JP2015533491A - 染色体組換え操作に基づく多機能性経口ワクチン - Google Patents

染色体組換え操作に基づく多機能性経口ワクチン Download PDF

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Abstract

1種又はそれ以上の疾患作用因子から防ぐための多価ワクチンの製造を目的とする、組換え操作したSalmonella typhi Ty21a、そのようなTy21aを含む組成物及びワクチン、並びに大きな抗原性領域を細菌の染色体に挿入するステップを含む組換え操作方法が、本明細書に記載される。【選択図】なし

Description

関連出願資料
[0001]本明細書中に引用される出願及び特許の各々、並びにその出願及び特許の各々で引用される各文書又は参考文献(各登録特許の審査中の「出願引用文書」を含む)、並びにこれらの出願及び特許のいずれかに対応する並びに/又はこれらの出願及び特許の優先権を主張するPCT及び外国出願又は特許の各々、並びに出願引用文書の各々で引用又は参照される文書の各々は、参照により本明細書に明確に組み込まれ、本発明の実施において用いることができる。より一般的には、文書又は参考文献は、特許請求の範囲の前の参考文献リスト又は本明細書自体のいずれかにおいて本明細書に引用され、これらの文書又は参考文献(「本明細書中で引用される参考文献」)の各々、及び本明細書中で引用される参考文献(任意の製造者の仕様書、指示書などを含む)の各々で引用される各文書又は参考文献は、参照により明確に本明細書に組み込まれる。
政府の利益の陳述
[0002]本出願は政府の支援により実施された。政府は本発明に一定の権利を有する。
配列表資料
[0003]2013年9月12日に作成され、144キロバイトのサイズの、ファイル名が「6137FDA9PCT_SEQ_Listing_20130912_ST25.txt」である、本明細書に添付された配列表テキストファイルは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
[0004]細菌性赤痢及び腸炎熱は、先進国及び発展途上国の両方において、罹病の重要な原因であり続ける。Shigellaは、毎年、推定1億5000万超の赤痢の症例を引き起こし、腸炎熱は2700万人超に生じる(Bardhanら(2010)Emerging Infec Diseases 16:1718〜1723;Crumpら(2004)Bulletin of the WHO 82:346〜353;Crump及びMintz(2010)Clin Infec Diseases 50:241〜246;WHO(2005)Guidelines for the control of shigellosis...)。細菌性赤痢と腸炎熱は合わせて、毎年250,000超の死亡を引き起こし(Bardhanら(2010)Emerging Infec Diseases 16:1718〜1723;Crumpら(2004)Bulletin of the WHO 82:346〜353)、これは、これらの疾患に対して防御するための多価ワクチンが継続して必要であることを示す。重要なことに、Shigellaの全症例の3分の2は、5歳未満の子供で生じ(Kotloffら(1999)Bull.WHO、77:651〜666;Kweon(2008)Curr.Opin.Infect.Dis.、21:313〜318)、腸炎熱は、幼い学齢児童に最もよく見られる(Crump及びMintz(2010)Clin Infec Diseases 50:241〜246)。
[0005]Shigella属は、4つの種、すなわちそれぞれセログループA、B、C及びDとも呼ばれるS.dysenteriae、S.flexneri、S.boydii及びS.sonneiを含む。最初の3つの種は、それぞれ、LPS構造に基づいてセロタイプにさらに分けられる。汚染された食物又は水の摂取時に、Shigellaは、一般的には重度の腹部けいれん、発熱及び赤痢(すなわち粘液、多形核好中球、壊死組織、及び血液の筋からなる5ml未満の少量の便)をもたらす、大腸の急性の侵襲的感染を引き起こす。S.boydii及びS.sonneiは、S.dysenteriae及びS.flexneriと比較して軽度の疾患を引き起こすことが多い。S.flexneriは発展途上国の大部分の風土性感染症に関与する。S.sonneiは、工業先進国で観察される大部分の風土性感染症に関与する種である。米国のCDCは、米国において、毎年、S.sonnei疾患の約450,000の症例が発生することを推定しており、これは、大部分は保育所で生じる。S.sonneiは、タイなどの発展途上国におけるかなりの量の罹病にも関与し、細菌性赤痢の約95%の原因である(Meadら(1999)Emerg.Infect.Dis.、5:607〜625;Putthasriら(2009)Emerg.Infect.Dis.、15:423〜432)。S.dysenteriaeセロタイプ1(Sd1)は、(強力な細胞毒である志賀毒素の生成の結果として)重度の赤痢に加えて溶血性尿毒症症候群を引き起こし、これによって一般的には、他のShigella種が原因の感染よりも高い死亡率がもたらされるので、特に重要である。さらにSd1は、古典的には、罹患率が高い大きな流行病を引き起こす(World Health Organization(2005)Guidelines for the Control of Shigellosis,Including Epidemics Due to Shigella dysenteriae Type1、ISBN924159330X)。
[0006]現在、細菌性赤痢の発生を防止するのに使用可能な認可されたワクチンはない。Shigellaでの多抗生物質耐性の増加は、一般に局所的療法を妨害する。その結果、世界保健機関は、細菌性赤痢に対するワクチンの開発を最優先事項であるとみなしている。最も重要なことに、地域流行集団、旅行者及び軍隊において細菌性赤痢を防止するためのワクチンに関する世界的な公衆衛生の必要性が存在する。多数のShigellaセロタイプ(>40)が存在するため、大部分のセロタイプに共通している表面抗原を見つけようとした研究者もいる(Kaminskiら(2009)Expert Rev.Vaccines、8:1693〜1704)。かなり取り組んだにもかかわらず、共通の表面タンパク質(例えばipaA、B、C、D)だけでは、Shigella感染に対する著しい又は持続性の防御免疫を刺激しないように思われる。しかし、防御免疫が、Shigellaセロタイプ特異的LPS O抗原に対して主として誘導されるという考慮すべき根拠があり、これは、ワクチン開発の標的としてのO抗原の重要性を強調するものである(Ferreccioら(1991)Am.J.Epidemiol.、134:614〜627;DuPontら(1972)J.Infect.Dis.、125:5〜11;DuPontら(1972)J.Infect.Dis.、125:12〜16)。
[0007]実際に、リポ多糖(LPS)単独で、細菌性赤痢に対する特異的な防御に関する強力なワクチン抗原であることが示された。異種のLPS生合成遺伝子のプラスミドクローニング及びS.sonnei又はS.dysenteriae1のいずれかのLPSのTy21aでの発現が以前に報告された。ShigellaのLPSをコードする得られたプラスミドは、非選択培地での増殖について50世代を超えてかなり安定であったが、これらはまだ、好ましくない抗生物質耐性マーカーを含んでいた。この抗生物質耐性マーカーを削除した結果、プラスミドが著しく不安定になった。
[0008]世界的な特定のShigellaセロタイプの羅患率及びShigellae間のセロタイプ交差防御の以前の研究に基づいて、Noriegaら(1999、Infection and Immunity 67:782〜788)は、S.Sonnei、S.dysenteriae1、S.flexneri2a、S.flexneri3a及びS.flexneri6のLPSを含む多価ワクチンは、世界的に、細菌性赤痢の約85%を防ぐことができることを示唆した。
[0009]弱毒化された経口生ワクチンであるSalmonella enterica血清型Typhiの株Ty21aは、様々な外来抗原の発現用の幅広い経口ワクチンベクターとして広く使用されている(Xuら(2007)Vaccine、25:6167〜6175;Xuら(2002)Infect.Immun.、70:4414〜4423;Osorioら(2009)Infect.Immun.、44:1475〜1482)。Ty21aは、腸チフスを防御するための、認可された唯一の弱毒化生ワクチンである。さらに、これは、世界中の2億人を超えるレシピエントに安全に投与されている。全細胞ワクチンとして、Ty21aは、粘膜性、体液性及び細胞性免疫を誘導し、腸チフスに対して、高レベルの長期の防御(すなわち、丸7年の終わりにおいて事実上無減衰の防御)を導き(Levineら(1999)Vaccine 17補遺2:S22〜27)、S.Paratyphi AとBの両方に対する交差防御の考慮すべき根拠がある(Bardhanら(2010)Emerging Infec Diseases 16:1718〜1723;D’Amelioら(1988)Infect.Immun.、56:2731〜2735;Levineら(2007)Clin Infec Diseases 45補遺1:S24〜28;Schwartzら(1990)Archives Internal Med 150:349〜351;Wahidら(2012)Clin and Vaccine Immunol CVI 19:825〜834)。
[0010]以前のワクチンの取り組みでは、原理証明として、S.sonneiの180kbの1型O抗原をコードするプラスミドを、約300kbの大きなプラスミド融合体の一部として、ワクチン株Ty21aに移した。得られたハイブリッドワクチン株5076−1Cは、同種のS.typhi9、12のO抗原及び免疫原性である異種のS.sonneiのO抗原の両方を発現した(Seidら(1984)J.Biol.Chem.、259:9028〜9034;Formalら(1981)Infect.Immun.、34:746〜750)。重要なことに、ボランティアでの5076−1Cによる経口免疫は安全であり、毒性S.sonneiの経口攻撃感染に対して著しい防御(すなわち、重度の赤痢に対して100%の防御)を誘発した(Blackら(1987)J.Infect.Dis.、155:1260〜1265;Herringtonnら(1990)Vaccine、8:353〜357;Van de Vergら(1990)Infect.Immun.、58:2002〜2004)。残念ながら、完全に予想外ではないが、最初の2つのロットのワクチンを受けたボランティアに与えられたかなりの防御は、それに続くワクチンロットによって観察されず、これは、5076−1Cにおいて、遺伝的に不安定な大きな融合体プラスミドからI型遺伝子領域が消失したことが原因である(Formalら(1981)Infect.Immun.、34:746〜750)。したがって、ワクチンベクター構築物においてS.sonneiのI型遺伝子領域を安定化するために、さらなる分子的研究が行われた。これらの引き続く研究では、S.sonnei又はS.dysenteriaeセロタイプ1のO抗原の安定発現に必要とされる最小サイズの遺伝子領域が11から15kbの間であると決定された(Xuら(2007)Vaccine、25:6167〜6175;Xuら(2002)Infect.Immun.、70:4414〜4423)。これらの研究はまた、ある種の他のShigellaセロタイプ及びSalmonella TyphiのLPSと同様に、S.sonneiのO抗原を、コア連結LPSとして又はグループ4O抗原カプセルとして、Ty21a又はShigellaのいずれかで発現させることができるが、O抗原発現のいずれの形態も等しく免疫原性であるように思われることを明らかにした。
[0011]こうした初期のShigellaのLPS構築物は、低コピーの遺伝的に安定なプラスミドpGB−2で作製され、このプラスミドは遺伝的有用性のために抗生物質耐性マーカーを保有する。ヒトワクチンの使用を促進するためにこの抗生物質耐性マーカーを除去することは問題となることが判明し、原因不明のより低いプラスミドの遺伝的安定性がもたらされた(すなわち、抗生物質耐性のプラスミドは、抗生物質圧がない状態で60世代を超えて増殖の間安定であったが、ただ抗生物質耐性遺伝子配列だけを除去することによって、なぜか遺伝的に不安定になった)。
[0012]したがって、研究は、遺伝的安定性の問題及び選択可能であるが除去可能な抗生物質耐性マーカーの必要性に対処するように企てられた。この目的に対して、以前に記載された組換え法(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645)を、Shigella sonneiの>11kbのO抗原生合成遺伝子領域をSalmonella Typhi Ty21a染色体に組換え操作するように改変して、Ty21a−Ss(S.sonneiのO抗原を発現するTy21a)を構築した。さらに、必須のS.sonneiのLPS生合成遺伝子のこの染色体組み込みは、選択可能な抗生物質耐性遺伝子カセットを除去した後でさえも、遺伝的に100%安定であった。異種のS.sonnei1型LPSは、同種のSalmonella TyphiのO抗原と共にTy21a−Ssで安定して発現した。注目すべきことに、候補ワクチン株Ty21a−Ssは、マウスにおいて、毒性S.sonneiの攻撃感染に対して堅調な免疫防御を誘発した。
[0013]一態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella sonneiの1型O抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella sonneiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、Salmonella typhi Ty21aを提供する。別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella sonneiの1型O抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella sonneiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、Salmonella typhi Ty21aを提供する。
[0014]本発明の一実施形態では、領域は、a)配列番号2に示されるDNA配列、b)配列番号2に示されるDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列、及びc)配列番号2に示されるDNA配列の機能的変異体であるDNA配列からなる群から選択されるDNA配列でコードされる。配列番号2は本明細書に提供され、且つGENBANKに提出され、JX436479と命名されたが、本研究の一部を記載する原稿が発行されるまでは公開されない。受託番号AF294823(配列番号23)の配列は、実際に約19個のORFを含み、且つISエレメントを含む。本研究では、(AF294823(配列番号23)に示される19個のORFから)必須の10個のORFのみをクローニングし、Ty21a染色体に挿入した。
[0015]本発明のさらなる実施形態では、Ty21aは、Shigella種(Shigella dysenteriae、Shigella flexneri及びShigella boydii)、Escherichia coliセロタイプ、Salmonella enterica血清型、Vibrio choleraeセロタイプ、Enterobacter種、Yersinia種及びPseudomonas種からなる群から選択される細菌株由来のO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む。
[0016]別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella dysenteriaeセロタイプ1のO抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella dysenteriae1の攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発されるSalmonella typhi Ty21aを提供する。さらに別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella dysenteriaeセロタイプ1のO抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella dysenteriae1の攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発されるSalmonella typhi Ty21aを提供する。
[0017]本発明の一実施形態では、領域は、a)配列番号3又は4に示すDNA配列、b)配列番号3又は4に示すDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列、及びc)配列番号3又は4に示すDNA配列の機能的変異体であるDNA配列からなる群から選択されるDNA配列でコードされる。
[0018]本発明の好ましい実施形態では、領域は、a)配列番号33に示すDNA配列、b)配列番号33に示すDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列、及びc)配列番号33に示すDNA配列の機能的変異体であるDNA配列からなる群から選択されるDNA配列でコードされる。
[0019]本発明のさらに別の実施形態では、Ty21aは、Shigella種(Shigella sonnei、Shigella flexneri及びShigella boydii)、Escherichia coliセロタイプ、Salmonella enterica血清型、Vibrio choleraeセロタイプ、Enterobacter種、Yersinia種及びPseudomonas種からなる群から選択される細菌株由来のO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む。
[0020]別の態様では、本発明は、i)配列番号1に示すDNA配列、又はii)配列番号1に示すDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列を有するプラスミド構築物を提供する。本発明のさらなる実施形態では、プラスミド構築物は、Shigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む。本発明のさらに他の実施形態では、プラスミド構築物は、Shigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む。
[0021]別の態様では、本発明は、大きな抗原性遺伝子領域を細菌の染色体中に組換え操作する方法であって、i)以下を:ia)5’及び3’がそれぞれFRT部位に隣接する遺伝的選択マーカー、ib)3’FRT部位の下流のマルチクローニング部位、及びic)2つのうちの1つが5’FRT部位の上流に位置し、2つのうちの1つがマルチクローニング部位の下流に位置する、2つの染色体相同性部位含むベクターにその領域をクローニングするステップ;ii)λred組換えを使用して、その領域を細菌の染色体に組み込むステップ;iii)遺伝的選択マーカーについて選択するステップ;及びiv)選択マーカー(例えば遺伝子)を除去するステップを含み、このようにしてその領域を染色体中に組換え操作する方法を提供する。本発明の方法の一実施形態では、遺伝的選択マーカーは抗生物質耐性マーカーである。本発明の方法の別の実施形態では、選択マーカーは、(除去されるのではなく)非機能性の状態にされる。本発明の方法の別の実施形態では、細菌の染色体を変えることができる。本発明の方法のさらに別の実施形態では、(染色体中の)挿入部位を変えることができる。
[0022]本発明の方法のさらに別の実施形態では、抗原性遺伝子領域は約5から約20kbの長さである。本発明の方法のさらに別の実施形態では、抗原性領域は20kbより長い。本発明の方法の別の実施形態では、ベクターは、プラスミド、ファージ、ファスミド及びコスミド構築物からなる群から選択される。別の実施形態では、プラスミド構築物は、i)配列番号1に示すDNA配列、又はii)配列番号1に示すDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列を有する、上で開示したプラスミド構築物である。
[0023]本発明の方法の別の実施形態では、細菌の染色体はSalmonella typhi Ty21aである。本発明の方法のさらに別の実施形態では、抗生物質耐性マーカーはカナマイシンである。本発明による方法のさらに別の実施形態では、抗原性領域はShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域である。本発明による方法のさらに別の実施形態では、抗原性領域はShigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域である。本発明による方法のさらに別の実施形態では、抗原性領域はShigella flexneri2aのO抗原生合成遺伝子領域である。本発明による方法のさらに別の実施形態では、抗原性領域はShigella flexneri3aのO抗原生合成遺伝子領域である。
[0024]別の実施形態では、本発明の方法は、全細胞細菌ワクチンにおいて使用するためのものである。さらに別の実施形態では、本発明の方法は、弱毒化された生きたSalmonella株、Shigella株、Listeria株、Yersinia株、Escherichia coli株、Enterobacteriaceae株、原生動物株、又は別のベクター化生ワクチンにおいて使用するためのものである。
[0025]本発明による方法のさらに別の実施形態では、領域は、ステップiiの前に、約500から約1000bpの細菌の染色体相同性領域間で操作される。本発明による方法のさらに別の実施形態では、カナマイシン耐性遺伝子は、pCP20での形質転換の後に誘導される組換えを介して除去される。
[0026]一態様では、本発明は、本明細書で開示されるSalmonella typhi Ty21aを生理学的に許容可能な担体と組み合わせて含む、組成物を提供する。
[0027]別の態様では、本発明は、本明細書で開示されるSalmonella typhi Ty21aを生理学的に許容可能な担体と組み合わせて含むワクチンを提供する。
[0028]さらに別の態様では、本発明は少なくとも1つの細菌性感染を予防又は治療する方法であって、予防的又は治療的有効量の本明細書で開示されるSalmonella typhi Ty21aを対象に投与するステップを含み、このようにして少なくとも1つの細菌性感染を予防又は治療する方法を提供する。
[0029]本発明のSalmonella typhi Ty21aの別の実施形態では、遺伝子領域は部分的に又は完全に化学合成される。
[0030]本発明のプラスミド構築物の別の実施形態では、DNA配列は部分的に又は完全に化学合成される。
[0031]一態様では、本発明は、タンパク質−LPSコンジュゲート生成物を生物学的に製造するために設計された細菌株での、O抗原生合成遺伝子領域の使用を提供する。
[0032]本発明の追加的な実施形態では、細菌性LPS、カプセル多糖(CPS)又はオリゴ多糖(オリゴPS)の生合成に関与する遺伝子クラスターを、in vivoでバイオコンジュゲーション反応を行う酵素に加えて目的のタンパク質担体と一緒に、E.coliに形質転換する。誘導によって一旦生成されれば、簡単な精製ステップを行い、ワクチンとして使用するための生物学的生成物を製剤化する(Dro(2012)Gen.Eng.Biotech.News、32巻、www.genengnews.com/gen−articles/developing−next−gen−conjugate−vaccines/4042;Gambillara(2012)BioPharm Int.、25:28〜32;Kowarikら(2006)Science、314:1148〜1150;Wackerら(2006)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、103:7088〜7093;Kowarikら(2006)EMBO J.、25:1957〜1966;Feldmanら(2005)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、102:3016〜3021;Nita−Lazarら(2005)Glycobiology、15:361〜367;Wackerら(2002)Science、298:1790〜1793;Wacker(2002)N−linked Protein Glycosylation:From Eukaryotes to Bacteria、Swiss Federal Institute of Technology、Zurichに提出されたPh.D学位論文)。
[0033]本発明による方法は、追加的な実施形態において、他の腸内細菌への抗原性遺伝子領域(複数可)の挿入も可能にする。
[0034]Salmonella血清型Typhi及びParatyphiは汚染された食物及び水の摂取を通して獲得され、識別不可能な腸炎熱を引き起こす。発生のピークは幼い学童において生じるが、腸炎熱は、すべての年齢が見舞われる。多抗生物質耐性は治療を複雑化し、適切な食品衛生を欠く地域において、ワクチン接種を所望の優先順位にする。2つの腸チフスワクチンが使用可能であるが、それらを発展途上国に大規模に導入する取り組みはほとんどなかった。腸炎熱と細菌性赤痢を同時に防ぐであろう多価ワクチンは、旅行者及び軍隊だけでなく、結果として生じる高い疾患死亡率を被る発展途上国に対しても、これらの疾患に対する免疫化の促進において大きな実用上の利点を有すると思われる。
[0035]さらに別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri2aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella flexneri2aのO抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella flexneri2aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発されるSalmonella typhi Ty21aを提供する。さらに別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri2aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella flexneri2aのO抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella flexneri2aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発されるSalmonella typhi Ty21aを提供する。
[0036]さらに別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri3aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella flexneri3aのO抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella flexneri3aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発されるSalmonella typhi Ty21aを提供する。さらに別の態様では、本発明は、Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri3aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella flexneri3aのO抗原が安定して発現され、b)毒性Shigella flexneri3aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発されるSalmonella typhi Ty21aを提供する。
[0037]本発明の他の態様は、以下の開示に記載され又は以下の開示から明白であり、本発明の範囲内である。
[0038]以下の詳細な説明は例として挙げたものであり、記載される特定の実施形態に本発明を限定することを意図するものではなく、添付の図面と併せて理解することができる。
[0039]図1は、S.sonneiのI型LPS生合成遺伝子のクローニング及び染色体組み込みの概略図である。パネルAは、以前に報告された(Xuら(2002)Infect and immunity 70:4414〜4423)pXK65のクローニングしたインサート由来の、1型O抗原生合成に関与するORF及び近接するISエレメントを示す。パネルBにおいて、O抗原オペロンのプロモーターを含むwzz(orf3)の後半部分からwzy(orf7)までを断片AとしてPCR増幅し、pMD−TVのHindIII及びBamHI部位にクローニングした(配列番号1)。次に、遺伝子wbgV(orf9)からapqZ(orf14)までを断片BとしてPCR増幅し、断片Aに近接するBamHI及びXhoI部位にクローニングした。パネルCにおいて、得られたプラスミドpMD−TV−Ss−1を鋳型として使用して、フォワード(F)及びリバース(R)プライマーを用いて、tviDからvexAまでPCR増幅した。パネルDにおいて、λred媒介性組換えによって、Ty21a染色体のtviD−tviE−vexA領域にPCR産物を組み込んだ。最後に、パネルEにおいて、温度感受性プラスミドpCP20の一時的な導入に続いて、FLPリコンビナーゼの発現によりKanカセットを除去し、最終的な抗生物質感受性の染色体組み込み体Ty21a−Ss(MD77株)を得た。 [0040]図2は、SDS−PAGEで分離した、様々なShigella sonnei、E.coli及びTy21a分離株から単離した多糖の、パネルAでは銀染色による分析結果を、パネルBでは1型特異的抗体を用いたウェスタン免疫ブロットによる分析結果を示す。 [0041]図3は、PBS、Ty21a又はTy21aのLPS及びS.sonneiのLPSの両方を同時に発現するワクチン株Ty21a−Ssでマウスを腹腔内免疫した後にELISAによって測定した、S.sonneiのLPS(図3A)及びTy21aのLPS(図3B)に対するマウス血清IgG応答を表す棒グラフである。ELISAプレートをS.sonneiのLPSでコーティングして、1%BSAでブロッキングした。ワクチン接種したマウスから集めた血清の段階希釈物をマイクロタイターウェルに加え、洗浄し、抗マウスIgG−HPRを使用して、LPS結合IgG抗体を検出した。1、2又は3回のワクチン投与の後の、PBS、Ty21a又はTy21a−Ssが与えられた3群のマウスに関する終点力価を示す。各記号は、1匹のマウスを表し、バーは、10匹のマウスの各群の平均±SEMを表す。 [0042]Ty21aワクチン株のViカプセルオペロン中に組み込まれた、S.dysenteriaeの生合成遺伝子を表す模式図である。 [0043]S.dysenteriaeのO抗原遺伝子のクローニング及び染色体組み込みの概略図である。この図は、どのようにlppプロモーターが挿入されて天然プロモーターに置き換わったかを示す。 [0044]ウェスタンブロッティングによって測定した際の、S.dysenteriaeのO抗原の発現を示す図である。 [0045]図7は、ELISAによって測定したマウスの免疫原性を示す。図7Aは、S.dysenteriaeのLPSに対して誘発されたIgGを定量化する。図7Bは、S.Typhi9、12のLPSに対して誘発されたIgGを定量化する。 [0046]約10×LD50の用量でS.dysenteriae1でIP攻撃感染した免疫化マウスについてのデータのプロットである。 [0047]異なるセロタイプのShigella flexneriの化学組成を示す図である(Allisonら、2000、Trends in Microbiol 8:17〜23を改変した)。 [0048]図10は、銀染色(図10A)並びに抗2a抗体(図10B)及び抗3a抗体(図10C)でのウェスタンブロット(図10B及び図10C)を示す。 [0049]S.flexneriの基本的なO抗原骨格、セロタイプYの概略図であり、このO抗原骨格の生合成に関与する遺伝子はrfbオペロン(約10kb)に位置し、これらをpMD−TVプラスミドにクローニングした。 [0050]抗S.flexneri3a抗体でのウェスタンブロットを示す図である。 [0051]抗S.flexneri2a抗体でのウェスタンブロットを示す図である。 [0052]Ty21a−Y(MD114)、Ty21a−2a(MD194)、Ty21a−2al(MD212)及びTy21a−3a(MD196)の概略図である。
[0053]選択マーカーの除去を可能にし、100%の遺伝的安定性をもたらすと思われる、大きな>10kbのS.sonneiのLPS遺伝子領域を染色体中に挿入するための方法を明らかにする取り組みにおいて、S.sonneiのLPS遺伝子をコードする>11kbの領域を、正常な細胞代謝に影響を及ぼさない領域においてTy21aゲノムに挿入するのを媒介するように現行の組換え方法を最適化した。この染色体インサートは、100%遺伝的に安定であることが示された。さらなる試験によって、得られたTy21a−Ss株は同種のTy21aと異種のS.sonneiのO抗原の両方を同時に発現することが示された。さらにTy21a−Ssは、マウスにおいて、毒性S.sonneiの攻撃感染に対して、強い二重の抗LPS血清免疫応答及び100%防御を誘発した。ワクチン製造に関して絶対的に安定なこの新規なワクチン候補は、Salmonella血清型Typhi(及び幾つかのParatyphi感染)による腸炎熱に対して、並びにS.sonneiによる細菌性赤痢に対して、複合型防御を提供するはずである。
定義
[0054]用語「O−Ps(O多糖)生合成」及び「O抗原生合成」遺伝子は、本明細書で互換的に使用される。O抗原は、コア連結リポ多糖(LPS)として、又はO抗原が細胞表面で発現しているが、脂質A−コアオリゴ糖以外の脂質と連結しているグループ4カプセルとして発現し得る多糖である。
[0055]用語「ベクター」及び「媒体(vehicle)」は、DNAセグメント(複数可)を1つの細胞から別の細胞へ移す核酸分子に関して互換的に使用される。本明細書で使用する場合、用語「発現ベクター」は、所望のコード配列並びに特定の宿主生物において作動可能に連結させたコード配列を発現(すなわち転写及び/又は翻訳)させるのに必要である適切な核酸配列を含む組換えDNA分子を指す。発現ベクターは、これらに限定されないが、ヒト細胞、鳥類細胞、真菌細胞、原生動物細胞及び/又は昆虫細胞などの細胞で所望の配列を発現させるのに使用することができる、プラスミド、プラスミド構築物、ファスミド、ファージミド、シャトルベクター、コスミド、ウイルスベクター、染色体、ミトコンドリアDNA、プラスチドDNA及び核酸断片で例示される。原核生物での発現に使用される核酸配列としては、プロモーター、任意選択で、オペレーター配列、リボゾーム結合部位及び場合によっては他の配列が挙げられる。真核細胞は、プロモーター、エンハンサー並びに終結及びポリアデニル化シグナルを使用することが知られている。フリッパーゼ認識標的(FRT)部位及びマルチクローニング部位(MCS)(ポリリンカーとも呼ばれる)も使用される。MCSは、一般的にはユニークで、所与のプラスミド内に一度だけ生じる多くの(約20までの)制限酵素部位を含む短いDNAセグメントである。
[0056]本明細書で使用する場合、用語「形質転換」は、DNA分子(すなわちプラスミド又はPCR増幅産物)を宿主細胞に組み込むことができる任意の機構を指す。形質転換が成功すると、プラスミドによって運ばれた又は染色体中に組み込まれた任意の作用遺伝子を宿主細胞が発現する能力がもたらされる。形質転換は、遺伝的に安定な又は一過的な遺伝子発現をもたらすことができる。一過的な形質転換の一例は、細胞内にプラスミドベクターを含み、プラスミドは宿主細胞の染色体に組み込まれておらず、細胞分裂中に細胞から離される。あるいは、安定な形質転換は、プラスミドを細胞内に含み、プラスミドは宿主細胞のゲノム内に組み込まれているか、多くの細胞分裂の後に細胞質に安定して存在している。
[0057]本明細書で使用する場合、用語「対象」、「患者」及び「個体」は、多細胞動物(哺乳動物(例えば、ヒト、非ヒト霊長類、マウス、ヒツジ、ウシ、反芻動物、ウサギ、ブタ、ヤギ、ウマ、イヌ、ネコ、アイ(ayes)など)、鳥類(例えばニワトリ)、両生類(例えばアフリカツメガエル)、爬虫類、及び昆虫(例えばショウジョウバエ)を含む)を互換的に指す。「動物」としては、モルモット、ハムスター、フェレット、チンチラ、マウス及びコトンラットが挙げられる。
[0058]本技術分野で周知であるように、アミノ酸又は核酸の配列は、種々のアルゴリズムのうちのいずれかを使用して比較することができ、これらには、ヌクレオチド配列用のBLASTN並びにアミノ酸配列用のBLASTP、gapped BLAST(登録商標)及びPSI−BLASTなどの商業的なコンピュータプログラムで使用可能なものが含まれる。例示的なそのようなプログラムはAltschulら(1990)J.Mol.Biol.、215:403〜410;Altschulら、Methods in Enzymology;Altschulら(1997)Nucleic Acids Res.、25:3389〜3402;Baxevanisら、Bioinformatics:A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins、Wiley、1998;及びMisenerら(編)、Bioinformatics Methods and Protocols(Methods in Molecular Biology、132巻)、Humana Press、1999に記載されており、それらすべては参照により本明細書に組み込まれる。相同配列を特定するのに加えて、上述のプログラムは、一般的には、相同性度の指標を提供する。
[0059]本明細書で使用する場合、句「相同性」又は「実質的な相同性」は、アミノ酸配列間の比較を指す。当業者に認識されるように、2つの配列は、それらが対応する位置に相同残基を含む場合、一般に「実質的に相同」であるとみなされる。相同残基は同一の残基でもよい。あるいは、相同残基は、適切に類似した構造的及び/又は機能的な特徴を有する同一でない残基でもよい。例えば、当業者に周知であるように、特定のアミノ酸は、一般的には、「疎水性」若しくは「親水性」アミノ酸として及び/又は「極性」、若しくは「非極性」側鎖を有するものとして分類される。1つのアミノ酸の同じタイプの別のアミノ酸に対する置換は、しばしば「相同」置換とみなされ得る。
[0060]幾つかの実施形態では、2つの配列は、それらの対応する残基の少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%又はそれ以上が、残基の適切なストレッチにわたって相同である場合に、実質的に相同であるとみなされる。幾つかの実施形態では、適切なストレッチは完全な配列である。幾つかの実施形態では、適切なストレッチは、少なくとも10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500又はそれ以上の残基である。
[0061]本明細書で使用する場合、句「同一性」又は「実質的な同一性」は、アミノ酸配列間又は核酸配列間の比較を指す。当業者に認識されるように、2つの配列は、それらが対応する位置に同一の残基を含む場合、一般に「実質的に同一」であるとみなされる。実際に、「同一性」は、高分子分子間、例えば核酸分子(例えばDNA分子及び/又はRNA分子)間及び/又はポリペプチド分子間の全体的な関連性を指す。2つの核酸配列の同一性パーセントの計算は、例えば、最適な比較目的のために2つの配列をアライメントすることによって行うことができる(例えば、最適なアライメントのために、第1及び第2の核酸配列の一方又は両方のストレッチにギャップを導入することができ、比較目的のために同一でない配列を無視することができる)。ある種の実施形態では、比較目的のためにアライメントされる配列の長さは、参照配列の長さの少なくとも30%、少なくとも40%、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、少なくとも95%又は実質的に100%である。次いで、対応するヌクレオチド位置でのヌクレオチドを比較する。第1配列での位置が第2配列での対応する位置と同じヌクレオチドで占められる場合は、それらの分子は、その位置において同一である。2つの配列間の同一性パーセントは、2つの配列の最適なアライメントのために導入する必要があるギャップの数及び各ギャップの長さを考慮に入れた、それらの配列が共有する同一位置の数の関数である。2つの配列間の配列比較及び同一性パーセントの決定は、数学的アルゴリズムを使用して達成することができる。
[0062]幾つかの実施形態では、2つの配列は、それぞれの対応する残基の少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、99%又はそれ以上が、残基の適切なストレッチにわたって同一である場合に、実質的に同一であるとみなされる。幾つかの実施形態では、適切なストレッチは完全な配列である。幾つかの実施形態では、適切なストレッチは、少なくとも10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475、500又はそれ以上の残基である。
[0063]いかなる数値範囲(例えば投薬量範囲)への本明細書での言及も、その範囲に含まれる各数値(小数及び整数を含む)を明確に包含する。例えば、限定はされないが、「2×10から5×1010」CFU(コロニー形成単位)の範囲への本明細書での言及は、これら2つの間のすべての整数及び小数を含む。さらなる例示では、「x未満」(xは特定の数である)の範囲への本明細書での言及は、整数x−1、x−2、x−3、x−4、x−5、x−6など及び小数x−0.1、x−0.2、x−0.3、x−0.4、x−0.5、x−0.6などを含む。さらに別の例示では、「xからy」の範囲(xは特定の数であり、yは特定の数である)への本明細書での言及は、x、x+1、x+2からy−2、y−1、yの各整数、及びx+0.1、x+0.2、x+0.3からy−0.2、y−0.1などの各小数を含む。別の例では、用語「少なくとも95%」は、95%から100%までの各数値(小数及び整数を含む)を含み、例えば、95%、96%、97%、98%、99%及び100%が含まれる。
[0064]本明細書で使用する場合、用語「抗原」、「免疫原」、「抗原性」、「免疫原性」、「抗原性的に活性」、「免疫性」及び「免疫学的に活性」は、特異的な免疫応答(可溶性抗体応答を誘発することを含む)及び/又は細胞性免疫応答(細胞傷害性Tリンパ球(CTL)応答を誘発することを含む)を誘導することができる、任意の物質を指す。
[0065]本明細書で、疾患、障害及び/又は状態(例えばインフルエンザ又は腸チフス感染)を「罹患している」として言及される個体は、疾患、障害及び/若しくは状態と診断されている、並びに/又は疾患、障害及び/若しくは状態の1つ又は複数の症状を示す。
[0066]本明細書で使用する場合、疾患(細菌性感染など)に対して「危険性がある」という用語は、その疾患に罹る傾向がある及び/又はその疾患の1つ若しくは複数の症状を発現する傾向がある対象(例えばヒト)を指す。そのような対象としては、その疾患に対するワクチンへの免疫原性応答を誘発することができない危険性があるものが挙げられる。この素因は、遺伝性(例えば、疾患の1つ又は複数の症状、例えば遺伝性障害を発現する特定の遺伝傾向、抗体をブロックする細菌種の存在、レベルが低減した殺菌抗体の存在など)の可能性があり、又は他の因子(例えば、免疫抑制状態、環境条件、環境中に存在する免疫原を含めた有害化合物への曝露など)による可能性がある。用語「危険性がある」対象は、「疾患を罹患している」対象、すなわち、疾患に見舞われている対象を含む。本発明は、いかなる特定の症候又は症状にも限定されることを意図するものではない。したがって、本発明は、無症候性感染から末期の疾患までのあらゆる範囲の疾患に見舞われている対象であって、疾患と関係がある兆候(例えば症候及び症状)の少なくとも1つを示す対象を包含することを意図するものである。
[0067]本明細書で使用する場合、用語「治療する(treat)」、「治療(treatment)」又は「治療すること(treating)」は、疾患、障害、及び/又は状態(例えば細菌性感染)の1つ又は複数の症状又は特徴を、部分的に又は完全に緩和する、寛解させる、軽減する、抑制する、予防する、そうした症状又は特徴の発症を遅延させる、そうした症状若しくは特徴の重症度を低減する、及び/又はそうした症状若しくは特徴の発生を低減するために使用される任意の方法を指す。治療は、疾患、障害、及び/又は状態の症候を示さない対象に施すことができる。幾つかの実施形態では、治療は、疾患、障害、及び/又は状態と関係がある病状の発達の危険性を低下させる目的で、疾患、障害、及び/又は状態の初期兆候のみ示す対象に施すことができる。
[0068]本明細書で使用する場合、用語「免疫原性的に有効な量」、「免疫学的に有効な量」及び「抗原性的に有効な量」は、ワクチン接種の際に宿主において、免疫応答の発生(特異的抗体の生成及び/又はTCL応答の誘導を含む)を誘発及び/又は増大させる分子の量を指す。必要ではないが、免疫学的に有効な(すなわち免疫原性的に有効な)量は「防御的」量であることが好ましい。用語「防御的」及び「治療的」量の組成物又はワクチンは、疾患(例えば細菌性感染)及び/又は疾患の1つ又は複数の症状を予防する、遅延させる、低減する、和らげる、寛解させる、安定化する及び/又は回復させる、組成物又はワクチンの量を指す。
[0069]本明細書で使用する場合、用語「ワクチン接種」は、例えば疾患を引き起こす作用因子に対して免疫応答を発生させる組成物又はワクチンの投与を指す。本発明において、ワクチン接種は、疾患を引き起こす作用因子への曝露の前、間及び/又は後に施すことができ、ある種の実施形態では、作用因子への曝露の前、間及び/又は直後に施すことができる。幾つかの実施形態では、ワクチン接種は、適切に時間の間隔をあけた、ワクチン接種組成物(ワクチン)の複数回投与を含む。
[0070]用語「含む(comprises)」、「含むこと(comprising)」は、米国特許法においてそれらに属するとみなされる広い意味を持つことが意図され、「含む(includes)」、「含むこと(including)」などを意味することができる。
[0071]本発明は、本発明の非限定的な実施形態を例証することが意図される、以下の詳細な説明及び例示的な例を参照することにより、より完全に理解することができる。
[0072]本発明の追加的な実施形態
一実施形態では、本発明は原核微生物を含む。別の実施形態では、原核微生物は細菌種である。好ましくは、原核微生物はSalmonellaの弱毒化された株である。しかし、他の原核微生物、例えばEscherichia coli、Shigella、Yersinia、Lactobacillus、Mycobacteria、Listeria又はVibrioの弱毒化された株も本発明にとって同様に意図される。適切な微生物株の例としては、これらに限定されないが、Salmonella typhimurium、Salmonella typhi、Salmonella dublin、Salmonella enteritidis、Escherichia coli、Shigella flexneri、Shigella Sonnei、Vibrio cholerae(Yamamotoら(2009)Gene 438:57〜64)、Pseudomonas aeroginosa(Lesicら(2008)BMC Mol Biol 9:20)、Yersinia pestis(Sunら(2008)Applied and Env Microbiol 74:4241〜4245)及びMycobacterium bovis(BCG)が挙げられる。注目すべきことに、λredはMycobacteriaで機能しないが、別のファージ(例えばChe9c gp61)がMycobacteriaでの組換え操作に使用されている(van Kesselら(2008)Methods mol biol 435:203〜215)。
[0073]好ましい一実施形態では、原核微生物はSalmonella typhi Ty21aである。VIVOTIF(登録商標)Typhoid Vaccine Live Oral Ty21aは、経口投与向けの弱毒化生ワクチンである。このワクチンは、弱毒化された株Salmonella Typhi Ty21aを含む(Germanierら(1975)J.Infect.Dis.、131:553〜558)。これは、Bema Biotech Ltd.Berne、Switzerlandによって製造される。Salmonella Typhi Ty21aはまた、米国特許第3,856,935号に記載されている。
[0074]原核微生物の弱毒化された株は組換え操作を受け、その結果、大きな抗原性領域が微生物の染色体中に組み込まれる。一実施形態では、大きな抗原性領域はShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領であり、原核生物はSalmonella Typhi Ty21aである。
[0075]さらなる態様では、本発明は、上記の弱毒化された1つ又は複数の原核微生物を、任意選択で医薬的に又は生理学的に許容可能な担体と組み合わせて含む組成物を提供する。好ましくは、組成物は、例えば口、直腸、鼻、腟又は生殖の経路を介する投与のための、ワクチン、特に粘膜免疫化のためのワクチンである。有利には、予防的ワクチン接種のために、組成物は、複数の異なるO−Ps遺伝子又は複数の異なるタンパク質抗原(例えば炭疽病防御抗原又はマラリア原虫表面タンパク質)を発現する、Salmonellaの1種又は複数の株を含む。
[0076]さらなる態様では、本発明は、医薬として、特にワクチンとして使用するための、上記の原核微生物の弱毒化された株を提供する。
[0077]さらなる態様では、本発明は、原核微生物の染色体に挿入されたO抗原生合成遺伝子領域を含む原核微生物の弱毒化された株の使用を提供し、ここでは、1つ又は幾つかの異なるタイプの細菌性感染(例えば腸チフス及び赤痢)の予防的又は治療的処置のための医薬の調製において、O抗原は微生物中で生成される。
[0078]一般に、本発明によるO−Psを発現する微生物は単離及び/又は精製した形態で、すなわち実質的に純粋で提供される。これは、それが少なくとも約90%、より好ましくは少なくとも約95%、より好ましくは少なくとも約98%の活性成分に相当する組成物中に存在することを含むことができる。しかし、そうした組成物は、不活性な担体材料又は医薬的に及び生理学的に許容可能な他の賦形剤を含むことができる。本発明による組成物は、開示されるO−Psを発現する微生物に加えて、治療的又は予防的使用のための1種又は複数の他の活性成分(例えば他の抗原)及びアジュバントを含むことができる。
[0079]本発明の組成物は、好ましくは「予防的有効量」又は「治療的有効量」で個体に与えられ(場合次第で、予防法は療法とみなすことができるが)、これは個体に利益を示すのに十分である。投与される実際の量並びに投与の速度及びタイムコースは、治療を受ける人/物の性質及び重症度に依存する。治療の処方、例えば許容可能な投薬量についての最終的な決定などは、ヒト免疫化後の安全性及び有効性データの審査の後に、ワクチン規制当局によって規定される。
[0080]組成物は、治療される状態に依存して、単独で又は他の治療と組み合わせて、同時に又は連続して投与することができる。
[0081]本発明による医薬組成物及び本発明に従って使用するための医薬組成物は、活性成分に加えて、医薬的に又は生理学的に許容可能な賦形剤、担体、緩衝液、安定化剤又は当業者に周知の他の材料を含むことができる。そのような材料は無毒でなければならず、且つ、活性成分の有効性を妨げてはならない。担体又は他の材料の的確な性質は、投与経路に依存する。
[0082]上述の技法及びプロトコールの例は、Remington’s Pharmaceutical Sciences、第16版、Osol,A.(編)、1980に見出すことができる。
[0083]本発明は、S.dysenteriae1のLPSに関する、rfb座(GENBANK(登録商標)受託番号:AY585348;配列番号3)の9個のORF及びrfp座(GENBANK(登録商標)受託番号:AY763519;配列番号4)中のORFの同定及び配列決定にさらに関する。これらの遺伝子は、本明細書に記載のワクチン株の全体又は一部において存在し得る。
[0084]したがって、本発明は、O−Psをコードする異種の遺伝子又は一連の異種の遺伝子の存在によってさらに特徴づけられるワクチン株に関する。
[0085]ワクチン株の好ましい実施形態では、キャリヤー株によって防御免疫応答を誘導するために、異種の遺伝子(複数可)は、増殖に非必須とされる定められた組み込み部位で、前記株の染色体中に安定して組み込まれる。
[0086]一実施形態では、本発明の異種の遺伝子は、rfb座由来の9個のORFすべて及びrfp由来のORFを含む。別の実施形態では、rfb由来の9番目のORFは、O−Ps生合成に必須でないので、存在しない。一実施形態では、これらのORFは挿入配列エレメントによって分離される。後者はS.sonneiのみに関するケースである。
[0087]ORFは、同族プロモーター又は起源が異なる他のプロモーターの制御下にあってもよい。必須のO抗原生合成遺伝子は1つのオペロン中に物理的にまとまっていてもよいし、染色体上に分離し、異なるプロモーターの制御下にある離れたDNA領域に存在していてもよい。遺伝子は、生物学的に機能的である限り、互いに隣接して配置される場合に遺伝子順序が変わってもよい。
[0088]あるいは、上記のワクチン株は、rfbB、rfbC及びrfbA並びに/又は単一の染色体部位にタンデムに組み込まれるか若しくは離れた染色体部位に置かれる完全なコア連結O抗原LPSを合成するのに必要である、任意のさらなる遺伝子(複数可)を含む。
[0089]そのようなワクチン株は、異種のO−Psの発現を可能にし、このO−Psは異種のLPSコア領域に共有結合し、これは、好ましくは、腸内病原体によって生成される天然のLPSのものに類似した重合度を示す。必要に応じて、そのようなワクチン株を、それが同種のLPSコアの合成を欠くような方法で改変することができる。
[0090]本発明は、上記のワクチン株並びに任意選択で医薬的に又は生理学的に許容可能な担体及び/又は胃液酸度を中和するための緩衝液及び/又は前記ワクチンを生存可能状態で腸管に送達するためのシステムを含む生ワクチンにも関する。
[0091]前記ワクチンは、免疫防御的量又は免疫療法的量及び無毒量の前記ワクチン株を含む。適切な投薬量を当業者は決定することができ、一般的には10から1010細菌である。
[0092]医薬的に及び生理学的に許容可能な担体、適切な中和緩衝液及び適切な送達システムは、当業者によって選択され得る。
[0093]好ましい実施形態では、前記生ワクチンは、グラム陰性腸内病原体に対する免疫化に使用される。
[0094]本発明のワクチンの投与様式は、免疫防御的又は免疫療法的量のワクチンを対象に送達する任意の適切な経路でもよい。しかし、ワクチンは好ましくは経口的又は鼻腔内に投与される。
[0095]本発明は、グラム陰性腸内病原体に対して免疫化するための生ワクチンを調製するための上記のワクチン株の使用にも関する。そのような使用については、ワクチン株は、上記の担体、緩衝液及び/又は送達システムと組み合わされる。
[0096]本発明は、コア連結O特異的多糖の合成に必要とされるポリペプチド及び対応するポリヌクレオチドも提供する。本発明は、天然起源及び非天然起源のポリヌクレオチドの両方並びにそれらのポリペプチド産物を含む。天然起源のO抗原生合成産物は、異なる遺伝子及びポリペプチド種並びにShigella又はSalmonella株以外の生物で発現する、対応する種の相同体を含む。非天然起源のO抗原生合成産物は、天然起源産物の変異体、例えば類似体、及び共有結合的修飾を含むO抗原生合成産物を含む。O抗原生合成ポリヌクレオチドの配列は、配列番号3〜4(Shigella dysenteriaeセロタイプ1ポリペプチドを含むDNA)を含み、これらはUS8,071,113に開示されている。
[0097]精製及び単離したShigella sonneiのポリヌクレオチド(例えばDNA配列及びRNA転写産物、センス及び相補的なアンチセンス鎖の両方)は細菌性O抗原生合成遺伝子産物をコードする。ゲノム配列及びcDNA配列並びに全体的に又は部分的に化学合成されたDNA配列を含めたある種のDNA配列は、US8,071,113に記載されている。ゲノムDNAは本発明のポリペプチドのタンパク質コード領域を含み、同じ種の他の細菌株で見出され得る変異体を含む。本明細書で使用され、当技術分野で理解されている「合成された」は、酵素的な方法とは対照的に、純粋に化学的なポリヌクレオチドを生成するための方法を指す。したがって「全体的に」合成されたDNA配列は化学的手段によって完全に生成され、「部分的に」合成されたDNAは、得られたDNAの一部のみが化学的手段によって生成されたものを包含する。Shigella sonneiのO抗原生合成遺伝子産物をコードする好ましいDNA配列は、配列番号2及びその種相同体に示されている。Shigella dysenteriaeのO抗原生合成遺伝子産物をコードする好ましいDNA配列は、配列番号3及び4並びにそれらの種相同体に示されている。
[0098]O抗原生合成遺伝子配列を組み込んでいるプラスミド及びウイルスDNAベクターなどの自律複製組換発現構築物も提供される。O抗原生合成ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが内因性又は外因性の発現制御DNA配列及び転写ターミネータに作動可能に連結された発現構築物も提供される。O抗原生合成遺伝子は、Shigella sonneiのゲノムDNAを鋳型として使用して、PCRによってクローニングすることができる。遺伝子を発現ベクターに挿入するのを容易にするために、PCRプライマーは、PCR増幅した遺伝子(複数可)が、開始コドンATGのすぐ前の5’末端に制限酵素部位を、そして停止コドンTAG、TGA又はTAAの後の3’末端に制限酵素部位を有するように選ばれる。必要に応じて、Grosjeanら(1982)Gene、18:199〜209;及びKonigsbergら(1983)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、80:687〜691に優先的に記載されたE.coliのコドン選択に従って、アミノ酸を変えることなく、遺伝子(複数可)中のコドンは変えられる。E.coliで生成される場合、コドン使用頻度の最適化によって、遺伝子産物の発現が増大する可能性がある。タンパク質遺伝子産物が細胞外(E.coli若しくは他の細菌のペリプラズム中又は細胞培養培地中のいずれか)で生成されることになる場合は、遺伝子は発現ベクターにクローニングされ、シグナル配列に連結される。
[0099]本発明の別の態様によれば、本発明のO抗原生合成ポリペプチドの発現を可能にする方法で、本発明のポリヌクレオチド配列を用いて、安定して又は一過的に形質転換された、トランスフェクトされた又はエレクトロポレーションされた、原核細胞及び真核細胞を含めた宿主細胞が提供される。可能性がある本発明の発現システムとしては、細菌、酵母、真菌、ウイルス、寄生虫、無脊椎動物及び哺乳動物細胞のシステムが挙げられる。本発明の宿主細胞は、O抗原と特異的に免疫反応性の抗体を開発するための免疫原の貴重な供給源である。本発明の宿主細胞は、O抗原生合成ポリペプチドの大量生成の方法であって、細胞が適切な培養培地で増殖され、例えば免疫親和性精製又は当技術分野で周知であり、日常的に行われている多数の精製法のうちのいずれかによって、細胞から又は細胞が増殖する培地から所望のポリペプチド産物が単離される方法において、ひときわ有用である。E.coli、P.multocida、Bacillus及びS.aureusを含めた他の細菌、Pichia pastoris及びSaccharomyces cerevisiaeを含めた酵母、昆虫細胞又はCHO細胞を含めた哺乳動物細胞などの任意の適切な宿主細胞は、当技術分野で既知の適切なベクターを使用して遺伝子産物の発現に使用することができる。タンパク質は、直接的に又はペプチド若しくはポリペプチドと融合して、細胞内で又は細菌細胞のペリプラズム間隙若しくは細胞培養培地への分泌により細胞外で、生成することができる。タンパク質の分泌は、シグナルペプチド(プレ配列としても知られる)を必要とし、原核生物及び真核生物由来の幾つかのシグナル配列は、組換えタンパク質の分泌について機能することが知られている。タンパク質分泌プロセスの間に、シグナルペプチドはシグナルペプチダーゼによって除去されて、成熟タンパク質が得られる。
[0100]タンパク質精製プロセスを単純化するために、遺伝子コード配列の5’又は3’末端に精製用タグを加えることができる。一般に使用されている精製タグとしては、6ヒスチジン残基のストレッチ(米国特許第5,284,933号及び第5,310,663号)、Schmidtら(1993)Protein Eng.、6:109〜122によって記載されたストレプトアビジンアフィニティータグ、FLAGペプチド(Hoppら(1988)Biotechnology、6:1205〜1210)、グルタチオン5−トランスフェラーゼ(Smithら(1988)Gene、67:31〜40)及びチオレドキシン(LaVallieら(1993)Bio/Technology、11:187〜193)が挙げられる。これらのペプチド又はポリペプチドを除去するために、タンパク質切断認識部位を融合の接合部に挿入することができる。一般に使用されているプロテアーゼは、第Xa因子、トロンビン及びエンテロキナーゼである。
[0101]一実施形態では、本発明は、上記の精製及び単離したShigella sonneiのO抗原生合成ポリペプチドを用いる。配列番号2に示されるポリヌクレオチド及びその種相同体のうちのいずれか一つによってコードされるアミノ酸配列を含むポリペプチドが、現在好ましい。ある種の実施形態では、本発明は、以下:
a)配列番号2及びその種相同体のうちのいずれか一つに示されるDNA配列、
b)配列番号2及びその種相同体のうちのいずれか一つによってコードされるShigella sonneiのO抗原生合成ポリペプチドをコードするDNA分子、及び
c)中程度ストリンジェントな条件下で(a)又は(b)のDNAとハイブリダイズする、O抗原生合成遺伝子産物をコードするDNA分子
からなる群から選択されるDNAによってコードされるO抗原生合成ポリペプチドを使用する。中程度のストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、当業者に周知である。
[0102]本発明は、少なくとも約99%、少なくとも約95%、少なくとも約90%、少なくとも約85%、少なくとも約80%、少なくとも約75%、少なくとも約70%、少なくとも約65%、少なくとも約60%、少なくとも約55%及び少なくとも約50%の同一性及び/又は相同性を本発明の好ましいポリペプチドに対して有するポリペプチドも包含する。本発明の好ましいポリペプチドに対するアミノ酸配列「同一性」パーセントは、両配列をアライメントし、必要であれば、最高の配列同一性パーセントを得るためにギャップを導入し、いかなる保存的置換も配列同一性の一部としてみなさなかった後の、O抗原生合成遺伝子産物の配列の残基と同一である候補配列中のアミノ酸残基のパーセンテージとして本明細書で定義される。本発明の好ましいポリペプチドに対する配列「相同性」パーセントは、配列をアライメントし、必要であれば、最高の配列同一性パーセントを得るためにギャップを導入し、さらに、いかなる保存的置換も配列同一性の一部としてみなした後の、O抗原生合成ポリペプチド配列のうちの一つの残基と同一である候補配列中のアミノ酸残基のパーセンテージとして本明細書で定義される。保存的置換は、表A及びBにおいて以下に述べるように定義することができる。
[0103]本発明のポリペプチドは天然の細菌細胞供給源から単離してもよいし、化学合成してもよいが、好ましくは、本発明の宿主細胞を伴う組換え手法によって生成される。本発明のO抗原生合成遺伝子産物は完全長ポリペプチドでもよいし、生物学的に活性な断片でもよいし、特異的な生物学的又は免疫学的活性を保持するそれらの変異体でもよい。一実施形態では、生物学的活性は、抗原、例えば、Shigella sonneiのO抗原の生合成である。一実施形態では、免疫学的活性は、抗原性遺伝子産物、例えばO抗原産物の防御的免疫学的活性である。変異体はO抗原生合成ポリペプチドの類似体を含むことができ、この場合、特定化された(すなわち、天然でコードされた)アミノ酸の1つ又は複数が欠失している又は置き換えられているか、1つ又は複数の特定化されていないアミノ酸が加えられており、(1)O抗原生合成遺伝子産物に特異的な生物学的活性又は免疫学的特徴(活性)の1つ又は複数の消失がない、又は(2)O抗原生合成遺伝子産物の特定の生物学的活性の特異的な無効化を伴う。企図される欠失変異体には、生物学的活性に必須でないポリペプチド部分を欠く断片も含まれ、挿入変異体には、野生型ポリペプチド又はその断片が別のポリペプチドに融合した融合ポリペプチドが含まれる。
[0104]O抗原生合成ポリペプチド変異体には、本発明のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを改変することによって保存的置換が導入されたものが含まれる。保存的置換は、その関連した物理的特質によって分類することが当技術分野で認識されており、表Aに示すように定義することができる(WO1997/009433、10頁から)。あるいは表Bに示すように、保存的アミノ酸は、Lehninger(Biochemistry、第2版(1975)W.H.Freeman&Co.、71〜77頁)に定義されるようにグループ化することができる。
[0105]本発明のO抗原生合成産物変異体は、成熟したO抗原生合成遺伝子産物、すなわち、リーダー配列又はシグナル配列が除去され、付加的なアミノ末端残基を有するO抗原生合成遺伝子産物を含む。付加的なメチオニン及びリジン残基を位置−2及び−1に有するO抗原生合成産物と同様に、位置−1に付加的なメチオニン残基を有するO抗原生合成遺伝子産物が企図される。これらのタイプの変異体は、細菌細胞タイプにおいて組換えタンパク質を生成するのに特に有用である。本発明の変異体は、他のタンパク質に由来するアミノ末端配列が導入された遺伝子産物及び天然起源のタンパク質に見出されないアミノ末端配列を含む変異体も含む。
[0106]本発明は、特定の発現システムの使用に起因する付加的なアミノ酸残基を有するポリペプチド変異体も包含する。例えば、グルタチオン−S−トランスフェラーゼ(GST)との融合タンパク質として所望のポリペプチドを発現する、市販品として入手できるベクターの使用は、所望のポリペプチドからGST成分を切断した後に、付加的なグリシン残基を位置−1に有する所望のポリペプチドを与える。他のベクターシステムを使用した発現に起因する変異体も企図される。
[0107]本発明は、抗体(例えば、本発明のポリペプチドを特異的に認識するCDR配列を含む化合物を含めた、モノクローナル及びポリクローナル抗体、単鎖抗体、キメラ抗体、ヒト化、ヒト及びCDRグラフト化抗体)並びにO抗原生合成遺伝子産物又はその断片に特異的な他の結合タンパク質も包含する。用語「に特異的な」は、本発明の抗体の可変領域が、O抗原を認識し、排他的にそれに結合する(すなわち、単一のO抗原を関連するO抗原から区別することができることが多いが、抗体の可変領域の外側の、特に分子の定常領域中の配列との相互作用を介して、他のタンパク質(例えば、S.aureusのプロテインA又はELISA法における他の抗体)と相互作用することもできることを示す)。本発明の抗体の結合特異性を決定するためのスクリーニングアッセイは当技術分野で周知であり、日常的に行われている。そうしたアッセイの包括的な考察については、Harlowら(編);Antibodies A Laboratory Manual(1988)Cold Spring Harbor Laboratory;Cold Spring Harbor、N.Y、第6章を参照されたい。本発明のO抗原の断片を認識し、それに結合する抗体も企図され、但し抗体が、上記で定義されたように、断片を得た本発明のO抗原に何よりもまず特異的であることを条件とする。
治療/療法
[0108]ある種の実施形態では、本発明は、細菌性感染を治療する(例えば、細菌性感染の1つ若しくは複数の症状若しくは特徴を緩和する、寛解させる、軽減する、細菌性感染の1つ若しくは複数の症状若しくは特徴の発症を遅延させる、細菌性感染の1つ若しくは複数の症状若しくは特徴の進行を抑制する、細菌性感染の1つ若しくは複数の症状若しくは特徴の重症度を低減する、及び/又は細菌性感染の1つ若しくは複数の症状又は特徴の発生を低減する)及び/又は細菌性感染を予防するための組成物(ワクチンを含む)及び方法を提供する。
[0109]幾つかの実施形態では、ワクチン接種及び/又は治療の方法(例えば以下のセクションに記載されているもの)は、細菌株への以前の曝露に基づく患者集団の層別化を含む。そのような方法は、患者が細菌株の1種又は複数に以前に曝露されたかどうかを決定するステップを含む。幾つかの実施形態では、患者が細菌株の1種又は複数に以前に曝露されたと決定される場合は、その患者は、より低濃度の、より弱い及び/又はより低頻度の本発明のワクチン又は組成物の投与を受けることができる。患者が細菌株の1種又は複数に以前に曝露されていないと判定される場合は、その患者は、より高濃度の、より強力な及び/又はより高頻度の本発明のワクチン又は組成物の投与を受けることができる。
[0110]一実施形態では、本発明の組換え操作した細菌株又はワクチン若しくは組成物は、1つを超える細菌性感染、すなわち1種を超える細菌種による感染を治療する。そのような一実施形態では、これは「多機能性」ワクチン(又は株若しくは組成物−後者の2つのどちらも、以下に続ける記述で企図される)であるとみなされる。本発明による多機能性ワクチンはまた、対象の同時に幾つかの異なる障害を治療及び/又は予防するのに有用であり得る。したがって、追加的な実施形態では、本発明は、本発明による多機能性ワクチンを対象に投与することによって、対象の1つを超える障害を治療及び/又は予防する方法をさらに提供する。
[0111]本発明による多機能性ワクチンによって治療及び/又は予防することができる可能性がある例示的障害としては、限定はされないが、複数の細菌種の感染、熱傷、感染、異常増殖又は放射線傷害が挙げられる。「異常増殖」は、正常細胞の増殖を誘発しないか、正常細胞の増殖の停止を引き起こすであろう条件下で、腫瘍細胞の制御されない進行性の増殖を指す。異常増殖は結果として「新生物」を生じ、これは、任意の新しい異常な増殖、特に組織の新しい増殖であって、細胞の増殖が制御されず進行性である増殖を意味すると本明細書で定義される。したがって、異常増殖は、「癌」を含み、癌は、正常な制御の消失という独特な形質を有し、制御されない増殖、分化の欠如、局所的な組織浸潤及び/又は転移をもたらす腫瘍細胞の増殖を本明細書で指す。
投与
[0112]組成物及びワクチン(本明細書で互換的に使用される用語)は、治療及び/又はワクチン接種に有効な、任意の量及び任意の投与経路で投与することができる。必要とされる正確な量は、対象の種、年齢及び全体的な状態、感染の重症度、特定の組成物、その投与様式、その活性様式などに応じて、対象によって異なる。組成物は、一般的には、投与の容易さ及び投薬量の均一性の理由で、投薬単位形態で製剤化される。しかし、本発明の組成物の一日の総使用量は、健全な医学的判断の範囲内で主治医によって決定されることを理解されたい。任意の特定の対象又は生物に対する特定の治療的有効量レベルは、治療を受ける及び/又はワクチン接種される障害及び障害の重症度;用いられる特定のワクチン組成物の活性;投与後の組成物の半減期;対象の年齢、体重、全体的な健康状態、性別及び食事;用いられる特定の化合物の投与時間、投与経路及び排出速度;治療の継続期間;用いられる特定の化合物と組み合わせて又は同時に使用される薬物;医学分野で周知の同様の因子を含めた、種々の因子に依存する。
[0113]本発明による組成物(及びワクチン)は、任意の経路によって投与することができる。幾つかの実施形態では、本発明の医薬組成物は、経口(PO)、静脈内(IV)、筋肉内(IM)、動脈内、髄内、髄腔内、皮下(SQ)、脳室内、経皮、皮膚間、皮内、直腸(PR)、腟、腹腔内(IP)、胃内(IG)、局所又は経皮膚(例えば、散剤、軟膏剤、クリーム剤、ゲル剤、ローション剤及び/又は滴剤による)、粘膜、鼻腔内、バッカル、腸内、硝子体、舌下を含めた種々の経路によって、気管内点滴注入、気管支点滴注入及び/又は吸入により、口腔スプレー、鼻腔用スプレー及び/若しくはエアロゾルとして並びに/又は門脈カテーテルを通して、投与される。
[0114]一般に、最も適切な投与経路は、投与される薬剤の性質(例えば、投与の際のその安定性)、対象の状態(例えば、対象が特定の投与様式に耐えることができるかどうか)などを含めた種々の因子によって決まる。特定の実施形態では、鼻腔内に組成物を投与することができる。特定の実施形態では、気管内点滴によって組成物を投与することができる。特定の実施形態では、気管支点滴注入によって組成物を投与することができる。特定の実施形態では、吸入によって組成物を投与することができる。特定の実施形態では、鼻腔用スプレーとして組成物を投与することができる。特定の実施形態では、組成物を粘膜投与することができる。特定の実施形態では、組成物を経口投与することができる。特定の実施形態では、静脈内注射によって組成物を投与することができる。特定の実施形態では、筋肉内注射によって組成物を投与することができる。特定の実施形態では、皮下注射によって組成物を投与することができる。口腔又は鼻腔用スプレー又はエアロゾル経路(例えば吸入による)は、治療剤を肺及び呼吸器系に直接的に送達するのに最も一般に使用される。しかし、本発明は、薬物送達の科学における起こり得る進歩を考慮に入れた任意の適切な経路による医薬組成物の送達を包含する。
[0115]経口投与に関しては、組成物(ワクチンを含む)を、カプセル、錠剤、溶解可能な膜、散剤、顆粒剤として、又は懸濁剤として提供することができる。組成物は、従来の添加物、例えばラクトース、マンニトール、トウモロコシデンプン又はジャガイモデンプンを有していてもよい。組成物はまた、結合剤、例えば結晶セルロース、セルロース誘導体、アラビアゴム、トウモロコシデンプン又はゼラチンと共に提供することができる。さらに、組成物は、崩壊剤、例えばトウモロコシデンプン、ジャガイモデンプン又はカルボキシメチルセルロースナトリウムと共に提供することができる。組成物は、さらに、無水第2リン酸カルシウム又はデンプングリコール酸ナトリウムと共に提供することができる。最後に、組成物は、潤沢剤、例えばタルク又はステアリン酸マグネシウムと共に提供することができる。
[0116]非経口投与に関しては、組成物は、好ましくは対象の血液と等張である滅菌水溶液と組み合わせることができる。そのような製剤は、生理的に適合性の物質、例えば塩化ナトリウム、グリシンなどを含み、生理的条件に適合性の緩衝化pHを有する水に固形の活性成分を溶解して水溶液を生成し、次いで前記溶液を滅菌することによって調製することができる。製剤は、単位用量容器又は多回用量容器、例えば密閉したアンプル又はバイアルに入れて提供することができる。製剤は、本明細書に記載のもののいずれかを含めた任意の注射様式によって送達することができる。
[0117]直腸投与又は腟投与のための組成物は一般的には坐剤であり、これは、周囲温度では固形であるが体温では液体であり、したがって、直腸又は膣腔で溶解し活性成分を放出する適切な非刺激性の賦形剤、例えばココアバター、ポリエチレングリコール又は座薬用ワックスと組成物を混合することによって調製することができる。
[0118]経口投与用の固形の剤形は、カプセル、錠剤、丸剤、散剤、溶解可能な膜及び顆粒剤が挙げられる。そのような固形の剤形では、活性成分は、少なくとも1つの不活性な、医薬的に許容可能な適切な賦形剤、例えばクエン酸ナトリウム若しくはリン酸二カルシウム及び/又はフィラー若しくは増量剤(例えば、デンプン、ラクトース、ショ糖、グルコース、マンニトール及びケイ酸)、結合剤(例えば、カルボキシメチルセルロース、アルギネート、ゼラチン、ポリビニルピロリジノン、ショ糖及びアラビアゴム)、保水剤(例えばグリセロール)、崩壊剤(例えば、アガー、炭酸カルシウム、ジャガイモデンプン、タピオカデンプン、アルギン酸、ある種のケイ酸塩及び炭酸ナトリウム)、溶解遅延剤(例えばパラフィン)、吸収促進剤(例えば四級アンモニウム化合物)、湿潤剤(例えば、セチルアルコール及びグリセロールモノステアレート)、吸収剤(例えばカオリン及びベントナイト粘土)、並びに潤沢剤(例えば、タルク、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、固形ポリエチレングリコール、ラウリル硫酸ナトリウム)、味覚/嗅覚成分、並びにそれらの混合物と混合される。カプセル、錠剤及び丸剤の場合には、剤形は緩衝剤を含んでもよい。
[0119]本発明による組成物の局所及び/又は経皮投与用剤形としては、軟膏剤、ペースト剤、クリーム剤、ローション剤、ゲル剤、散剤、液剤、スプレー剤、吸入剤及び/又はパッチ剤を挙げることができる。一般に、活性成分は、必要に応じて、医薬的に許容可能な適切な賦形剤及び/又は任意の必要とされる防腐剤及び/又は緩衝液と無菌条件下において混合される。さらに、本発明は経皮パッチの使用を企図し、これは、身体への化合物の制御送達を提供するというさらなる利点を有する。そのような剤形は、例えば、適切な媒質中で化合物を溶解及び/又は調剤することによって調製することができる。あるいは又はさらに、速度制御膜を与えること並びに/又はポリマーマトリックス及び/若しくはゲル中に化合物を分散させることのいずれかによって、速度を制御することができる。
[0120]経皮投与に関しては、本発明による組成物(ワクチンを含む)を皮膚浸透促進剤、例えばプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、イソプロパノール、エタノール、オレイン酸、N−メチルピロリドンなどと組み合わせることができ、これは、組成物に対する皮膚の透過性を増大し、組成物を皮膚を通して浸透させ、血流へ侵入させる。促進剤及びワクチンの組成物は、例えばエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、エチレン/ビニルアセテート、ポリビニルピロリドンなどの高分子物質とさらに組み合わせて、ゲル形態で組成物を提供することができ、これは、塩化メチレンなどの溶媒に溶解し、所望の粘性まで蒸発させ、次いで下地材料に適用して、パッチ剤を提供することができる。組成物は、感染、新生物又は他の障害が限局し得る対象の部位若しくはその近傍に経皮的に、投与することができる。あるいは、全身投与を達成するために、患部以外の部位に経皮的に組成物を投与することができる。
[0121]鼻腔内投与(例えば鼻腔用スプレー)及び/又は肺内投与(吸入による投与)に関しては、エアロゾル製剤を含めた本発明による組成物(ワクチンを含む)を、当業者に周知の手法に従って調製することができる。エアロゾル製剤は、固形粒子又は溶液(水性又は非水性)を含むことができる。ネブライザー(例えばジェットネブライザー、超音波ネブライザーなど)及びアトマイザーを使用して、溶液(例えば、エタノールなどの溶媒を使用する)からエアロゾルを生成することができ、定量噴霧式吸入器及びドライパウダー吸入器を使用して、小粒子エアロゾルを生成することができる。所望のエアロゾル粒度は、限定はされないが、ジェットミル粉砕、噴霧乾燥及び臨界点凝縮を含めた当技術分野で既知の幾つかの方法のいずれか一つを用いて得ることができる。
[0122]鼻腔内投与用の組成物は、固形製剤(例えば粗粉末)であってもよく、賦形剤(例えばラクトース)を含んでいてもよい。固形製剤は、鼻孔を通す急速吸入によって、鼻に保持された散剤容器から投与することができる。鼻腔内投与用の組成物は、鼻腔用スプレー又は点鼻薬の水性又は油性溶液も含むことができる。噴霧器を用いる使用に関しては、製剤は、水溶液及びさらなる薬剤(例えば、賦形剤、緩衝液、等張剤、防腐剤又は界面活性剤が含まれる)を含むことができる。鼻腔用スプレーは、例えば、組成物の懸濁剤又は溶液を圧力をかけてノズルを通して押し出すことによって生成することができる。
[0123]本発明による組成物(ワクチンを含む)の肺内投与用の製剤は、吸入デバイスによる送達に適した形態で提供することができ、肺又は洞の下部気道に到達するのに有効な粒度を有し得る。肺粘膜を含めた粘膜表面を通した吸収のために、製剤は、例えば、生理活性ペプチド、複数のサブミクロン粒子、粘膜付着性の巨大分子及び/又は水性連続相を含む乳濁液を含むことができる。粘膜表面を通した吸収は、乳濁液粒子の粘膜付着を通して達成することができる。
[0124]定量噴霧式吸入デバイスを用いて使用するための本発明による組成物(ワクチンを含む)は、非水性媒質中の懸濁物として組成物を含む微細化粉を含むことができる。例えば、界面活性剤(例えば、ソルビタントリオレート、ダイズレシチン又はオレイン酸)を用いて、組成物を噴射剤中に懸濁させることができる。定量噴霧式吸入器は、一般的には、混合物として(例えば液化性の圧縮ガスとして)容器(例えばカニスター)中に貯蔵される噴射剤ガス(例えば、クロロフルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン又は炭化水素)を使用する。吸入器は、イオン吸入の間作動させる必要がある。例えば、定量バルブの作動によって、エアロゾルとして混合物を放出することができる。ドライパウダー吸入器は、混合散剤の呼吸作動を使用する。
[0125]本発明による組成物(ワクチンを含む)は、浸透圧ミニポンプ又は他の持続放出デバイスから放出又は送達することもできる。基本の浸透圧ミニポンプからの放出速度は、放出口に配置された微多孔性の速応性ゲル剤を用いて調節することができる。浸透圧ミニポンプは、組成物の制御放出又は標的化送達に有用であると思われる。
[0126]本発明による組成物(ワクチンを含む)は、例えば注射及び輸液を含めた、薬物を導入するのに使用される既知の技法によって、対象に投与又は導入することができる。障害が対象の身体の特定部分に限局する場合は、注射によって又は何らかの他の手段によって(例えば、血液又は別の体液に組成物を導入することによって)、組成物をその領域に直接的に導入することが望ましい場合もある。
[0127]本発明による組成物(ワクチンを含む)は、単独で又はその障害を治療するのに使用される1種又は複数の薬物と組み合わせて、障害を有する対象に投与することができる。例えば、対象が異常増殖を有する場合、少なくとも1つの抗新生物薬と組み合わせて、組成物を対象に投与することができる。組成物を組み合わせることができる抗新生物薬の例としては、限定はされないが、カルボプラチン、シクロホスファミド、ドキソルビシン、エトポシド及びビンクリスチンが挙げられる。さらに、異常増殖を罹患する対象に投与される場合は、限定はされないが、外科的療法、放射線療法、遺伝子療法及び免疫療法を含めた、新生物の他の療法と組成物を組み合わせることができる。
ワクチン
[0128]「ワクチン」は、ワクチンのレシピエント又は宿主において免疫応答を誘導する組成物である。ワクチンは、その後の細菌種(又は他の微生物)による攻撃感染時に、感染に対して防御を誘導することができる。防御は、少なくとも1つの細菌種(又は他の微生物)による宿主動物の持続感染への抵抗性(例えば部分的な抵抗性)を指す。ワクチン接種した宿主中で生成された中和抗体は、この防御を与えることができる。他の状況では、CTL応答がこの防御を与えることができる。場合によっては、中和抗体と細胞性免疫(例えばCTL)応答の両方が、この防御を与えることができる。
[0129]ワクチンは、個体において、抗原又は抗原に対する免疫応答を誘導することによって感染又は疾患を予防する又は低減するのに有用である。例えば、ワクチンを、無感作の個体において予防的に、又は少なくとも1つの細菌種(又は他の微生物)に感染している個体において治療的に使用することができる。
[0130]防御応答を種々の方法によって評価することができる。例えば、細菌(又は他の微生物)のタンパク質に対する中和抗体の生成及び/又はそのようなタンパク質に対する細胞性免疫応答の発生のいずれかが、防御応答を示すことができる。防御応答は、(細菌又は他の微生物の)所与の接種に曝露されたワクチン接種した宿主動物において、同じ接種に曝露されたが、ワクチンを投与されていない宿主動物と比較して、コロニー形成した細菌の数が低下する応答も含む。
[0131]一実施形態では、本発明によるワクチンは、アジュバントを含むことができる。本明細書で使用する場合、用語「アジュバント」は、抗原と共に注射されたときに、その抗原に対する免疫応答を非特異的に増強する任意の化合物を指す。例示的アジュバントとしては、完全フロイントアジュバント、不完全フロインドアジュバント、Gerbuアジュバント(GMDP;C.C.Biotech Corp.)、RIBI家禽アジュバント(MPL;RIBI Immunochemical Research,Inc.)、カリウムミョウバン、リン酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、QS21(Cambridge Biotech)、TITERMAX(登録商標)アジュバント(CytRx Corporation)及びQUIL A(登録商標)アジュバントが挙げられる。アジュバントの特質を有する他の化合物としては、結合剤、例えばカルボキシメチルセルロース、エチルセルロース、微結晶セルロース又はゼラチン;賦形剤、例えばデンプン、ラクトース又はデキストリン、崩壊剤、例えばアルギン酸、アルギン酸ナトリウム、PRIMOGEL(登録商標)、トウモロコシデンプンなど;潤沢剤、例えばステアリン酸マグネシウム又はSTEROTEX(登録商標);滑剤、例えばコロイド状二酸化ケイ素;甘味剤、例えばショ糖又はサッカリン、着香剤、例えばペパーミント、サリチル酸メチル又はオレンジ着香剤、及び着色剤が挙げられる。
[0132]さらに、多くのアジュバントの有用な一覧が米国国立衛生研究所によって作成されており、インターネット(www.niaid.nih.gov/daids/vaccine/pdf/compendium.pdf)で見出すことができる。何百もの様々なアジュバントが当技術分野で既知であり、本発明の実施において用いることができる。本発明により使用可能な例示的アジュバントとしては、これらに限定されないが、サイトカイン、アルミニウム塩(例えば、水酸化アルミニウム、リン酸アルミニウムなど)、ゲルタイプのアジュバント(例えばリン酸カルシウムなど);微生物性アジュバント(例えばCpGモチーフを含む免疫調節性DNA配列;モノホスホリルリピドAなどの内毒素);例えばコレラ毒素、E.coliの熱不安定毒素及び百日咳毒素などの外毒素;ムラミルジペプチドなど);油乳濁液及び乳化剤ベースのアジュバント(例えばフロイントアジュバント、MF59[Novartis]、SAFなど);粒子性アジュバント(例えばリポソーム、生分解性マイクロスフェアなど);合成アジュバント(例えば、非イオン性ブロックコポリマー、ムラミルペプチド類似体、ポリホスファゼン、合成ポリヌクレオチドなど);並びに/又はそれらの組み合わせが挙げられる。他の例示的アジュバントとしては、ある種のポリマー(例えばポリホスファゼン)、Q57、サポニン(例えばQS21)、スクアレン、テトラクロロデカオキシド、CPG7909、ポリ[ジ(カルボキシラトフェノキシ)ホスファゼン](PCCP)、インターフェロンガンマ、ブロックコポリマーP1205(CRL1005)、インターロイキン−2(IL−2)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)などが挙げられる。本発明の一実施形態では、キャリヤー細菌(例えばSalmonella Typhi Ty21a)自体が、発現外来抗原、例えばShigellaのO抗原又はanthraxの防御抗原に対するアジュバントとして働く。
[0133]別の実施形態では、本発明によるワクチンは希釈剤を使用して製剤化することができる。例示的「希釈剤」としては、水、生理的食塩水、ヒト血清アルブミン、油、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコール又は他の合成溶媒、抗菌剤、例えばベンジルアルコール、抗酸化剤、例えばアスコルビン酸又は重亜硫酸ナトリウム、キレート剤、例えばエチレンジアミン四酢酸、緩衝液、例えば酢酸、クエン酸又はリン酸、及びモル浸透圧濃度を調整するための薬剤、例えば塩化ナトリウム又はデキストロースが挙げられる。例示的「担体」としては、液状担体(例えば、水、生理食塩水、培養培地、生理食塩水、水性デキストロース及びグリコール)及び固体担体(例えば、デンプン、グルコース、ラクトース、ショ糖及びデキストランで例示される炭水化物、アスコルビン酸及びグルタチオンで例示される抗酸化剤、並びに加水分解タンパク質が挙げられる。
[0134]さらに別の実施形態では、本発明によるワクチンは賦形剤を含むことができる。用語「賦形剤」は、本明細書では、抗原を送達するための媒体を形成する任意の不活性な物質(例えば、アラビアゴム、シロップ、ラノリン、デンプンなど)を指す。用語、賦形剤は、十分な液体の存在下で丸剤又は錠剤を調製するのに必要とされる粘着特性を組成物に与える物質を含む。
[0135]前述のように、幾つかの実施形態では、本発明による干渉剤及び/又は結合剤は、予防的適用のために使用することができる。幾つかの実施形態では、予防的適用は、細菌性感染を予防する、細菌性感染の進行を抑制する、及び/又は細菌性感染の発症を遅延させるためのシステム及び方法を含む。幾つかの実施形態では、受動免疫(すなわち、抗体が対象に投与される場合の免疫化)のために干渉剤を使用することができる。幾つかの実施形態では、受動免疫のためのワクチンは、本明細書に記載のものなどの抗体干渉剤を含むことができる。幾つかの実施形態では、受動免疫は、妊娠中に抗体が母親から胎児に移されるときに生じる。幾つかの実施形態では、抗体は、(例えば注射、経口などによって)個体に直接的に投与される。注目すべきことに、ヒトを免疫化し、別の個体において、それらの抗体を受動防御に使用することが可能である。例えば、Ty21aは、妊娠中の女性(すなわち、彼女らは免疫無防備状態であり、弱毒化されたSalmonellaが病気を引き起こす可能性があり得る)において使用が禁忌である。しかし、妊娠中の母親を命に関わる疾患に罹りやすいままにしておく代わりに、彼女らに防御抗体を受動的に移すことは、適切であり得る。
[0136]一実施形態では、本発明は、能動免疫(すなわち、微生物、タンパク質、ペプチド、エピトープ、ミモトープなどが対象に投与される場合の免疫化)のためのワクチンを提供する。幾つかの実施形態では、ワクチンは、本明細書に記載のように、1種又は複数の干渉剤及び/又は結合剤を含むことができる。
[0137]一実施形態では、上でワクチンに関して記載されたような干渉剤及び/又は結合剤を含む組成物が提供される。例えば、幾つかの実施形態では、干渉剤及び/又は結合剤ポリペプチド、そうしたポリペプチドをコードする核酸、そうしたポリペプチド又は核酸の特徴的な又は生物学的に活性な断片、そうしたポリペプチド又は断片に結合する及び/又はそれらと競合する抗体、そうしたポリペプチド又はそれらに結合するグリカンと相互作用する又は競合する小分子などが組成物中に含まれる。幾つかの実施形態では、ポリペプチドでなく、例えば、小分子、アンブレラトポロジー(umbrella topology)グリカン及びそれらのミミック、炭水化物、アプタマー、ポリマー、核酸などである干渉剤及び/又は結合剤が、組成物中に含まれる。特定の実施形態では、癌又は他の疾病に対する細菌的に送達される療法であって、キャリヤー細菌ワクチン/治療的株の染色体に治療的核酸又はタンパク質がコードされている療法を目論むことができる。
[0138]本発明は、本発明による組成物の投与による、細菌(又は他の微生物)の感染の治療及び/又は予防を包含する。幾つかの実施形態では、そうした組成物は、細菌性感染を罹患する又は細菌性感染に罹りやすい対象に投与される。幾つかの実施形態では、対象が一般に細菌性感染と関係がある1つ又は複数の症状を示している場合、対象は、細菌性感染を罹患しているとみなされる。幾つかの実施形態では、対象は、少なくとも1つの細菌種(又は他の微生物)に曝露されたことが知られている又はそうであると考えられている。幾つかの実施形態では、対象が細菌種に曝露されたことが知られている又はそうであると考えられている場合、対象は、細菌性感染に罹りやすいとみなされる。幾つかの実施形態では、対象が細菌種に感染したことが知られている若しくは疑われる他の個体と接触した場合、及び/又は対象が細菌性感染が知られている場所若しくは流行していると思われる場所に居る若しくは居た場合、対象は、細菌種に曝露されたことが知られている又はそうであると考えられている。本明細書で提供する組成物は、細菌(又は他の微生物)の感染の1つ又は複数の症状の発生より前に又は後に、投与することができる。
[0139]一般に、組成物は、「治療剤」(例えば組換え操作したSalmonella Typhi Ty21a)に加えて1種又は複数の不活性の薬剤、例えば、これらに限定されないが、滅菌水、生理食塩水、緩衝食塩水又はデキストロース溶液を含めた、滅菌した生体適合性の医薬担体を含む。あるいは又はさらに、組成物は、医薬的に許容可能な適切な賦形剤を含むことができ、本明細書で使用する場合、これは、所望の特定の剤形に適している、ありとあらゆる溶媒、分散媒、希釈剤又は他の液体媒体、分散又は懸濁助剤、崩壊剤、表面活性剤、等張剤、増粘剤又は乳化剤、防腐剤、緩衝剤、固形結合剤、造粒剤、潤沢剤、着色剤、甘味剤、着香剤、芳香剤などを含む。Remington’s The Science and Practice of Pharmacy、第21版、A.R.Gennaro、(Lippincott,Williams&Wilkins、Baltimore、Md.、2006;参照により本明細書に組み込まれる)は、医薬組成物の製剤化に使用される様々な賦形剤及びそれらを調製するための既知の技法を開示している。任意の望ましくない生物学的作用を与えること、又は医薬組成物の任意の他の成分と有害な様式で相互作用することによって、任意の従来の賦形剤媒質が物質若しくはその誘導体と不適合性である場合を除いて、その使用は本発明の範囲内であることが企図される。
組み合わせ
[0140]本発明による組成物及びワクチンは、単独で、又はこれらに限定されないが、ワクチン及び/若しくは抗体を含めた1種若しくは複数の他の治療剤と組み合わせて対象に投与することができる。「と組み合わせて」は、一緒に送達するように、薬剤が同時に投与される又は製剤化される必要があることを意味することを意図するものではない(とはいえ、これらの送達方法は本発明の範囲内である)。本発明による組成物及びワクチンは、1種又は複数の他の所望の治療法又は医学的手法と同時に、それらより前に、又はそれらの後に投与することができる。組み合わせて使用される治療的活性剤は、単一組成物において共に投与されてもよいし、異なる組成物において別々に投与されてもよい。一般に、各薬剤は、その薬剤について決定された用量及び/又はタイムスケジュールで投与されることが理解されよう。
[0141]一般に、各薬剤(この文脈では、「薬剤」のうちの一つは本発明による組成物又はワクチンである)は、その薬剤について決定された用量及びタイムスケジュールで投与される。さらに本発明は、その生物学的使用能を改善する、その代謝を低減若しくは改変する、その排出を抑制する、又は体内でのその分布を改変することができる薬剤と組み合わせた組成物の送達を包含する。本発明による組成物(ワクチンを含む)を任意の対象の治療及び/又はワクチン接種に使用することができるが、これは、好ましくは、ヒトの治療及び/又はワクチン接種において使用される。
[0142]組み合わせレジメンで用いる療法(例えば治療法又は手法)の特定の組み合わせは、所望の治療法及び/又は手法の適合性並びに達成すべき所望の治療効果を考慮する。用いられる療法は、同じ目的(例えば、細菌(又は他の微生物)の感染の発症を治療する、予防する及び/又は遅延させるのに有用な薬剤を、細菌性感染の発症を治療する、予防する及び/又は遅延させるのに有用な別の薬剤と同時に投与することができる)のために所望の効果を達成することができること、又は用いられる療法は、様々な効果(例えば、重度の病気の予防又は有害作用の制御)を達成することができることが理解されよう。
[0143]一般に、組み合わせて使用される薬剤は、個々に使用されるレベルを超えないレベルで使用されることが期待される。幾つかの実施形態では、組み合わせて使用されるレベルは、個々に使用されるものより低い。
投薬量
[0144]本発明によるワクチン(又は他の組成物)の投薬量は、例えば、最初に、予防的及び/又は治療的免疫応答を誘発するのに有効な用量を特定することにより決定することができる。これは、細菌特異的免疫グロブリンの血清力価を測定することによって、並びに/又は血清試料、尿試料及び/若しくは粘膜分泌物中の抗体の抑制比を測定することによって達成することができる。問題になっている細菌種に対して天然の宿主でない動物を含めた動物の研究から投薬量を決定することができる。例えば、動物にワクチン候補、例えば本発明によるワクチンを投与して、誘導される免疫応答を部分的に特徴づける及び/又は任意の中和抗体が生成されたかどうかを決定することができる。さらに、慣例のヒト臨床研究を行って、ヒトに対する有効量を決定することができる。
[0145]有効量は、in vitro及び/又はin vivo動物モデルに由来する用量反応曲線から外挿することができる。Ty21aは、3又は4回(使用国による)の投薬にわたり隔日で与えられ、用量は、用量あたり約2×10から>1010コロニー形成単位(cfu)でもよい。一実施形態では、1から2カ月ごとの間隔の投与が、ある種の免疫化スケジュールにおいて(例えば乳児において)機能し、及び別の実施形態では、1011cfuほどの用量が発展途上国においてより良く機能する(すなわち、より長く持続する、より良い防御を引き起こす)場合がある。
[0146]一実施形態では、ヒト研究に基づく免疫学的有効量は、集団において、許容可能なレベルの防御免疫を刺激するのに十分であると思われる。(ある種の実施形態での)幾つかのワクチンについては、この免疫学的に有効なレベルは、特定の下痢性疾患に対して80%の有効性を与える。(他の実施形態での)他のワクチンについては、免疫学的有効量は、重度の疾患を防御するが、疾患のすべての症状を防ぐとは限らない可能性があるものと思われる。
[0147]一実施形態では、本発明によるワクチン(又は他の組成物)は、障害を発生する危険性がある対象に、対象の障害を予防するのに有効な量で投与することもできる。本明細書で使用する場合、句「障害を予防するのに有効な」は、障害の結果として生じる臨床的機能障害若しくは症状の発生若しくは顕在化を妨げる若しくは予防するのに、又は障害の1つ若しくは複数の症状の強さ、重症度及び/若しくは頻度を低減する及び/若しくは障害の1つ若しくは複数の症状の発症を遅延させるのに有効であることを含む。
キット
[0148]本発明による組換え操作したSalmonella Typhi Ty21a又はワクチン若しくは組成物を含むキットは、追加的な実施形態で提供される。キットは、これらに限定されないが、使用のための指示書;他の試薬、例えば、希釈剤、投与するためにワクチン又は組成物を調製するためのデバイス又は他の材料;医薬的に許容可能な担体;及び対象に投与するためのデバイス又は他の材料を含めた、1つ又は複数の他の要素を含むことができる。使用のための指示書は、例えば、ヒト対象における、本明細書に記載のような、推奨される投薬量及び/又は投与様式を含めた、治療適用(例えば、DNAワクチン接種及びタンパク質追加免疫)のための指示を含むことができる。
[0149]別の実施形態では、本発明によるキットは、少なくとも1つのさらなる試薬、例えば診断剤又は治療剤、例えば、対象において本発明による組成物若しくはワクチンに対する免疫応答をモニターするための診断剤、又は本明細書に記載のようなさらなる治療剤(例えば、組み合わせ療法を記載する本明細書のセクションを参照されたい)をさらに含むことができる。
[0150]以下の実施例は例示目的のみに提供され、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
実施例1
S.sonneiの最小必須O抗原生合成遺伝子のクローニング
[0151]S.sonneiのI型O抗原生合成配列及び隣接配列をコードする大きな30kb領域は、O抗原の発現のための最小必要配列を決定するために(最初に欠失解析によって)以前に特徴づけられた。この領域のDNA配列解析と共に、これらの欠失データによって、推定上のプロモーター及び10個のorf(図1のorf4から13)を含む連続する12.3kbの領域が、S.sonneiにおけるO抗原生合成に必要とされることが示された。これらの欠失研究によって、一般的にはO抗原鎖長の調節に関与するwzz(ofr3)は、Ty21aにおける1型の発現に必須でないが、wzzの後半部分が推定上の1型O抗原生合成オペロンプロモーターを明らかに含むことも示唆された(Xuら(2002)Infect and Immun 70:4414〜4423)。
pMD−TVプラスミドの構築
[0152]標準的な分子生物学技法を使用して、クローニングを行った。制限エンドヌクレアーゼ及びリガーゼは、New England Biolabs(NEB)又はFERMENTAS(登録商標)から購入し、PHUSION(登録商標)ポリメラーゼ(Fisher)をすべてのPCRに使用した。FRT部位に隣接するKanカセットを、NheI及びNsiI制限酵素部位を含むプライマーを使用して、pKD4からPCR増幅し、プラスミドpGB−2もNheI及びNsiI制限酵素部位を含むプライマーを使用してPCR増幅し、Spc耐性を与えるオープンリーディングフレーム(orf)を除去するように操作した。2つのPCR産物をNheI及びNsiIで消化し、ライゲーションして、Kan、SpcプラスミドpMD35−36を構築した。vexA遺伝子(約1000bp)及びtviD遺伝子の一部(約500bp)をTy21aゲノムDNAからPCR増幅した。図1に示すように、増幅したtviD配列をFRT部位に隣接するKanカセットの上流にクローニングし、vexA増幅産物をマルチクローニング部位の下流(MCS)にクローニングした。必要に応じ、PHUSION(登録商標)部位特異的変異誘発キット(NEB)に記載されている方法によって、制限エンドヌクレアーゼ部位をさらに加えるか又は除去して、pMD−TVを構築した。pMD−TVを構築するのに使用したプライマー配列を以下の表Cに提供する。
[0153]wzz(orf3)の一部からorf7までをPCR増幅し(図1において断片Aと明示される)、pMD−TVにクローニングした。
pMD−TVへのS.sonneiのO抗原遺伝子のクローニング
[0154]S.sonneiのO抗原遺伝子をpXK65(Xuら(2002)Infect.Immun.、70:4414〜4423)からPCR増幅した。プライマーprMD43.ss.F.HindIII、gatcaaagcttgatcaaatagctcatat tcagcg(配列番号19)及びprMD44.ss.BamHI.R、gatcaggatcctgctcagtccggttggtg(配列番号20)を使用して、wzz遺伝子(orf3)の一部からwzy(orf7)までを増幅し、これを図1で断片Aとして示す。得られたPCR産物及びpMD−TVをHindIII及びBamHIで消化し、PCR精製(QIAGEN(登録商標))し、T4リガーゼを使用してライゲーションした。プライマーprMD41.ss.F.BamHI、gtagcggatccaagcgcagctatttaggatgag(配列番号21)及びprMD42.ss.R.XhoI、gatcgctcgagttaatttacggggtgattaccagac(配列番号22)を使用して、遺伝子wbgV(orf9)からapqZまで(orf14)を増幅し、これを図1で断片Bとして示す。得られたPCR産物及び遺伝子wzzからwzy(orf3からorf7)を含むプラスミドpMD−TVをBamHI及びXhoIで消化し、PCR精製し、先の場合と同様にライゲーションして、pMD−TV−Ss−1を構築した。このように、orf9から14(図1において断片Bと明示される)をPCR増幅し、非必須のIS630エレメント(orf8)を除去し、pMD−TVにおいてこの増幅産物をクローニングした断片Aに付着させて、pMD−TV−Ss−1を生成した。
[0155]このプラスミドは、I型特異的抗血清を用いてスライド凝集反応によって確認されるように、S.sonneiのI型O抗原をE.coli又はTy21aのいずれかで発現することが観察された。また、pMD−TV−Ss−1を保有するE.coli又はTy21aから精製したLPSは、ウェスタン免疫ブロット試験において特異的なI型の抗体と反応し(図2)、これにより、IS630(orf8)がI型O抗原生合成に必須でないことが示される。
実施例2
直鎖Shigella DNAのTy21a染色体への組み込み
[0156]Datsenko及びWanner(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645)は、突然変異の標的される遺伝子に相同である36から50bpの延長部分を含むプライマーを使用するPCRによって生成される小さな選択可能な抗生物質耐性遺伝子を用いる、E.coli染色体配列の組換え性の置き換えを介して特異的な標的遺伝子突然変異を作り出すことを可能にする、高効率のλファージred組換えシステムに基づく方法を以前に記載した。λredシステムは、β、γ及びexo遺伝子を含み、それらの産物は、それぞれBeta、Gam及びExoと呼ばれる(Murphy(1998)J.Bacteriol.、180:2063〜2071)。Gamは、宿主のRecB、C、Dエキソヌクレアーゼ及びSbcC、Dヌクレアーゼの活性を抑制し、その結果、外から加えた直鎖DNAが分解されない。Exoタンパク質は、各鎖の末端に結合する一方で他の鎖を5’から3’方向に分解する、二本鎖DNA依存的エキソヌクレアーゼである。Betaは、得られたssDNAオーバーハングに結合し、最終的に、それを相補的な染色体DNA標的と対形成させる(Sawitzkeら(2007)Methods Enzymol.、421:171〜199)。低コピープラスミドpKD20は、アラビノース誘導性ParaBプロモーターの制御下でこれらの3つのλredタンパク質をコードし、β、γ及びexo遺伝子の効率的な翻訳のために最適化されたリボゾーム結合部位を有し、その容易な除去を可能にするための温度感受性レプリコンを有する(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645)。λredシステムは、E.coli、Salmonella及びShigella種における特異的な遺伝子不活性化のために、並びにこれらの染色体に、小さな生物学的なタグを導入する(Uzzauら(2001)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、98:15264〜15269)又は単一遺伝子を導入するために(Yuら(2011)Appl.Microbiol.Biotechnol.、91:177〜188)広く使用されている。
[0157]本研究では、外来性DNA(≧15,000bp)の大きなブロックの所望の染色体の標的部位への検出可能なλRed媒介性組換えに必要とされる相同延長部分の長さを、50から150bpまで、次いで500〜1000bpまで段階的に増やした。大きな1型O抗原オペロンをワクチン株Ty21a染色体中に組み込むために、新しいプラスミド、pMD−TVを構築した。
[0158]図1に示すように、最適な染色体挿入ベクターpMD−TVは、レプリコン+マルチクローニング部位(MCS)及び近接する選択可能なKanカセットから成り、これは、必要に応じて、隣接するFRT部位間の特別な組換えを介して除去することができる。さらに、MCS+除去可能なKanカセットは、Ty21a染色体の2つの大きな標的相同性領域(500〜1000bp)に隣接する。選ばれる相同領域は、Ty21aの非発現性Viカプセル座内に位置するtviD(約500bp)及びvexA(約1000bp)である。S.sonneiの最小必須O抗原遺伝子領域をpMD−TVのMCSにクローニングしてpMD−TV−Ss−1を構築し、引き続く染色体組換え操作のPCRの鋳型とした。S.sonneiのO抗原遺伝子を含む得られたPCR増幅産物は15,532bpである。
細菌株、プラスミド及び増殖条件
[0159]
本明細書で使用される細菌株及びプラスミドを以下の表Dに記載する。E.coli株を、DIFCO(登録商標)のLuria−Bertani(LB)ブロス中で又はLBアガー上で、37℃で増殖させた。Shigella株を、DIFCO(登録商標)のトリプチックソイブロス(TSB)又はトリプチックソイアガー(TSA)で増殖させた。Salmonella株Ty21aを、0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを補充したTSB又はTSAで増殖させた。プラスミドを含む株を、アンピシリン(Amp;100μg/ml)、スペクチノマイシン(Spc;100μg/ml)、クロラムフェニコール(Cm;35μg/ml)又はカナマイシン(Kan;30μg/ml)を含む増殖培地中で選択した。すべての構築したプラスミドを配列決定し、VECTOR NTI(登録商標)スイート9.0ソフトウェア(Invitrogen)を使用して、その配列をアセンブルし、解析した。
O抗原遺伝子の染色体組み込み
[0160]組換え効率を増強するために500〜1000bpのTy21a染色体相同性領域同士の間に操作して入れた上記のS.sonneiのO抗原生合成遺伝子を、λred組換えを使用してTy21a染色体中に組み込んだ(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645)。Ty21aをpKD46で形質転換し、0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを補充したTBS−Amp中で、30℃で増殖させ、OD600=約0.7までL−アラビノースで誘導した。得られた細胞を、10mM Hepes及び10%グリセロールで洗浄し、遠心分離により500倍に濃縮することによって、エレクトロコンピテント化した。図1に示すように、PCR増幅用のtviDフォワードプライマー及びvexAリバースプライマーを用いる鋳型として、pMD−TV−Ss−を使用した。このPCR増幅した領域は、tviD遺伝子の一部、FTR部位に隣接するKan遺伝子、遺伝子的に最小化された必須のS.sonneiのO抗原生合成遺伝子セット、及びvexA遺伝子を含む。
[0161]このPCR産物をDpnI消化して環状プラスミドDNAを除去し、精製し、約1〜2μgを新しく増殖させた、λredタンパク質を発現するTy21aのエレクトロコンピテントセルに形質転換した。このように、直鎖の二本鎖DNA増幅産物を使用して、pKD46からλredタンパク質を発現するTy21aコンピテントセルを形質転換した。
[0162]上記の増幅産物の形質転換体をKanに関して選択した。形質転換した細胞を、SOC培地中で30℃で増殖させ、TSA−Kanプレート上にプレーティングすることによって回収した。注目すべきことに、上記のPCR産物をDpnI消化して、いかなる残存する環状プラスミドも除去した。このステップにもかかわらず、数コピーのプラスミドが必ずDpnI消化を逃れ、Kan形質転換体を生成した。次いで、これらのプラスミド形質転換体は、いずれかの染色体相同性領域で再結合することができ、不安定な部分二倍体を作り出し、PCRの結果が混在した可能性を反映するので、分子特性解析を混乱させる。抗生物質を用いた一次選択の後、抗生物質を含まない培地上で突然変異体を維持した。分離株を非選択的に37℃で一度コロニー精製し、次いで、アンピシリン感受性について試験して、プラスミドpKD46の消失を示した。
[0163]適切な染色体組み込み体(すなわち、tviDとvexAの間に挿入されたS.sonnei1型遺伝子の15,532kbのインサートを含む)を検出するために、標的組み込み部位のちょうど上流及び下流のTy21a配列を認識するプライマーprMD92及びprMD124(図1)を使用して、個々の形質転換体由来のDNAをPCRにかけた。図1に示すように、プライマーprMD92、GTTGCGGTAATGGTATAACGAAATAACAGATAC(配列番号25)及びprMD124、CACGCAATATTTCAATGATGGCAAC(配列番号26)を用いて、PCRによってコロニーをさらに解析して、染色体組み込みを確認した。さらに、1型特異的抗血清(DIFCO(登録商標)−BBL)を用いて、スライド凝集反応及びウェスタン免疫ブロットによって、1型O抗原の発現を確認した。組み込み領域tviD−tviE−vexAにおいて、プライマーprMD92及びprMD124を使用して検出される野生型のTy21a配列は、約4kbのバンドを生成した。tviD及び/又はvexAでのTy21a染色体中へのプラスミド全体の望まれない組み込みも、PCRによって検出することができた。
[0164]次に、S.sonnei直鎖DNAの所望のKan染色体組み込み体を、FLPリコンビナーゼを発現する温度感受性プラスミドpCP20で形質転換して、FRTに隣接するKanカセットを除去した。手短に述べると、Kanを発現する染色体組み込み体をpCP20(Cherepanovら(1995)Gene、158:9〜14)で形質転換し、Cm形質転換体を30℃で選択し、その後、少数の分離株を非選択的に37℃でコロニー精製し、次いで、すべての抗生物質耐性の消失について試験した。
[0165]抗生物質感受性の染色体組み込み体をPCRによってさらに解析して、Kanカセットの欠失を示した。さらに、プライマーprMD92及びprMD124から生成された最終的なPCR産物を完全に配列決定した。染色体に組み込まれたTy21a−Ss配列を、GENBANK(登録商標)のS.sonneiのO抗原遺伝子クラスターAF294823(配列番号23)と比較した場合に、wbgZ(図1のorf13)において単一の変化(E273K)のみが検出され、これは、得られたLPSのスライド凝集反応及びウェスタンブロッティングによって確認したときに、O抗原の発現に対して明らかな影響はなかった。
実施例3
ワクチンベクター株Salmonella typhi Ty21a染色体中への組換え性の挿入を介してShigella sonneiの約12kbのO抗原遺伝子領域の安定発現を成し遂げるための、2年間の研究
低コピープラスミドベクターにおける発現
[0166]S.sonneiのO抗原遺伝子を低コピープラスミドpGB−2にクローニングし、この異種のO抗原をワクチンベクターTy21aにおいて安定して発現させ、わずか2%のみが60世代後に消失した。このプラスミドは、遺伝的選択目的でスペクチノマイシン耐性遺伝子カセットを含む。これに対して、このクローニングしたShigella領域を含む高コピープラスミドベクターは、遺伝的に安定でなかった(3)。pGB−2は適切に安定であると思われたが、スペクチノマイシン耐性遺伝子を除去する必要があった。
抗生物質カセットの除去後の安定発現の達成
[0167]pGB−2上のS.sonneiの遺伝子は安定して発現し、抗生物質非存在下での60世代の増殖にわたって98%が安定性であった。しかしFDA規制目的のために、大規模にヒトへワクチン投与するより前に、抗生物質耐性カセットを除去する必要がある。したがって、標的制限エンドヌクレアーゼを使用して欠失させることによって、組換え法又はPCRによって生み出した欠失を使用して欠失させることによって、耐性遺伝子カセットの除去を試みた。使用した方法又は除去領域の長さにかかわらず、予想外に、抗生物質カセットの除去はプラスミドの不安定性をもたらした。60世代にわたるプラスミドの消失は、50%に達した。次いで、スペクチノマイシンカセットを、FRT部位に隣接するカナマイシン耐性遺伝子カセットで置き換えた。FRT部位間の組換えを介してカナマイシン耐性を除去することができれば、おそらく得られたプラスミドは遺伝的に安定であると思われる。しかしカナマイシン耐性の除去も、プラスミドの不安定性をもたらした。
O抗原遺伝子の染色体組み込みのためのpMD35−36の構築
[0168]抗生物質耐性カセットの非存在下で、Ty21aにおいて異種のShigella sonneiのO抗原遺伝子の安定発現を達成するために、O抗原遺伝子をTy21a染色体中に組み込んだ。この課題を促進するために、低コピープラスミドpMD35−36を、FRT部位に隣接し、マルチクローニング部位(MCS)座に近接して位置するカナマイシン耐性遺伝子カセットを含むように構築した。さらに、カナマイシン耐性カセット、FRT部位及びMCS座を、組換え挿入のためにTy21a染色体に対する相同領域を含むプライマーを使用して、このプラスミドからPCRによって合成した。Ty21a tviD及びvexA遺伝子領域は相同性のために使用した。これらは、Ty21aで非機能的なViカプセル生合成オペロンにおいて、互いに近接して位置する。
pMD35−36へのS.sonneiの遺伝子のクローニング
[0169]S.sonneiのO抗原オペロンの必須遺伝子(非必須のIS630エレメントを除去する)を、2ステップでプラスミドpMD35−36にクローニングした。
Ty21aにおけるλred発現の最適化
[0170]Datsenko及びWanner(2000)(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645)は、突然変異の標的される遺伝子に相同である36から50bpの延長部分を含むプライマーを使用するPCRによって生成される選択可能な抗生物質耐性遺伝子を用いる、染色体配列の組換え性の置き換えを介して、標的遺伝子内に突然変異を作り出すことを可能にする、高効率のλファージred組換えシステムに基づく方法を以前に記載した。λredタンパク質は、プラスミドpKD46から発現され、発現は、アラビノース誘導性プロモーターを通して厳重に調節される。このλredシステムは、E.coli、Salmonella及びShigella種における特異的な遺伝子不活性化のために(Kotloffら(1999)Bull.WHO、77:651〜666)、及び小さな生物学的なタグを導入するために(Kewon(2008)Curr.Opin.Infect.Dis.、21:313〜318)広く使用されている。
[0171]染色体挿入を促進するために、上記のように、S.sonneiのO抗原遺伝子をプラスミドpMD35−36にクローニングした。最初に、tviD及びvexAに対する50bpの染色体相同性領域を使用した。この大きな組換え構築物のPCR増幅は約13.5kbの断片をもたらし、これは、S.sonneiのO抗原生合成遺伝子、FRT部位に隣接するカナマイシン耐性遺伝子カセットを含み、tviD及びvexAに対する50bp相同性からなる2つの染色体相同性領域内にすべて含まれる。このPCR産物を、pKD46を含むTy21a細胞に形質転換した。この実験を反復した場合でさえも、カナマイシン耐性コロニーとして検出される、予期される染色体インサートは得られなかった。実験の対照として、いかなるShigella配列も含まないで、より小さな1.5kbのカナマイシン耐性遺伝子カセットを挿入することを試みた。これも失敗に終わった。より小さな1.5.kbのKanインサート断片は染色体中に組み込まれるはずであったので、この結果は予想外であった。
[0172]この不成功は、Salmonella Typhi Ty21aにおけるλ(lamda)red組換えタンパク質の発現が不十分である(Salmonella(Kewon(2008)Curr.Opin.Infect.Dis.、21:313〜318)及びE.coli(Kotloffら(1999)Bull.WHO、77:651〜666)で発表されたλredの発現条件(すなわち1mMアラビノース)はTy21aでは成功しなかった)ためであり得るという仮説に基づいて、2mM、10mM又は25mMというより高いアラビノース濃度を試みたところ、1.5kbのカナマイシン耐性カセットの染色体組み込みが検出されるので、Ty21aにおいてpKD46からλredタンパク質を発現させるのに不十分であることが分かった。この結果は極めて予想外であった。
[0173]最後に、推奨される1mMの濃度のアラビノースの100倍増を試し、50bpの染色体相同性領域を使用して小さな1.5kbのカナマイシン耐性遺伝子カセットの染色体挿入を促進するのに十分なλredの発現をTy21aにおいて起こすには、100mMが必要であることが分かった。しかし、S.sonneiのO抗原生合成遺伝子を含む大きな13.5kbのPCR産物は、染色体中に組み込まれなかった。
150塩基まで増加した相同性延長部分
[0174]大きなインサートの染色体組み込みを促進するために、PCRプライマー上の染色体相同性延長部分をそれぞれ50から150塩基まで増加させた。相同性のこれらの増加領域は、高まった頻度で1.5kbのカナマイシン耐性カセットの染色体挿入を促進したが、大きな13.5kbのPCR産物は、幾つか試みた後で、染色体中に組み込むことができなかった。一般的な組換えは通常、50〜100bpの相同性で進行し、λRed媒介性組換えは通常、細菌の一般的な組換えよりも効率的であるので、この結果も予想外であった。
染色体挿入プラスミドpMD−TVの構築
[0175]大きな500〜1000bpの相同性領域の使用は、染色体挿入プラスミドへのこれらの領域のクローニングを必要とした。最初に、Ty21aゲノムDNAを調製した。次に、vexA遺伝子(約1000bp)及びtviD遺伝子の一部(約500bp)をTy21aゲノムDNAからPCR増幅した。これらの2つのPCR増幅産物を、別々のステップでpMD35−36にクローニングした。さらにMCS座を、新しく且つ異なる制限酵素部位を含むようにさらに変えた。これにより、500〜1000bpの染色体相同性アームを含む新しい染色体挿入ベクター、pMD−TVが構築された。これらの長いアームは、Ty21a染色体との相同性領域を増大させ、それにより大きなDNA領域(すなわち5kbを越える)の組み込みの機会を増やすように操作された。
pMD−TVへのS.sonneiの遺伝子のクローニング
[0176]S.sonneiのO抗原生合成オペロンの必須遺伝子を、2ステップで、プラスミドpMD−TVにクローニングし、非必須のIS630エレメントを除去した。
コンピテントセルの最適化
[0177]S.sonneiの遺伝子を新しいpMD−TVプラスミドにクローニングした後、カナマイシン耐性カセット、S.sonneiのO抗原遺伝子及びTy21a相同性のアームを含む15.5kbのPCR産物を、λredタンパク質を発現するTy21aに形質転換した。予想外に、徹底的なプレーティング及び反復実験の後でさえ、形質転換体が得られなかった。大きな直鎖DNA断片の形質転換効率が低すぎたのかどうかという疑問に対処するために、新たなTy21aコンピテントセルを、最終的な洗浄の数を2回から3回に増やし、各形質転換反応の細胞数を増やし、さらに反応あたりの添加する直鎖DNA量を約1〜2μgに増やすことによって、さらに最適化した。これらの変更によって、異種のS.sonneiのO抗原をコードする大きな13.5kbの断片のTy21aへの順調な染色体組み込みが可能になった(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645;Uzzauら(2001)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、98:15264〜15269;Xuら(2002)Infect.Immun.、70:4414〜4423)。
実施例4
銀染色及び免疫ブロットによって測定したO抗原の発現。銀染色及びウェスタン免疫ブロットによるLPS解析を用いて、親株及び異種のO抗原を発現する組換え株におけるLPSの発現を調べた。
O抗原の発現解析
[0178]スライド凝集反応を、S.sonnei(フェーズI)又はSalmonella TyphiのO−特異的9因子(DIFCO(登録商標))に対するウサギポリクローナル抗血清を用いて行った。免疫ブロットについては、様々な組換えプラスミドの有無を問わないSalmonella、Shigella及びE.coli株を、適切な抗生物質を含む培地中でエアレーションして37℃で一晩増殖させた。LPS抽出キット(Bocca Scientific)を使用して、製造者の指示書に従って、LPSを精製した。精製したLPSをトリス−グリシンPAGEによって分離した。上記の抗体を用いて標準的なウェスタンブロッティング法を行って、特異的なLPSタイプを同定した。SILVERXPRESS(登録商標)銀染色キット(Invitrogen)を使用して、製造者の指示書に従って、銀染色解析を行った。SDS−PAGEによって分離した単離多糖の銀染色によって明らかにされたように(図2、パネルA)、ラフ型突然変異体であるE.coli DH5α(レーン1)は、S.sonneiのO抗原を、LPSラダー及びゆっくりと移行するグループ4カプセル(レーン2)の両方として発現することが観察された。Ty21a(レーン3)は、典型的な9、12LPSショートラダーパターンを生成し、これは、伸長した1型LPSラダーパターン及びゆっくりと移動する1型O抗原カプセル発現の付加(レーン4、5、6、7)の両方によって変化させられることが分かった。野生型のS.sonneiは、銀染色解析によって、1型LPSラダーパターンを発現し、大部分は最高約20のO−リピートの鎖長に達することが観察された(図2、パネルA、レーン8)。
[0179]ウェスタン免疫ブロット(図2、パネルB)は、1型遺伝子がプラスミドによって運ばれた(すなわち、pXK65、pMD−TV−Ss−1)か、Ty21a染色体中に組み込まれた[すなわち、Ty21a−Ss(又はMD77)Ty21a−Ss−Kan(又はMD67)]かに関係なく、S.sonneiのO抗原を発現するすべての株における1型多糖との特異的抗体反応を示した。1型LPSラダーパターンは、E.coli及び野生型のS.sonnei(レーン8)において肉眼で容易に見えるが(図2、パネルB、レーン2)、すべての発現分離株における大部分の1型O抗原は、ゆっくりと移行するグループ4カプセルの発現であると思われた。以下に述べるように、1型O抗原は、LPSとしての発現又はカプセル形態での発現にかかわらず非常に免疫原性であった(図3)。
実施例5
Ty21aにおける異種の1型O抗原の発現の安定性
[0180]S.sonneiのO抗原を発現するTy21a−Ss組換えクローンの安定性を、一晩の培養物(約24時間)であって、それを1:100に希釈したものからプレーティングし、さらに約24時間増殖させたコロニーの免疫ブロットによって試験した。コロニーをニトロセルロース膜に移して、上で明記されたLPS特異的抗体を使用して、標準的なウェスタンブロッティングによって解析した。
[0181]抗生物質感受性であり、染色体に組み込まれた1型生合成遺伝子を含む新規の組換え操作したワクチン株Ty21a−Ssを、高希釈で、0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを加え、抗生物質を含まないTSB中で約24時間増殖させ、これは、約25世代の増殖に相当する。この培養物を1:100に希釈し、さらに約24時間増殖させ、これは、50世代に相当する。得られた細胞を0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを含むTSA上にプレーティングし、37℃で一晩増殖させ、コロニー免疫ブロットを行って、上記のように1型の発現を調べた。試験した500コロニーのすべてがS.sonneiのI型O抗原の発現を保持しており、これは染色体に組み込まれた遺伝子の100%の安定性を示すものである。
実施例6
マウスにおいて、Ty21a−Ssによる免疫化に続いて、S.Typhi及びS.sonneiのLPSの両方に対する抗体が誘発される。
[0182]組換え操作したワクチン株Ty21a−Ss、親株のTy21a又は対照のPBSで、マウスを免疫化した(2週間の間隔をおいて3回IP投与)。ワクチン候補株(Ty21a−Ss)又は陰性対照のTy21a単独及びPBSで、8週齢のメスのBalb/cマウスを免疫化した。Ty21a−Ss及びTy21a対照を0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを補充したTSB中で一晩増殖させ、洗浄し、滅菌PBSに懸濁して、1mlあたり約0.8〜1.6×10CFUの濃度にした。以下に記載するように、各投与の1週間後に、S.sonnei又はTy21aのLPSに対する抗体の存在について、ELISAによってこれらを試験した。図3に示すように、Ty21a−Ssによる免疫化は、各投与後の抗LPS抗体価を増大させたが、2回目の投与後に、抗1型血清IgGについて約400,000という非常に高い力価でピークに達し、3回目の投与後に、抗Salmonella Typhi LPS抗体について同様に高い力価でピークに達した。これらの結果によって、Ty21a−Ssにおける、異種のS.sonneiのO抗原及び同種のTy21aのLPSの両方の安定発現がさらに確証される。さらに、親株のTy21aは、Ty21aのLPSとのみ反応し、組換えTy21a−Ssによって誘発されるものと本質的に同じ力価である、血清IgG抗体を誘発した。
実施例7
Ty21a−Ssによって与えられる、毒性S.sonneiの攻撃感染からの防御
[0183]Salmonella Typhiワクチン株による免疫刺激を実証するため、及び毒性Shigellaによる非経口的攻撃感染に対する特異的な防御を評価するために、マウスが一般的に使用される。2週間の間隔をおいてワクチンを3回投与するIP経路によって、Ty21a−Ss、Ty21a単独又は生理食塩水でBalb/Cマウスを免疫化した。マウスあたり約2〜4×10CFUのワクチン、対照Ty21a細胞のいずれかを含む0.25ml用量、又は0.25mlの滅菌生理食塩水を用いて、2週間の間隔をおいて合計で3回の投与にわたって、マウスを腹腔内に接種した。マウスは、各注射の1週間後に尾から採血した。最後の投与から2週間後に、約100×LD50の用量のS.sonnei53Gを用いて、マウスをi.p.により攻撃感染した。最終的な免疫化から2週間後に、免疫化されたマウス及び対照マウスを、滅菌生理食塩水に溶解した0.25ml(マウスあたり2×10CFU)の5%ブタ胃ムチン(Sigma)に入れた、5×10CFU/mlの新しく増殖させた中期対数期のS.sonnei株53GI(すなわち、50%致死感染用量[LD50]の約100倍)を用いて、腹腔内に攻撃感染した。生存を72時間モニターした。
ELISAによる抗LPS抗体の検出
[0184]S.Sonnei53Gフェーズ1を、TBS中でエアレーションして37℃で一晩増殖させ、一方、S.typhi Ty21a−Ssを、0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを補充したTSB中で増殖させた。LPSを、LPS抽出キット(Bocca Scientific)を使用し、製造業者の指示書に従って精製した。マイクロタイタープレートを、0.1M NaCO/NaHCO、pH9.5に入れた、S.sonnei(フェーズI)又はSalmonella Typhi Ty21aの精製したLPSでコーティングした。コーティングしたマイクロタイタープレートを、TBST(0.5%tween−20を含むTBS)中に1%BSA(Sigma)を含むブロッキングバッファーで2時間ブロッキングした。血清の段階希釈物を各プレートに加え、4℃で一晩インキュベートした。TBSTで6回洗浄した後に、結合抗体を、HRPコンジュゲートヤギ抗マウスIgG(SOUTHERNBIOTECH(登録商標))で検出した。エンドポイント力価は、バックグラウンドを引いた後の各試料に関する正のODを有する、カラムの最後のウェル中の抗体希釈度の逆数と定義した。バックグラウンド値は免疫前血清を用いて決定し、ここでは、免疫前血清のOD値を平均し、次いで2倍にした。この値を、すべてのマウス血清試料の用量設定(titrations)を含むすべてのウェルのODから引いた。各データ点は、すべてのマウス血清試料に対して行った2つの独立のELISAの平均エンドポイント力価を表す。個々の試料の力価及び10匹のマウスの各群に対する平均±SEMを図3に示す。
[0185]配列は、pMD−TV(配列番号1)についてJX436480及びTy21a−Ss tviD−vexA領域(配列番号2)についてJX436479のGENBANK(登録商標)受託番号の下で入手可能である。この厳しい攻撃感染は、Ty21a単独又は生理食塩水で免疫化したマウスにおいて、100%の死亡率をもたらした。しかし、組換え操作したワクチン株Ty21a−Ssで免疫化したマウスは、S.sonneiの攻撃感染に対して100%防御された。
[0186]したがって、腸チフスとS.sonneiによる細菌性赤痢の両方を防ぐ候補を作り出すために、経口ワクチンベクターTy21aにおける異種のS.sonneiのLPS抗原の発現を安定化しようとする試みを本明細書に開示する。以前の研究によって、ShigellaのLPS生合成遺伝子のクローニングした大きなブロック(すなわち10〜15kb)は、高コピープラスミドベクターよりも低コピープラスミドpGB−2においてはるかに安定であることが示された(Xuら(2007)Vaccine、25:6167〜6175;Xuら(2002)Infect.Immun.、70:4414〜4423)。pGB−2の抗生物質耐性選択マーカーの除去を試みると(除去はヒトワクチンの使用に必要とされると思われる)、予想外の及び原因不明の遺伝的不安定性に遭遇した。例えば、抗生物質の選択圧の非存在下で60世代にわたって増殖させた場合、S.sonnei1型O抗原生合成遺伝子を保有するKan(カナマイシン耐性)pGB−2は95〜98%遺伝的に安定であった。しかし、挿入又は小さな欠失による抗生物質耐性遺伝子の機能の除去は、遺伝的安定性が約60%のプラスミドをもたらした(未発表データ)。
[0187]Yuら(2011)による最近の研究は、小さな約2kbの遺伝子領域をSalmonellaの染色体に挿入した。したがって、λred組換えシステムを、15kbを超える外来性DNAの大きなブロックのSalmonella Typhiの染色体中への導入を可能にするように改変し、これはゲノム超組換え操作(super−recombineering)と呼ばれる。この課題は、組換え効率を高めるために、必要な相同組換え領域のサイズを、最初に提案された約50bp(Datsenkoら(2000)Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97:6640〜6645)から500〜1000bpへ伸長させることを必要とした。これらの相同性の伸長領域はプラスミドベクターpMD−TV中に操作して入れられ、これは、大きなDNA領域を、選ばれた標的組み込み部位(すなわち、今回は、Ty21aの非機能性Vi遺伝子座のtviE遺伝子領域が選ばれた)において、影響を受けやすい染色体中に挿入するために特に作り出された。さらに、この大きな増幅産物の効率的な染色体挿入に必要とされる、Ty21aにおけるλred組換えタンパク質の発現及びPCR増幅したDNAの濃度を最適化する必要があった。この最適化されたゲノム超組換え操作法を使用して、S.sonneiのO抗原遺伝子をTy21aのVi遺伝子座に挿入した。このTy21a−Ss染色体組み込み体における異種のS.sonneiのO抗原の発現は、100%遺伝的に安定である。さらにこの方法は、株の構築及びすべての遺伝子操作が完了した後にFRTで囲まれた抗生物質耐性遺伝子を除去する間、抗生物質選択の使用を可能にする。特に重要なことに、この新規なワクチン候補株が、マウスにおいて、異種のS.sonneiのI型LPSと同種のSalmonella TyphiのLPSの両方に対して確固たる血清IgG抗体応答を誘発し、致死的攻撃感染用量の毒性S.sonneiに対してマウスを100%防御する。
[0188]この染色体超組換え操作法は、100%遺伝的に安定な、大いに改善されたワクチン候補の開発を可能にした。この技法は、多くの異なる細菌属に適用することができ、様々な外来抗原を複数の標的染色体部位で挿入するのに使用することができ、その後、効率的な選択に使用した付随する抗生物質耐性遺伝子を除去することができる。S.dysenteriaeセロタイプ1のO抗原必須生合成遺伝子のプラスミドpGB−2上へのクローニングが以前に記載された(Xuら(2007)Vaccine、25:6167〜6175)。さらなる腸チフス−細菌性赤痢多価ワクチン成分を構築するために、S.flexneri2a及び3aのLPS領域のpGB−2クローニングが行われた。したがって、例えば、S.flexneri2a、S.flexneri3a及びS.flexneri6の最小サイズのLPS遺伝子の、それぞれ異なるTy21a株への類似の超組換え操作(super−recombineered)染色体挿入を行うことが企図される。最終的な多価ワクチンは、腸炎熱(腸チフスを目的とするが、パラチフス熱に対する適度の交差防御を有する)及び細菌性赤痢の主な原因から防御するための多機能性ワクチンを含む5種の異なる株からなり、これは、世界的に細菌性赤痢の約85%を防ぐことが予想される(Noriegaら(1999)Infect.Immun.、67:782〜788)。追加的な実施形態では、ワクチン目的(例えば炭疽病防御抗原、ペストF1及びV抗原、ウイルス性疾患を防ぐためのウイルス抗原、マラリア抗原)のために他の抗原を、又は抗癌治療目的のために、抗腫瘍タンパク質若しくは腫瘍増殖及び転移の抑制を対象とするsiRNAを発現する遺伝子構築物を、Ty21a(又は別の適切なベクター株)中に組み込む。
[0189]最近の共同研究(Ohtakeら(2011)Vaccine、29:2761〜2771)は、流通/免疫化の間の冷却の必要性を不要にし、4℃での貯蔵寿命を5年以上に延ばす、温度に対して安定な乾燥Ty21aワクチンをもたらす、製剤及び発泡体乾燥方法の開発につながり、これは、旅行者、軍隊及び発展途上国の住民における使用に対するこの多機能性腸内ワクチンの潜在価値を高めるものである。
実施例8
第2のLPS座の(Shigella dysenteriaeのO抗原生合成遺伝子の)クローニング及び染色体挿入
S.dysenteriaeのO抗原遺伝子のpMD−TVへのクローニング
[0190]S.dysenteriaeセロタイプ1株1617のゲノムDNAからS.dysenteriaeのO抗原遺伝子をPCR増幅した(Xuら(2007)Vaccine 25:6167〜6175)。プライマーprMD127.dy.F.HindIII gatcgaagcttggcattttttgtcatttttggatgc(配列番号27)及びprMD128.dy.R.wbbP.BamHI gatcgggatccatcgatatggctgggtaaggtcatg(配列番号28)を最初に使用して、wbbP遺伝子を増幅した。得られたPCR産物及びpMD−TVを、HindIII及びBamHIで消化し、PCR精製し、ライゲーションした。次に、プライマーprMD129.F.BamHI gatcgggatcctaatgaaaatctga ccgaatgtaacgg(配列番号29)及びprMD130.R.EcoRI gatcggaattctcacattaatgctaccaaaaagagtcgc(配列番号30)を使用して、S.dysenteriae1の大きなrfb遺伝子クラスターを増幅した。得られたPCR産物及びプラスミドpMD−TV−wbbPをBamHI及びEcoRIで消化し、PCR精製し、ライゲーションして、pMD−TV−Sd−4を構築した。
S.dysenteriaeのO抗原遺伝子のTy21a染色体中への組み込み
[0191]pMD−TV−Sd−4を構築するためにプラスミドpMD−TVにクローニングしたS.dysenteriaのO抗原生合成遺伝子を、tviDフォワードプライマー及びvexAリバースプライマーを用いるPCRの鋳型として使用した。PCR増幅した領域は13,574bpであり、tviD遺伝子の一部、FRT部位に隣接するKan遺伝子カセット、S.dystenteriaeのO抗原生合成遺伝子及びvexA遺伝子を含む。記載されたように(Dharmasenaら)、PCR増幅産物を、pKD46からλredタンパク質を発現するTy21aコンピテントセルに形質転換し、Kan耐性について選択した。組み込み部位の上流及び下流のプライマー、prMD92及びprMD124を用いるPCRによって、約14.5KbのKanインサートのバンドを得た。以前に記載されたように(Dharmasenaら)Kanカセットを除去した後、抗生物質感受性の染色体組み込み体を、Kanカセットの欠失についてPCRによってさらに解析し、プライマーprMD92及びprMD124から得られたPCR産物(MD149/Ty21a−Sd、約13Kbのバンド)を配列決定した。以前に配列決定したS.dystenteriaeのwpp遺伝子(GENBANK(登録商標)受託番号AY763519;配列番号4)とS.dystenteriae株1617株のものは、2塩基を除いては同一であり、株1617のwpp遺伝子の位置619〜620でCAがACに変化する。Ty21a−Sd株において染色体に挿入されたwpp中に突然変異は検出されなかった。Ty21a−Sdの染色体インサートRfb配列をS.dystenteriae1617株のRfbO抗原遺伝子クラスターに関するGENBANK(登録商標)受託番号AY585348(配列番号3)と比較した場合、単一のAからGのトランジション(N130D)のみが遺伝子rmlD中に検出され(図4)、これはスライド凝集反応及びELISA発現研究によってによって確認したときに、O抗原の発現に影響を及ぼさなかった。
wpp天然プロモーターのlppとの置き換え
[0192]低コピープラスミドpMD−TVは、細胞あたり約5コピーとして存在するpSC101誘導体である。したがって、Ty21a中のプラスミドpMD−TV−Sd−4は細胞あたり約5コピーのS.dystenteriaeのO抗原遺伝子を有するが、Ty21a−Sd(MD149)[すなわち、Ty21a染色体中に組み込まれたS.dystenteriaeのO抗原遺伝子を有する株]は細胞あたり1コピーのS.dystenteriaeのO抗原生合成遺伝子しか有さない。以前の研究(Dharmasenaら)から、S.sonneiのLPS:S.Typhi Ty21aのLPSの比は、ELISAによって評価した場合、Ty21a中のpGB−2プラスミド(pMD−TV−Ss)から発現する同じ遺伝子と比較して、Ty21a染色体(Ty21a−Ss)からS.sonneiのO抗原遺伝子を発現する株において約1であったことに注目されたい。しかし、S.dystenteriaeのLPS:S.Typhi Ty21aのLPSの比は、ELISAによって測定した場合、プラスミド(Ty21a中のpMD−TV−Sd−4)からと比べて、染色体(Ty21a−Sd、MD149)からS.dystenteriaeのO抗原遺伝子を発現する株において1よりかなり低かった。したがって、天然のwppプロモーターを高度に転写される恒常的に活性なプロモーターであるEscherichia coliのlppプロモーターと置き換えることによって、S.dystenteriaeのLPSの発現を増大させることを試みた。
[0193]pMD−TV−lppを、tviDフォワードプライマー及び150bpのwpp相同性延長部分を含むlppプロモーターリバースプライマー(prMD151.lpp.R aggaatggcgcctgctttttttattatttccttggatgaatcattatagtcagtagcaaaagcatagactgaaatccctttcttggttagtgtttttattaaatccaatctaaacaaaatcatagcatttgctgtgttccctattattgagatcttcatatgtcctctcctttcattattaataccctctagagttc;配列番号31)を用いるPCRの鋳型として使用した。PCR増幅した領域(13,574bp)は、tviD遺伝子の一部、FTR部位に隣接するKanカセット、200bpのlppプロモーター及びS.dystenteriae1のwpp遺伝子の最初の150bpを含む。このPCR産物をpKD46由来のλredタンパク質を発現するTy21a−Sd(MD149)コンピテントセルに形質転換し、最初にKan耐性について選択した。続いて、記載されたように(Dharmasenaら、2013、Intl J Med Microbiol 303:105〜113)、Kanカセットを除去し、残りの染色体インサートを配列決定して、Ty21a−Sdl(MD174)を構築した。発現データにより、Ty21a−Sdl(MD174)は、ELISAによって測定した場合、天然プロモーターを含むTy21a−Sd(MD149)と比べて、約1というより望ましいS.dysenteriaeのLPS:S.Typhi Ty21aのLPSの比を表すことが示唆された。実際に、抗S.dysenteriae抗体を用いるウェスタンブロットにより、wpp天然プロモーターとlpp(Ty21a−sdl、MD174)との置き換えは、Ty21a−sd(MD149)のものよりも高いS.dysenteriaeのLPSの発現をもたらし、LPSレベルはプラスミドによる発現に匹敵することが示される(図6)。また、これらの両株のO抗原の発現は、コロニー免疫ブロットによって確認すると、in vitroにおいて75世代の増殖にわたって100%安定であった。
Ty21aにおける異種のS.dysenteriae1のO抗原の発現の遺伝的安定性
[0194]新しく組換え操作したワクチン株Ty21a−Sd(MD149)、配列番号32、及びTy21−Sdl(MD174)、配列番号33は、抗生物質感受性であり、染色体に組み込まれたSd1のO抗原生合成遺伝子を含み、これらを、0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを加えた抗生物質を含まないトリプチックソイブロス(TSB)で約24時間高希釈で増殖させた。これは、約25世代の増殖に相当する。得られた細胞を0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを含むTSA上にプレーティングして37℃で一晩増殖させ、S.dysenteriae1に対するウサギポリクローナル抗血清(Difco)を用いて、コロニー免疫ブロットを行って、S.dysenteriaeのO抗原の発現を調べた。試験した200コロニーのすべては、S.dysenteriaeセロタイプ1のO抗原の発現を保持しており、これは染色体に組み込まれた遺伝子の100%の安定性を示すものである。
マウスの免疫原性
[0195]2つのワクチン候補株(Ty21a−sd及びTy21a−sdl)又は陰性対照のTy21a単独及びPBSを用いて、8週齢のメスのAJマウス(各群に10匹)を免疫化した。Ty21a−sd、Ty21a−sdl及びTy21a対照を、0.01%ガラクトース及び0.01%グルコースを補充したTSB中で一晩増殖させ、洗浄し、滅菌PBSに懸濁して1mlあたり約4〜8×10CFUの濃度にした。マウスあたり約2〜4×10CFUのワクチン、対照Ty21a細胞のいずれかを含む0.5ml用量、又は0.5mlの滅菌生理食塩水を用いて、2週間の間隔をおいて合計で3回の投与にわたって、マウスを、腹腔内に接種した。マウスは、最後の注射から1週間後に尾から採血した。両方のワクチン株(Ty21a−sd及びTy21a−sdl)による免疫化は、S.sonneiにおける400,000と比較して、S.dysenteriaeに対して約15,000という適度の抗体価をもたらした。さらに、親株のTy21aは、低レベル(約500)でS.dysenteriaeのLPSと交差反応する血清IgG抗体を誘発した(図7)。Ty21a−sdはS.TyphiのLPSに対して高い抗体価(約100,000)を誘発したが、これは親株のTy21aによって誘発されたものと本質的に同じ力価であり、Ty21a−sdlによって誘発されたS.TyphiのLPS抗体価は約4倍少なかった。これはおそらく、Ty21a−sdと比較して、Ty21a−sdlにおけるS.dysenteriaeのLPSの発現が高いことが原因である。しかし、これらの結果は、Ty21a−sd及びTy21a−sdlにおける異種のS.dysenteriaeのO抗原と同種のTy21aのLPSの両方の安定発現を確証するものである。
毒性S.dysenteriaeの攻撃感染からのマウスの防御
[0196]最終的な免疫化から2週間後に、免疫化されたマウス及び対照マウスを、滅菌生理食塩水に溶解した0.5ml(マウスあたり7.5×10CFU)の5%ブタ胃ムチン(Sigma)に入れた、1.5×10CFU/mlの新しく増殖させた中期対数期の毒性S.dysenteriae1株1617ΔstxA(すなわち、50%致死感染用量[LD50]の約10倍)を用いて、腹腔内に攻撃感染した。生存を72時間モニターした(図8)。この攻撃感染は、生理食塩水で免疫化したマウスにおいて100%の死亡率をもたらしたが、Ty21a単独で免疫化したマウスにおいては50%死亡率しかもたらさなかった。これは、ELISAによって測定されたように、いくらかの防御を与える、Ty21aによって誘発される低レベルのS.dysenteriaeのLPS交差反応抗体が原因である可能性がある。また、Ty21によって与えられる低レベルの防御は以前に観察された(Noriegaら、1999、Infection and Immunity 67:782〜788)。組換え操作したワクチン株Ty21a−Sd及びTy21a−Sdlで免疫化されたマウスは、それぞれ、S.dysenteriaeの攻撃感染から100%及び70%防御された。
実施例9
Shigella flexneri2a及び3aのO抗原遺伝子の染色体組み込み
[0197]O抗原の抗原決定基に基づくと、14のS.flexneriセロタイプが存在する。セロタイプ6を除くすべてのS.flexneriセロタイプでは、すべてが、四糖N−アセチルグルコサミン−ラムノース−ラムノース−ラムノースの反復単位を含む共通の多糖骨格を有する(図9)。基本的なO抗原骨格は、セロタイプYと呼ばれる。O抗原骨格の生合成に関与する遺伝子は、gnd及びgalF遺伝子に隣接するrfbオペロン(約10kb)中に位置する。四糖中の異なる糖にグルコシル及び/又はO−アセチル基を付加することによるO抗原骨格の修飾は、異なるセロタイプを生じさせる。O抗原の修飾に関与する遺伝子は、テンペレートバクテリオファージでコードされている(Allisonら、2000、Trends in Microbiol 8:17〜23)。溶原性バクテリオファージSfIIでコードされた2つの遺伝子は、2aセロタイプ転換に必須であることが見出された。これらの遺伝子は、推定上のバクトプレノールグルコシルトランスフェラーゼをコードするbgt及び推定上のタイプII抗原決定グルコシルトランスフェラーゼをコードするgtrIIである(Mavrisら、1997、Mol Microbiol 26:939〜950)。
[0198]S.flexneri3bのO抗原は、O−アセチル修飾を含み、S.flexneri3aのO抗原は、O−アセチル修飾に加えてグルコシル修飾を含む。溶原性バクテリオファージSf6でコードされたoac遺伝子は、Yセロタイプからの3bセロタイプ転換に必須であることが見出された(Clarkら、1991、Gene 107:43〜52)。バクテリオファージSfxによってコードされるグルコシル化遺伝子クラスター(gtrA、gtrB及びgtrX)は、セロタイプYのXへの及びセロタイプ3bの3aへのO抗原修飾に関与する。グルコシル化遺伝子クラスターの最初の遺伝子gtrAは、細胞膜全体にわたる脂質連結グルコースの転位に関与する、小さな非常に疎水性なタンパク質をコードする。遺伝子gtrBは、UDP−グルコースから脂質担体へのグルコース残基の移行を触媒する酵素をコードし、gtrXは、O抗原反復単位の正確な糖残基上にグルコシル分子を結合させる最終ステップのための、バクテリオファージ特異的なグルコシルトランスフェラーゼをコードする(Guanら、1999、Mol Microbiol 26:939〜950)。
S.flexneri2a及び3aのO抗原遺伝子のpMD−TVへのクローニング
[0199]約10kbのrfbオペロンのクローニングは難易度が高かったので、KpnI及びXhoIを使用して、rfbオペロンの約6kbを低コピープラスミドpMD−TVにクローニングし(Dharmasenaら、2013、Intl J Med Microbiol 303:105〜113)、続いてXhoI及びBamHIを使用して、rfbオペロンの残りの4kBをクローニングした。S.flexneriの4kb及び6kbのO抗原遺伝子を、それぞれ、prMD3−2a.rfb.F−prMD16.R及びprMD18.rfb.5021.FprMD4−2a.rfb.Rプライマー対(以下の表F)を使用してS.flexneri2a2457のゲノムDNAからPCR増幅した。
[0200]得られた6kbのPCR産物及びpMD−TVプラスミドをKpnI及びXhoIで消化し、PCR精製し、ライゲーションして、pMD−TV.2a.6を構築し、続いて、4KbのPCR産物及びpMD−TV.2a.6をXhoI及びBamHIで消化して、pMD−TV−Yを構築した。
[0201]S.flexneri2aのO抗原を発現させるために、バクテリオファージSfIIでコードされたbgt−gtrIIを、S.flexneri2aのrfb領域の上流でpMD−TV−Yにクローニングした。最初に、bgt−gtrIIを、NotI及びBamHIを含むプライマー(prMD1−2agtr−F及びprMD2−2agtr−R、図9)を用いて、S.flexneri2a2457のゲノムDNAからPCR増幅した。得られたPCR産物及びpMD−TV−YをNotI及びBamHIで消化し、PCR精製し、ライゲーションして、pMD−TV−2aを構築した。
[0202]S.flexneri3aのO抗原を発現させるために、S.flexneri2aのrfb領域、バクテリオファージSf6でコードされたoac及びバクテリオファージSfXでコードされたgtrX、gtrA及びgtrBを、それらの同族プロモーターと共に、タンデムにpMD−TVベクターにクローニングした。SF6でコードされたoacを、NotI及びBamHI部位を含むプライマー(prMD47.3a.OAC.NotI及びprMD30.3a.BamHI.R、図9)を用いて、S.flexneri3aJ9のゲノムDNAからPCR増幅した。得られたPCR産物及びpMD−TV−YをNotI及びBamHIで消化し、PCR精製し、ライゲーションして、pMD−TV−3bを構築した。同様に、gtrX、gtrA及びgtrB遺伝子クラスターを、BamHI部位を含むプライマー(prMD120.sfx.bamHI.F及びprMD121.sfx.bamH.R、図9)を用いて、S.flexneri3aJ99のゲノムDNAからPCR増幅し、pMD−TV−3bのBamHI部位にクローニングして、pMD−TV−3aを構築した。すべての構築物を、PCR及び配列決定によって確認した。
プラスミドからのS.flexneri2a及び3aのO抗原の発現
[0203]それぞれE.coli及びTy21aにおける、pMD−TV−2a及びpMD−TV−3aからのS.flexneri2a及び3aのO抗原の発現を、スライド凝集反応及びウェスタンブロッティングによって確認した。E.coli又はTy21a中のpMD−TV−2aは、S.flexneriタイプII特異的抗血清と反応し(図10)、さらにS.flexneri3、4エピトープ特異的抗血清と凝集した。したがって、pMD−TV−2aは、安定なS.flexneri2aのO抗原の発現に必要とされる遺伝子のすべてを含む(Dharmasenaら、2012、Am Soc Microbiol mtg、San Francisco、CA)。
[0204]E.coli又はTy21a中のpMD−TV−3aは、S.flexneriタイプIII特異的抗血清と反応する(図10)。pMD−TV−3a株はまた、S.flexneri6及び7、8エピトープ特異的抗血清と凝集した。したがって、pMD−TV−3aは、安定なS.flexneri3aのO抗原の発現に必要とされる遺伝子のすべてを含む。
S.flexneriのO抗原遺伝子のTy21a染色体への組み込み
[0205]pMD−TV(pMD−TV−Y)にクローニングしたS.flexneriのO抗原Yセロタイプ骨格遺伝子を、tviDフォワード(prMD133.tviD.F)プライマー及びvexAリバース(prMD87.vexA.R.32bp)プライマーを用いるPCRの鋳型として使用した。tviD遺伝子の一部、FTR部位に隣接するKanカセット、S.flexneriのrfb遺伝子及びvexA遺伝子を含むPCR増幅した領域は、13,653bpであった。このPCR産物を、(Dharmasenaら、2013)に記載されているように、pKD46由来のλredタンパク質を発現するTy21aコンピテントセルに形質転換し、Kan耐性について選択した。組み込み部位の上流及び下流のプライマーprMD92及びprMD124を用いたPCRによって、約14.5Kbのバンドが生じた。(Dharmasenaら、2013)に記載されているようにKanrカセットを除去した後、抗生物質感受性の染色体組み込み体を、PCRによってKanカセットの欠失についてさらに解析し、プライマーprMD92及びprMD124から得られたPCR産物(株MD114/Ty21a−Y、約13Kbのバンド)を配列決定した。このPCRの配列を、S.flexneri2a2457(GenBank受託番号AE014073.1、完全なゲノム4,599,354bp、参考文献:Weiら、2003、Infect Immun 71(5):2775〜2786)と比較し、遺伝子rfbCの上流の遺伝子間領域において単一のAの挿入のみが検出され(図11)、これは、抗S.flexneri1〜6抗体を用いてウェスタンブロットにより確認すると、O抗原の発現に影響を及ぼさなかった。
[0206]S.flexneri2aの修飾酵素bgt及びgtrIIをTy21a−Yのrfbオペロンの上流に組み込むために、pMD−TV−2aを、tviDフォワードプライマー(prMD133.tviD.F)及びrfbオペロンリバースプライマー(prMD118.R.2aY)を用いるPCRの鋳型として使用した。tviD遺伝子の一部、FTR部位に隣接するKanカセット、S.flexneri2aの修飾酵素bgt及びgtrII並びにrfbオペロンの最初の約500bpを含むPCR増幅した領域は5,132bpであった。このPCR産物を、前の場合と同様に、λredタンパク質を発現するTy21a−Yコンピテントセルに形質転換し、Kan耐性について選択した。組み込み部位の上流及び下流のプライマーprMD92及びprMD124を用いたPCRによって、約17Kbのバンドが生じた。Kanカセットを除去した後、抗生物質感受性の染色体組み込み体を、PCRによってKanカセットの欠失についてさらに解析し、プライマーprMD92及びprMD124から得られたPCR産物(株MD194/Ty21a−2a、約15.5Kbのバンド)を配列決定した。このPCRの配列を、SFIIでコードされるbgt−gtrII領域及びS.flexneri2a2457のrfb領域と比較し、付加的な突然変異は見つからなかった。また、S.flexneri2aの発現を、S.flexneriタイプII特異的抗血清を用いてウェスタンブロットによって確認し、これによって、プラスミドによる発現と比較して弱い発現のみが示された(図12)。これは、Ty21−2a株のTy21a染色体中に組み込んだ1コピーのみのS.flexneri2aのO抗原生合成遺伝子と比較して、より多くのS.flexneri2aのO抗原を発現する複数コピーのプラスミド(細胞あたり約5)が原因であり得る(図12)。
[0207]同様に、S.flexneri3aの修飾酵素gtrX、gtrA及びgtrB遺伝子クラスター及びoacを、pMD−TV−3aをPCRの鋳型として使用して、上記のようにTy21a−Y株のrfbオペロンの上流に組み込んだ。λredを発現するTy21a−Yコンピテントセルに形質転換したPCR産物は6448bpであった。組み込み後に、組み込み部位の上流及び下流のプライマーprMD92及びprMD124を用いたPCRによって、約18.5Kbのバンドが生じ、Kanカセット(株MD194/Ty21a−3a)を除去した後、約17Kbのバンドが生じた。このPCRの配列を、バクテリオファージSf6でコードされたoac並びにバクテリオファージSfXでコードされたgtrX、gtrA及びgtrB並びにS.flexneri2a2457と比較し、付加的な突然変異は見つからなかった。また、S.flexneri3aの発現をS.flexneriタイプIII特異的抗血清を用いてウェスタンブロットによって確認し、これによって、S.flexneri2aのように、プラスミドによる発現と比較して弱い発現のみが示された(図12)。
bgt天然プロモーターとlppの置き換え
[0208]天然のbgtプロモーターを、高度に転写される恒常的に活性なプロモーターであるlppプロモーターと置き換えることによって、S.flexneri2aのLPSの発現を増大させることを試みた。Ty21a−sdl(S.dystenteriaeのO抗原生合成遺伝子がlppプロモーターから発現する)を、tviDフォワードプライマー及び150bpのbgt相同性延長部分を有するlppプロモーターリバースプライマー(表F)を用いるPCRの鋳型として使用した。PCR増幅した領域は、tviD遺伝子の一部、FTR部位に隣接するKanカセット、200bpのlppプロモーター及びbgt遺伝子の最初の150bpを含む。PCR産物をλredタンパク質を発現するTy21a−2a(MD194)コンピテントセルに形質転換し、上記のようにKan耐性について選択し、Kanカセットを除去し、配列決定し、Ty21a−2al(MD212)を構築した。S.flexneriタイプII特異的抗血清を用いたウェスタンブロットは、Ty21a−2al(MD212)はTy21a−2a(MD194)のものよりも高いS.flexneri2aのLPSを発現することを示すが、プラスミドによる発現(Ty21a pMD−TV−2a)よりまだ少ない(図13)。
[0209]新しい構築物を用いて動物実験を行うために、さらなる取り組みが行われている。
参考文献
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Claims (36)

  1. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella sonneiの1型O抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella sonneiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    前記Salmonella typhi Ty21a。
  2. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella sonneiの1型O抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella sonneiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    前記Salmonella typhi Ty21a。
  3. 該領域が、
    a)配列番号2に示されたDNA配列、
    b)配列番号2に示されたDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列、及び
    c)配列番号2に示されたDNA配列の機能的変異体であるDNA配列
    からなる群から選択されるDNA配列でコードされる、請求項1に記載のTy21a。
  4. Shigella種(Shigella dysenteriae、Shigella flexneri及びShigella boydii)、Escherichia coliセロタイプ、Salmonella enterica血清型、Vibrio choleraeセロタイプ、Enterobacter種、Yersinia種及びPseudomonas種からなる群から選択される細菌株由来のO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む、請求項1に記載のTy21a。
  5. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella dysenteriaeセロタイプ1のO抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella dysenteriaeの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    前記Salmonella typhi Ty21a。
  6. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella dysenteriaeセロタイプ1のO抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella dysenteriaeの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella Typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    前記Salmonella typhi Ty21a。
  7. 該領域が、
    a)配列番号33に示されたDNA配列、
    b)配列番号33に示されたDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列、及び
    c)配列番号33に示されたDNA配列の機能的変異体であるDNA配列
    からなる群から選択されるDNA配列でコードされる、請求項5に記載のTy21a。
  8. Shigella種(Shigella sonnei、Shigella flexneri及びShigella boydii)、Escherichia coliセロタイプ、Salmonella enterica血清型、Vibrio choleraeセロタイプ、Enterobacter種、Yersinia種及びPseudomonas種からなる群から選択される細菌株由来のO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む、請求項5に記載のTy21a。
  9. i)配列番号1に示されたDNA配列、又はii)配列番号1に示されたDNA配列と少なくとも約90%の配列同一性を有するDNA配列を有する、プラスミド構築物。
  10. Shigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む、請求項9に記載のプラスミド構築物。
  11. Shigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域をさらに含む、請求項9に記載のプラスミド構築物。
  12. 大きな抗原性遺伝子領域を細菌の染色体中に組換え操作する方法であって、
    i)以下:
    ia)5’及び3’がそれぞれFRT部位に隣接する遺伝的選択マーカー、
    ib)3’FRT部位の下流のマルチクローニング部位、及び
    ic)2つのうちの1つが5’FRT部位の上流に位置し、2つのうちの1つがマルチクローニング部位の下流に位置する、2つの染色体相同性部位
    を含むベクターに該領域をクローニングするステップ、
    ii)λred組換えを使用して、該領域を細菌の染色体に組み込むステップ、
    iii)遺伝的選択マーカーについて選択するステップ、並びに
    iv)選択マーカーを除去するステップ
    を含み、
    このようにして該領域を染色体中に組換え操作する、前記方法。
  13. 抗原性遺伝子領域が約5から約20kbの長さである、請求項12に記載の方法。
  14. ベクターが、プラスミド、ファージ、ファスミド及びコスミド構築物からなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
  15. プラスミド構築物が請求項9に記載の構築物である、請求項14に記載の方法。
  16. 細菌の染色体がSalmonella typhi Ty21aである、請求項12に記載の方法。
  17. 遺伝的選択マーカーが抗生物質耐性マーカーである、請求項12に記載の方法。
  18. 抗生物質耐性マーカーがカナマイシンである、請求項17に記載の方法。
  19. 抗原性領域がShigella sonneiのO抗原生合成遺伝子領域である、請求項12に記載の方法。
  20. 抗原性領域がShigella dysenteriae1のO抗原生合成遺伝子領域である、請求項12に記載の方法。
  21. 抗原性領域がShigella flexneri2aのO抗原生合成遺伝子領域である、請求項12に記載の方法。
  22. 抗原性領域がShigella flexneri3aのO抗原生合成遺伝子領域である、請求項12に記載の方法。
  23. 該領域が、ステップiiの前に、約500から約1000bpの細菌の染色体相同性領域同士の間に操作して入れられる、請求項12に記載の方法。
  24. カナマイシン耐性遺伝子がpCP20での形質転換の後に誘導される組換えを介して除去される、請求項18に記載の方法。
  25. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri2aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella flexneri2aのO抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella flexneri2aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    前記Salmonella typhi Ty21a。
  26. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri2aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella flexneri2aのO抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella flexneri2aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    前記Salmonella typhi Ty21a。
  27. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri3aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に又はなしで異種のShigella flexneri3aのO抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella flexneri3aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    Salmonella typhi Ty21a。
  28. Salmonella typhi Ty21a染色体に挿入されたShigella flexneri3aのO抗原生合成遺伝子領域を含むSalmonella typhi Ty21aであって、
    a)同種のSalmonella typhiのO抗原と共に異種のShigella flexneri3aのO抗原が安定して発現され、
    b)毒性Shigella flexneri3aの攻撃感染に対して免疫防御が誘発され、
    c)毒性Salmonella typhiの攻撃感染に対して免疫防御が誘発される、
    Salmonella typhi Ty21a。
  29. 請求項1〜8及び25〜28のいずれか一項に記載のSalmonella typhi Ty21aを生理学的に許容可能な担体と組み合わせて含む、組成物。
  30. 請求項1〜8及び25〜28のいずれか一項に記載のSalmonella typhi Ty21aを生理学的に許容可能な担体と組み合わせて含むワクチン。
  31. 少なくとも1つの細菌性感染を予防又は治療する方法であって、予防的又は治療的有効量の請求項1〜8及び25〜28のいずれか一項に記載のSalmonella typhi Ty21aを対象に投与して、少なくとも1つの細菌性感染を予防又は治療するステップを含む、前記方法。
  32. 遺伝子領域が部分的に又は完全に化学合成される、請求項1〜8及び25〜28のいずれか一項に記載のSalmonella typhi Ty21a。
  33. DNA配列が部分的に又は完全に化学合成される、請求項9に記載のプラスミド構築物。
  34. タンパク質−LPSコンジュゲート生成物を化学的に製造するために設計されている細菌株での、O抗原生合成遺伝子領域の使用。
  35. 全細胞細菌ワクチンにおいて使用するための、請求項12〜24のいずれか一項に記載の方法。
  36. 弱毒化された生きたSalmonella株、Shigella株、Listeria株、Yersinia株、Escherichia coli株、Enterobacteriaceae株、原生動物株、又は別のベクター化生ワクチンにおいて使用するための、請求項12〜24のいずれか一項に記載の方法。
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