ES2302385T3 - Uso de epitopo(s) borrelicida(s) de la proteina c de superficie externa de borrelia burgdorferi como vacuna. - Google Patents

Uso de epitopo(s) borrelicida(s) de la proteina c de superficie externa de borrelia burgdorferi como vacuna. Download PDF

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Abstract

Un fragmento polipeptídico inmunogénico aislado de OspC de Borrelia burgdorferi consistente en un epítopo de OspC de la secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2.

Description

Usos de epítopos(s) borrelicida(s) de la proteína C de superficie externa de Borrelia burgdorferi como vacuna.
Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud provisional nº de serie 60/094.955, presentada el 31 de julio de 1998.
Bibliografía
Las citas bibliográficas completas de las referencias designadas en la presente invención mediante un número entre paréntesis pueden encontrarse en la sección de bibliografía, inmediatamente anterior a las reivindicaciones.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a composiciones y métodos útiles para la prevención, el tratamiento y el diagnóstico temprano de la enfermedad de Lyme en seres humanos y otros animales. Más particularmente, esta invención se refiere a polipéptidos de proteína de superficie externa (Osp) que son capaces de desencadenar en un paciente la formación de una respuesta inmunitaria específica que es eficaz para diagnosticar, predecir una erradicación exitosa de la infección o proteger frente a enfermedad de Lyme en un hospedador mamífero. Esta invención se refiere también a un método de examen para detectar actividad de anticuerpo borrelicida anti-Osp, a kits de diagnóstico que comprenden el fragmento DraI-SmaI de ADN de OspC y a vacunas del mismo junto con o sin un portador de vacuna.
Descripción de la técnica anterior
La enfermedad de Lyme (borreliosis de Lyme) se propaga por la picadura de una garrapata infectada, y es la infección portada por garrapatas más frecuentemente reseñada en Europa y América del Norte (1). Este trastorno multisistémico ha causado una morbilidad significativa en todo el mundo.
La enfermedad de Lyme está causada por la espiroqueta Borrelia burgdorferi (B.b.), que se transmite principalmente durante la alimentación con sangre de garrapatas Ixodes ssp. Inicialmente, las espiroquetas infectan la piel y, en la mayoría de los casos tempranos, causan una lesión de eritema migratorio (2). Los aquejados pueden no enfermar durante semanas, y pueden no aparecer síntomas del sistema nervioso (dolores de cabeza, vértigos, problemas de audición, hormigueo y problemas de concentración) durante semanas o meses. Es ahora conocido que la infección puede propagarse al sistema nervioso o articulaciones, y el riesgo de complicaciones neurológicas o articulares aumenta cuanto más tiempo permanece sin tratar la enfermedad. La infección puede ser asintomática o tener una serie de presentaciones clínicas, dependiendo de los tejidos afectados, la duración de la infección, factores del hospedador tales como la vulnerabilidad del sistema inmunitario y factores inmunogenéticos que podrían predisponer a un paciente al desarrollo de ciertas complicaciones.
El tratamiento de pacientes sintomáticos es actualmente con una serie de antibióticos, por ejemplo, tetraciclinas, penicilina y cefalosporinas, pero los estudios muestran resultados variados. Si se deja sin tratar, las bacterias pueden propagarse al sistema nervioso central, corazón, cerebro o articulaciones, causando artritis, infecciones cardiacas y problemas neurológicos, y en raros casos la muerte (3-6).
Tras la infección con Borrelia, las células B del cuerpo empiezan a producir anticuerpos que reconocen al organismo extraño. Hay al menos dos tipos funcionales de anticuerpos producidos en respuesta a una infección por Borrelia. Una respuesta es una respuesta de unión/opsonización (recubrimiento) no específica que "marca" el antígeno y puede dar como resultado la ingestión de B.b. por células fagocíticas. Estos anticuerpos no específicos se producen contra proteínas comunes entre varias especies bacterianas (a saber, proteínas de 41 kDa de muchos flagelos bacterianos). Por tanto, estos anticuerpos reconocerán y se unirán a antígenos similares en otras bacterias. Debido a esto, los ensayos de diagnóstico que detectan estos anticuerpos de unión/opsonización no específica son generalmente no específicos.
Una segunda respuesta de anticuerpo funcional es la producción de anticuerpos borrelicidas (letales) que reconocen específicamente epítopos en algunas proteínas individuales de organismos B.b. Después de la unión de estos anticuerpos a organismos B.b., el complemento interacciona con los anticuerpos formando un complejo de ataque a membrana que mata el organismo B.b. sin necesidad de captura por células fagocíticas. Esta respuesta de anticuerpo borrelicida altamente específica es a menudo detectable en las primeras 2 semanas de infección. La detección e inducción exitosas de anticuerpos borrelicidas está ganando importancia en el arsenal terapéutico de diagnóstico y prevención de la enfermedad de Lyme.
Poco después del descubrimiento de la borreliosis de Lyme, los investigadores determinaron que la vacunación de animales experimentales con B.b. entera proporcionaba protección frente a la exposición a la infección (7, 8). Estudios adicionales establecieron el papel de la protección mediada por anticuerpo y confirmaron la capacidad de la vacunación con B.b. de inducir anticuerpos que proporcionan protección frente a infección por B.b. (9-11). Hasta la fecha, la vacunación de animales con Osp de B.b., especialmente OspA (12-14), OspB (12, 14) y OspC (14-16), ha proporcionado protección frente a la infección con la espiroqueta de Lyme. Se ha mostrado que la protección después de vacunación con OspA y OspB es debida a la inducción de anticuerpos borrelicidas que matan específicamente los organismos B.b. (13, 14, 17-24). En contraposición, los anticuerpos borrelicidas anti-OspC no se han detectado después de la vacunación (14-16) y los investigadores han postulado que la protección después de vacunación con OspC es debida a otros mecanismos (16).
La mayoría de los esfuerzos hasta la fecha se han centrado en desarrollar una vacuna de OspA principalmente debido a las grandes cantidades de OspA expresadas en la superficie de muchos aislamientos de laboratorio de B.b. Hasta la fecha, la mayoría de las espiroquetas de Borrelia han tenido superficies externas constituidas principalmente por OspA. Por lo tanto, se ha creído que inducir anticuerpos borrelicidas contra OspA proporcionaría protección frente a las espiroquetas. SmithKline Beecham (Filadelfia, Pen.) y Pasteur Merieux Connaught (Lyon, Francia) han desarrollado vacunas basadas en la generación de anticuerpos borrelicidas contra OspA. La vacuna de SmithKline Beecham se ha aprobado para uso genérico, y la vacuna de Pasteur Merieux Connaught está actualmente evaluándose por la Food and Drug Administration de EE.UU. Como cabría esperar, se ha mostrado que las vacunas de OspA son eficaces en modelos animales cuando los animales se han expuesto a la infección con aguja. Además, la vacunación con OspA ha proporcionado protección frente a garrapatas infectadas por B.b. Sin embargo, la protección frente a una exposición a garrapata ha dependido de la presencia de altos niveles de anticuerpos borrelicidas anti-OspA. Schwan et al. (28) demostraron recientemente que las espiroquetas en garrapatas infectadas regulan negativamente la OspA en su superficie durante la ingestión de un alimento sanguíneo. Por tanto, las vacunas de OspA deben inducir altos títulos de anticuerpos borrelicidas anti-OspA para destruir las espiroquetas en el intestino medio de garrapatas infectadas antes de que regulen negativamente la OspA. Por lo tanto, la duración de los altos títulos de anticuerpos borrelicidas anti-OspA es un determinante crítico de la eficacia a largo plazo de una vacuna de OspA.
Los solicitantes demostraron recientemente la incapacidad de una vacunación comercial de OspA de mantener niveles adecuados de anticuerpos borrelicidas anti-OspA en seres humanos (23). Es también improbable que aparezca una respuesta anamnésica suficientemente rápida para eliminar los organismos B.b. de las garrapatas infectadas. En su apoyo, se ha documentado la infección por B.b. en seres humanos y perros vacunados con OspA (26, 27). Estos resultados destacan la necesitad de evaluar otros componentes de vacuna de borreliosis de Lyme.
Además, la enfermedad de Lyme se diagnostica habitualmente detectando anticuerpos en la sangre o el fluido cerebroespinal, pero los ensayos más habitualmente utilizados a menudo son inexactos. Los resultados falsos negativos, y más habitualmente falsos positivos, siguen entorpeciendo el serodiagnóstico de enfermedad de Lyme. Se han desarrollado varios esquemas que utilizan ensayos de diagnóstico convencionales para detectar más exactamente la enfermedad de Lyme. Desgraciadamente, han aparecido pocas mejoras y el diagnóstico erróneo sigue causando efectos económicos y sanitarios significativos. Además, la reciente aprobación de una vacuna de enfermedad de Lyme de OspA confundirá adicionalmente los ensayos de diagnóstico convencionales. Por tanto, sigue necesitándose un ensayo sensible y específico de enfermedad de Lyme que pueda ponerse ampliamente a disposición en forma de un kit comercial y pueda discriminar entre individuos vacunados y pacientes con enfermedad de Lyme.
La detección de anticuerpos borrelicidas puede resolver también este problema. Se ha mostrado que los anticuerpos borrelicidas sirven como base para un ensayo de serodiagnóstico sensible y altamente específico (17, 25-27). De hecho, se ha desarrollado previamente, patentado (37) y está comercialmente disponible un ensayo de diagnóstico para enfermedad de Lyme que detecta esta respuesta de anticuerpo. Este ensayo se basa en la detección de anticuerpos borrelicidas altamente específicos que se inducen por varias Osp de B.b. poco después de la infección. Es importante observar que si se inducen niveles suficientemente altos de anticuerpos borrelicidas por la vacunación, el vacunado está protegido. Sin embargo, si un individuo es infectado antes de que estén presentes anticuerpos borrelicidas, la persona puede tener enfermedad de Lyme a pesar de la presencia eventual de altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas. Este ensayo proporciona un enfoque alternativo más sensible y específico para confirmar la enfermedad de Lyme. Además, el anticuerpo detectado por el ensayo de anticuerpo borrelicida no se correlaciona con el anticuerpo detectado por ensayos convencionales. En estudios en hámster, se redujo la detección de anticuerpos borrelicidas con la eliminación de B.b. del hospedador (43). En contraposición, las respuestas de anticuerpo detectadas por ensayos convencionales permanecen elevadas o siguen aumentando. Estos resultados sugieren que el ensayo de anticuerpo borrelicida es un indicador pronóstico para la eliminación de la espiroqueta.
Callister et al. (30) mostraron recientemente la capacidad de aumentar la sensibilidad del ensayo de anticuerpo borrelicida manteniendo su exquisita especificidad mediante el uso de un antígeno de ensayo (B.b. 50772) que no contiene OspA ni OspB en la superficie. Los solicitantes proponen que la sensibilidad aumentada con B.b. 50772 es debida a la detección de anticuerpos borrelicidas contra OspC u otras Osp. Estos resultados aumentan en gran medida la utilidad del procedimiento de ensayo de anticuerpo borrelicida dado a conocer en la patente de EE.UU. 5.385.826 de Schell et al., que se incorpora a la presente memoria en su totalidad.
Además, varios investigadores han demostrado la capacidad de la vacunación con OspC de proteger a animales de laboratorio frente a exposición a la infección con aguja (14-15) e infección natural (16). Una investigación reciente mostró también que la transferencia pasiva de sueros inmunes a OspC podría resolver artritis, carditis e infección por B.b. (44). Estos resultados demuestran que la vacunación con OspC puede ser más eficaz que las vacunaciones con OspA. Sin embargo, puesto que no se han detectado altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas anti-OspC en suero inmune (14-16), se ha especulado que son mecanismos adicionales los responsables de la protección mediada por OspC (16). No saber el mecanismo hace mucho más difícil buscar una vacuna de enfermedad de Lyme de OspC. Además, la búsqueda de OspC como candidato de vacuna de borreliosis de Lyme está dificultada porque la OspC parece ser más heterogénea inmunológica y genéticamente que la OspA (35-37), causando que los investigadores especulen que el desarrollo de una vacuna integral de OspC no sería económicamente factible. Sin embargo, Schwan et al. (28) mostraron recientemente que se sintetizan rápidamente cantidades relativamente grandes de OspC por B.b. poco después de la unión de garrapatas infectadas a hospedadores mamíferos y que OspA ya no se expresa a altas concentraciones en la superficie de B.b.
Se ha reseñado recientemente que los organismos B.b. regulan positivamente la OspC, y regulan negativamente a la vez la OspA, poco antes de la inoculación de espiroqueta por garrapata en el hospedador (31, 32). Esto explica porqué los anticuerpos anti-OspC están entre las primeras respuestas de anticuerpo detectadas en pacientes con borreliosis de Lyme temprana. En respuesta, varios investigadores han intentado o están intentando desarrollar ensayos de immunosorción ligados a enzima (ELISA) utilizando proteínas OspC recombinantes enteras (38-42). Estos ensayos diagnósticos han sido razonablemente sensibles, pero les ha seguido faltando especificidad. Además, las respuestas de anticuerpo anti-OspC detectadas por estos ensayos pueden permanecer elevadas o seguir aumentando incluso después de la eliminación de B.b. del hospedador. Es particularmente importante la tendencia de OspC a reaccionar de forma cruzada con anticuerpos en sueros de pacientes con otras enfermedades tales como citomegalovirus (CMV) o virus de Epstein-Barr (EBV) y dar una reacción falsa positiva. Debido a esta falta significativa de especificidad y la falta de potencial de pronóstico, las ELISA de OspC siguen siendo significativamente menos que ideales.
El documento WO 97/42221 da a conocer un método de diagnóstico que utiliza fragmentos C-terminales cortos de proteína OspC derivada de Borrelia burgdorferi sensu lato. Se mostró que los cuatro aminoácidos aminoterminales Pro-Lys-Lys-Pro eran esenciales en la reactividad inmunitaria entre sueros de pacientes que padecen borreliosis temprana y diversos derivados de OspC, y se mostró que para que sea eficaz como agente de diagnóstico, deben estar presentes residuos aminoacídicos consecutivos dados. Por lo tanto, un agente inmunológico comprendía un homólogo de al menos cinco residuos aminoacídicos de longitud de un fragmento idéntico a los 10 aminoácidos C-terminales de OspC. Se dan a conocer también vacunas que utilizan los péptidos cortos, así como métodos para su preparación.
Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un fragmento polipeptídico inmunogénico aislado como se especifica en la reivindicación 1.
El polipéptido aislado puede consistir en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2.
Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona una molécula de ADN aislada como se especifica en la reivindicación 3.
Preferiblemente, la molécula de ADN aislada comprende un sitio de reconocimiento de DraI en su terminación 5' y un sitio de reconocimiento de SmaI en su terminación 3', o consiste en una secuencia de pares de bases nucleotídicas como se muestra en los nucleótidos 433-582 de la SEC ID Nº 1.
Según un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un vector de expresión como se especifica en la reivindicación 6.
Según un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona una composición farmacéutica como se especifica en la reivindicación 7.
La composición farmacéutica puede comprender un portador y/o coadyuvante farmacéuticamente adecuado.
Según un quinto aspecto de la presente invención, se proporciona el uso de un polipéptido aislado como se especifica en la reivindicación 11.
Según un sexto aspecto de la presente invención, se proporciona un método para detectar infección por Borrelia como se especifica en la reivindicación 12.
Preferiblemente, el método incluye detectar la presencia de conjugación utilizando un ensayo de inmunosorción ligado a enzima.
Según un séptimo aspecto de la presente invención, se proporciona un kit como se especifica en la reivindicación 14.
Ventajosamente, el polipéptido de esta invención no es confundido por vacunaciones previas contra la enfermedad de Lyme. La detección de anticuerpos borrelicidas anti-OspC contra el fragmento Dra es útil para el diagnóstico de la enfermedad de Lyme en pacientes de cualquier parte del mundo y también para vacunación contra enfermedad de Lyme causada por Borrelia sp. Hay 3 especies mayoritarias de espiroquetas de la enfermedad de Lyme ahora conocidas: B.b., B. gariniii y B. afzelii. Los inventores han detectado anticuerpos borrelicidas anti-OspC en pacientes de Eslovenia infectados por B. afzelii. Detectaron estos anticuerpos borrelicidas anti-OspC utilizando B.b. 50772, el mismo aislamiento utilizado para detectar una respuesta en pacientes infectados por B.b. Por tanto, el fragmento Dra de OspC parece estar conservado en todas las especies de Borrelia.
Una ELISA basada en el fragmento Dra es un ensayo complementario excelente para el ensayo de anticuerpo borrelicida. Lo más importante, una ELISA basada en el fragmento Dra se fabrica fácilmente en forma de un kit comercial y discrimina entre pacientes vacunados con enfermedad de Lyme temprana.
Un ensayo que detecte anticuerpos borrelicidas contra el(los) epítopo(s) borrelicida(s) de OspA y OspB, además de OspC, proporcionaría una reactividad cruzada reducida, una especificidad aumentada, una mayor exactitud y menos diagnósticos falsos positivos. La detección de anticuerpos borrelicidas anti-OspC da ventajosamente un diagnóstico temprano, lo que los no pueden hacer los anticuerpos borrelicidas anti-OspA y anti-OspB. Sin embargo, la identificación del (de los) epítopo(s) borrelicida(s) de OspB y OspA es también una adición valiosa a un ensayo de diagnóstico.
La inclusión de epítopos borrelicidas de OspA y OspB con el fragmento Dra de OspC proporciona también una vacuna de borreliosis de Lyme más integral.
Aparecerán más completamente objetos y ventajas adicionales a partir de la siguiente descripción detallada de la realización preferida de la invención, realizada junto con las tablas y dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es un mapa de restricción del plásmido pX3-33. El cuadro sombreado representa el área que contiene el gen ospC de S-1-10 de B.b.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de las etapas utilizadas para crear el plásmido pX2-22-Dra que codifica la proteína de fusión OspC-fragmento Dra.
La Fig. 3 es un mapa de restricción del plásmido pX2-22-Dra. El cuadro sombreado representa el área que contiene el gen del fragmento Dra de ospC de S-1-10 de B.b.
La Fig. 4 es la secuencia de ADN y aminoacídica codificada de la proteína de fusión del fragmento Dra. El área recuadrada es la secuencia de ADN y aminoacídica predicha única del fragmento Dra de OspC de S-1-10 de B.b. Véase también la SEC ID Nº 1.
Descripción detallada de la invención
La presente invención está dirigida al descubrimiento y la caracterización del (de los) epítopo(s) de OspC que es (son) responsable(s) de inducir anticuerpos borrelicidas poco después de la infección por B.b. Este determinante antigénico proporciona un antígeno de diagnóstico superior que detecta la infección por enfermedad de Lyme temprana, predice la erradicación exitosa del organismo del hospedador y discriminan entre individuos con enfermedad de Lyme e individuos que se han vacunado con una vacuna OspA de enfermedad de Lyme. Además, el (los) epítopo(s) borrelicida(s) de OspC es (son) útil(es) como vacuna contra la infección por B.b., y los anticuerpos borrelicidas generados contra el epítopo de OspC son útiles como terapia para resolver una infección y enfermedad por B.b. establecida.
Los inventores han descubierto anticuerpos borrelicidas anti-OspC. El descubrimiento de anticuerpos en sueros de enfermedad de Lyme que matan específicamente B.b. 50772 (a continuación), un aislamiento de garrapata que no tiene los genes para preparar OspA ni OspB, condujo a los inventores a especular que la proteína de superficie era OspC y que se estaba generando una respuesta de anticuerpo borrelicida altamente específica ante esta proteína.
En un estudio anterior, Schwan et al. (28) encontraron que cuando una garrapata se alimenta de un ser humano, la ingestión de sangre desencadena que el organismo B.b. regule negativamente OspA y OspB y regule positivamente OspC. Los solicitantes especularon por lo tanto que probablemente esto tiene algo que ver con la capacidad de la espiroqueta de pasar de la garrapata al ser humano. La hipótesis era que la espiroqueta debe necesitar OspC para sobrevivir en un nuevo hospedador. Por lo tanto, se teorizó que si la espiroqueta cancela OspA y OspB, lo que dispone a OspC en su superficie, los anticuerpos anti-OspC pueden ser más eficaces para prevenir la infección por B.b.
Si OspC induce verdaderamente una respuesta de anticuerpo borrelicida de B.b. temprana, entonces se deduce que la detección de esta respuesta de anticuerpo altamente específica puede utilizarse para detectar la enfermedad de Lyme más exactamente y para monitorizar la eliminación del organismo después de terapia que con otros ensayos de diagnóstico que no detectan anticuerpos borrelicidas anti-OspC.
El fragmento Dra
Llevando esto un paso más adelante, los solicitantes descubrieron que el(los) epítopos(s) borrelicida(s) está(n) localizado(s) en un pequeño fragmento de la proteína OspC. El gen de la proteína OspC tiene una longitud total de aproximadamente 600 pares de bases (pb). El ADN que codifica el fragmento borrelicida es de aproximadamente 151 pb. El fragmento es único de Borrelia. Con referencia al ejemplo 2, se muestra en la Fig. 4 la secuencia de ADN del fragmento DraI-SmaI del gen ospC (fragmento Dra de OspC). Se muestra también en la Fig. 4 la secuencia aminoacídica codificada de esta proteína de fusión de OspC truncada.
El fragmento se denomina el fragmento Dra principalmente debido a que DraI es la enzima de restricción utilizada para cortar la secuencia de ADN en un conjunto particular de bases que representa el sitio de reconocimiento de la enzima. Al utilizar la porción del gen ospC que contiene epítopo(s) borrelicida(s), se potencia la especificidad y el potencial de pronóstico del ensayo de diagnóstico sin una pérdida significativa de sensibilidad.
El fragmento Dra de la proteína OspC es también un componente de vacuna más viable en comparación con la proteína OspC completa. Al eliminar el resto de la proteína OspC, se minimizan los problemas de vacunación debido a que las otras partes de la proteína no están presentes, limitando así los efectos secundarios de la vacunación y haciendo más fácil inducir, mantener y monitorizar la respuesta de anticuerpo protector eficaz. Además, la respuesta inmunitaria puede elevarse fácilmente frente a sólo la porción protectora de la proteína OspC combinando el fragmento Dra con un coadyuvante tal como toxoide del tétanos u otros coadyuvantes de vacuna que causan que la respuesta inmunitaria sea elevada. El fragmento Dra de OspC puede sintetizarse también de novo utilizando química de péptidos en disolución o en fase sólida convencionales.
Candidato a vacuna
El uso del ensayo de anticuerpo borrelicida para monitorizar los niveles de anticuerpos borrelicidas anti-OspA ha proporcionado un conocimiento importante de la eficacia de las vacunas de borreliosis de Lyme de OspA actuales (13, 21, 23). De hecho, los ensayos de anticuerpo borrelicida son ahora la marca distintiva para monitorizar la capacidad de vacunas de enfermedad de Lyme de OspA de proporcionar protección. La vacunación de jerbos y ratones de laboratorio con OspC conduce también a una protección completa frente a exposición a la infección experimental y/o infección portada por garrapata con aislamientos de B.b. homólogos. Además, al contrario que la vacunación con OspA, la vacunación con OspC puede dar como resultado también la eliminación de espiroquetas y la resolución de los síntomas aunque se administre después de infección por B.b. Por tanto, una vacuna de Osp sería una adición valiosa a los esfuerzos por mejorar el impacto de la enfermedad de Lyme.
Como se afirmó anteriormente, los investigadores no han encontrado anteriormente pruebas de que las vacunas de OspC proporcionen protección induciendo anticuerpos borrelicidas. Otros investigadores no han detectado anticuerpos borrelicidas anti-OspC después de la vacunación a pesar de la capacidad de la vacunación de OspC de inducir protección. Sin embargo, los resultados de los inventores confirman que la OspC induce realmente anticuerpos borrelicidas y otros investigadores se darán cuenta rápidamente de que eran incapaces de detectar anticuerpos borrelicidas anti-OspC lo más probablemente debido a que utilizaban un organismo B.b. para ensayo que no expresaba OspC en la superficie.
Actualmente, ninguna vacuna utiliza un(os) epítopo(s) borrelicida(s) aislado(s). La presente invención describe el uso de(l) epítopo(s) borrelicida(s) de OspC como ensayo de diagnóstico y como vacuna contra la enfermedad de Lyme.
Composición farmacéutica
Como composición farmacéutica, la presente invención incluye un portador farmacéuticamente aceptable y una cantidad terapéuticamente eficaz del polipéptido Dra de OspC de esta invención. Por "cantidad terapéuticamente eficaz", se quiere indicar la cantidad de polipéptido o anticuerpo que, cuando se administra a un animal, desencadena una respuesta inmunitaria que es eficaz para prevenir o reducir la gravedad, durante cierto periodo de tiempo, de la infección por B.b.
La administración del polipéptido de esta invención al animal puede conseguirse mediante una variedad de procedimientos estándar. Preferiblemente, si se utiliza un polipéptido, se administrará con un coadyuvante farmacéuticamente aceptable tal como coadyuvante de Freund completo o incompleto, RIBI (dipéptidos de muramilo) o ISCOM (complejos inmunoestimulantes). Dichos coadyuvantes pueden proteger al polipéptido de la dispersión rápida al capturarlo en un depósito local, o pueden contener sustancias que estimulen al hospedador a secretar factores que son quimiotácticos de macrófagos y otros componentes del sistema inmunitario. Preferiblemente, si se está administrando un polipéptido, el esquema de inmunización implicará dos o más administraciones del polipéptido, distribuidas durante varias semanas.
La composición farmacéutica puede utilizarse para tratar o prevenir la enfermedad de Lyme en diversos animales, incluyendo seres humanos. La composición farmacéutica puede estar en una variedad de formas convencionales tales como comprimidos, píldoras, polvos, líquidos o suspensiones, cápsulas, supositorios, disoluciones inyectables e infusibles, todas bien conocidas en la técnica. La forma preferida depende del modo de administración y la aplicación profiláctica pretendidos. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones la vía de administración preferida es parenteral, y lo más preferiblemente intramuscular.
La invención da a conocer también el uso de un polipéptido aislado consistente en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2 en la fabricación de un medicamento para el tratamiento de infección por Borrelia.
La presente invención proporciona un kit para diagnosticar infección por Borrelia en mamíferos, incluyendo seres humanos. El kit comprende un polipéptido aislado que tiene una secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2, dispuesto en un envase adecuado para él, e instrucciones para uso del kit.
Ejemplos
Para ilustrar más completamente la presente invención, se proporcionan los siguientes ejemplos. Los ejemplos, que hacen referencia a las figuras adjuntas, son sólo con fines de ilustración para ayudar a una comprensión más completa de la invención.
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Ejemplo 1
Este ejemplo demuestra la capacidad de OspC de B.b. de inducir altos niveles de anticuerpos borrelicidas cuando se administra poco después de infección por B.b.
Materiales y métodos
Organismos: Se aisló el aislamiento 297 de B.b. sensu stricto (depositado en la American Type Culture Collection, 10801 University Blvd., Manassas, Virginia 20110 con el número de acceso ATCC 53899) de fluido espinal humano. Se obtuvo el aislamiento 50772 de B.b. sensu stricto (depositado en la American Type Culture Collection el 30 de julio de 1999 según los términos del Tratado de Budapest), aislado originalmente de una garrapata I. scapularis, de John F. Anderson (Connecticut Agricultural Experimental Station, New Haven, Connecticut). La espiroqueta carece del operón OspA/B y por tanto no expresa OspA ni OspB (25). Se diluyeron en serie 10 veces las suspensiones originales de espiroquetas en medio Barbour-Stoenner-Kelly (BSK) capaz de soportar el crecimiento de un solo organismo (46). Después, se hicieron pasadas de la población resultante de espiroquetas 10 veces en medio BSK reciente a 30ºC o 35ºC, se dispensó en alícuotas de 200 \mul a tubos de tapa a rosca de 1,5 ml (Sarstedt, Newton, Carolina del Norte) y se almacenó a -70ºC hasta el uso. Se utilizó E. coli JM109 (Promega Corp., Madison, Wisconsin) en todos los experimentos de clonación.
Animales. Se albergaron 10 ratones C3H/HeJ hembra de 10 semanas (Jackson Laboratories, Bar Harbor, Maine) tres por jaula a temperatura ambiente. Estaban disponibles a voluntad alimento y agua.
Sueros. Se obtuvieron sueros de borreliosis de Lyme de pacientes del Gundersen Lutheran Medical Center, La Crosse, Wisconsin. Diez muestras de sueros de borreliosis de Lyme eran de individuos con lesiones de eritema migratorio únicas o múltiples documentadas clínicamente. Dos de estas muestras de sueros eran de pacientes con cultivos dérmicos de piel positivos de B.b. Se utilizó suero de un individuo no expuesto a B.b. sensu lato como control de suero normal. Se ensayó esta muestra de suero por 516 laboratorios participantes en la National Lyme Proficiency Survey patrocinada por el Wisconsin Laboratory of Hygiene y el College of American Pathologists, y se reseñó como negativo en anticuerpos frente a B.b. (31).
Transferencia Western. Se realizó la transferencia Western como se describe anteriormente (17). Brevemente, se hirvieron células B.b. 50772 en tampón de muestra durante 5 min y se cargaron 150 \mug de proteína total en un gel de poliacrilamida al 12%-0,1% de SDS (gel de apilamiento de poliacrilamida al 4% sin peine). Se determinaron las concentraciones de proteína con el kit de determinación de proteína Bio-Rad siguiendo las instrucciones del fabricante (Bio-Rad Inc., Richmond, California). Se procesaron simultáneamente dos geles en una unidad de electroforesis (SE600, Hoefer Scientific Instruments, San Francisco, California) a 55 mA durante 3 horas con el sistema tampón de Laemmli (32). Después de la electroforesis, se transfirieron las proteínas a nitrocelulosa durante 3 horas a 300 mA en las condiciones descritas por Towbin et al. (33). Se cortó la nitrocelulosa en tiras y se bloqueó con disolución tamponada con fosfato (PBS)-0,3% de detergente Tween 20 durante 30 min a 22ºC. Se incubaron las tiras durante 1 hora a 22ºC con suero humano diluido 1:100 y se lavaron 3 veces con PBS-0,05% de detergente Tween 20. Se añadieron IgM o IgG (cadenas pesada o ligera; Organon Teknika Cappel, Malvern, Pensilvania) anti-humanas marcadas con peroxidasa de rábano picante y se incubaron las tiras durante 30 min a 22ºC. Después de la incubación, se lavaron las tiras y se revelaron (sistema de sustrato peroxidasa de membrana TMB; Kirkegaard & Perry Laboratories, Gaithersburg, Maryland).
Clonación y amplificación del gen ospC . Se aisló ADN enriquecido en plásmido del aislamiento S-1-10 de B.b. sensu stricto (13). Se utilizó el ADN como molde para la amplificación del gen ospC utilizando el kit GeneAmp (Perkin Elmer Cetus, Norwalk, Connecticut) (34). Se utilizaron cebadores a una concentración final de 1,0 \muM a una concentración de MgCl_{2} 1,5 mM. Los parámetros de ciclado térmico fueron 95ºC durante 5 minutos, seguido de 35 ciclos de lo siguiente: 1) 95ºC durante 30 s, 2) 50ºC durante 30 s, 3) 72ºC durante 90 s. Se realizó la extensión final a 72ºC durante 7 min para extender totalmente cualquier cadena de ADN truncada. Se utilizaron el cebador aminoterminal C1 (5'-CGTGGATCCATGAAAAAGAATACATTAAGTGCGATA-3') y el cebador carboxiterminal C2 (5'-AATTCCCGGGTTAAGGTTTTTTTGGACTTTCTGC-3') para amplificación. El subrayado indica las regiones reconocidas por los cebadores. Se purificó el ADN amplificado utilizando GeneClean (Bio101, La Jolla, California). Después de digestión con SmaI y BamHI (Gibco BRL, Gaithersburg, Maryland), se ligaron los fragmentos de ADN purificados en el vector PinPoint pXa-3 (Promega Corp., Madison, Wisconsin) con ADN ligasa T4 (Gibco BRL, Rockville, Maryland). Se utilizó la mezcla de ligamiento para transformar E. coli JM109 competentes. Se sembraron E. coli transformadas en medio 2xTY que contenía ampicilina (100 \mug por ml, Sigma Chemical Co., St. Louis, Misuri) y se incubaron durante 24 horas a 37ºC. Se detectaron colonias que expresaban OspC mediante análisis de transferencia Western utilizando un conjugado de estreptavidina-peroxidasa de rábano picante (Gibco BRL) y un suero de enfermedad de Lyme temprana que contenía anticuerpos anti-OspC.
Se determinó la secuencia de ADN del gen ospC mediante secuenciación bicatenaria (TaqTrack, Promega, Madison, Wisconsin). El análisis y las búsquedas BLAST se realizaron utilizando el sistema de software GCG (GCG, Madison, Wisconsin). El gen ospC de S-1-10 de B.b. sensu stricto era similar (78,5%) al B31 de B.b. sensu stricto (35). Además, la secuencia nucleotídica de OspC de S-1-10 difería en 3 bases (98% de homología) con B.b. sensu stricto (36).
Purificación de OspC recombinante: Se cultivaron E. coli que contenían el gen ospC en 100 ml de caldo 2xTY que contenía ampicilina durante 12 h a 37ºC. Se diluyó el cultivo 1:10 con caldo 2xTY y se incubó durante 1 h adicional. Se añadió isopropil-\beta-D-tiogalactopiranósido (concentración final 0,1 mM, Sigma) al cultivo y se incubó durante 4 h adicionales. Se centrifugó la suspensión a 10.000 x g durante 15 min a 4ºC, se resuspendió en tampón de purificación (Tris 50 mM (pH 8,0), NaCl 50 mM, EDTA 2 mM, 0,1% de Triton X-100) y se lisó con un sonicador (modelo W350; Branson Sonic Power Co., Danbury, Connecticut). Se centrifugó la E. coli sonicada a 10.000 x g durante 15 min y se pasó el sobrenadante por una columna que contenía resina SoftLink (Promega, Madison, Wisconsin) a una velocidad de 0,5 ml por min a 4ºC. Se lavó después la columna con 5 volúmenes de columna de tampón de purificación. Se eluyó la OspC con biotina 5 mM (Sigma) y se analizaron las fracciones recuperadas por
PAGE-SDS.
ELISA de OspC: Se diluyó OspC recombinante a 750 ng/ml en tampón de recubrimiento (Na_{2}CO_{3} 0,015 M, NaHCO_{3} 0,035 M, pH 9,6) y se añadieron cantidades de 100 \mul a pocillos de microtitulación de fondo plano individuales (Dynatech Laboratories, Chantilly, VA). Se incubaron las placas de microtitulación a 35ºC durante 4 horas, seguido de una incubación durante una noche a 4ºC. Después de la incubación, se lavaron las placas tres veces con disolución salina tamponada con fosfato (PBS, pH 7,2) que contenía 0,05% de detergente Tween 20, se sellaron y se almacenaron a 4ºC. Antes de utilizar, se bloquearon las placas con PBS-0,05% de detergente Tween 20 que contenía 1% de seroalbúmina bovina durante 30 min a 22ºC, se lavaron dos veces con PBS-0,05% de detergente Tween 20 y se añadieron 100 \mul de diluciones en serie 2x de suero normal o de borreliosis de Lyme en PBS a los pocillos individuales. Se incubaron las placas durante 1 hora a 22ºC, seguido de 3 lavados con PBS-0,05% de detergente Tween 20. Se añadieron 100 \mul de anticuerpo IgM anti-humana conjugada con peroxidasa de rábano picante (Organon Teknika Cappel) diluido 1:3000 en PBS-0,05% de detergente Tween 20 y se incubaron las placas a 22ºC durante 1 h. Después de la incubación, se añadieron 100 \mul de fosfato de o-fenilendiamina (0,4 mg/ml, Sigma) a cada pocillo y se incubaron a 22ºC durante 30 min. Se detuvieron las reacciones mediante la adición de 100 \mul de H_{2}SO_{4} 1 N y se determinaron inmediatamente las absorbancias a 490 nm (modelo EL307, Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, Vermont). Se consideró positivo un valor de DO > 0,200 por encima del control de suero
normal.
Detección de anticuerpos borrelicidas: Se realizó el ensayo de anticuerpo borrelicida por citometría de flujo según Callister et al. (29, 30). Brevemente, se descongeló una alícuota congelada de 200 \mul de aislamiento 50772 o 297 de B.b., se inoculó en 6 ml de medio BSK reciente y se incubaron los cultivos durante 72 horas a 35ºC. Después de la incubación, se determinó la concentración de espiroquetas utilizando una cámara de conteo Petroff-Hausser y se diluyó en medio BSK reciente a una concentración de 10^{6} organismos por ml. Se diluyeron las muestras de suero 1:20 en medio BSK reciente y se esterilizaron mediante pasada a través de un filtro de microcentrífuga de 0,2 \mum (Costar, Cambridge, Massachusetts). Se transfirió una alícuota de 100 \mul a un tubo de microcentrífuga con tapa a rosca de 1,5 ml (Sarstedt) y se inactivó térmicamente el suero diluido a 56ºC durante 10 min. Después de la inactivación térmica, se añadieron una alícuota de 100 \mul de B.b. 50772 y 15 \mul de suero de conejillo de indias estéril (200, 50% de unidades de complemento hemolítico por ml, Sigma) a los sueros diluidos. Después de agitación suave, se incubaron las suspensiones de ensayo durante 16-24 horas a 35ºC.
Después de la incubación, se diluyeron 1:5 100 \mul de las suspensiones de ensayo con PBS (0,01 mol/l, pH 7,2) que contenían naranja de acridina (concentración final 5,4 x 10^{9} mol/l). Se detectaron los anticuerpos borrelicidas con un citómetro de flujo de láser único FACScan (Becton-Dickinson Immunocytometry Systems, San José, California). Se adquirieron resultados durante 1 a 2 minutos con el caudal fijado en bajo (12 \mul/min) y se analizaron con el software de investigación FACScan Lysys II. Se utilizaron los parámetros de dispersión lateral e intensidad de fluorescencia para distinguir a B.b. de BSK y partículas de complemento. Se controlaron las espiroquetas durante la adquisición de datos y se amplificaron logarítmicamente las señales de fluorescencia y se convirtieron en una escala lineal. Un aumento \geq13% de la intensidad de fluorescencia comparada con los controles de suero normales fue considerado positivo (30). Todos los ensayos se realizaron por duplicado o triplicado.
Vacunación de ratones y recuperación de sueros anti-OspC. Se vacunaron por vía intramuscular ratones con 75 \mug de OspC purificada en 100 \mul de coadyuvante completo de Freund (Sigma). Posteriormente, se revacunaron los ratones con cantidades de 75 \mug de OspC en 100 \mul de coadyuvante incompleto de Freund (Sigma) a las 2 y 4 semanas después de la vacunación primaria. Dos semanas después de la segunda revacunación, se recogió sangre mediante punción intracardiaca. Se dejó coagular la sangre y se separó el suero por centrifugación a 3.500 rpm durante 5 min. Se retiró el suero y se almacenó en cantidades de 50 \mul a -70ºC hasta el uso.
Ensayo de inmunofluorescencia por citometría de flujo. Se diluyeron en serie muestras de suero de ratón que contenían anticuerpos anti-OspC en medio BSK (1:20 a 1:40960). Se añadieron 100 \mul de medio BSK que contenía 10^{5} organismos B.b. 297 o 50772 vivos a cada dilución. Se agitaron suavemente con vórtex las suspensiones y se incubaron a 35ºC durante 30 min. Después de la incubación, se añadieron a cada ensayo 10 \mul de anticuerpos IgG de cabra anti-ratón conjugados con isotiocianato de fluoresceína (FITC) (ICN/Cappel, Aurora, Ohio) diluidos 1:20 en PBS estéril (pH 7,2). Se agitaron suavemente con vórtex los ensayos y se incubaron a 35ºC durante 30 min adicionales. Después de la incubación, se combinaron alícuotas de 100 \mul de cada suspensión con 400 \mul de PBS esterilizado por filtración a 0,22 \mum. Se analizaron después estas suspensiones utilizando un citómetro de flujo
FACScan.
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Neutralización de la actividad borrelicida. Se determinó la actividad borrelicida de las muestras de suero después de la retirada de los anticuerpos IgM o IgG como se describe anteriormente (17). Brevemente, se añadieron 125 \mul de IgM o IgG de cabra anti-humana dializada (cadena pesada y ligera; Kallestad Diagnostics, Chaska, Minnesota) a 25 \mul de suero normal o de borreliosis de Lyme y se incubó la mezcla durante 2 horas a 37ºC. Después de la centrifugación a 5.000 x g durante 10 min (Surespin, Helena Laboratories, Beaumont, Tejas), se diluyó el sobrenadante 2 veces con medio BSK reciente, se esterilizó mediante pasada a través de un filtro de microcentrífuga de 0,2 \mum (Costar) y se ensayó la actividad borrelicida. Se determinó la actividad borrelicida de sueros normales y con borreliosis de Lyme sin tratamiento con anti-IgM ni anti-IgG después de añadir 125 \mul de PBS (pH 7,2).
Adsorción de sueros de borreliosis de Lyme con OspC. Se realizó la adsorción de anticuerpos anti-OspC de sueros de borreliosis de Lyme utilizando una modificación de un procedimiento descrito anteriormente (17). Se lavó resina de avidina tetramérica TetraLink (Promega) con PBS y se cargó 1 ml de volumen en una columna. Se pasaron por la columna 3 \mug de OspC biotinilada dializada en 1 ml de volumen y se monitorizó la absorbancia (DO) a 280 nm para confirmar la unión de OspC a la columna. Se pasó después una muestra de 1 ml de cada uno de los 10 sueros de borreliosis de Lyme humana diluidos 10 veces con PBS (pH 7,2) por la columna 10 a 15 veces a 4ºC para retirar los anticuerpos anti-OspC. La retirada de los anticuerpos anti-OspC se confirmó por transferencia
Western.
Este estudio mostró que la vacunación de ratones con OspC inducía altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas anti-OspC y condujo a esfuerzos aumentados (en los siguientes ejemplos) por evaluar la capacidad de OspC de proporcionar protección frente a la infección por B.b., debido a que proporciona un mecanismo inmunitario plausible que explica la capacidad de una vacunación con OspC de proteger frente a o curar la enfermedad de Lyme. Además, se descubrió que pueden detectarse fácilmente grandes cantidades de anticuerpos borrelicidas anti-OspC en suero de pacientes de todo EE.UU. cuando se utiliza un solo organismo, B.b. 50772, como antígeno de ensayo, lo que indica también que (el) los epítopo(s) borrelicida(s) anti-OspC puede(n) estar conservado(s). Por tanto, la heterogeneidad de OspC no impedirá los esfuerzos por desarrollar una vacuna de OspC integral.
Estos descubrimientos están en contraposición directa con otras observaciones publicadas. En informes previos, la detección dependía de la presencia de altos niveles de OspC en la superficie de B.b. Estos anticuerpos borrelicidas anti-OspC se detectaban sólo cuando se utilizaba el aislamiento 50772 de B.b., que expresa altos niveles de OspC en la superficie.
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Ejemplo 2
Este ejemplo demuestra que los epítopos borrelicidas de OspC están localizados en la región del fragmento Dra.
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Etapa a
Aislamiento de plásmidos, clonación y amplificación del gen ospC
Se aisló ADN enriquecido en plásmido del aislamiento S-1-10 de B.b. sensu stricto utilizando técnicas estándar (13). Se utilizó después el ADN como molde para la amplificación del gen ospC mediante el protocolo GeneAmp (Perkin Elmer Cetus, Norwalk, Connecticut) utilizando la reacción en cadena de la polimerasa (34). Se utilizaron los cebadores a una concentración final 1,0 \muM con una concentración de MgCl_{2} 1,5 mM. Los parámetros de ciclado térmico fueron 95ºC durante 5 min, seguido de 35 ciclos de lo siguiente: 1) 95ºC durante 30 s, 2) 50ºC durante 30 s, 3) 72ºC durante 90 s. La extensión final se realizó a 72ºC durante 7 min para extender completamente cualquier cadena de ADN truncada. Se utilizaron el cebador aminoterminal C1 (5'-CGTGGATCCATGAAAAAGAATACA
TTAAGTGCGATA-3') y el cebador carboxiterminal C2 (5'-AATTCCCGGGTTAAGGTTTTTTTGGACTTTCTGC-3') para amplificación. Se purificó el ADN amplificado utilizando GeneClean (Bio101, La Jolla, California). Después de la digestión con SmaI y BamHI (Bethesda Research Laboratories, Gaithersburg, Maryland), se ligaron los fragmentos de ADN purificados en el vector PinPoint pXa-3 (Promega Corp, Madison, Wisconsin). Se ligaron el inserto y el plásmido con ADN ligasa T4 (Bethesda Research Laboratories) y se utilizó la mezcla de ligamiento para transformar E. coli JM109 competentes. Posteriormente, se sembraron los organismos en medio de levadura triptona (TY) 2x que contenía ampicilina (100 \mug/ml, Sigma Chemical Co., St. Louis, Misuri) y se incubaron durante 24 horas a 37ºC. Se detectaron colonias que expresaban la proteína de fusión OspC mediante análisis de transferencia Western utilizando un conjugado de estreptavidina-fosfatasa alcalina (Bethesda Research Labortories) y un suero de enfermedad de Lyme temprana que contenía anticuerpos anti-OspC. Se le da a este plásmido la designación pX3-22 y se ilustra en la
Fig. 1.
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Etapa b
Creación del truncamiento del gen ospC
Para preparar un fragmento carboxiterminal de la proteína OspC, se digirió el plásmido pX3-22 con las enzimas de restricción BamHI y SmaI (Gibco). Se digirió después el fragmento BamHI-SmaI de \sim0,6 kb que contenía el gen ospC con la enzima de restricción DraI (Gibco) como se ilustra en la Fig. 2. Esta digestión dio como resultado un fragmento BamHI-DraI de \sim0,4 kb que codifica el extremo aminoterminal de la proteína OspC y un fragmento DraI-SmaI de \sim0,2 kb que codifica el extremo carboxiterminal. Se ligó este fragmento DraI-SmaI con el vector PinPoint pXa-2 digerido con SmaI (Promega Corporation, Madison, WI) para conservar el marco de lectura apropiado de la proteína truncada resultante. Se utilizó la mezcla de ligamiento para transformar E. coli JM109 competentes. Se realizaron digestiones de restricción para identificar un clon con la orientación apropiada de inserción del fragmento del gen ospC. Se designó este plásmido pX2-22-Dra y se ilustra en la Fig. 3.
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Etapa c
Análisis molecular del fragmento del gen ospC
Se determinó la secuencia de ADN de pX2-22-Dra mediante secuenciación bicatenaria. Se utilizaron el cebador C2 (véase la etapa a del ejemplo 2), construido para amplificación, y el cebador de secuenciación PinPoint (Promega). Se muestra en la Fig. 4 la secuencia del fragmento DraI-SmaI del gen ospC (fragmento Dra de Ospc). Se muestra también en la Fig. 4 la secuencia aminoacídica predicha de esta proteína de fusión de OspC truncada.
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Etapa d
Purificación del fragmento Dra de OspC
Se cultivaron organismos E. coli transformados que contenían pX3-22 y pX-22-Dra en 100 ml de caldo 2xTY que contenía ampicilina durante 12 horas a 37ºC. Se diluyó el cultivo 1:10 con caldo 2xTY y se incubó durante 1 hora adicional. Se añadió isopropil-\beta-D-tiogalactopiranósido (concentración final 0,1 mM, Sigma) al cultivo y se incubó durante 4 horas adicionales. Se centrifugó después la suspensión de bacterias (10.000 x g durante 15 min a 4ºC), se resuspendió en tampón de purificación (tampón Tris 50 mM (pH 8,0), NaCl 50 mM, EDTA 2 mM, 0,1% de TRITON X-100) y se lisó con 5 pulsos de 30s con un sonicador (modelo W350, Branson Sonic Power Co., Danbury, Connecticut). Se centrifugaron los organismos E. coli sonicados a 10.000 x g durante 15 min para retirar el material insoluble y se pasó el sobrenadante por una columna de resina SoftLink (Promega) a una velocidad de 0,5 ml por min a 4ºC. Se lavó después la columna con 5 volúmenes de columna de tampón de purificación. Se eluyó la proteína de fusión del fragmento Dra de OspC unido a columna utilizando tampón de purificación que contiene biotina 5 mM (Sigma). Se analizaron las fracciones mediante electroforesis en gel de poliacrilamida-dodecilsulfato de
sodio.
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Etapa e
Adsorción de sueros de borreliosis de Lyme con OspC entera y fragmento Dra
Se realizó la adsorción de anticuerpos anti-OspC o fragmento Dra de sueros de borreliosis de Lyme utilizando una modificación del procedimiento descrito anteriormente (17). Se lavó resina de avidina tetramérica Tetralink (Promega) con PBS y se cargó 1 ml de volumen en una columna. Se pasaron después por la columna 3 \mug de OspC entera biotinilada dializada (proteína de fusión de pX3-22) o el fragmento Dra de OspC (proteína de fusión de pX2-22-Dra) en un volumen de 1 ml y se monitorizó la absorbancia a 280 nm para confirmar la unión de proteína a la columna. Se pasó después por la columna 10 a 15 veces una muestra de 1 ml de cada suero diluido 10 veces con PBS (pH 7,2) para retirar los anticuerpos anti-OspC o anti-fragmento Dra.
Utilizando los materiales y métodos de los ejemplos 1 y 2, se ensayaron inicialmente 7 muestras de sueros de enfermedad de Lyme temprana que contenían altos títulos de anticuerpos borrelicidas anti-OspC y se confirmó que los anticuerpos antiborrelicidas lo eran contra una región específica de la proteína OspC dentro del fragmento Dra descrito en la presente memoria.
Se unieron las proteínas de fusión de OspC o fragmento Dra a perlas de agarosa y se prepararon columnas de inmunoafinidad separadas. Se pasaron sueros de enfermedad de Lyme por las columnas para retirar los anticuerpos anti-OspC o anti-fragmento Dra mediante adsorción en las proteínas de fusión de OspC o fragmento de Dra, respectivamente. Se determinó la actividad borrelicida frente a B.b. 50772 antes y después de la retirada de los anticuerpos. La retirada de los anticuerpos anti-OspC y anti-fragmento Dra de sueros de enfermedad de Lyme temprana causó una anulación casi completa de la actividad borrelicida como se ilustra en la Tabla 1.
TABLA 1 Actividad borrelicida de sueros de enfermedad de Lyme temprana después de la retirada de los anticuerpos contra OspC entera o fragmento Dra
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La Tabla 1 muestra el título de anticuerpo borrelicida de sueros de Lyme temprana después de la retirada de los anticuerpos contra la proteína de fusión de OspC entera o el fragmento Dra de OspC. Con referencia a la Tabla 1, puede observarse que los anticuerpos borrelicidas lo eran contra la región específica de la proteína OspC localizada en el fragmento Dra. Estos resultados demuestran que los anticuerpos borrelicidas anti-OspC están casi completamente inducidos por epítopo(s) localizado(s) en la región del fragmento Dra de OspC.
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Ejemplo 3
Este ejemplo demuestra que los anticuerpos anti-OspC que son específicos de la región del fragmento Dra de OspC pueden detectarse mediante ELISA.
ELISA del fragmento Dra. Se diluyó el fragmento Dra de OspC purificado a 750 ng/ml en tampón de recubrimiento (Na_{2}CO_{3} 0,015 M, NaHCO_{3} 0,035 M, pH 9,6) y se añadió a pocillos de microtitulación de unión amino de superficie de N-oxisuccinimida de fondo plano. Se incubaron las placas ELISA a 35ºC durante 4 horas, seguido de una incubación durante una noche a 4ºC. Después de la incubación, se lavaron las placas 3 veces con PBS que contenía 0,05% de detergente Tween 20, se sellaron y se almacenaron a 4ºC. Antes de utilizar, se bloquearon las placas con PBS-0,05% de detergente Tween 20 que contenía 1% de seroalbúmina bovina durante 30 min a temperatura ambiente. Se lavaron las placas dos veces con PBS-0,05% de detergente Tween 20 y se añadieron 100 \mul de diluciones en serie 2x en PBS a los pocillos de microtitulación individuales. Se incubaron las placas durante 1 hora a 22ºC seguido de 3 lavados con PBS-0,05% de detergente Tween 20. Se diluyó 1:3.000 ó 1:5.000 anticuerpo IgM o IgG anti-humana conjugada con peroxidasa de rábano picante (Organon Teknika Cappel, Malvern, Pensilvania) en PBS-0,05% de detergente Tween 20. Se añadieron alícuotas (100 \mul) del conjugado a los pocillos y se incubaron a 22ºC durante 1 hora. Posteriormente, se añadieron 100 \mul de fosfato de o-fenilendiamina (Sigma) y se incubaron las placas a 22ºC durante 30 min. Se detuvieron las reacciones añadiendo 100 \mul de H_{2}SO_{4} 1 N y se determinaron las absorbancias a
490 nm.
Se determinó si los anticuerpos anti-fragmento Dra presentes en las 7 muestras de sueros de enfermedad de Lyme temprana podían detectarse fácilmente utilizando una ELISA de IgM o IgG de fragmento Dra. Se prepararon placas ELISA de fragmento Dra y se utilizaron para medir la cantidad de anticuerpo específico de Dra detectado cuando se diluían los sueros 1:200 con PBS (pH 7,2) que contenía 0,5% de detergente Tween 20. Esta es una dilución utilizada habitualmente por laboratorios de diagnóstico cuando se realizan ensayos ELISA. Fueron detectables niveles significativos de anticuerpos IgM anti-fragmento Dra en las 7 muestras de sueros de enfermedad de Lyme temprana como se ilustra en la Tabla 2. La ELISA de IgG detectó también anticuerpos anti-fragmento Dra en 3 (42%) de las 7 muestras de sueros tempranos. La Tabla 2 ilustra la reactividad ELISA de IgM de Ospc (proteína entera) y fragmento Dra utilizando sueros de enfermedad de Lyme temprana (n= 7) que contienen anticuerpos borrelicidas anti-OspC y anti-Dra. La Tabla 2 muestra que una ELISA del fragmento Dra podía detectar anticuerpos anti-fragmento Dra en los sueros de enfermedad de Lyme temprana a una absorbancia de 0,200 y una dilución de
1:200.
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TABLA 2 Reactividad ELISA^{a} del fragmento Dra utilizando sueros de enfermedad Lyme temprana (n= 7) que contienen anticuerpos borrelicidas anti-Dra
3
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Ejemplo 4
Se diseñó este ejemplo para demostrar la especificidad de una ELISA de OspC de B.b. y una ELISA de fragmento Dra para detectar la enfermedad de Lyme
Se determinó si la ELISA de fragmento Dra era más específica que la ELISA de OspC examinando sueros normales y sueros de pacientes con infecciones por EBV y CMV. Se ensayaron también muestras de sueros que contenían factor reumatoide y muestras de sueros de pacientes con sífilis debido a que estos tipos de sueros son también conocidos por reaccionar fuertemente con ensayos de enfermedad de Lyme convencionales. Además, se ensayaron muestras de sueros de individuos vacunados anteriormente con una vacuna de enfermedad de Lyme de OspA. Ambas ELISA no estaban afectadas por la vacunación previa contra la enfermedad de Lyme. Fueron positivos números pequeños similares de muestras de suero normal, sueros que contenían el factor reumatoide y sueros sifilíticos utilizando ELISA de IgM de OspC o de fragmento Dra. Sin embargo, la ELISA de OspC era a menudo falsamente positiva utilizando sueros de pacientes con otras enfermedades, incluyendo EBV y CMV, principalmente cuando se ensayaba con IgM. Esto no es sorprendente, puesto que los anticuerpos IgM están presentes en altas concentraciones durante la enfermedad de Lyme temprana. Los anticuerpos IgG no aparecen normalmente hasta las etapas tardías de la enfermedad. En contraposición, la ELISA de IgM de fragmento Dra era significativamente menos reactiva utilizando sueros de pacientes con CMV y EBV. Se hace referencia a la Tabla 3 siguiente. Por tanto, la ELISA de fragmento Dra era significativamente más específica que la ELISA que contenía la proteína OspC completa.
La Tabla 3 muestra los ELISA de IgM de OspC (proteína completa) y de fragmento Dra frente a sueros reactivos cruzados con enfermedad de Lyme (dilución de suero 1:200). Con referencia a la Tabla 3, la ELISA de fragmento Dra era significativamente más específica que la ELISA de OspC.
TABLA 3 Número (%) de sueros potencialmente reactivos cruzados con reactividad ELISA^{a} de IgM de OspC y fragmento Dra
4
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Ejemplo 5
Se diseñó este ejemplo para mostrar que la ELISA de OspC y fragmento Dra tenían sensibilidades similares. Se comparó la sensibilidad de la ELISA de fragmento Dra con la ELISA de OspC examinando 20 muestras de sueros de pacientes con enfermedad de Lyme definida en cultivo. Estos sueros contenían también niveles variables de anticuerpos borrelicidas anti-OspC. Las ELISA de OspC y fragmento Dra tenían una sensibilidad similar. Las ELISA de OspC y fragmento Dra detectaron anticuerpos IgM (absorbancia \geq 0,200) en 12 (60%) y 10 (50%) de los 20 sueros de enfermedad de Lyme temprana, respectivamente, como se ilustra en la Tabla 4.
TABLA 4 Detección de anticuerpos de OspC o fragmento Dra mediante ELISA^{a} de IgM en 20 muestras de sueros de enfermedad de Lyme temprana que contienen anticuerpos borrelicidas anti-B. burgdorferi 50772
6
Además, la capacidad de detectar anticuerpos anti-OspC o anti-fragmento Dra se correlacionaba estrechamente con la actividad borrelicida anti-B.b. Con pocas excepciones, se detectaron altas concentraciones de anticuerpos IgM anti-OspC o anti-fragmentos Dra en sueros de enfermedad de Lyme temprana que contenían también altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas. Cuando la actividad borrelicida era baja, ambas ELISA eran más a menudo negativas. Esto no era inesperado, puesto que se ha mostrado que el ensayo de anticuerpo borrelicida es aproximadamente 3 veces más sensible que una ELISA comercial (30).
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Ejemplo 6
Se está trabajando actualmente para mejorar la sensibilidad de la ELISA de fragmento Dra reduciendo las diluciones del suero ensayado. Esto debería ser fácilmente posible debido a la naturaleza altamente específica de la respuesta del anticuerpo de fragmento Dra. Se prevé que los refinamientos de los procedimientos de ensayo ELISA de fragmento Dra (por ejemplo, dilución de suero, concentración de antígeno/pocillo) aumentarán significativamente la sensibilidad a niveles más estrechamente relacionados con la sensibilidad de la detección de anticuerpo borrelicida anti-B.b.
50772.
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Ejemplo 7
Este ejemplo confirma la capacidad de pronóstico de la ELISA de fragmento Dra. Se ensayaron múltiples muestras de sueros de dos pacientes de enfermedad de Lyme temprana utilizando ELISA de fragmento Dra. Se recogieron muestras de suero antes, durante y después del tratamiento con agentes antimicrobianos. Se monitorizó la actividad borrelicida anti-50772 con ELISA de fragmento Dra. En el paciente 1, fueron detectables anticuerpos anti-OspC 5 días después de la infección y 6 y 11 días después de iniciar el tratamiento antibiótico. Fueron detectables anticuerpos borrelicidas anti-50772 y anti-fragmento Dra 5 días después de la infección y 6 días después del tratamiento, pero no fueron ya detectables después de 11 días. De forma similar, fueron detectables anticuerpos anti-OspC 7 días después de la infección y 10 y 24 días después del tratamiento antibiótico en el suero del paciente 2. Sin embargo, los anticuerpos borrelicidas y anticuerpos anti-fragmento Dra fueron sólo detectables antes del tratamiento antibiótico. Estos resultados demuestran la capacidad de la ELISA de fragmento Dra de correlacionarse con infección por B.b. Por tanto, la ELISA de fragmento Dra es también útil como "ensayo de curación".
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Ejemplo 8
La capacidad de la OspC de inducir anticuerpos borrelicidas ha posibilitado la identificación del (de los) epíto-
po(s) responsable(s) de inducir la actividad. Debido a que la protección después de la vacunación con OspA depende de la inducción y el mantenimiento de altos niveles de anticuerpos borrelicidas anti-OspA, la protección o eliminación de B.b. de individuos infectados dependerá también de la inducción de anticuerpos borrelicidas anti-OspC. Debido a que los anticuerpos borrelicidas anti-OspC pueden retirarse de sueros de enfermedad de Lyme temprana mediante adsorción al fragmento Dra, la vacunación con el fragmento Dra debe inducir también anticuerpos borrelicidas. Los ratones vacunados con OspC recombinante producen de hecho anticuerpos borrelicidas.
Utilizando los métodos del ejemplo 1, se vacunaron ratones con B.b. 50772 y se determinó el nivel de anticuerpos borrelicidas a diversos intervalos temporales después de la vacunación. Fue detectable actividad borrelicida 14 días después de la vacunación inicial y alcanzó el máximo después de 56 días, como se muestra en la Tabla 5.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 5 Desarrollo de anticuerpos borrelicidas anti-B. burgdorferi 50772 en ratones después de vacunación con organismos B. burgdorferi 50772
7
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En un experimento relacionado, se retiraron anticuerpos anti-fragmento Dra mediante adsorción a proteína de fusión anti-fragmento Dra. Se midieron entonces los niveles de anticuerpo borrelicida antes y después de la adsorción y retirada de anticuerpos anti-fragmento Dra. La actividad borrelicida se redujo de 1:2.560 a 1:640 después de retirar los anticuerpos anti-fragmento Dra. Por tanto, la vacunación con el fragmento Dra inducirá anticuerpos borrelicidas protectores.
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Ejemplo 9
Se diseña el ejemplo para mostrar que el fragmento Dra es mejor candidato a vacuna que la proteína OspC entera. Se vacunan animales con OspC y se recoge suero con altas niveles de actividad borrelicida. Se divide el suero y se elimina la actividad borrelicida de una muestra mediante la retirada de anticuerpos anti-fragmento Dra. Se administra entonces pasivamente a animales que contienen o no contienen anticuerpos borrelicidas (fragmento anti-Dra), para separar grupos de animales receptores, antes de exponerles a la infección por B.b. y a diversos intervalos después de la infección. El suero que contiene anticuerpos borrelicidas anti-fragmento Dra protegerá frente a y eliminará organismos y síntomas clínicos después de la infección. En contraposición, se espera que el suero anti-OspC sin anticuerpos borrelicidas sea ineficaz para prevenir o curar la infección. Por tanto, hay una prueba definitiva de la utilidad del fragmento Dra como componente importante de vacuna de la enfermedad de
Lyme.
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Ejemplo 10
La enfermedad de Lyme causa también una considerable morbilidad y cierta mortalidad entre perros y gatos. Hay similitudes entre la enfermedad en seres humanos y perros, incluyendo la migración de las espiroquetas a articulaciones y el desarrollo de artritis de Lyme (45). De forma interesante, Straubinger et al. (27) reseñaron recientemente que, al contrario que los seres humanos, los perros infectados naturalmente no producen anticuerpos borrelici-
das.
Sin embargo, los inventores han demostrado recientemente que los perros infectados naturalmente sí que desarrollan altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas. Han infectado naturalmente 15 perros Beagle de 12-24 semanas exentos de patógenos disponiendo 6 garrapatas Ixodus scapularis hembra y 6 macho en los animales y dejando que se alimenten hasta saciedad. Aproximadamente un 44% de las garrapatas estaban infectadas por B.b. Fueron detectables altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas anti-B.b. 50772 en 8 (53%) de los 15 perros 1 semana después de disponer la garrapata. Se hace referencia a la Tabla 6.
TABLA 6 Detección de anticuerpos borrelicidas frente a B. burgdorferi 50772 en sueros caninos después de exposición a la infección por garrapatas^{a}
8
De 2 a 9 semanas después de la infección, \geq 86% de los perros tenían altas concentraciones de anticuerpos borrelicidas en su suero. Además, un 83% de los perros infectados desarrollaron señales y síntomas clínicos (cojera) asociados a enfermedad de Lyme y se recuperaron organismos B.b. de la piel y articulaciones de >90% de los animales. Se retiraron también los anticuerpos anti-OspC y anti-fragmento Dra de 3 sueros de perro con altos títulos de anticuerpos borrelicidas anti-B.b. 50772. La retirada de estos anticuerpos dio como resultado la anulación casi completa de la actividad borrelicida. Estos descubrimientos son casi idénticos a los resultados utilizando sueros humanos. Por tanto, es probable que el fragmento de Dra de OspC sea útil para animales de compañía del mismo modo que se describe anteriormente para seres humanos.
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<110> Callister, Steven M.
\hskip1cm
Lovrich, Steven D.
\hskip1cm
Schell, Ronald F.
\hskip1cm
Jobe, Dean A.
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<120> Composiciones y métodos que utilizan epítopo(s) borrelicida(s) de la proteína C de superficie externa (OspC) de Borrelia burgdorferi para el diagnóstico y la prevención de enfermedad de Lyme
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<130> OspC de B. burgdorferi
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<140>
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<141>
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<150> 60/094.955
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<151> 31-7-1998
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<160> 4
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<170> PatentIn Ver. 2.0
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<210> 1
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<211> 600
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<212> ADN
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<213> Borrelia burgdorferi
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<220>
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<221> misc_feature
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<222> (433)...(582)
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<223> Secuencia de ADN única del fragmento Dra de OspC de S-1-10 de B. burgdorferi
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<220>
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<221> CDS
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<222> (1)...(582)
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<400> 1
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9
10
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<210> 2
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<211> 194
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<212> PRT
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<213> Borrelia burgdorferi
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<400> 2
11
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<210> 3
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<211> 36
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de la secuencia artificial: cebador de PCR
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<400> 3
12
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<210> 4
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<211> 34
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: cebador de PCR
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<400> 4
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Claims (14)

1. Un fragmento polipeptídico inmunogénico aislado de OspC de Borrelia burgdorferi consistente en un epítopo de OspC de la secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2.
2. Un polipéptido aislado según la reivindicación 1 consistente en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2.
3. Una molécula de ADN aislada que codifica un polipéptido según la reivindicación 2.
4. Una molécula de ADN aislada según la reivindicación 3, que comprende adicionalmente un sitio de reconocimiento de DraI en su terminación 5' y un sitio de reconocimiento de SmaI en su terminación 3'.
5. Una molécula de ADN aislada según la reivindicación 3 consistente en una secuencia de pares de bases nucleotídicas como se muestra en los nucleótidos 433-582 de la SEC ID Nº 1.
6. Un vector de expresión que comprende un ADN aislado que codifica un polipéptido consistente en una secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2.
7. Una composición farmacéutica para vacunar contra y para tratar infección por Borrelia en mamíferos, incluyendo seres humanos, comprendiendo la composición una cantidad de un polipéptido aislado consistente en una secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2, siendo la cantidad eficaz para prevenir o para tratar infección por Borrelia en mamíferos.
8. Una composición farmacéutica según la reivindicación 7, que comprende adicionalmente un portador farmacéuticamente adecuado.
9. Una composición farmacéutica según la reivindicación 7 u 8, que comprende adicionalmente un coadyuvante.
10. Un polipéptido aislado que consiste en la secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2 para uso en un método de tratamiento del cuerpo humano o animal mediante cirugía, terapia o diagnóstico.
11. El uso de un polipéptido aislado consistente en la secuencia aminoacídica como se muestra en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2 en la fabricación de un medicamento para el tratamiento de infección por Borrelia.
12. Un método para detectar infección por Borrelia en mamíferos, incluyendo seres humanos, que comprende:
a) poner en contacto un fluido corporal de un hospedador mamífero sospechoso de padecer infección por Borrelia con un polipéptido aislado consistente en la secuencia aminoacídica mostrada en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2, y después
b) determinar si el polipéptido aislado se conjuga con anticuerpos presentes en el fluido corporal del hospedador mamífero, con lo que la presencia de conjugación indica la presencia de infección por Borrelia en el hospedador.
13. Un método según la reivindicación 12, en el que en la etapa b) se detecta la presencia de conjugación utilizando un ensayo de inmunosorción ligado a enzima.
14. Un kit para diagnosticar infección por Borrelia en mamíferos, incluyendo seres humanos, comprendiendo el kit un polipéptido aislado consistente en la secuencia aminoacídica mostrada en los residuos 145 a 194 de la SEC ID Nº 2, dispuesto en un envase adecuado para él, e instrucciones para uso del kit.
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