hexoquinasa, piruvato decarboxilasa, fosfofructoquinasa, glucosa-6-fosfato isomerasa, 3-fosfoglicerato mutasa, piruvato quinasa, triosafosfato isomerasa, fosfoglucosa isomerasa, y glucoquinasa. En la construcción de plásmidos de expresión adecuados, las secuencias de terminación asociadas con estos genes están también ligadas dentro del vector de expresión 3' de la secuencia que se desea que se exprese para proporcionar poliadenilación del mRNA y terminación.
Otros promotores, los cuales tienen la ventaja adicional de transcripción controlada por las condiciones de crecimiento son la región promotora para alcohol deshidrogenasa 2, isocitocromo C, fosfatasa ácida, enzimas degradativas asociadas con metabolismo de nitrógeno, y la anteriormente mencionada gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, y enzimas responsables de la utilización de maltosa y galactosa. Cualquier vector plasmídico que contiene un promotor, origen de replicación y terminación compatible con levadura, es aceptable.
Además de los microorganismos, los cultivos de células derivadas de organismos pluricelulares se pueden usar también como hospedadores. En principio, cualquier cultivo celular tal es factible, ya sea un cultivo que parte de un vertebrado o de un invertebrado. Sin embargo, el interés ha sido mayor en células de vertebrados, y la propagación de los vertebrados en cultivo (tejido de células) ha llegado a ser un procedimiento de rutina en años recientes (Tissue Culture, 1973). Ejemplos de tales líneas celulares hospedadoras útiles son células VERO y HeLa, células de ovario de hámster chino (CHO), y W138, BHK, COS-7 293 y líneas celulares MDCK.
Vectores de expresión para tales células incluyen (si es necesario) un origen de replicación, un promotor localizado delante del gen a expresarse, junto con cualesquiera necesarios sitios de unión al ribosoma, sitios de "splicing" del RNA, sitio de poliadenilación, y secuencias terminadoras de transcripción de genes.
Para usar en células de mamífero, las funciones de control en los vectores de expresión se proporcionan a menudo mediante material vírico. Por ejemplo, los promotores comúnmente usados se derivan de polioma, Adenovirus 2, y más frecuentemente virus de los simios 40 (SV40). Los promotores tempranos y tardíos del virus SV40 son particularmente útiles porque ambos se obtienen fácilmente del virus como un fragmento el cual también contiene el origen de replicación viral del SV40 (Fiers y col., 1978). Los fragmentos de SV40 menores o mayores se pueden usar también, dado que hay incluida la secuencia de aproximadamente 250 pares de bases que se extiende del sitio HindIII hacia el sitio BGII localizado en el origen de replicación viral. Adicionalmente, es también posible y a menudo deseable, utilizar el promotor o las secuencias de control asociadas normalmente con la secuencia deseada del gen, dado que tales secuencias de control son compatibles con los sistemas de células hospedadoras.
Un origen de replicación se puede proporcionar bien por construcción del vector para incluir un origen exógeno, tal como se puede derivar de SV40 u otro virus (por ejemplo, Polyoma, Adeno, VSV, BPV) o se puede proporcionar mediante el mecanismo de replicación cromosómico celular. Si el vector se integra en el cromosoma de la célula hospedadora, lo último es a menudo suficiente.
A la luz de la descripción anterior los procedimientos para la producción recombinante del polipéptido de la invención son también una parte de la invención, como son los vectores que llevan y/o son capaces de replicar los ácidos nucleicos de acuerdo a la invención en un célula hospedadora o una línea celular. De acuerdo a la invención el vector de expresión puede ser por ejemplo un plásmido, un cósmido, un minicromosoma, o un fago. Especialmente interesantes son los vectores que se integran en el genoma de la célula hospedadora/línea celular después de su introducción en el hospedador.
Después de la preparación recombinante del polipéptido de acuerdo con la invención, el aislamiento del polipéptido puede por ejemplo llevarse a cabo mediante cromatografía de afinidad (u otros procedimientos convencionales bioquímicos que se basan en la cromatografía), que usan un anticuerpo monoclonal el cual une específicamente al polipéptido de acuerdo con la invención. Otra posibilidad es emplear la técnica simultánea de electroelución descrita por Andersen y col., en J. Immunol. Methods 161: 29-39.
De acuerdo con la invención las modificaciones postraduccionales implican lipidación, glicosilación, escisión, o elongación del polipéptido.
La secuencia de DNA a modificarse puede ser de origen de cDNA o de DNA genómico como se discute anteriormente, pero puede ser también de origen sintético. Además, la secuencia de DNA puede ser de cDNA mezclado o de DNA genómico mezclado, de cDNA mezclado y DNA sintético o genómico y de origen sintético como se discute anteriormente. La secuencia de DNA puede haberse modificado, por ejemplo mediante mutagénesis dirigida a sitio, para dar como resultado el fragmento de DNA deseado que codifica el polipéptido deseado. La siguiente discusión se centra en modificaciones de DNA que codifican el polipéptido deberían entenderse para comprender también tales posibilidades, igual que la posibilidad de desarrollar el DNA mediante ligazón de dos o más fragmentos de DNA para obtener el fragmento de DNA deseado, y combinaciones de los principios anteriormente mencionados.
La secuencia de DNA se puede modificar usando cualquier técnica adecuada la cual resulta en la producción de un fragmento de DNA que codifica un polipéptido de la invención.
La modificación de la secuencia de DNA que codifica la secuencia de aminoácidos del polipéptido de la invención debería ser una que no dificulte la función inmunológica del polipéptido resultante.
Un procedimiento preferido de preparar variantes de los antígenos descritos en el presente documento es la mutagénesis dirigida a sitio. Esta técnica es útil en la preparación de péptidos individuales, o proteínas o péptidos funcionales biológicamente equivalentes, derivados de las secuencias antigénicas, a través de mutagénesis específica del DNA señalado. La técnica proporciona adicionalmente una capacidad lista para usar para preparar y probar variantes de la secuencia, por ejemplo, incorporar una o más de las precedentes consideraciones, introduciendo uno o más cambios en la secuencia de nucleótidos en el DNA. Los sitios de mutagénesis específica permiten la producción de mutantes a través del uso de secuencias de oligonucleótidos específicas las cuales codifican la secuencia de DNA de la mutación deseada, igual que un número suficiente de nucleótidos adyacentes, para proporcionar una primera secuencia de suficiente tamaño y complejidad de secuencia para formar un dúplex estable en ambos lados de que el empalme de deleción se atraviese. Típicamente, se prefiere un cebador de aproximadamente 17 a 25 nucleótidos de longitud, con aproximadamente de 5 a 10 residuos en ambos lados del empalme de la secuencia que está alterándose.
En general, la técnica de mutagénesis específica de sitio es bien conocida en la técnica como se ejemplifica mediante publicaciones (Adelman y col., 1983). Como se apreciará, la técnica emplea típicamente un vector de fago el cual existe tanto en una forma de cadena simple como en una forma de cadena doble. Los vectores típicos usados en mutagénesis dirigida a sitio incluyen vectores tales como el fago M13 (Messing y col., 1981). Este fago está fácilmente disponible comercialmente y su uso es generalmente bien conocido por aquellos expertos en la técnica.
En general, la mutagénesis dirigida a sitio de acuerdo con esto se lleva a cabo por medio de esto obteniendo primero un vector de cadena simple el cual incluye en su secuencia una secuencia de DNA la cual codifica los polipéptidos de la invención. Se prepara un cebador oligonucleotídico que lleva la secuencia mutada deseada, generalmente de forma sintética, por ejemplo mediante el procedimiento de Crea y col. (1978). Este cebador es después fortalecido por el vector de cadena simple, y sometido a enzimas de polimerización del DNA tales como el fragmento Klenow de la DNA polimerasa I de E. coli, con el fin de completar la síntesis de la hebra que lleva la mutación. Así, se forma un heterodúplex en el que una hebra codifica la secuencia original no mutada y la segunda hebra lleva la mutación deseada. Este vector heterodúplex se usa entonces para transformar las células apropiadas, tales como las células de E. coli, y se seleccionan los clones los cuales incluyen vectores recombinantes que llevan la colocación de secuencia mutada.
La preparación de variantes de secuencia de los fragmentos de ácidos nucleicos seleccionados de la invención que usan la mutagénesis dirigida a sitio se proporciona como un medio de producir especies de los genes potencialmente útiles y no significa que sea limitante ya que hay otras vías en las cuales se pueden obtener las variantes de secuencia de los fragmentos de nucleótidos de la invención. Por ejemplo, los vectores recombinantes que codifican los genes deseados se pueden tratar con agentes mutágenos para obtener variantes de secuencia (véase, por ejemplo, un procedimiento descrito por Eichenlaub, 1979) para la mutagénesis del plásmido de DNA que usa hidroxilamina.
Análogos/subsecuencias de los fragmentos de ácidos nucleicos los cuales forman parte de la invención son fragmentos de ácidos nucleicos los cuales se funden al menos en otro fragmento de ácido nucleico el cual codifica una proteína que codifica la inmunogenicidad de la proteína fundida relativa a una proteína sin el socio de fusión codificado. Tales proteínas codificadas pueden ser por ejemplo epítopos de células T u otros epítopos inmunogénicos que potencian la inmunogenicidad del producto del gen diana, por ejemplo linfoquinas tales como INF-\gamma, IL-2 e IL-12.
Otros fragmentos de ácido nucleico forman parte de un fragmento de ácido nucleico de la invención que codifica un polipéptido de fusión, son aquellos polipéptidos codificantes los cuales facilitan la expresión y/o purificación del péptido fusionado, por ejemplo proteínas de las fimbrias bacterianas, por ejemplo los componentes de los pelos pilina y papA; proteína A; el péptido ZZ; la proteína de unión a la maltosa; S-transferasa de glutatión; \beta-galactosidasa; o polihistidina.
El polipéptido de la invención se puede producir alternativamente por los procedimientos bien conocidos de síntesis de péptidos de fase sólida o líquida utilizando la unión sucesiva de los aminoácidos individuales de la secuencia polipeptídica o la unión de aminoácido individuales que forman fragmentos de la secuencia polipeptídica de tal forma que da como resultado el polipéptido deseado.
Aún un aspecto adicional de la invención es un procedimiento para producir una vacuna de acuerdo a lo que se definió anteriormente, que comprende
producir o aislar un polipéptido como se define anteriormente, y
solubilizar o dispersar el polipéptido en un medio para una vacuna, y
añadir una sustancia coadyuvante,
cultivar una célula de un microorganismo que comprende al menos una secuencia de nucleótidos como se describe anteriormente, y transferir la célula a un medio para una vacuna, y
añadir una sustancia coadyuvante.
En la primera realización, otros antígenos de M. tuberculosis se pueden añadir al medio.
Leyendas de las figuras
Figura 1: curso de la infección con M. tuberculosis en ratones desprotegidos y ratones con memoria inmunitaria.
Los ratones C57BI/6j se infectaron con 2,5 x 10^{5} unidades viables de M. tuberculosis y el crecimiento de los organismos en el bazo se investigó durante un periodo de 25 días. La cuenta en las UFC indicada representa la media de 4-5 ratones.
Figura 2: producción in vivo de INF-\gamma durante la infección de tuberculosis. Los ratones desprotegidos y los ratones con memoria inmunitaria se infectaron intravenosamente con 2,5 x 10^{5} unidades formadoras de colonia de M. tuberculosis y el nivel de INF-\gamma se controló en el bazo o suero de animales durante el curso de la infección.
Figura 3: la respuesta in vitro de los linfocitos del bazo de ratones infectados.
Los ratones desprotegidos y los ratones con memoria inmunitaria se sacrificaron a diferentes momentos durante el curso de la infección, y los linfocitos del bazo se estimularon in vitro con ST-CF o bacilos muertos. Los sobrenadantes de cultivos celulares se probaron en busca de la presencia de INF-\gamma.
Figura 4: fracciones de filtrado de cultivo a corto plazo.
ST-CF se dividió en 14 fracciones mediante la técnica de multielución y las fracciones se analizaron mediante SDS-PAGE y teñido con plata. Carril F: ST-CP. Carriles 1-15: fracciones 1-15.
Figura 5: reactivación de las células T durante una infección secundaria.
La liberación de INF-\gamma mediante linfocitos de bazo aislados bien directamente de los ratones con memoria inmunitaria o cuatro días después de que los ratones han recibido una infección secundaria. Los linfocitos se estimularon in vitro con fracciones ST-CF y los sobrenadantes se recogieron para la cuantificación de INF-\gamma. La migración de marcadores moleculares (como se muestra en la figura 4) se indica en el fondo.
Figura 6: mapa preciso de la liberación de INF-\gamma en respuesta a antígenos individuales segregados.
Un panel de fracciones estrechas en las regiones estimulatorias 4-14 y 26-34 permitió el mapeo preciso de las proteínas capaces de inducir INF-\gamma en los microcultivos que contienen linfocitos de ratones con memoria inmunitaria en el día 4 de volver a ponerlos a prueba. En el lado a mano izquierda: la localización de e inducción de INF-\gamma mediante antígenos segregados definidos de masa molecular 5-8 kDa.
Figura 7: purificación bioquímica del antígeno reactivo HYB76-8 (ESAT6).
El análisis mediante SDS-PAGE de ESAT6 purificado obtenido de un procedimiento de purificación que implica una filtración de gel final de en una columna Superdex 75. La muestra aplicada a la columna fue el antígeno reactivo HYB76-8 que contiene fracción eluída de la columna Mono Q durante la segunda etapa de purificación. Los carriles 5, 6, y 7 muestran la presencia del antígeno reactivo HYB76-8 en la región por debajo del marcador de 14,4 kDa de peso molecular.
Figura 8: mapa físico de los productos de expresión de los fagos lambda reactivos con Mabs que reconocen los componentes de baja masa molecular. Barra sombreada con líneas cruzadas; lacZ, barra sólida; DNA de M. tuberculosis, barra abierta; lambdatg11*DNA (brazo derecho), triángulos abiertos indican sitios de escisión con EcoRI originados a partir del vector lambdatg11. La dirección de traducción y transcripción de los productos génicos fusionados con beta-galactosidasa se indica mediante una flecha.
Figura 9: el análisis por prueba de bandas western demuestra expresión recombinante de componentes de bajo peso molecular. Los lisados de E. coli Y1089 se lisogenizan con lambda AA226, lambda AA226 o lambda se analizaron en experimentos de bandas western después de PAGE (A: 10%, B: gradiente 10 a 20%).
Panel A: carriles 1: lambda gt11; carriles 2: lambda AA226; carriles 3: lambda AA227.
Panel B: carril 1: lambda gt11; carriles 2 y 3: lambda AA242 y AA230 (clones idénticos).
Los anticuerpos monoclonales se indican en la parte superior de cada panel. L24, c24 es un anticuerpo monoclonal reactivo anti-MPT64.
Figuras 10A, 10B y 10C: ESAT 6 recombinante.
10A: mapa plasmídico de pAA249.
El fragmento EcoRI-BamHI de 1,7 kpb de lambda AA227 se subclona en los sitios EcoRI-BamHI de pBluescript. Barra sombreada con líneas cruzadas; DNA micobacteriano, flecha; el gen esat6.
10B: la secuencia completa de DNA del DNA micobacteriano de pAA249.
La secuencia se obtuvo mediante el procedimiento de secuenciación dideoxi (Sanger, F. y col. 1977, secuenciación de DNA con inhibidores de terminación de cadena; Proc. Natl. Acad. Sci. 74: 5463) y secuencia de ciclo usando el sistema Terminador de Tinción en combinación con el lector automatizado de gel, modelo 373ª de Applied Biosystems; la secuencia se muestra también en SEQ ID Nº.: 1. ESAT6 se codifica mediante la secuencia de DNA del codón de iniciación ATG en la posición 13-15 al codón de parada TAG en la posición 298-300.
10C: la secuencia de aminoácidos deducida de ESAT6 (también mostrada en SEQ ID Nº.: 2) en código convencional de 3 letras. El * indica aminoácidos los cuales se podrían alinear a la secuencia obtenida mediante secuenciación N-terminal de material nativo bioquímicamente purificado.
Figura 11: fracciones ST-CF para investigación de los patrones de respuesta de las células T en animales genéticamente heterogéneos. La ST-CF se separó en SDS- PAGE y se tiñó de plata. Los marcadores MW se indican a la izquierda y los cortes usados en la preparación de las fracciones 1-10 a la derecha. Estas fracciones se usaron para los experimentos indicados en figuras 12 y 13.
Figuras 12A y 12B: respuestas de los conejillos de indias a fracciones ST-CF. Resultados de estimulación de linfocitos con linfocitos del bazo (figura 12A) y linfocitos de sangre periférica( figura 12B).
Figura 13: respuestas a células T en diferentes cepas genéticas de ratones.
Las células T de ratón se estimularon in vitro con el panel de fracciones ST-CF y liberación de INF-\gamma a los sobrenadantes de cultivos controlados.
Figura 14: respuesta del INF-\gamma humano a fracciones ST-CF.
El PBL humano se estimuló in vitro con fracciones ST-CF y sobrenadantes de cultivo celular investigados en busca de la presencia de INF-\gamma.
Figura 15: la prueba cutánea que induce capacidad de ESAT6 nativa purificada en conejillos de indias infectados por aerosol.
El diámetro de las reacciones de la prueba cutánea se midió 3, 6, 8, y 11 días después de la exposición de 4 grupos de conejillos de indias (N = 5) a aerosoles de M. tuberculosis.
Preámbulo a los ejemplos
Es un hecho establecido que la memoria inmunológica reside a largo plazo después de la terminación de una infección tuberculosa (Orme, I.M., 1988; Lefford, M.J. y col., 1974). Esta memoria inmunitaria protege eficientemente el hospedador contra una infección secundaria con M. tuberculosis más adelante en la vida. Cuando un hospedador inmune monta una respuesta inmune protectora, las células T específicas responsables del reconocimiento temprano del macrófago infectado, estimula una poderosa actividad bactericida a través de su producción de INF-\gamma (Rook, G.A.W., 1990; Flesch, I y col., 1987). Los antígenos protectores los cuales se incorporan en una vacuna de subunidades han sido vistos en los ejemplos más adelante entre las dianas moleculares de las células efectoras responsables de la memoria de una respuesta inmune protectora. Esto ha dado como resultado en la identificación de dianas antigénicas inmunodominantes para las células T durante la primera fase de una respuesta inmune protectora.
Bacterias. M. tuberculosis H37Rv (ATCC 27294) se creció a 37ºC en medio Löwenstein-Jensen o en suspensión en medio Sauton modificado. BCG Copenhagen se obtuvo como una vacuna secada en frío y se rehidrató con sauton diluido seguido de una breve sonicación para asegurar una suspensión dispersa.
Producción de filtrado de cultivo a corto plazo (ST-CF). ST-CF se produjo con se describe previamente (Andersen y col., 1991b). Brevemente se incubó M. tuberculosis (4 x 10^{6} UFC/ml) en medio Sauton y se crecieron en un agitador orbital durante 7 días. Las bacterias se eliminaron mediante filtración y el cultivo de sobrenadantes se hizo pasar a través de filtros estériles (0,2 \mum) y se concentró sobre una membrana Amicon YM 3 (Amicon, Danvers, Ass.).
Fraccionamiento de ST-CF mediante la técnica de multielución. ST-CF (5 mg) se separó en 10-20% SDS-PAGE durante toda una noche (11 cm de ancho respecto al centro del pocillo, 0,75 mm de gel). Después de la terminación del proceso electroforético el gel se recorta del exceso de gel, y se preequilibra en 3 cambios de tampón fosfato 2 mM durante 40 minutos. La multielución se llevó a cabo como se describió previamente (Andersen y Heron, 1993b). Brevemente, los geles se transfirieron al Multi-Eluter™ (KEM-EN-TECH) y se electroeluyeron (40 V) en un tampón fosfafo 2 mM durante 20 minutos. Las fracciones polipeptídicas se aspiraron y ajustaron a isotonía con PBS concentrado. Todas las fracciones se estabilizaron con 0,5% de suero de ratones y se mantuvieron congeladas a -80ºC hasta su uso.
Cultivos de linfocitos. Los linfocitos se obtuvieron preparando suspensiones de células individuales a partir de bazos como se describe en Andersen y col, 1991a. Brevemente, fracciones ST-CF o antigénicas se añaden a microcultivos que contienen 2 x 10^{5} linfocitos en un volumen de 200 \mul Rpmi 1640 suplementados con 2-mercaptoetanol 5 x 10^{5} M, penicilina, estreptomicina, 1 mM de glutamina y 0,5% (vol/vol) suero fresco de ratón.
El ST-CF se usó en la concentración de 4 \mug/ml mientras las fracciones ST-CF se usaron en 1 \mug/ml.
La proliferación celular se investigó dando un pulso a los cultivos (1 \muCi [^{3}H] timidina/pocillo) después de 48 horas de incubación, incubando adicionalmente las placas durante 22 horas y recogiendo y procesando finalmente las placas para contaje de centelleo líquido (Lkb, contador Beta). Los sobrenadantes de cultivo se recogieron de cultivos paralelos 48 horas después de incubación y se usaron para análisis de linfoquina.
Análisis de linfoquina. La cantidad de INF-\gamma presente en sobrenadantes de cultivo y en órganos homogeneizados se cuantificó mediante un kit de ELISA de INF-\gamma (Holland Biotechnology, Leiden, Países Bajos). Los valores por debajo de 10 pg se consideraron negativos.
Ejemplo 1 Aislamiento de células T que estimulan antígenos ST-CF de bajo peso molecular
Un grupo de ratones eficientemente protegidos se generó infectando ratones hembra de 8-12 semanas de edad de la línea genética C57B1/6j en Statens Seruminstitut, Copenhague, Dinamarca, con 2,5 x 10^{3} M. tuberculosis por vía intravenosa. Después de 30 días de infección los ratones se sometieron a un tratamiento de antibióticos de 60 días con isoniazida y después de dejaron durante 200-240 días para asegurar el establecimiento de memoria de inmunidad a largo plazo que queda. Los ratones se reinfectaron después con 2,5 x 10^{5} M. tuberculosis por vía intravenosa y el curso de la infección se comparó con el de un grupo correspondiente de ratones desprotegidos (fig. 1).
Como se ve en la figura 1, M. tuberculosis crece rápidamente en los bazos de ratones desprotegidos mientras que la infección se controla en los primeros pocos días en los ratones de memoria inmunitaria. Este hallazgo enfatiza que los eventos inmunológicos tempranos tienen lugar durante los primeros días determinan el resultado de la infección.
El interferón gamma (INF-\gamma) es una linfoquina la cual está implicada directamente en la inmunidad protectora contra M. tuberculosis (Rook G.A.W., 1990, Flesch y Kauffmann S., 1987). Para controlar la aparición de una respuesta protectora, el contenido de INF-\gamma en homogenados de bazo (4% peso/volumen en PBS) y en muestras de suero se investigó durante el curso de la infección (figura 2). Se encontró que los ratones con memoria inmunitaria responden inmediatamente (<24 horas) mediante una producción marcada de INF-\gamma detectable tanto en bazo como en suero. Los ratones desprotegidos, en contraste, tienen un retraso de 14 días antes de que cualquier producción significativa sea evidente, un periodo durante el cual la infección progresa rápidamente. Los ratones inmunes se caracterizan por una liberación acelerada de INF-\gamma y por determinar las dianas moleculares de esta respuesta inmunológica, los linfocitos del bazo se obtuvieron de animales en diferentes momentos durante el curso de la infección. Los linfocitos se estimularon in vitro bien con bacterias, muertas mediante glutaraldehído y lavadas con PBS o bien con filtrado de cultivos a corto plazo (ST-CF) el cual es una mezcla compleja de proteínas segregadas por M tuberculosis durante el crecimiento (Andersen, P. y col., 1991) (Figura 3). Se encontró que los ratones con memoria inmunitaria se caracterizaban por una generación acelerada de células T que producen INF-\gamma en respuesta a ST-CF mientras que se encontró que las bacterias muertas en contraste facilitaban sólo una respuesta marginal en un estadio muy tardío de la infección.
Para mapear las dianas moleculares de las células T protectoras entre las múltiples proteínas segregadas presentes en ST-CF se llevó a cabo un rastreo de ST-CF usando la técnica de multielución (Andersen y Heron, 1993b). Esta técnica divide las mezclas proteicas complejas separadas en SDS-PAGE en fracciones estrechas en un tampón fisiológico (figura 4). Estas fracciones se usaron para estimular linfocitos de bazo in vitro y la liberación de INF-\gamma se controló (figura 5). La respuesta de ratones con memoria inmunitaria a largo plazo (los ratones que se dejaron durante 200-400 días para asegurar el resto inmunológico) se comparó con la respuesta generada después de cuatro días de volver a probar con infección. Esta comparación permite el mapeo de dianas para células T efectoras de memoria activadas para liberar INF-\gamma durante la primera fase de una respuesta inmune protectora. Usando esta aproximación se demostró que las dianas para estas células T protectoras fueron proteínas segregadas o fragmentos de proteínas de masa molecular aparente 6-10 y 26-34 kDa (figura 5).
Para mapear de forma precisa moléculas individuales en las regiones estimulatorias se investigó la inducción de INF-\gamma mediante un panel de fracciones estrechas solapantes. Esto permitió la identificación de una fracción de proteínas de 6-8 kDa con una capacidad excesivamente estimulatoria (5100-5400 pg de INF-\gamma unidades/ml) (figura 6). La banda proteica de 6 kDa que produce la liberación más alta de INF-\gamma (5.390 p/ml) se reconoció por el mAb HYB76-8, mientras que las bandas de proteína adyacentes se reconocieron mediante los mAbs ST-3 y PV-2.
El mAb HYB76-8 el cual define por lo tanto la diana principal de las células T protectora se usa para identificar el antígeno durante una cromatografía en columna en tres etapas:
1. Interacción hidrofóbica de la cromatografía
Se añadieron 3M de sulfato de amonio en tampón fosfato a ST-CF (carril 1, figura 7) (1-10 mg/ml) tal como para obtener una concentración final de sulfato de amonio 1 M. Las proteínas precipitadas se eliminaron mediante centrifugación, y el sobrenadante se aplicó a una columna Fenil Sefarosa CL-4B (Pharmacia) (Pharmacia Fine Chemicals, Uppsala, Suecia). El análisis de bandas western en este punto muestra que el antígeno reactivo HYB76-8 se presentó ante todo en el sobrenadante. Un gradiente lineal de concentración decreciente de sulfato de amonio (un gradiente lineal 1M - 0M de sulfato de amonio, en 50 mM de tampón fosfato (pH 8,5) se usó. El antígeno reactivo HYB76-8 se eluyó a concentraciones de 100 mM-0 mM de sulfato de amonio.
2. Cromatografía de intercambio aniónico
Las fracciones que contienen antígeno reactivo HYB76-8 se recogieron y se sometieron a intercambio de tampón. El tampón usado fue de 50 mM de TRIS/HCl, pH 8,5. La muestra se analizó en un Mono Q (Pharmacia) usando un gradiente lineal de 0 - 0,5 de NaCl. El antígeno reactivo HYB76-8 se eluyó a una concentración de NaCl de 150-200 mM de NaCl.
3. Filtración de gel
Las fracciones de antígeno reactivo HYB76-8 se aplicaron directamente a columna Superdex 75 16/60 (Pharmacia), 3 ml por utilización. El tampón usado fue PBS, pH 7,4. La mitad de las fracciones que contienen antígeno reactivo HYB76-8 recogidas contienen GroES como el único otro antígeno (carriles 5, 6, y 7 en la figura 7).
Los resultados obtenidos de experimentos similares a aquellos del ejemplo 1 se han dirigido adicionalmente a la proteína reconocida mediante el mAb HYB76-8 como un antígeno importante en la respuesta temprana a la reinfección con M. tuberculosis. En experimentos con suspensiones de células T a partir de ratones vueltos a probar se demostró que el antígeno reactivo HYB76-8 químicamente purificado facilitó una liberación excesivamente alta de INF-\gamma (13933 \pm 836 pg/ml a una concentración de proteínas de 20 \mug/ml). ST-CF en comparación indujo en este experimento una liberación de 7300 \pm 208 pg/ml. El antígeno reactivo HYB76-8 recombinante facilitó en tales experimentos una liberación algo menor de INF-\gamma (3500-5000 pg/ml).
Ejemplo 2 Vacunación con una vacuna que contiene ST-CF
Los resultados en el ejemplo 1 señalan ST-CF como diana para células T implicadas en inmunidad protectora, un hallazgo el cual se confirmó adicionalmente investigando la eficacia protectora de una vacuna experimental basada en ST-CF.
Ratones hembra de 8-12 semanas de edad de la línea genética C57B1/6j en Statens Seruminstitut, Copenhague, Dinamarca, se inmunizaron con 5 x 10^{4} UFC de BCG subcutáneamente en 0,2 ml de disolución salina en la base de la cola. Esta dosis se encontró que inducía una respuesta inmune protectora óptima en nuestro modelo animal (resultados no mostrados).
Las vacunas experimentales las cuales contenían 100 mg de ST-CF/dosis y aplicaban bromuro de dimetildioctadecilamonio (DDA) (250 mg/dosis) como coadyuvante en 0,2 ml se administraron subcutáneamente tres veces con intervalos semanales en diferentes sitios de la espalda de los ratones para estimular una fuertes respuesta inmune celular a ST-CF.
DDA (Eastmann Kodak, USA) se preparó mediante suspensión del polvo en agua destilada (2,5 mg \cdot ml^{-1}). Una buena dispersión homogénea del polvo se obtuvo calentando la suspensión a 8ºC durante 5-10 minutos. Después de enfriar a temperatura ambiente la suspensión se mezcló con cantidades iguales bien de PBS o bien de ST-CF diluido. Cada inyección contenía 250 \mug de DDA en 0,2 ml.
En la primera serie de experimentos de protección los ratones se dejaron durante 12-14 semanas después de la primera inyección y después se pusieron a prueba mediante una inyección intravenosa de 1 x 10^{4} M. tuberculosis viables. El curso de la enfermedad se controló en los bazos y pulmones en diferentes momentos durante los primeros 28 días.
En la segunda serie de experimentos de protección los ratones se pusieron a prueba 5-6 semanas después de la primera inyección mediante un a inyección intrapulmonar de 1 x 10^{6} M. tuberculosis.
Después de 2-3 semanas de infección los ratones se mataron y el número de bacterias viables en los bazos de ratones infectados se determinó plaqueando en una serie doble diluciones que son homogenados de órganos diluidos 10 veces en medio Löwnstein-Jensen. Las colonias se contaron después de 3 a 4 semanas de incubación, y los datos se expresaron como los valores sometidos a log_{10} de las medias geométricas de las cuentas obtenidas con de seis a doce ratones (tabla 1).
TABLA 1
1
\small\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
  ^{a} Ratones que se inmunizaron con BCG o se inyectaron tres veces
con las vacunas experimentales.\cr   \begin{minipage}{150mm}
 ^{b} Los números de bacterias se expresan como los valores
sometidos a log _{10}  de las medias geométricas (n = 6 en
experimento 1 y n = 12 en experimento 2). SEM es menos que 0,16 en
experimento 1 y menos de 0,32 en experimento 2. Los valores P se han
dado para números bacterianos que son significativamente diferentes
de los números encontrados para animales de control no
inmunizados.\end{minipage} \cr}
Estos experimentos demuestran convincentemente que ST-CF contienen antígenos protectores los cuales se pueden usar para activar una respuesta de memoria inmunitaria a largo plazo de la misma eficacia protectora como la que se proporciona mediante BCG vivas.
Ejemplo 3 Construcción de una vacuna basada en fracciones seleccionadas de antígenos segregados
Las dianas moleculares para INF-\gamma que producen células T implicadas en la primera fase de una respuesta inmune protectora se encontró en la región 6-10 y en la región 26-24 kDa de ST-CF (figura 5). Una vacuna experimental basada en estas fracciones de antígeno seleccionadas y el DDA coadyuvante se construyó y se probó por lo tanto en nuestro modelo animal. Además este experimento incluye vacunas basadas en las dos dianas antigénicas simples identificadas hasta ahora; el antígeno 85 de 31-32 kDa y una versión recombinante del antígeno 6 kDa.
Los ratones vacunados se dejaron durante 12-14 semanas después de la primera inyección y después se probaron mediante una inyección intravenosa de 1 x 10^{4} M. tuberculosis viables. Los ratones se mataron y las bacterias se enumeraron como en el experimento previo (tabla 2).
TABLA 2
\vskip1.000000\baselineskip
2
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
  \begin{minipage}{150mm}  ^{a)} Los ratones se inmunizaron con
BCG o se inyectaron tres veces con vacunas
experimentales.\end{minipage} \cr   \begin{minipage}{150mm}
 ^{b)} Los números de bacterias se expresaron como los logaritmos en
base 10 de los valores de las medias geométricas. SEM es menos de
0,30.\end{minipage} \cr}
El experimento demostró que tanto la vacuna basada en fracciones antigénicas que varía de 6-10 como la vacuna basada en las fracciones antigénicas de 26-24 kDa indujeron e incrementaron el nivel de resistencia adquirida, un resultado que enfatiza la presencia de antígenos protectores con estas regiones de ST-CF.
Ni el Ag 85 purificado ni el antígeno de 6 kDa, indujeron sin embargo ninguna protección significativa en este experimento. La razón para la baja eficacia de estas vacunas basadas en los productos purificados se buscó investigando los subconjuntos de células T inducidas mediante la inmunización. Las células T se aislaron de los ratones vacunados y se estimularon in vitro con ST-CF. La proliferación celular en los cultivos se investigó y la liberación de INF-\gamma se cuantificó. Este experimento demostró que aunque todos los protocolos diferentes de vacunación inducen la proliferación de células T en respuesta a ST-CF in vitro en exceso, niveles bajos de INF-\gamma están presentes en los cultivos con células T de ratones inmunizados con las proteínas purificadas (la de 6kDa y Ag 85). Las células derivadas a partir de ratones inmunizados con una mezcla de la mezcla compleja de ST-CF y DDA en contraste, libera 1800-2000 pg/ml de INF-\gamma.
Esto resulta fuertemente sugerente de que mientras que una vacuna basada en la mezcla de proteínas contenidas en ST-CF induce una respuesta inmune protectora que consta predominantemente de células Th-1 caracterizadas por la liberación de altos niveles de INF-\gamma e IL-2 y niveles bajos de IL-4 e IL-5 (resultados no mostrados), una vacuna similar basada en productos individuales purificados se caracterizó por la inducción de una respuesta predispuesta a favor de células Th-2 no protectoras, no capaces de producir INF-\gamma.
Una posible explicación de esta discrepancia puede ser que las moléculas con proteínas coadyuvantes (inmunomoduladores) existen entre las proteínas presentes en ST-CF. El trabajo se ha continuado por tanto con el propósito de establecer un sistema coadyuvante capaz de inducir una respuesta de INF-\gamma poderosa, incluso con productos purificados. DDA se ha combinado con INF-\gamma recombinante o el inductor de poli-IC del INF-\gamma sintético. Estas mezclas se han mezclado con ST-CF, ratones inmunizados y la reactividad de las células T inducida se ha investigado estimulando las suspensiones de células T in vitro con ST-CF (tabla 3).
TABLA 3
\vskip1.000000\baselineskip
3
\newpage
Este experimento demostró que ambas de estas adiciones inducen una respuesta proliferativa de las células T asociada con niveles marcadamente incrementados de INF-\gamma.
Esta línea de investigación se continuará (por ejemplo, mediante la adición de otras citoquinas recombinantes) o prueba de sistemas coadyuvantes alternativos. Los criterios usados para determinar la viabilidad de un coadyuvante pueden ser la inducción de una respuesta eficiente Th-1 como se juzga por:
1)
Alta razón INF-\gamma/IL-4 durante la respuesta de memoria in vitro.
2)
Alta razón de los mRNAs de INF-\gamma/IL-4 inducida en los nódulos linfáticos regionales.
3)
Alta razón IgG2a/IgGI en la inmunoglobulina específica inducida por la inmunización.
4)
Alta eficacia de la vacuna contra una prueba subsiguiente.
Las proteínas purificadas se probarán subsiguientemente en la combinación óptima de coadyuvantes.
Ejemplo 4 Clonación de genes que expresan proteínas de unión HYB76-8, PV-2 y ST-3
Se demostró (en el ejemplo 1) que los componentes de bajo peso molecular (componentes con un peso molecular aparente menor que aquel de GroES) en filtrados de cultivos a corto plazo reaccionó con los anticuerpos monoclonales producidos mediante 3 hibridomas ST-3, HYB76-8, y PV-2. Con el fin de identificar la unión de los antígenos a estos anticuerpos, se llevaron a cabo los siguientes experimentos:
La biblioteca de DNA recombinante de M. tuberculosis en \lambdagt11 construida mediante R. Young (Young, R.A. y col., 1985) y obtenida a través del programa IMMTUB de la Organización Mundial de la Salud (WHO.0032.wibr) se rastreó en busca de fagos que expresen productos genéticos los cuales unirían los anticuerpos monoclonales HYB76, PV-2 y ST-3.
Aproximadamente 1x10^{5} ufc de la biblioteca de genes (que contiene aproximadamente 25% de los fagos recombinantes) se plaquearon sobre Eschericia coli Y1090 (\DeltalacU169, proA*, \Deltalon, araD139, supF, trpC22::tn10[pMC9] ATCC#37197)en agar blando e incubado durante 2,5 horas a 42ºC.
Las placas se revistieron con láminas de isopropil-\beta-D-tioga-lactopiranósido, láminas saturadas de nitrocelulosa y la incubación se continuó durante 2,5 horas a 37ºC. La nitrocelulosa se eliminó e incubó con muestras de los anticuerpos monoclonales en PBS con Tween 20 añadido a una concentración final de 0,05%. Los anticuerpos monoclonales se visualizaron mediante inmunoglobulinas de conejo antirratón conjugadas con peroxidasa de rábano picante (P260, Dako. Glostrup, DK) y una reacción de tinción que implica 5, 5', 3, 3' tetrametilbencidina y H_{2}O_{2}.
Las placas positivas se volvieron a clonar y los fagos originados a partir de una placa individual se usaron para lisogenizar E. coli Y1089 (\DeltalacU169, proA^{+}, \Deltalon, araD139, strA, hf1150 [chr::tn10][pMC9]ATCC nr. 37196). Las cepas lisogénicas de E. coli resultantes se han depositado en la Colección Alemana de Microorganismos y Cultivos Celulares en Braunschweig, FRG bajo los números de acceso DSM:
DSM 8377 = AA226 (expresando el polipéptido reactivo ST-3),
DSM 8378 = AA227 (expresando el polipéptido reactivo HYB76-8),
DSM 8379 = AA242 (expresando el polipéptido reactivo PV-2).
Un mapa físico de los fagos recombinantes se muestra en la figura 8 y la expresión de los productos de los genes recombinantes se muestra en la figura 9.
Las proteínas de unión a HYB76-8 y ST-3 se expresan como proteínas de fusión fusionadas a \beta-galactosidasa mientras que la proteína de unión a PV-2 parece expresarse en una versión no fusionada.
Secuenciación de la secuencia de nucleótidos que codifica la proteína de unión HYB76. Con el fin de obtener la secuencia de nucleótidos del gen que codifica la proteína de unión a HYB76-8 el fragmento EcoRI-BamHI de 1,7 kpb de M. tuberculosis derivado de AA227 se subclonó en pBluescript+ (Stratagene, La Jolla, Ca.) (figura 10ª) y se usa para transformar E. coli XL-1 Blue (Stratagene, La Jolla, Ca.).
La secuencia de DNA completa obtenida mediante el procedimiento de secuenciación dideoxi (Sanger, F. y col., 1977, "DNA sequencing with chain terminating inhibitors". Proc. Natl. Acad. Sci. 74: 5463) y secuenciación de ciclo usando el sistema Terminador de Tinción en combinación con el lector de gel automatizado, modelo 373a de Applied Biosystems, se muestra en la figura 10B. Una horquilla de lectura abierta que codifica una secuencia de 95 residuos de aminoácidos se identifica a partir de un codón iniciador de ATG en la posición 13-15 que se extiende a un codón de parada TAG en la posición 298-300.
La secuencia de aminoácidos deducida se muestra en la figura 10C usando un código convencional de 3 letras. El * indica aminoácidos los cuales se pueden alinear a la secuencia obtenida después de la secuenciación N-terminal de material nativo purificado bioquímicamente.
Comparación de composición aminoacídica deducida y observada de ESAT6. (Los aminoácidos se comparan a Leucina a la cual se asignó el valor = 1).
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4
No se encuentran secuencias homólogas buscando las bases de datos GenEMBL usando el Paquete Software de Análisis de Secuencias versión 7.1 del Genetics Computer Group asociado con la Universidad de Wisconsin (Devereux, J. y col., 1984). La proteína de unión HYB76-8 se cree por lo tanto que es novedosa.
Ejemplo 5 Inmunodominancia de los antígenos segregados de bajo peso molecular
El potencial estimulatorio de las fracciones de proteínas segregadas se investigó en donantes no consanguíneos conejillos de indias y humanos. Esto se hizo para analizar la posible influencia del diseño genotípico y experimental en la inmunodominancia relativa de la fracción de antígenos segregados de 6-10 kDa.
Las respuestas de las células T en diferentes cepas de ratones consanguíneos. Cepas genéticamente diferentes de ratones consanguíneos que representan diferentes haplotipos MHC kl 2 se infectaron con M. tuberculosis durante 14 días. Las células T esplécnicas se aislaron y estimularon con el panel de fracciones de proteínas segregadas (figura 11). La liberación de INF-\gamma en los cultivos se cuantificó y el patrón de respuesta de las diferentes cepas se comparó (figura 13).
Cinco de cada seis cepas de ratones demostraron un reconocimiento predominante de la fracción 1, un resultado el cual da soporte adicionalmente a la noción de que esta fracción es generalmente inmunodominante durante la infección viva.
La capacidad estimulatoria de las fracciones ST-CF en conejillos de indias sensibilizados. Grupos de conejillos de indias no consanguíneos a partir de cepas Ssc:AL se sensibilizaron mediante infección con M. tuberculosis BCG intradérmicamente, M. tuberculosis BCG intravenosamente, o se inmunizan con M. tuberculosis en aceite o (como un control) sólo con aceite. Se usaron M. tuberculosis H37Rv y M. bovis BCG Copenhagen.
Cuando se infectaron los conejillos de indias con M. tuberculosis H37Rv se les dieron 2,5 x 10^{3} ufc en un volumen de 0,1 ml en una vena de la oreja. La infección mediante la misma vía (intravenosa) con BCG se hizo con 2,5 x 10^{4} ufc por ml de la preparación reconstituida. BCG Copenhagen contenía aproximadamente 4 x 10^{6} ufc por ml de la preparación reconstituida. En inmunizaciones con bacterias muertas se dieron 4 x 0,1 ml de una suspensión de bacterias muertas en glutaraldehído a 4 mg (peso semiseco) por ml de aceite de parafina (Marcol 52 (M52)) intradérmicamente en el abdomen.
3-4 semanas más tarde los linfocitos de sangre periférica y los linfocitos del bazo se aislaron y usaron para experimentos de estimulación con un grupo de 10 fracciones de ST-CF (preparadas como en: Andersen y Heron, 1993ª). La masa molecular de esta fracción aparece de la figura 11.
Los linfocitos de sangre periférica se aislaron a partir de sangre sacada por punción cardiaca usando EDTA como anticoagulante. Los eritrocitos se lisaron mediante el tratamiento con 0,84% de NH_{4}Cl. Los linfocitos se lavaron dos veces y la concentración de células se ajustó a 2 x 10^{6} células/ml de RPMI con suplementos.
0,1 ml de células se cultivaron con 0,1 ml de antígeno o mitógeno por triplicado durante 6 días, las últimas 22 horas en la presencia de 1 \muCi de ^{3}H-timidina. Los cultivos que se cosecharon e incorporaron ^{3}H-timidina se contaron en un contador de centelleo. Los resultados se calcularon como medias geométricas de cultivos por triplicado, y las medias geométricas entre los conejillos de indias en los grupos de inmunización se muestran en las figuras 12A y
12B.
No hubo estimulación significativa de PBL o SPL de los conejillos de indias inmunizados de control (M52, aceite solo). Para ambos tipos de células es evidente que la infección con M. tuberculosis o BCG conduce a una sensibilidad superior altamente significativa a la fracción 1 que a las otras fracciones. Con la excepción de los linfocitos de la sangre periférica del grupo de BCG intradérmicas el cual muestra un pico para las fracciones 5-7 y 10, no hubo diferencias sobresalientes entre las respuestas a la fracción 2-10 en los animales infectados. Cuando inmunizamos con M. tuberculosis muertas, los picos que responden a la fracción 1, 7 y 10 se ven para ambos tipos de células. Se notaría que este grupo es el único en el cual la fracción 1 no da una respuesta significativamente más alta que todas las otras fracciones, por lo que da soporte a la conclusión general de que respuestas a los antígenos segregados de bajo peso molecular están asociadas con la infección viva.
Estos resultados destacan la importancia de la región <10000 Da en la respuesta a la infección con las micobacterias del "complejo" M. tuberculosis.
Liberación de INF-\gamma en cultivos de linfocitos humanos estimulados con la fracción ST-CF. Las células mononucleares de la sangre periférica (PBMC) se obtuvieron a partir de sangre venosa heparinizada a partir de donantes humanos de sangre, se diluyó 1:1 en disolución salina, y se separó mediante sedimentación sobre la densidad de gradiente de centrifugación Lymphoprep (Nycomed A/S, Oslo, Noruega). Las células se recogieron, se lavaron dos veces y se cultivaron en las placas de microtitulación de fondo plano (Nunc, Roskilde, Dinamarca), a 5 x 10^{4} células por pocillo, en un volumen de 200 \mug de RPMI 1640 que contienen 10% de suero humano AB y fracciones ST-CF (1-2 \mug/ml). Los sobrenadantes se recogieron de los cultivos de linfocitos en el día 5. La cantidad de INF-\gamma presente se cuantificó mediante un kit de ensayo inmunoabsorbente de enzima ligada a INF-\gamma (Holland Biotechnology, Leiden, Países Bajos).
Se encontró que las proteínas segregadas de masa molecular de 6-10 kDa poseen una capacidad superior de inducir INF-\gamma en los pacientes activos Tb y facilita una liberación media de 35 u/ml (6125 pg/ml).
Conclusiones. ST-CF es una mezcla de antígenos segregados mediante M. tuberculosis durante el crecimiento. Se demuestra en este documento que ST-CF contiene antígenos protectores los cuales se pueden administrar como una vacuna experimental y evocar el mismo nivel de resistencia específica adquirida como BCG viva. El antígeno inmunodominante de las célula T en esta mezcla compleja se ha identificado en tres modelos diferentes.
Los pacientes humanos con tuberculosis recientemente diagnosticada igual que los conejillos de indias y los ratones infectados con una cepa virulenta de M. tuberculosis responden poderosamente a los antígenos segregados y la fracción más potente que contiene proteínas que varían de 6-10 kDa.
En las pruebas de ratones con memoria inmunitaria a largo plazo se demuestra que una de las dianas principales para las células efectoras de memoria activadas durante la primera fase de una respuesta inmune protectora es la misma fracción de baja masa molecular. Una banda proteica dentro de esta fracción responsable de la reactividad pronunciada se ha identificado como un antígeno proteico de 6 kDa definido mediante el mAb HYB76-8. Se ha ideado un procedimiento para la purificación de esta proteína y el gen que codifica la proteína se ha clonado y
secuenciado.
Se demostró el antígeno reactivo HYB76-8 tanto purificado como recombinante posee la capacidad poderosa de inducir INF-\gamma. Una vacuna basada en una fracción proteica químicamente purificada altamente enriquecida en el antígeno de 6 kDa indujo niveles sustanciales de protección mientras que vacunas basadas en antígeno reactivo purificado recombinante HYB76-8 provocaron predominantemente respuestas TH-2 de baja eficacia protectora. Los experimentos están en desarrollo para optimizar el uso del coadyuvante, permitiendo de este modo el control de la eficacia protectora de las proteínas purificadas también.
Ejemplo 6 ESAT6 como un agente diagnóstico en una prueba cutánea
Con el fin de probar el posible uso de ESAT6 como un agente diagnóstico, se llevó a cabo el siguiente experimento:
Cuatro grupos de conejillos de indias (n = 5) se expusieron a aerosoles de M. tuberculosis Erdman a dosis que dan origen a un promedio de 5 lesiones tuberculosas primarias por pulmón. Las pruebas cutáneas se llevaron a cabo después de 3, 6, 8, y 1 semanas después de la inhalación con 1 \mug de ESAT6.
Como se puede ver a partir de la figura 15 se observó una reacción positiva a prueba cutánea (> 5 mm) en todos los conejillos de indias 11 semanas después de la infección. Una división clara en un grupo que responde y un grupo que no responde se observó en momentos más tempranos.
Referencias
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(Formulario pasa a página siguiente)
8
9
10
11
(1) INFORMACIÓN GENERAL
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
SOLICITANTE:
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(A)
NOMBRE: Statens Seruminstitut
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
CALLE: Artillerivej, 5
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
CIUDAD: Copenhague
\vskip0.500000\baselineskip
(E)
PAÍS: Dinamarca
\vskip0.500000\baselineskip
(F)
CÓDIGO POSTAL (ZIP): 2300 S
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TÍTULO DE LA INVENCIÓN: Vacuna novedosa contra la tuberculosis
\vskip0.800000\baselineskip
(iii)
NÚMERO DE SECUENCIAS: 2
\vskip0.800000\baselineskip
(iv)
FORMA LEGIBLE POR COMPUTADORA:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
TIPO DE MEDIO: Disquete
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
ORDENADOR: IBM PC compatible
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
SISTEMA OPERATIVO: PC-DOS/MS-DOS
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
SOFTWARE: Patente en publicación #1.0, versión #1.25 (EPO)
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEQ. ID Nº: 1:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 1753 pares de bases
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: ácido nucleico
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
HEBRA: doble
\vskip0.500000\baselineskip
(D)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: DNA (genómico)
\vskip0.800000\baselineskip
(ix)
CARACTERÍSTICAS:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
NOMBRE/CLAVE: CDS
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
LOCALIZACIÓN: 13.300
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE SECUENCIA: SEQ ID Nº: 1:
\vskip1.000000\baselineskip
5
6
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
GGTCGACGTTGGCTCAGGTGCGGGCCGACCGGATCC
\hfill
1753
\vskip1.000000\baselineskip
(2) INFORMACIÓN PARA LA SEQ. ID Nº: 2:
\vskip0.800000\baselineskip
(i)
CARACTERÍSTICAS DE SECUENCIA:
\vskip0.500000\baselineskip
(A)
LONGITUD: 95 aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
(B)
TIPO: aminoácidos
\vskip0.500000\baselineskip
(C)
TOPOLOGÍA: lineal
\vskip0.800000\baselineskip
(ii)
TIPO DE MOLÉCULA: proteína
\vskip0.800000\baselineskip
(xi)
DESCRIPCIÓN DE SECUENCIA: SEQ ID Nº.: 2:
\vskip1.000000\baselineskip
7

Claims (33)

1. Un polipéptido sustancialmente puro el cual:
a): se libera a partir de micobacterias metabolizadoras que pertenecen al complejo tuberculosis y se pueden aislar a partir de filtrados a corto plazo a partir de cultivos crecidos con agitación de tales micobacterias durante 7 días,
induce una liberación de INF-\gamma a partir de la linfocitos T de memoria reactivados retirados de un ratón C57BI/6j en los 4 días después de que el ratón se ha vuelto a poner a prueba infectado con micobacterias que pertenecen al complejo tuberculosis, la inducción se llevó a cabo mediante la adición del polipéptido a una suspensión que comprende aproximadamente 200.000 células T de memoria reactivadas por ml, la adición del polipéptido dio como resultado una concentración de 1 \mug de polipéptido por ml de suspensión, siendo la liberación de INF-\gamma valorable por determinación de INF-\gamma en sobrenadante recogido 2 días después de la adición del polipéptido a la suspensión, y
comprende la secuencia de aminoácidos explicada en SEQ ID Nº.: 2,
o
b): es un análogo y/o subsecuencia de la secuencia en a), siendo dicho análogo y/o subsecuencia inmunológicamente equivalente a aquella con respecto a la capacidad de evocar una respuesta inmune protectora contra tuberculosis o con respecto a la capacidad de facilitar una respuesta inmune diagnósticamente significativa,
con la condición de que el polipéptido comprenda una secuencia de aminoácidos la cual tiene un grado de homología de al menos un 80% con la secuencia de aminoácidos mostrada en la SEQ ID Nº.: 2 o con una subsecuencia de la misma la cual comprende un epítopo de células T.
2. Un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1, el cual es una subsecuencia de SEQ ID Nº.: 2, que comprende un epítopo para una célula T ayudante.
3. Un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, el cual es una subsecuencia que tiene una longitud de al menos 12 residuos aminoácido.
4. Un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1, el cual
-
es producible mediante la cepa lisogénica de E. coli designada AA227 la cual se ha depositado el 28 de junio de 1993 con la colección de Deutsche Sammlung von Mikoorganismen und Zellkulturen GmbH (DSM) bajo el número de acceso DSM 8378 de acuerdo con las disposiciones del Tratado de Budapest,
-
reacciona en un ensayo de manchas western con un anticuerpo monoclonal, HYB76-8, produciéndose dicho anticuerpo por la línea celular de hibridoma designada HYB 76-8 0,5/br C8 0,25/br B3 el cual se ha depositado el 30 de junio de 1993 con colección de Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GMBH (DSM) bajo el número de acceso DSM ACC2134 de acuerdo con las disposiciones del Tratado de Budapest.
5. Un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el grado de homología es al menos del 90%.
6. Un fragmento de ácido nucleico el cual codifica un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1.
7. Un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con la reivindicación 6, el cual es un fragmento de DNA.
8. Un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con la reivindicación 7, la cual comprende la secuencia de DNA de SEQ ID Nº.: 1.
9. Un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8 para usar en una vacuna o en una composición diagnóstica.
10. Una vacuna para inmunizar un animal, incluyendo un ser humano, contra tuberculosis causada por micobacterias que pertenecen al complejo tuberculosis, comprendiendo como el componente efectivo al menos un polipéptido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5.
11. Una vacuna de acuerdo a la reivindicación 10, en la que dicho componente efectivo se unió a un vehículo o transportador farmacéuticamente aceptable y/o se formuló conjuntamente con una sustancia coadyuvante.
12. Una vacuna de acuerdo con la reivindicación 10 u 11, la cual comprende un filtrado a corto plazo de micobacterias metabolizadoras, y bromuro de dimetildioctadecilamonio (DDA) como una sustancia coadyuvante.
13. Una vacuna para inmunizar un animal, incluyendo un ser humano, contra la tuberculosis causada por micobacterias que pertenecen al completo tuberculosis, que comprende como un componente efectivo un microorganismo, en el que al menos una copia de un fragmento de DNA que comprende una secuencia de DNA que codifica un polipéptido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5 se ha incorporado en el genoma del microorganismo en una manera que permite al microorganismo expresar y opcionalmente segregar el polipéptido.
14. Una vacuna de acuerdo con la reivindicación 13, en la que el microorganismo es una bacteria.
15. Una vacuna de acuerdo con la reivindicación 14, en la que la bacteria se selecciona del grupo que consta de los géneros Mycobacterium, Salmonella, Pseudomonas y Eschericia.
16. Una vacuna de acuerdo con la reivindicación 15, en la que el microorganismo es Mycobacterium bovis BCG, tal como Mycobacterium bovis BCG, cepa: Danish 1331.
17. Una vacuna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13-16, en la que al menos 2 copias del fragmento de DNA que codifican un polipéptido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5 se incorporan en el genoma del microorganismo.
18. Una vacuna de acuerdo con la reivindicación 17, en la que el número de copias es al menos 5.
19. Una vacuna que comprende un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8, la vacuna lleva a cabo la expresión in vivo de antígenos por un animal, incluyendo un ser humano, al cual se ha administrado la vacuna, siendo efectiva la cantidad de antígenos expresados para conferir una resistencia sustancialmente incrementada a infecciones con micobacterias del complejo tuberculosis en un animal, incluyendo un ser humano.
20. Una composición para diagnosticar tuberculosis en un animal, incluyendo un ser humano, que comprende un polipéptido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, o un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con la reivindicación 6, 7 u 8, en combinación con un medio para detección.
21. Un polipéptido sustancialmente puro de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5 o codificado mediante un fragmento de ácido nucleico de acuerdo a la reivindicación 7 u 8 para usar como un compuesto farmacéutico.
22. El uso de un polipéptido sustancialmente puro de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-5 o codificado mediante un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con 7 u 8 en la preparación de una composición farmacéutica para el diagnóstico de la, o vacunación contra la, tuberculosis causada por Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium africanum o Mycobacterium bovis.
23. El uso de un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8 en la preparación de una composición para el diagnóstico de tuberculosis o en la preparación de una vacuna contra tuberculosis, causada dicha tuberculosis por Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium africanum o Mycobacterium bovis.
24. Un anticuerpo monoclonal, el cual está reaccionando sustancialmente específicamente con un polipéptido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5 en un inmunoensayo, o un fragmento de unión específico de dicho anticuerpo.
25. Un anticuerpo monoclonal de acuerdo con la reivindicación 24, el cual se expresa por la línea celular de hibridoma designada HYB 76-B 0,5/br C8 0,25/br B3 la cual se ha depositado el 29 de junio de 1993 en la colección de Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GMBH (DSM) bajo el número de acceso DSM ACC2134 de acuerdo con las disposiciones del Tratado de Budapest o un fragmento específicamente unido de dicho anticuerpo.
26. Un vector de expresión replicable el cual comprende un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6-8.
27. Un vector de acuerdo con la reivindicación 25, el cual se selecciona del grupo que consta de virus, bacteriófagos, plásmidos, cósmidos y microcromosomas.
28. Una célula transformada que esconde al menos un vector de acuerdo con la reivindicación 26 ó 27.
29. Una célula transformada de acuerdo con la reivindicación 28, la cual es una bacteria que pertenece al complejo tuberculosis, tal como una célula Mycobacterium bovis BCG.
30. Una célula la cual se selecciona del grupo que consta de las cepas lisogénicas de E. coli AA227 y AA242 las cuales se han depositado el 28 de junio de 1993 en la colección de Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GMBH (DSM) bajo los números de acceso DSM 8378 y DSM 8379, respectivamente, en concordancia con las disposiciones del Tratado de Budapest.
31. Una célula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28-30, la cual expresa un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1.
32. Un procedimiento para producir un polipéptido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, comprendiendo
insertar un fragmento de ácido nucleico de acuerdo con la reivindicación 6, 7 u 8 dentro de un vector el cual es capaz de replicarse en una célula hospedadora,
introducir el vector recombinante resultante dentro de la célula hospedadora, cultivar la célula hospedadora en un medio de cultivo apropiado bajo condiciones apropiadas para expresar el polipéptido, y recuperar el polipéptido de la célula hospedadora o del medio de cultivo;
aislar el polipéptido a partir de un filtrado de un cultivo a corto plazo como se define en la reivindicación 1; o
sintetizar el polipéptido mediante síntesis de péptidos en fase sólida o líquida.
33. Un procedimiento para producir una vacuna de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-12, que comprende:
preparar, sintetizar o aislar un polipéptido de acuerdo con la reivindicación 1, y
solubilizar o dispersar el polipéptido en un medio para una vacuna, y
añadir una sustancia coadyuvante,
o
cultivar una célula de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 28-31, y
transferir las células a un medio para una vacuna, y
añadir una sustancia coadyuvante.
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