JP2018023367A - 転写因子デコイ - Google Patents

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Abstract

【課題】抗生物質に対する感受性を含む、原核生物の細胞生存能力表現型を変化させる方法および組成物の提供。
【解決手段】結合部位は遺伝子に機能的に結合しておらず、標的転写因子は、WhiB7、YycG/YycF、Sigma54(もしくはSigA)、Fur、TcdR、Vfr、NtrC、ArsR、TcaA、AgrA、WalR、sigB、Ksig、もしくはfhu、またはこれらのいずれかの機能的変異体もしくはホモログから選ばれ、標的転写因子は、細胞の必須遺伝子のレギュレーター、あるいは細胞の適応機構、細胞の固有の抗生物質耐性機構、細胞のビルレンス因子、細胞のストレス機構のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子を発現させるためのレギュレーターを含み、二次構造の少なくとも1つのエレメントを含む、標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチド。
【選択図】なし

Description

本発明は、転写因子デコイ配列を用いて、原核生物、特に病原菌の表現型を修飾するための方法および組成物に関する。
本願は、2008年10月3日に出願の米国仮出願番号第61/102,414号、2008年10月3日に出願の国際特許出願番号第PCT/GB2008/003353号、2009年4月4日に出願の米国仮出願番号第61/167,592、および2009年4月4日に出願の英国特許出願番号第09069130号に関連し、これら文献の内容は全体として参照により本書に援用される。
細菌増殖の制御およびビルレンスの制御は、特に医学的および獣医学的用途において、深刻化する課題となっており、公衆衛生にとっての大きな問題になり得る。病原菌に対する抗生物質の使用は当技術分野では周知である。しかしながら、かかる抗生物質の広範な使用は、少なくとも1種、そして場合によっては複数種の抗生物質に対する耐性を有する細菌の出現をもたらした(いわゆる多剤耐性菌)。発見されたり研究中であったりする抗生物質の数は低減しているので状況は悪化している。事実、抗生物質耐性は、抗菌研究にとって大きな問題であり、市販の抗生物質や現在開発中の抗生物質の有効性に対する脅威である。それゆえ、細菌の蔓延および感染に対処するために使用することができる新規な抗菌剤が必要とされている。
例えば、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)は、皮膚感染から中毒性ショックによる致命的な敗血症までの広範な重篤度で多くのヒトおよび動物の病気を引き起こす、世界的な大きな健康問題である(Lowy、「New Engl.J.Med.」(1998年)339:520〜532)。推定では、人口の20%が、軟部組織感染において黄色ブドウ球菌のキャリアであり(多くの場合は臨床的特徴に気付かない)、そこから黄色ブドウ球菌は身体に浸透でき血液そしてその後は骨や心臓組織に感染する(GordonおよびLowy、「Clin.Infect.Dis.」(2008年)40(S5):S350〜9)。元来細胞外の病原と考えられたが、細胞間に存続することにより、黄色ブドウ球菌が抗菌作用またはマクロファージ取り込みを回避することができることを示唆する実質的証拠が明らかになっており(GarzoniおよびKelley、「Trends Microbiol.」(2009年)17:59〜65)、その治療が複雑になる可能性がある。抗生物質への最初の暴露以来、多剤耐性菌株が臨床においてごく当たり前であるほどにまで、耐性機構が獲得されるかまたは発達しており(Hawkey、「J.Antimicrob.Chemother.」(2008年)62(S1):i1〜9)、これにより治療の選択肢がさらに制限されている。
黄色ブドウ球菌がこれほど万能な病原である理由はいくつかある。黄色ブドウ球菌は、宿主の免疫反応を逃れる機構を有する(Foster、「Nat.Rev.Microbiol.」(2005年)3:948〜958)、黄色ブドウ球菌は、様々なビルレンス決定因子を産生することができる(Novick、「Mol.Micro.」(2003年)48:1429〜1449)、黄色ブドウ球菌は、宿主組織を異化する能力を有する(Vojtovら(2002年)「Proc.Natl.Acad.Sci.USA」99:10102〜10107)、黄色ブドウ球菌は、宿主中でみられる栄養素が制限され酸素の無い環境に容易に適応することができる(Haselbeckら、「Curr.Pharm.Des.」(2002年)8:1155〜1172)。これらプロセスの多くが転写レベルで制御され、それら自体は現在は従来の抗生物質の標的にはなっていない(従来の抗生物質はほとんど、細胞壁合成、タンパク質合成、またはDNA合成に作用する)。
化膿連鎖球菌(Streptococcus pyogenes)(A群連鎖球菌:GAS)の感染は、通常、様々な抗生物質を用いて治療することができる。早期治療は、侵襲性のA群連鎖球菌感染症による死亡リスクを低減させ得る。しかしながら、最善の医療をもってしてもあらゆる場合に死亡を防げるわけではない。重症患者には、集中治療室での支持療法が必要である場合がある。壊死性筋膜炎の患者には、損傷組織を取り除くために、多くの場合に手術が必要である。マクロライド系抗生物質に耐性のある化膿連鎖球菌株が出現しているが、どの株もペニシリンに一様に感受性を維持している。
ペニシリンおよび他のベータラクタムに対する肺炎連鎖球菌(Streptococcus pneumoniae)の耐性が世界中で増加している。耐性の主要機構は、ペニシリン結合タンパク質をコードする遺伝子における変異の導入を伴う。選択圧が重要な役割を果たすと考えられβ−ラクタム系抗生物質の使用が、感染およびコロニー形成のリスク因子とされている。肺炎連鎖球菌は、肺炎、菌血症、中耳炎、脳膜炎、副鼻腔炎、腹膜炎、および関節炎の原因である。
ペニシリン耐性淋病と同様に、肺炎連鎖球菌(肺炎球菌として一般に知られる)が原因のペニシリン耐性の肺炎は、1967年に最初に検出された。ペニシリン代替物に対する耐性は、黄色ブドウ球菌以上であることも知られている。1993年までには大腸菌(Escherichia coli)は、5種類のフルオロキノロン変異体に耐性があった。結核菌(Mycobacterium tuberculosis)は、通常、イソニアジドおよびリファンピンに耐性があり、場合によっては一般的な治療には全般的に耐性がある。ある程度の耐性を示す他の病原としては、サルモネラ菌(Salmonella)、カンピロバクター菌(Campylobacter)、および連鎖球菌(Streptococci)が挙げられる。
エンテロコッカス・フェシウム(Enterococcus faecium)は、医療施設で発見された別のスーパーバグ(超強力な細菌)である。ペニシリン耐性腸球菌は1983年に発見され、バイコマイシン耐性腸球菌(VRE)は1987年に発見され、リネゾリド耐性腸球菌(LRE)は1990年代後半に発見された。
緑膿菌(Pseudomonas aeruginosa)は非常に蔓延している日和見病原菌である。緑膿菌の最も厄介な特徴の1つは、その低抗生物質感受性である。この低感受性は、染色体にコードされる抗生物質耐性遺伝子を有する多剤排出ポンプ(例えば、mexAB−oprM、mexXYなど)と細菌の細胞性エンベロープの低透過性との共同作用に起因する。内因性の耐性に加えて、緑膿菌は、染色体にコードされる遺伝子における変異や、抗生物質耐性決定因子の遺伝子水平伝播により容易に獲得耐性を生じる。緑膿菌分離株による多剤耐性の発生は、抗生物質耐性遺伝子の種々の変異および/または水平伝播の獲得を含むいくつかの異なる遺伝的事象を必要とする。超変異は、慢性感染症をもたらす緑膿菌株における変異によって駆動される抗生物質耐性の選択に有利に働く一方で、インテグロンにおけるいくつかの異なる抗生物質耐性遺伝子のクラスター化は、抗生物質耐性決定因子の共同獲得に有利に働く。最近の研究のいくつかでは、生物膜形成または小型コロニー変種の出現に関連した表現型耐性は、抗生物質による治療に対する緑膿菌集団の応答において重要である可能性があることを示している(Cornelis P.(編集者)「Pseudomonas:Genomics and Molecular Biology」(第一版)(2005年)Caister Academic Press)。
クロストリジウム・ディフィシレ(Clostridium difficile)は、世界中の病院において下痢の原因となる院内病原菌である。クリンダマイシン耐性クロストリジウム・ディフィシレは、1989年〜1992年にニューヨーク、アリゾナ、フロリダ、およびマサチューセッツの病院で下痢の大発生の原因病原体として報告された(Johnson S.ら、「New England Journal of Medicine」(1999年)341:1645〜1651)。地理的に離れた場所でのシプロフロキサシンおよびレボフロキサシンなどのフルオロキノロン系抗生物質に耐性のあるクロストリジウム・ディフィシレ株の発生も2005年に北米で報告された(Loo V.ら、「N.Engl.J.Med.」(2005年)353(23):2442〜9)。
大腸菌およびサルモネラ菌は、汚染された食品から直接やってくる。大腸菌で汚染された肉では、大腸菌の80パーセントは、製造されている1種以上の薬剤に対して耐性があり、抗生物質抵抗性の膀胱感染症を引き起こす(「HSUSファクトシート」)。サルモネラ菌は、1970年代に初めてヒトにおいて発見され、場合によっては9種類もの異なる抗生物質に対して耐性がある(「HSUSファクトシート」)。両方の細菌が蔓延すると、重大な健康被害がある。毎年多くの人々が感染して入院し、結果的にいくらかの人々は死亡する。
2004年11月5日に、疾病対策予防センター(CDC)は、イラク/クウェート地域やアフガニスタンで負傷した軍人が治療を受ける軍事医療施設の患者にアシネトバクター・バウマンニ(Acinetobacter baumannii)の血流感染が増加していることを報告した。これらのうちのほとんどは多剤耐性を示し、分離株のいくつかはすべての薬剤に耐性を示した。
DNAをベースとする治療薬は、生存能力または病原性に必須の遺伝子標的に作用するように設計された新規なクラスの抗菌剤を構成する。かかる治療薬は、可能性として多くの病原菌に対して適用可能であり、標的部位の修飾を通した当該治療薬に対する耐性の発生は、可能性が非常に低い事象であると期待されている。さらに、当該薬剤は、可能性として、迅速な開発時間という利点や多数の新規かつ耐性のない標的に同時に作用するという利点を有する。
DNAをベースとする治療薬は、既存の治療剤の限界を克服する可能性を有している。というのも、DNAをベースとする治療薬は、抗生物質耐性機構の発現を防ぐことによるかまたは必須遺伝子もしくは適応性のある遺伝子を下方制御することにより増殖を阻害することによって、可能性としてどのような病原菌も治療するように設計できるからである。さらに、細菌は、当該薬剤に対する耐性を生じる可能性はない。というのも、耐性を生じるには、転写因子およびその同族結合部位の両方に影響を与える変異を同時に必要とするからである。これは、とりわけ、いくつかの必須遺伝子を制御する薬剤対して当てはまることである。
転写因子デコイ(TFD)は、そのようなDNAをベースとした治療薬の一つである。デコイオリゴヌクレオチドは、転写因子の結合部位を模倣し、転写因子がその同族ゲノム標的に結合するのを阻止するように設計され、結果として遺伝子発現が修飾される(MannおよびDzau、「J.Clin.Investigation」(2000年)106:1071〜1075)。
新規なクラスの治療剤として機能する可能性がデコイオリゴヌクレオチドの開発に拍車をかけ、その有用性は主に真核細胞系において実証されている(MannおよびDzau(2000年))。この目的のため、デコイオリゴヌクレオチドは、転写因子EF2がラットにおける平滑筋増殖を抑制することを実証するため(Morishitaら、「Proc.Natl.Acad.Sci.」米国(1995年)95:5855〜5859)、STAT3が仲介する癌の増殖をブロックするため(Leongら、「Proc.Natl.Acad.Sci.」米国(2003年)100:4138〜4143)、ならびにcAMP応答エレメントの標的化がインビボでの癌の増殖を制御することができることを示すため(Parkら、「J.Biol.Chem.」(1999年)274:1573〜1580)に使用されている。
TFDは、DNAをベースとする他の治療薬と比べて明確な利点がある。TFDの作用機序は単純である。TFDは、転写因子を隔離することにより遺伝子発現を制御して、細胞を多数の特異的結合配列のコピーであふれかえらせることによって転写因子がプロモーターに結合するのを阻止する(したがって、「デコイ」という言葉になる)。これは、mRNAの複雑な二次構造のために標的を明確にすることが難しいアンチセンス戦略とは対照的である。アンチセンス手法と比べて、TFDは、迅速に作用して、遺伝子の発現を阻止する一方で、アンチセンス手法は、発現の結果に対処するというように、TFDにはさらなる利点がある。その結果、TFDははるかに低い濃度で効果がある。というのも、TFDと転写因子との単一の相互作用が、単一の遺伝子の転写をブロックすることができるのからである(さもなければアンチセンス手法の標的となる何千ものmRNAのコピーが生じ得る)。
本発明者らの知る限り、原核生物におけるデコイの使用に関しては2つの報告がある。1つ目は、シアノバクテリア(Cyanobacterium)におけるリブロース1,5,−二リン酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(rbc)遺伝子発現のCO調節を変化させるために、rbc遺伝子のプロモーターにおけるATを多く含む成分を模倣するように設計されたATを多く含むデコイオリゴヌクレオチドが使用された(Onizukaら、「FEBS Lett.」(2003年)542:42〜46)。
2つ目の報告では、抗生物質アクチノロージンの産生の経路特異的活性剤をコードするS.セリカラー(S. coelicolor)A3(2)におけるactII−orf4のプロモーター中の新規なシス調節配列を同定するために、デコイオリゴヌクレオチドが使用された(McArthurおよびBibb、「PNAS」(2008年)105:1020〜1025)。
Onizukaら、「FEBS Lett.」(2003年)542:42〜46) McArthurおよびBibb、「PNAS」(2008年)105:1020〜1025)
このような背景において本発明が考案された。
本発明者らは、細胞の生存能力を変化させるため、原核生物における細胞経路、応答、および耐性機構の調節を破壊するためのTFD技術を使用した。例えば、当該方法は、抗生物質耐性表現型、環境条件に対する細胞の適応応答、細胞ビルレンス、および細胞の必須代謝のうち1つ以上を変化させるために使用され得る。そうすることで、本発明者らは、細菌感染を治療しかつ細菌増殖を抑える手段を提供した。
したがって、1つの態様では、本発明は、原核細胞の生存能力を低減させるための、転写デコイ因子(TFD)の使用にある。
特に、本発明は、原核細胞の生存能力を低減させる方法を包含し、当該方法は、
(a)標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチド(デコイ配列)を提供すること、
(b)1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した上記転写因子の結合部位を含む原核細胞に上記デコイポリヌクレオチドを導入すること、を含み、
上記デコイポリヌクレオチドの導入は、上記細胞における上記結合部位への上記標的転写因子の結合を低減させ、上記機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子の発現を変化させ、かつ
上記標的転写因子は、
(i)細胞の適応応答、
(ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
(iii)細胞のビルレンス因子、
(iv)細胞のストレス応答、もしくは
(v)細胞の必須遺伝子、のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子の発現のレギュレーターを含む、方法である。
別の態様では、本発明は下記のものを提供する。
・原核生物の抗生物質感受性を増加させる方法であって、当該方法は、
(a)標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチド(デコイ配列)を提供すること、
(b)1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した上記転写因子の結合部位を含む原核細胞に上記デコイポリヌクレオチドを導入すること、を含み、
上記デコイポリヌクレオチドの導入は、上記細胞における上記結合部位への上記標的転写因子の結合を低減させ、上記機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子の発現を変化させ、これにより上記細胞の抗生物質感受性を増加させ、かつ
上記標的転写因子は、
(i)細胞の適応応答、
(ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
(iii)細胞のビルレンス因子、
(iv)細胞の必須遺伝子、のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子の発現のレギュレーターを含む、方法である。
本発明はまた下記のものも提供する。
・標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチドであって、
上記結合部位は、遺伝子に機能的に結合しておらず、かつ
上記標的転写因子は、
(i)細胞の適応応答、
(ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
(iii)細胞のビルレンス因子、
(iv)細胞の必須遺伝子、のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子の発現のレギュレーターを含む。
標的転写因子は、次のものから選ばれてもよい。WhiB7(配列番号5および9)、FabB(配列番号6)、LytM(配列番号7)、Ssa(配列番号8)、FadR(配列番号10)、YycG/YycF(配列番号11および12)、Sigma54(またはSigA)(配列番号13および14)、Fur(配列番号15、16および17)、TcdR(配列番号18)、Vfr(配列番号19、20および21)、NtrC(配列番号22)、ArsR(配列番号:23および24)、TcaA(配列番号25)、AgrA(配列番号26および27)、WalR(配列番号44、45、48、49および57)、sigB(配列番号58)、またはKsig(配列番号59および60)、あるいはそのいずれかの機能的変異体またはホモログ。
本発明はまた、2つ以上の標的転写因子の2つ以上の結合部位を含む上記のようなデコイポリヌクレオチドを提供する。
・遺伝子に機能的に結合していない標的転写因子の結合部位を含む外因性デコイポリヌクレオチド、を含む細胞であって、当該細胞は、1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した当該転写因子の結合部位を含み、かつ当該標的転写因子は、
(i)細胞の適応応答、
(ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
(iii)細胞のビルレンス因子、
(iv)細胞の必須遺伝子、のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子の発現のレギュレーターを含む。
・本発明のデコイポリヌクレオチドを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて投与することを含む、被験体の細菌感染の治療方法。
・殺菌する、細菌増殖を阻害する、または細菌ビルレンスを低減させる生体外方法であって、本発明のデコイポリヌクレオチドを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて適用することを含む、方法。
・本発明のデコイポリヌクレオチドと、薬学的に許容される賦形剤または担体とを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて含む、医薬組成物。
・本発明のデコイポリヌクレオチドを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて含む、殺菌剤組成物。
・本発明のデコイポリヌクレオチドを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて含む、洗浄組成物。
・本発明のデコイポリヌクレオチドと、1種以上の抗生物質および/または抗菌剤とを含むキットであって、上記デコイと上記1種以上の抗生物質および/または抗菌剤とは、殺菌、細菌増殖阻害、細菌ビルレンス低減のために組み合わせて使用される、キット。
・原核細胞の病原性の低減方法であって、
(a)標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチドを提供すること、
(b)1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した上記転写因子の結合部位を含む原核細胞に上記デコイポリヌクレオチドを導入すること、を含み、
上記デコイポリヌクレオチドの導入は、上記細胞における結合部位への上記標的転写因子の結合を低減させ、上記機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子の発現を変化させ、これにより細胞ビルレンスを低減させ、かつ
上記標的転写因子は、
(i)細胞の適応応答、
(ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
(iii)細胞のビルレンス因子、
(iv)細胞の必須遺伝子、のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子の発現のレギュレーターを含む、方法である。
・標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチドであって、当該結合部位は、配列番号57、配列番号58、または配列番号60に示す配列を有する、デコイポリヌクレオチド。
・細菌感染の治療における、配列番号57、配列番号58、または配列番号60の配列を含むデコイポリヌクレオチドの使用。
一般に、転写因子デコイ(TFD)配列(またはデコイ配列)は、細胞における転写因子への結合に関連して、細胞における未変性のシス調節配列または内在性のシス調節配列を含むかまたはそれらと競合する同族転写因子の結合部位を含む。シス調節配列を含む適切な宿主細胞へ導入されると(本明細書に記載の方法や他の方法により)、デコイ配列は、同族転写因子への結合をめぐって細胞中でシス調節配列と競合する。かかる競合によって、細胞中のシス調節配列への転写因子の結合が低減され、シス調節配列への転写因子の結合によって発現が調節される遺伝子の発現が変化する。本明細書では、デコイ機能は、この様式で同族転写因子への結合をめぐってシス調節配列と競合する配列の能力を指す。
シス調節配列またはシス調節エレメントは、一般に、1個のまたは複数個の遺伝子の転写開始部位の上流(5’)または下流(3’)に存在し、当該1個のまたは複数個の遺伝子の発現を調節するように機能するヌクレオチド配列を指す。典型的には、シス調節配列は、タンパク質(転写因子)の結合部位を含み、当該タンパク質の結合は、所与の遺伝子の転写を調節する。当該配列へのタンパク質の結合は、遺伝子の発現の直接的または間接的な修飾をもたらす。例えば、結合したタンパク質は、転写のために必要とされる近傍の領域に結合したもう一つのタンパク質と相互作用し正しい位置にタンパク質を固定し得るか、または転写に必要な別のタンパク質の結合を阻害し得る。典型的には、シス調節配列またはシス調節エレメントは、遺伝子のプロモーター領域中に存在するが、原核生物においては、シス調節配列またはシス調節エレメントが影響を与える遺伝子の何百塩基対も上流または下流に位置するのは珍しいことではない。
シス調節配列は、抑制的(転写因子が結合した場合に遺伝子の転写を阻害または低減させる)、または活性的(転写因子が結合した場合に遺伝子の転写を活性化または増加させる)であり得る。したがって、シス調節配列と結合する転写因子は、負のエフェクター(リプレッサータンパク質)または正のエフェクター(アクチベーター)であり得る。
デコイポリヌクレオチドまたはデコイ配列の標的配列は、デコイポリヌクレオチドまたはデコイ配列が転写因子の結合をめぐって競合する細胞転写因子結合部位を指す。同様に、標的レギュレーターは、デコイ配列が結合する転写因子である。デコイ配列の標的遺伝子は、細胞転写因子結合部位に機能的に結合した遺伝子である。したがって、デコイ配列は、標的遺伝子の発現の調節を破壊する。
本発明者らは、原核生物の表現型、特に細菌の病原性に対しておよび細菌感染への取り組みに対して関連性のある表現型を変化させるためにデコイを使用した。特に、本発明者らは、細胞をより死滅させやすくまたは増殖阻害されやすくするため、および/または厳しい条件下で生存能力を低下させるため、および/またはビルレンスを低下させるために、細胞経路、応答、および耐性機構の発現を破壊するようにデコイを使用した。
1つの態様では、本方法は、例えば、一般的な条件下で、細胞の生存能力を低下させるために遺伝子の発現を破壊する。例えば、細胞は、抗生物質に対する感受性の増加、ストレス応答の低下、ビルレンス応答の低下、および/または必須遺伝子の発現の破壊により生存能力が低減し得る。本方法は、細胞の防御もしくは生存システムおよび/またはビルレンスシステムを弱体化するためにデコイを使用し得る。本方法は、細胞死に対して細胞をより脆弱にし、かつ/または増殖もしくは病原性を阻害し得る。したがって、1つの態様では、本デコイは、殺菌効果または静菌効果をもたらし得る。
例えば、1つの態様では、本発明者らは、原核生物、特に細菌(特に病原菌)の抗生物質感受性表現型を変化させるためにデコイを使用した。1つの態様では、感受性の増加は、1種類の抗生物質または抗生物質のクラスに特異的ではない。1つの態様では、感受性の増加は、任意の1種類の抗生物質または抗生物質のクラスの構造および/または機構に特異的ではない。1つの態様では、広範な抗生物質または抗生物質のクラスに対する感受性が増加する。
1つの態様では、感受性の増加は、アミノグリコシド(カナマイシンなど)、カルバペネム(メロペネムなど)、セファロスポリン(セフェピムなど)、糖ペプチド(バンコマイシンおよびダプトマイシンなど)、ペニシリン(アンピシリン、カルベニシリン、およびペニシリンなど)、ポリペプチド系抗生物質(ポリミキシシンBなど)、キノリン(レバクインなど)、スルホンアミド(バクトリムなど)、テトラサイクリン(テトラサイクリンなど)、ならびにクロラムフェニコール、リファンピシン、ザイボックスから選ばれる任意の1種類の抗生物質または抗生物質のクラスに特異的ではない。
本明細書に記載のデコイ法はまた、細胞の適応応答または細胞のビルレンスなどの表現型を変化させるために使用することができる。当該方法はまた、例えば、所与の培養条件または生理的条件下(例えば、栄養素が制限された)での、必須遺伝子の細胞発現および細胞生存を変化させるために使用してもよい。
一般に、上記方法は、細菌感染および関連疾患を標的とする新規な手段を提供する。これは、抗生物質の影響を強めることによるか、または細菌に対する直接的な阻害作用、例えば、増殖阻害または生存阻害、ビルレンス決定因子の発現の阻害、必須遺伝子の発現の阻害による場合がある。したがって、TFDは、それ自体で、抗生物質または抗菌剤として作用し得る。1つの態様では、上記方法は、細胞の生存能力を決定する遺伝子の発現を破壊するデコイを使用する。
上記のように、本方法は、細胞経路、応答、および耐性機構の調節を破壊するためにデコイを使用する。場合によっては、これは、グローバルな調節分子の結合を標的とすること伴う。標的遺伝子は、抗生物質に応答して調節されるものであってもよい。
標的としては、内因性の多剤耐性機構を含む内因性の抗生物質耐性機構のレギュレーターを挙げることができる。内因性機構は、例えば、抗生物質が細胞から除去される速度を増加させることによるか、または細胞壁の透過性または浸透性を低減させることにより、抗生物質などの薬剤に対する物理的障壁をもたらし得る。内因性機構は、細胞質に侵入した抗生物質に対する耐性をもたらし得る。内因性耐性機構は、ストレスや本明細書に記載の他の条件などの環境条件に応答して誘導され得る。場合によっては、内因性耐性機構をコードする遺伝子の発現は、抗生物質に応答して調節される。例えば、当該遺伝子は、発現が抗生物質に応答して異なって調節される、生理的役割を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。内因性耐性において役割を果たすタンパク質をコードする遺伝子は、例えば、排出ポンプ、または細胞壁の組成もしくは密度または細胞壁代謝を決定するタンパク質をコードし得る。1つの態様では、標的遺伝子は、例えば、抗生物質の構造または機構の点で抗生物質に特異的でないかまたは抗生物質のクラスに特異的でない耐性機構をコードする。
標的としては、細胞の適応応答のレギュレーターを挙げることができる。典型的には、当該標的は、環境条件(例えば、厳しい環境条件)に対する適応応答である。当該標的の例としては、酸化ストレス応答または過酸化ストレス応答などのストレス応答、栄養素の欠如(例えば、窒素制限)に対する応答、毒素(例えば、高鉄分状態などの金属毒)に対する応答、高酸度(低pH)状況に対する応答が挙げられる。したがって、標的としては、ストレス応答遺伝子のレギュレーター、金属調節タンパク質、および窒素固定遺伝子のレギュレーターを挙げることができる。
細胞適応遺伝子は、その発現が環境要因により決定され、細菌がその環境で生存し病気の原因となる能力に影響を及ぼす遺伝子である。例えば、細菌は、宿主内に見られる低鉄分濃度条件に適応する必要がある場合があり、鉄を隔離し細胞内へ取り込むことができるタンパク質を発現する一連の遺伝子を誘導することによって、このような条件に適応し得る。これはまた、バイオフィルムの形成、細胞壁生理機構、および一次代謝の変化を含むことになる。
ストレス応答遺伝子は、細胞適応遺伝子のクラスを形成する。一連の遺伝子の数には限りがあり、そのすべてまたはいくらかが広範なストレスに応答して誘導される。ストレスとしては、物理的要因(温度変化、酸性度、低酸素)、生物的要因(宿主または他の細菌に応答して)、および化学的要因(抗生物質を用いた治療など)を挙げることができる。
また、生理的条件に対する応答を挙げることもできる。したがって、標的としては、病原性遺伝子または毒素などのビルレンス因子の発現のレギュレーターを挙げることができる。また標的として、バイオフィルム形成および栄養素(例えば、鉄)捕捉を決定するタンパク質のレギュレーターが挙げられる。
ビルレンス因子の遺伝子は、毒素などの、病気の原因となる細菌からの特異的分子の産生を制御するか、または細菌が生存し病気の原因となる能力に影響を与える宿主からの応答を誘発する遺伝子である。
また標的としては、必須遺伝子のレギュレーターが挙げられる。これは、その発現が、一般的な環境条件において細胞生存に不可欠な遺伝子である。例えば、標的は、DNA複製、一次代謝経路、脂肪酸合成、または細胞分裂に必要とされるタンパク質をコードする遺伝子のレギュレーターであってもよい。
必須遺伝子は、細菌が任意の環境中で生存するために必要とされる遺伝子である。
しばしば、細胞においては、上記の系は重複する。したがって、1種の調節タンパク質が、環境ストレスに応答してビルレンス因子をコードする遺伝子の発現および細胞壁代謝を調節する場合がある。別の例では、調節タンパク質は、特定の環境条件下(例えば、栄養素不足)にある細胞にとって必要な遺伝子の発現を制御し得る。
1つの態様では、本方法は、その発現の調節が、一般に、抗生物質(例えば、1種より多い抗生物質または1より多い抗生物質のクラス)の存在下で細胞が生存する能力を決定する遺伝子を標的にしてもよい。
抗生物質耐性遺伝子の例は、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に開示されている。本明細書に記載のものなどのデコイは、抗生物質耐性を変化(例えば、増加)させるために、ベータラクタマーゼ、排出ポンプ(例えば、図1のもの)、アミノグリコシド修飾酵素、またはermB遺伝子をコードするPCT/GB2008/003353中の任意の1個以上の遺伝子を標的とするために使用されてもよい。実際、デコイは、1より多い遺伝子もしくは転写因子および/または1より多い菌株に作用するために標的とされる2つ以上の配列を含んでもよい。例えば、デコイは、グラム陰性菌およびグラム陽性菌からのSig結合セットを含んでもよい。
TFDは、様々な細菌感染が人の体内のどの部分で起こっても、その治療のために使用され得る。細菌感染の5つの一般的な領域を記載することができる。気道感染症が、最も一般的であり、耳、喉、および副鼻腔を含む上気道の感染症が、局所適用またはエアゾール製剤で治療することができる。下気道の感染症としては、肺炎(様々な病原菌により引き起こされる)、気管支炎、および嚢胞性繊維症の感染合併症が挙げられる。地域医療や病院医療の両方における共通の問題は、尿路感染症であり、尿が感染し、抗菌剤を、膀胱、前立腺、尿管、および腎臓に入れる必要がある。細菌が粘膜侵入または毒素産生のいずれかにより病気を引き起こす場合(その一例はコレラの流行である)、腸は感染症(消化管感染症の例)に弱く、抗生物質は、使用される場合、口から摂取されるか、静脈内投与される。局所適用により治療することができる皮膚軟部組織感染症は、外傷や火傷の後によくみられ、微生物のコロニー化や移入が起こり、局所化したまたは組織に迅速に広がった感染症の両方をもたらす。皮膚感染症の原因である微生物は、多くの場合、表皮感染(とびひ)、蜂巣炎(血液にまで及び得るより多くの深部への感染症)、および壊死性筋膜炎(多くの場合生命を脅かす急速進行性の感染症)を引き起こす化膿連鎖球菌などの皮膚の正常細菌叢から生じる。最後に、細菌性髄膜炎などの中枢神経系の感染症は、病原菌が血液脳関門を通過しているので、治療剤も血液脳関門を通過しなければならず、恐らく最も治療が困難である。
デコイは、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載のように調製および試験されてもよい。
本方法を検討する場合、上記の態様の任意の1つ以上が組み合わされてもよい。
本方法は、原核生物における遺伝子発現を破壊するためにデコイポリヌクレオチドを使用する。デコイポリヌクレオチドは、転写因子結合部位(デコイ配列)を含む。一般に、本方法では、デコイポリヌクレオチドは、転写因子の結合部位を含むシス調節配列に機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子を含む標的細胞へ導入される。上記ポリヌクレオチドは、細胞結合部位から転写因子をタイトレーションし、細胞において機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子の発現の調節を破壊する。遺伝子発現の変化は、細胞表現型の変化をもたらす。
本方法を使用して標的とされ得る転写因子および遺伝子としては、本明細書および同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載のものが挙げられる。具体例はとしては、図2にも記載されている下記のレギュレーターおよび調節配列が挙げられる。
特定のレギュレーターそれぞれへの言及には、記載の種のレギュレーターおよびそれと同族のすべての種のレギュレーターへの言及が含まれる。各標的に関して、未変性の結合部位および/またはコンセンサス結合配列が示されている。レギュレーターを標的とするデコイ配列は、表示の未変性の配列またはコンセンサス配列、あるいは本発明に記載のデコイ機能を有するそのバリアントまたはフラグメント、例えば他の種における未変性の結合部位、を含んでもよい。デコイ機能についてバリアント配列を試験する方法は、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載されている。下記に記載のように、特定のレギュレーターを標的とするデコイは、当該レギュレーターが存在する原核生物における使用に特に適している。また、各レギュレーターに関して記載しているものは、当該レギュレーターを標的とするデコイの用途(例えば、デコイを用いた治療後に細胞が典型的に感受性を持つようになる抗生物質)の例である。
本明細書で提供される配列は、結合部位の一本鎖を示す。しかし当然のことながら、自然界および本発明のTFDでは、配列は二本鎖となる。本明細書に記載の配列に対する相補鎖は、Joseph SambrookおよびDavid Russellによる「Molecular Cloning:A Laboratory Manual」、第三版、2001年から明確かつ容易に誘導することができる。
WhiB7
WhiB7は、マイコバクテリア(Mycobacteria)(例えば、恥垢菌(M. smegmatis)および結核菌(M. tuberculosis))を含む放線菌(Actinomycetes)およびストレプトミセス(Streptomyces)中の抗生物質耐性遺伝子の転写レギュレーターである(Nguyenら、「Trends in Microbiology」(2006年)14:304〜312)。
恥垢菌株MC2 155における未変性のWhiB7結合部位は下記を含む。
5’−CACCAGCCGA AAAGGCCACG GACCCGCAGT CACCCGGATC CGTGGCCATT TTTGTCGGAC CCCCCGAGAA ATCTGGTCGC AGGATCCATC AGCTCAGACA GATCAC−3’(配列番号9)
遺伝子座CP000480 6988209bp DNA 環状BCT 2006年12月12日
定義Mycobacterium smegmatis str.MC2 155、全ゲノム。
アクセッションCP000480
バージョンCP000480.1 GI:118168627
座標20313637−2031742
用途:マクロライド、リンコサミド、クロラムフェニコール、イミペネム、プリスチナマイシン、リファンピシン、ストレプトマイシン、スペクチノマイシン、テトラサイクリン、イソニアジド、エタンブトールを含む広範な親水性/疎水性抗生物質の効果増強
WhiB7 TFD配列の一例は、下記を含む。
WhiB7 TFD 5’ TGG CCA CGG ATC CGG GTG ACT GCG GGT CCG TGG CCT 3’(配列番号5、実施例2)
FadR
FadRは、大腸菌における脂肪酸合成の必須経路中の遺伝子(fabAおよびfabBを含む)の発現のレギュレーターである(CampbellおよびCronan、「J.Bacteriology」(2001年)183:5982〜5990)。
大腸菌K12における未変性のFadR結合部位は次の配列を含む。
5’ AGTAAGTTTC GAATGCACAA TAGCGTACAC TTGTACGCCG AACAAGTCCG ATCAGCCATT TAA−3’(配列番号10)
LOCUS CP000948 4686137bp DNA 環状BCT 2008年6月05日
定義Escherichia coli str.K12 substr.DH10B、全ゲノム。
アクセッションCP000948
バージョンCP000948.1 GI:169887498
座標2531419−2531481
用途:プラテンシマイシン、プラテンシン(platnecin)誘導体、ホマレン酸、コリツベリン、環状ソルホン(solfones)、アントラニル酸誘導体、セルレニン酸(cerulenic acid)などの脂肪酸合成を標的とする任意の抗生物質の効果増強。
FadR TFD配列の一例は下記を含む。
FabB TFD 5’ TTT ATT CCG AAC TGA TCG GAC TTG TTC AGC GTA CAC GTG TTA GCT ATC CTG CGT GCT TCA 3’(配列番号6、実施例3)
YycG/YycF
YycG/YycFは、黄色ブドウ球菌、枯草菌(B. subtilis)、肺炎連鎖球菌、化膿連鎖球菌、リステリア菌(Listeria monocytogenes)を含む、低G+Cグラム陽性菌中の二成分レギュレーターである。YycG/YycFは、LytMおよびSsaAを含む少なくとも12個の遺伝子ならびにビルレンス決定および細胞壁合成の遺伝子の必須レギュレーターであることが知られている(DubracおよびMsadek、「Journal of Bacteriology」(2004年)186:1175〜1181)。
黄色ブドウ球菌における(LytMおよびSsaのプロモーターにおける)YycFおよびYycGの未変性の結合部位は、以下を含む。
YycF_LytM
5’−GCTATTTTGTAATGACAATGTAATGAGTTTAGTAAAAA−3’(配列番号11)
遺伝子座CP000730 2872915bp DNA 環状BCT 2007年11月16日
定義Staphylococcus aureus subsp.aureus USA300_TCH1516、全ゲノム。
アクセッションCP000730
バージョンCP000730.1 GI:160367075
座標322073−322109
YycF_SsaA
5’−ATTACAAATTTGTAACAGACTTATTTTA−3’(配列番号12)
遺伝子座CP000730 2872915bp DNA環状BCT 2007年11月16日
定義Staphylococcus aureus subsp.aureus USA300_TCH1516、全ゲノム。
アクセッションCP000730
バージョンCP000730.1 GI:160367075
座標2415067−2415093
用途:マクロライド−リンコサミド−ストレプトグラミンB(MLSB)抗生物質の効果増強
YycG/YycF TFD配列の例としては、次のものが挙げられる。
LytM TFD 5’ GCT ATT TTG TAA TGA CAA TGT AAT GAG TTT AGT AAA AA 3’
SsaA TFD 5’ ATT ACA AAT TTG TAA CAG ACT TAT TTT A 3’
(配列番号7および8、実施例4)
Sigma54またはSig
Sigma54すなわちSigBは、適応応答の主要なコントローラであり、恥垢菌、緑膿菌、肺炎連鎖球菌、肺炎桿菌(Klebsiella pneumoniae)を含む細菌の約60%に存在する(Wigneshweraraj、「Molecular Microbiology」(2008年)68:538〜546)。
黄色ブドウ球菌および肺炎桿菌中の未変性の結合部位は下記を含む。
SA_sig
5’− TTATTATATA CCCATCGAAA TAATTTCTAA TCTTC−3’(配列番号13)
遺伝子座CP000730 2872915bp DNA 環状BCT 2007年11月16日
定義Staphylococcus aureus subsp.aureus USA300_TCH1516、全ゲノム
アクセッションCP000730
バージョンCP000730.1 GI:160367075
座標2187051−2187017
KP_sig
5’−CCGATAAGGG CGCACGGTTT GCATGGTTAT−3’(配列番号14)
遺伝子座X13303 24206bp DNA 直鎖BCT 2005年4月18日
定義Klebsiella pneumoniae DNA for nif gene cluster
アクセッションX13303
バージョンX13303.1 GI:43820
座標18301−18330
用途:殺菌性抗生物質および静菌性抗生物質、例えば本明細書に記載のものの効果増強。
Fur
Fur調節は当初、鉄の調節に関して重要であると記載されが、中でも金属調節(Zn−Zur)や過酸化物(Per)に対する耐性の決定という他の適応経路に関与するとの認識が高まっている。Fur調節は、少なくとも黄色ブドウ球菌、大腸菌、ピロリ菌、枯草菌で起こる(Fur、PerR、Zur、MntR)(Horsburgh2001年、Lavarr2003年、およびDelany2001年)。
黄色ブドウ球菌および大腸菌において結合するFurのコンセンサス配列は下記を含む。
SA_fur
5’−ACT ACA AGT ACT ATT AGT AAT AGT TAA CCC TT−3’(配列番号15)
Horsburgh、「J.Bacteriology」(2001年)183:468に記載のコンセンサス配列(「Fur BOX」)
EC_fur
5’−GATAATGATAATCATTATC−3’(配列番号16)
de Lorenzo、「J.Mol.Biol.」(1998年)283:537に記載のコンセンサス配列。
ピロリ菌中の未変性の結合配列は下記を含む。
HP_fur
5’−GTT GTC CCA TAA TTA TAG CAT AAA TGA TAA TGA AAA AGT AAA−3’(配列番号17)
遺伝子座CP001072 1608548bp DNA 環状BCT 2008年6月12日
定義Helicobacter pylori Shi470、全ゲノム
アクセッションCP001072
バージョンCP001072.2 GI:189491895
座標691415−691374
用途:ストレス(殺菌性)を誘導し得る抗生物質全般の効果増強。ストレス応答機構および環境適応を混乱させるための抗生物質を用いずに、Furデコイを使用してもよい。
TcdR
TcdRは、自己調節され、ビルレンスを決定する2種類のメジャーな菌体外毒素の発現を調節する代替シグマ因子である。TcdR調節は、クロストリジウム・ディフィシレ(Clostridium difficile)、ボツリヌス菌(C. botulinium)(ホモログはBotR)、C.テタニ(C. tetani)(TetR)、およびウェルシュ菌(C. perfringens)(UviA)において起こることが知られている(Matamourous、「Molecular Microbiology」(2007年)64:1274〜1288)。
C.ディフィシレ中のコンセンサス結合部位は下記を含む。
TcdR
5’−AAG TTT ACA AAA TTA TAT TAG AAT AAC TTT TTT A TT−3’(配列番号18)
コンセンサス配列(TcdR:−35および−10ボックスには下線が引かれている)は、Dupuy、「Mol.Micro.」(2006年)55:1196に記載されている。
用途:多くの抗生物質、とりわけ静菌特性を有するものの効果増強。
Vfr
Vfrは、緑膿菌および大腸菌中の毒性因子のグローバルレギュレーターである(Kanack、「Microbiology」(2006年)152:3485〜3496)。大腸菌のホモログはCRPであり、結合部位は、toxA遺伝子のプロモーターおよびregA遺伝子のプロモーターP1に生じる。
緑膿菌中のコンセンサス配列および2つの未変性の結合部位は下記のとおりである。
PA_Vfr
5’−AAA TGT GAT CTA GAT CAC ATT T−3’(配列番号19)
Kanack、「Microbiol.」(2006年)55:1196に記載のコンセンサス配列。
PA_ToxA
5’−CACTCTGCAA TCCAGTTCAT AAATCC−3’(配列番号20)
遺伝子座EU595736 26bp DNA 直鎖BCT 2008年6月15日
定義Pseudomonas aeruginosa strain PACS458 clone fa1366、全配列
アクセッションEU595736 領域:10145..10170
バージョンEU595736.1 GI:187939551
座標10145−10170
PA_RegA
5’−GTAACAGCGGAACCACTGCACAG−3’(配列番号21)
遺伝子座EU595736 26bp DNA直鎖BCT 2008年6月15日
定義Pseudomonas aeruginosa strain PACS458 clone fa1366、全配列
アクセッションEU595736 領域:10145..10170
バージョンEU595736.1 GI:187939551
座標312−334
抗生物質:緑膿菌および大腸菌におけるビルレンスを決定する一連の遺伝子の発現を制御する抗生物質を用いずにデコイを使用してもよい。デコイは、抗生物質、とりわけ静菌特性を有するものの効果を増強させるために使用してもよい。
NtrC
NtrCは、少なくとも肺炎桿菌における環境適応に必要な必須遺伝子glnAのレギュレーターである(Minchinら、「The EMBO Journal」(1989年)8:3491〜3499)。
肺炎桿菌中の未変性の結合部位は下記を含む。
KP_NtrC
5’−GCTTTGCACTACCGCGGCCCATCCCTGCCCCAAAACGATCGCT−3’(配列番号22)
遺伝子座X13303 24206bp DNA直鎖BCT 2005年4月18日
定義Klebsiella pneumoniae DNA for nif gene cluster
アクセッションX13303
バージョンX13303.1 GI:43820
座標18159−18201
用途:デコイは、環境適応に必要な必須遺伝子glnAの発現を混乱させる抗生物質を用いずに、ストレス(殺菌性)を誘導し得る抗生物質全般と組み合わせて使用されてもよい。
ArsR
ArsRは、少なくともピロリ菌、H.アシノニチス(H. acinonychis)、およびH.フェリス(H. felis)における酸適応をコードする遺伝子のレギュレーターである(Pflockら、「J.Bacteriology」(2006年)188:3449〜3462)。結合部位は、Pflockらに記載のように、amiEプロモーターおよびrocFプロモーター中に存在する。
未変性の結合配列の例としては、下記を含む。
HP_AmiE
5’−ATAATCATAA TGATTAAAGT TTTCATATTC ATTATAAATC CGTTTACACA ATTATT −3’(配列番号23)
遺伝子座AE000511 56bp DNA 直鎖BCT 2005年12月27日
定義Helicobacter pylori26695、全ゲノム
アクセッションAE000511 領域:310910..310965
バージョンAE000511.1 GI:6626253
座標310910−310965
HP_RocF
5’−GAAATTGTTC TATTTATTAT CCATTTGCTT ATTAATAATT GGTTGTTAAT TTTGGTTTAG A−3’(配列番号24)
遺伝子座AE000511 61bp DNA 直鎖BCT 2005年12月27日
定義Helicobacter pylori26695、全ゲノム
アクセッションAE000511 領域:1459830..1459890
バージョンAE000511.1 GI:6626253
座標1459830−1459890
用途:デコイは、環境適応に必要となる鉄の取り込みを仲介する必須遺伝子の発現を混乱させるために単独で、あるいはストレス(殺菌性)を誘導し得る抗生物質全般と組み合わせて使用されてもよい。
糖ペプチド耐性コンセンサス配列(GISA)
コンセンサス配列は、公開されているマイクロアレイデータの生物情報分析により決定された。モチーフは、糖ペプチド耐性菌とその親株との、および当該耐性菌と復帰変異株との比較を行った際に、アップレギュレートされることが示された遺伝子において発見された(Scherl、「BMC Genomics」(2006年)7:296)。17/22のプロモーターが、共通するコンセンサス配列を有すると分かった。
公知のビルレンスの正のレギュレーターであるtcaA(Maki、「Antimicrobial Agents Chemother.」(2004年)48:1953)のプロモーターに見られるコンセンサス配列の例がデコイにおいて使用されてもよい(下記を参照のこと)。
SA_TcaA
5’−TGAACACCTTCTTTTTA−3’(配列番号25)
遺伝子座CP000730 2872915bp DNA 環状BCT 2007年11月16日
定義Staphylococcus aureus subsp.aureus USA300_TCH1516、全ゲノム
アクセッションCP000730
バージョンCP000730.1 GI:160367075
座標2476452−2476436
コンセンサス配列は、少なくとも黄色ブドウ球菌中に生じる。当該配列を標的とするデコイは、未変性のプロモーターにおける配列に結合する調節タンパク質のどれを標的とするために使用されてもよい。典型的には、未変性の配列にて結合することにより調節された遺伝子は、糖ペプチド耐性および/またはビルレンスに寄与する。
用途:デコイは、糖ペプチド抗生物質の効果を増強させるために使用されてもよい。
AgrA
コンセンサス配列は、公開されているマイクロアレイデータの生物情報分析により決定された。モチーフは、ビルレンスに関連するレギュレーターであるAgrにより正に調節されることが示された遺伝子において見出された(Dunman、「J.Bacteriol.」(2001年)183:7341)。
推定上のモチーフは、病原性の決定に関与する可能性が高いと考えられる2種類のプロモーターにおいて生じることが分かった(AraC様転写レギュレーター上流のSA2093およびBlt様遺伝子であるSA1269)。
SA_Agr_2093
5’−AGA AAG ACA AAC AGG AGT AA−3’(配列番号26)
遺伝子座CP000730 2872915bp DNA 環状BCT 2007年11月16日
定義Staphylococcus aureus subsp.aureus USA300_TCH1516、全ゲノム
アクセッションCP000730
バージョンCP000730.1 GI:160367075
座標2414790−2414771
SA_Agr_1269
5’−GAA GAA ACA AAA AGC AGC AT−3’(配列番号27)
遺伝子座AP009324 2880168bp DNA 環状BCT 2008年1月09日
定義Staphylococcus aureus subsp.aureus Mu3 DNA、全ゲノム
アクセッションAP009324
バージョンAP009324.1 GI:156720466
座標1549580−1549561
結合モチーフは、少なくとも黄色ブドウ球菌で生じ、緑膿菌および大腸菌などの多くのグラム陰性種においてホモログを含む。当該モチーフを標的とするデコイは、未変性のプロモーターにおいて当該モチーフと結合する任意の調節タンパク質を標的とするために使用されてもよい。典型的には、未変性の配列にて結合することにより調節される遺伝子は、細胞のビルレンスを決定する。
用途:デコイは、緑膿菌および大腸菌におけるビルレンスを決定する一連の遺伝子の発現を制御するために使用されてもよい。
一般に、ポリヌクレオチドにおけるデコイ配列(転写因子結合部位)は、遺伝子に機能的に結合していない。転写因子結合部位は、同族のプロモーターの他の要素から単離されてもよい。
デコイポリヌクレオチドは、プラスミドベクターを含んでもよい。例えば、デコイポリヌクレオチドは、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載されかつ/または同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載の方法に従って調製されたn[スネア]プラスミドを含んでもよい。
デコイポリヌクレオチドは、デコイ配列の1より多いコピーを含んでもよい。ポリヌクレオチドは、デコイ配列の複数コピーを含む多量体分子を含んでもよい。例えば1〜1000コピーである。典型的には、2コピー以上、例えば、2〜1000コピー、例えば、少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800または900コピーある。例えば、10〜200、10〜150、20〜120、20〜100、30〜100、30〜80、30〜50、30〜40コピーがあってもよい。例えば、デコイ配列の30コピーがあってもよい。典型的には、デコイの複数コピー、例えば、デコイ配列の複数のダイレクトリピートがある。
あるいは、デコイポリヌクレオチドは、1より多いデコイ配列またはデコイ配列の複数コピーも含んでもよい。
デコイポリヌクレオチドは、デコイ配列に付加的な配列を含んでもよい。典型的には、付加的な配列は、エキソヌクレアーゼおよび/またはエンドヌクレアーゼの作用によるデコイ配列の分解に対する耐性増進をもたらす。デコイポリヌクレオチドは、二次構造の少なくとも1種のエレメントを含んでもよい。典型的には、この二次構造は、エキソヌクレアーゼおよび/またはエンドヌクレアーゼの作用によるデコイ配列の分解に対する耐性増進をもたらす。デコイポリヌクレオチドは、より高いヌクレアーゼ耐性を付与するために修飾塩基または糖を含んでもよい。デコイポリヌクレオチドは、エキソヌクレアーゼ活性を低減させるまたは阻害させるため、ポリヌクレオチドの末端に2’OHヌクレオチドまたはアミンを含んでもよい。デコイポリヌクレオチドは、直鎖オリゴヌクレオチドを含んでもよい。デコイポリヌクレオチドは、環状二本鎖DNA(例えば、いわゆるダンベル構造)を含んでもよい(Ahnら、「Biochemical Biophysical Res.Comm.」(2003年)310:1048〜1053)。典型的には、ダンベルは、小さなステムループ構造により挟まれた(bracketed)標的配列、または他の配列を組み込んだ二本鎖領域を有する。デコイポリヌクレオチドは、分子の一方のまたは各5’末端にコレステロール修飾を含んでもよい。
デコイポリヌクレオチドは、1つ以上の上記の特徴を任意の適切な組み合わせで含んでもよい。
デコイポリヌクレオチドは、本明細書に記載され、かつ/または同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載の方法によって同定された任意のデコイ配列を含んでもよく、記載のような付加的な配列を含んでもよい。
上記と同様に、デコイポリヌクレオチドは、n[スネア]プラスミドを含んでもよい。例えば、直鎖オリゴヌクレオチドと比較して、当該プラスミドは、細菌へ容易に導入されたり、正の選択により維持することができたり、エキソヌクレアーゼ分解の問題を回避するという利点を有する。
デコイオリゴヌクレオチドのプラスミド性バージョンを作製する利点としては、製造コストの削減や、ヌクレアーゼによるインビボ分解に対する耐性の増加や、プラスミド濃度の維持(必要であれば自己複製および正の選択による)や、広い宿主域や、別個であるが適合性のあるn[スネア]プラスミドを用いて組み合わせまたはシス調節配列を試験する能力(相乗効果の試験をするため)が挙げられる。
n[スネア]プラスミドは、本方法においてデコイポリヌクレオチドとしての使用に適している。n[スネア]プラスミドおよびライブラリーはまた、公知であるかまたは推定上のシス調節配列の、可能性のあるデコイ機能を試験するために、または新規なシス調節配列(デコイ配列として働く可能性のある)についてスクリーニングするために適している。
n[スネア]プラスミドの使用の原理を図3に示す。当該プラスミドは「スネア」配列(図中では複数のコピーで示される)を含む。「スネア」が細胞のシス調節配列と転写因子への結合をめぐって競合する(すなわちデコイ機能を有する)転写因子結合部位を含む場合は、細胞へのn[スネア]プラスミドの導入は、転写因子を細胞のシス調節配列からスネア上へとタイトレーションすることになる。これは、そのシス調節配列によってまたは細胞の表現型の変更によって細胞中で発現が調節される1個のまたは複数個の遺伝子の発現の変化として検出することができる。
一般に、n[スネア]プラスミドは、プラスミドベクターおよびインサート配列(スネアを含むインサート)を含む。プラスミド中にスネア配列を組み込むことは、当技術分野におけるデコイ分解の問題に対処し、細胞中でのデコイ(および遺伝子発現に対する影響)の安定した維持を可能にする。
インサート配列は、モノマー配列(スネアを含む)の1コピー以上を含む。したがって、インサートは(例えば)1〜200のモノマー配列を含んでもよい。典型的には、2コピー以上、例えば、2〜200コピー、例えば、少なくとも10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、または190コピーが存在する。例えば、5〜200、5〜150、5〜100、10〜150、10〜50、5〜50、5〜40、10〜40、5〜30コピーが存在し得る。例えば、モノマー配列が30コピー存在してもよい。プラスミドは、典型的にはモノマーのホモポリマーを含む。典型的には、上記コピーはモノマーの複数コピーであり、例えばモノマー配列の複数のダイレクトリピートである。モノマーの(したがって、スネアの)複数コピーの提供は、デコイのタイトレーション力を増加させる。
モノマー配列はスネア配列を含む。
典型的には、スネア中の転写因子結合部位は、遺伝子(例えば、スネアまたはスネアプラスミド中の)へ機能的に結合されていない。その意味で、結合部位はその同族の1個のまたは複数個の遺伝子から隔離されている。スネア中の結合部位は、その同族プロモーター中の他のエレメントからも隔離されていてもよい。1つの例では、モノマー配列は遺伝子を含まない。
モノマーは、スネアに加えてさらなる配列を含んでもよい。しばしば、かかるさらなる配列は、スネアおよび/またはプラスミドインサートを産生するために使用される方法に由来する。例えば、モノマーは、「カスタム」スネアが本明細書における方法に従ってカスタムn[スネア]ライブラリーのために産生される場合に典型的に生じるアダプター配列などのアダプター配列を含んでもよい。アダプター配列は、例えば、1種以上の制限酵素のための認識部位および/または切断部位を含んでもよい。
モノマーは、プライマー(例えば、モノマーの産生または複数のモノマーを含むインサートの産生において使用されるプライマー)の結合部位を提供するヌクレオチド配列を含んでもよい。
例えば、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載のローリングサークル増幅方法を使用してプラスミドインサートが調製されると、モノマーは典型的にはローリングサークル複製において使用されるプライマー(例えば、T7プライマー)の結合部位に対応するセグメントを含む。
ランダム化スネア配列を含むモノマーは、典型的には、定常配列領域もまた含む。例えば、ヌクレオチドn個のランダム化スネア配列に、定常配列領域が隣接してもよい。あるいは、定常配列の中央コアに、ランダム化ヌクレオチド配列領域が隣接してもよい。
モノマーの長さは、例えば、ヌクレオチド1000個まで、例えば、ヌクレオチドが900個、800個、700個、600個、500個、400個、300個、200個、100個、90個、80個、70個、60個、50個、40個、30個、20個、15個、または10個までであり得る。典型的には、モノマーの長さは、例えば、ヌクレオチド10個〜100個、10個〜50個、20個〜75個、30個〜60個、30個〜50個、35個〜55個、例えば、35〜54個の範囲である。例えば、モノマーの長さは、ヌクレオチド30個、40個または50個であってもよい。
モノマーのスネア部分は典型的にはヌクレオチド10個〜30個、例えば、15個、16個、17個、18個、19個または20個(例えば、19個)など、ヌクレオチド10個〜25個、10個〜20個、15個〜20個のサイズにわたってもよい。
アダプター配列は、例えば、ヌクレオチドを5個〜30個、例えば、10個、11個、12個、13個、14個または15個など、ヌクレオチドを5個〜25個、5個〜20個、5個〜15個または5個〜10個含んでもよい。
典型的には、n[スネア]プラスミド中のインサートは、本明細書において記載のようなモノマーの1以上のコピーを含む。インサートがモノマーの多重リピートを含む場合、これらはタンデムリピートであってもよい。
プラスミドベクター中のインサートは、例えば、約1.5kb、例えば、1〜2kb、例えば、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、または1.8kbを含んでもよい。しかしながら、適切な宿主細胞中におけるプラスミドの安定した維持および本方法における効率的な使用を可能にする任意の適切なインサートサイズを使用してもよい。
典型的には、単一のプラスミド中のすべてのモノマーの配列は同一である。
n[スネア]プラスミドにおいて使用されるプラスミドベクターは、原核生物宿主または真核生物宿主における使用に適する場合がある。例えば、ベクターは、細菌宿主、例えば、放線菌宿主などの原核生物宿主において使用され得る。例えば、プラスミドベクターは、ストレプトミセス属(Streptomycete)株または大腸菌株、例えばストレプトミセス・セリカラー(Streptomyces coelicolor)、例えば、A3(2)(またはM145株またはM600株)、大腸菌、ストレプトミセス・リビダンス(Streptomyces lividans)、ストレプトミセス・シンナモネオウス(Streptomyces cinnamoneous)の1種以上における使用に適する場合がある。適切な宿主は本明細書においてさらに記載されている。
典型的には、ベクターは広い宿主域および/またはシャトルベクターであり、したがって、1種より多い宿主において維持および増殖させることができる。プラスミドは接合性プラスミドであってもよい。これは接合によって1つの細胞からもう一つの細胞への容易な伝播を可能にする。
好ましくは、プラスミドは自己複製型である。典型的には、プラスミドは高コピー数プラスミドである。例えば、プラスミドは、例えば細胞1個当たり20〜100コピー、例えば細胞1個当たり20、30、40、50、60、70、80、90または95または100コピーで維持されていてもよい。高コピー数は、スネア中のデコイ配列のタイトレーション力を増加させる。
典型的には、n[スネア]プラスミドは複製起点を含む。適切な起点は当技術分野において公知である。典型的には、プラスミドはさらに1種以上の検出可能なマーカー遺伝子、例えば、抗生物質耐性をコードする1種以上の遺伝子(例えば、アプラマイシン耐性をコードするaac遺伝子)を含む。マーカー遺伝子の発現によって、宿主細胞中のプラスミドの維持に対するスクリーニングが可能になる。
適切なプラスミドベクターの例としては、pIJ86が挙げられる。適切なベクターは当技術分野において公知である。
スネアは、ゲノムまたはゲノムフラグメントに由来するかまたはそれらから単離された配列を含んでもよい。ゲノムフラグメントは、対象となる特定の機能または表現型をコードする1個のまたは複数個の遺伝子を含んでもよい。スネアは、例えば、このような遺伝子のプロモーター領域または周囲の配列、例えば、プロモーターよりも遺伝子からの距離が遠い配列、に由来するかまたはそれらから単離された配列を含んでもよい。本明細書に記載のように、スネアは、このような配列と転写因子結合をめぐって競合する配列を含んでもよい。このようなスネアの調製方法は、本明細書や同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載されている。
デコイポリヌクレオチドは、任意の適切な方法により調製され得る。
例えば、ダンベルは、直鎖オリゴヌクレオチドとして調製され、T4リガーゼでライゲーションされてもよい。あるいは、実施例1に記載のように、ダンベルデコイは、適切なプライマーを使用してPCRにより調製されてもよい。各プライマーは、一般に、ダンベル構造のステムループを形成する部分を含む。そのようなプライマーの例は、実施例1に示されている。典型的には、プライマーを使用するPCR増幅の後、増幅産物の制限消化およびライゲーションを行い、閉環ダンベルを形成させる。
あるいは、ダンベルは、実施例1に記載のように、プラスミドの制限消化により調製することができる。消化の後、ライゲーションを行い、閉環ダンベル構造が形成される。
n[スネア]プラスミドおよびn[スネア]プラスミドライブラリーの調製方法は、本明細書や同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載されている。
本方法は、細胞中へデコイ配列を2つ以上導入することを含んでもよい。例えば、異なった株(例えば、異なった臨床株)におけるレギュレーターの結合のための変異配列を含むデコイ配列のカクテルを使用してもよい。デコイ配列は、臨床において上記異なった株が発生するのと同じ比率でカクテル中に存在していてもよい。別の例では、1つより多いレギュレーターが標的となってもよい。
1つの態様では、本明細書に記載の方法は、インビトロ法を含む。
本明細書で言及される宿主細胞は、デコイ分子を使用して遺伝子発現(および表現型)を変化させることが所望される宿主細胞、たとえば、病原菌であってもよい。
典型的には、上記方法が細胞表現型を変化させるために使用される場合、宿主細胞はデコイの非存在下では当該表現型を示す。医学的または治療的に関連のある表現型を変化させる(例えば、抗生物質感受性を増加させる)ためのデコイは、一連の細胞においてスクリーニングされてもよい。例えば、デコイは、表現型のバクテリアモデル(例えば、抗生物質耐性モデル)においてまず試験され、次いで、例えば、病原体または臨床分離株においてさらに検証されてもよい。デコイは、動物モデル、例えば、マウスモデルにおいてさらに検証されてもよい。
デコイがプラスミドである場合、典型的には、宿主細胞はプラスミドベクターと適合性があり、かつ/または当該プラスミドが安定して維持および複製できる宿主細胞である。宿主細胞はまた、典型的には、プラスミド中の任意の検出可能な標識遺伝子と適合性がある。
一般に、宿主細胞は、1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した、対象となるシス調節配列、すなわちスクリーニングされるシス調節配列または宿主細胞に導入されたデコイ配列が競合することが意図されるシス調節配列、を含む。1個のまたは複数個の遺伝子の発現の修飾は、直接的または間接的に(例えば、表現型の変化により)検出することができる。
典型的には、細胞は、遺伝子に機能的に結合したシス調節配列を含むプロモーターを含む。「機能的に結合した」とは、遺伝子の発現を調節するようにシス調節配列および/またはプロモーターが機能することができる(適切な条件、例えば、必要な転写因子の存在下で)ような様式で、当該シス調節配列および/またはプロモーターが遺伝子に結合されていることを意味する。したがって、同族転写因子が結合すると、シス調節配列は上記1個のまたは複数個の遺伝子の発現を調節する(抑制または活性化する)ように機能する。
細胞におけるシス調節配列の機能は、結合した遺伝子の発現についてモニタリングすることによって決定することができる。これは、遺伝子の発現について直接モニタリングすることによって、または当該遺伝子の発現に関連する特定の表現型の発現についてモニタリングすることによって行うことができる。例えば、機能のスクリーニングは、1種以上の抗生物質に対する耐性についてスクリーニングすること、ストレス応答についてスクリーニングすること、ビルレンス因子の発現についてスクリーニングすること、または必須遺伝子の発現についてスクリーニングすることを含んでもよい。スクリーニング方法は、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載されている。
宿主細胞は、その未変性の(同族)遺伝子に機能的に結合した(すなわち、配列(またはプロモーター)が天然で発生する際に発現を調節する1個のまたは複数個の遺伝子に結合された)シス調節配列(例えば、当該配列を含むプロモーター)を含んでもよい。シス調節配列および調節された遺伝子は、細胞に内因性(例えば、抗生物質耐性病原菌に本来備わっている耐性機構をコードする遺伝子)であってもよい。
適切な宿主細胞は当技術分野において公知であり、本明細書の実施例において記載されている。
本方法は、原核生物全般における使用に適している。特に、本方法は、病原、とりわけ病原菌(例えば、ヒトに影響を与える病原菌)で使用され得る。このような菌としては、以下の属のものが挙げられる(グラム染色試験の結果にしたがって記載する)。
グラム陰性:アシネトバクター、ボルデテラ、ボレリア、ブルセラ、カンピロバクター、エシェリキア、フランシセラ、ヘモフィルス、ヘリコバクター、クレブシエラ、レジオネラ、レプトスピラ、ナイセリア、プロテオバクテリア、シュードモナス、リケッチア、サルモネラ、シゲラ、トレポネーマ、ビブリオ、エルシニア。
グラム陽性:バチルス、クロストリジウム、コリネバクテリア、エンテロコッカス、リステリア、ミコバクテリア、スタヒロコッカス、ストレプトコッカス。
染色されなかったもの:クラミジア、マイコプラズマ。
グラム陰性病原性種およびそれらが原因となる疾患の例としては次のものが挙げられる。A.バウマンニ(A. barumannii)(肺炎、菌血)、ボルデテラ・ペルツッシス(Bordetella pertussis)(百日咳)、ボレリア・ブルグドルフェリ(Borrelia burgdorferi)(ライム病)、ブルセラ・アボルタス(Brucella abortus)(ブルセラ病)、カンピロバクター・ジェジュニ(Campylobacter jejuni)(急性腸炎)、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)(敗血症および肺炎)、フランシセラ・ツラレンシス(Francisella tularensis)(野兎病)、ヘモフィルス・インフルエンゼ(Haemophilus influenzae)(インフルエンザ)、ヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)(消化性潰瘍)、クレブシエラ・ニューモニエ(Klebsiella pneumoniae)(肺炎)、レジオネラ・ニューモフィラ(Legionella pneumophilla)(レジオネラ症)、ナイセリア・ゴノレア(Neisseria gonorrhoeae)(淋病)、アシネトバクターspp(Acinetobacteria spp)(院内感染)、シュードモナス・エルギノーサ(Pseudomonas aeruginosa)(敗血症)、リケッチア・リケッチイ(Rickettsia rickettsii)(リケッツ)、サルモネラ・チフィリウム(Salmonella typhimurium)(腸チフス)、シゲラ・ディセンテリエ(S. dysenteriae)(赤痢)、ビブリオ・コレラ(Vibrio cholerae)(コレラ)、エルシニア・ペスティス(Yersinia pestis)(疫病)。
グラム陽性病原性種およびそれらが原因となる疾患の例としては次のものが挙げられる。バチルス・アンスラシス(Bacillus anthracis)(炭疽菌)、クロストリジウム・ディフィシレ(Clostridium difficile)(偽膜性大腸炎)、コリネバクテリウム・ジフテリエ(Corynebacterium diptheriae)(ジフテリア)、エンテロコッカス・フェカリス(Enterococcus faecalis)(院内感染)、リステリア・モノサイトゲネス(Listeris monocytogenes)(リステリア病)、マイコバクテリウム・ツベルクローシス(Mycobacterium tuberculosis)(結核)、スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)(敗血症)、S.ニューモニエ(S. pneumoniae)(肺炎)。
下記の属(上記の種を含む)の細菌には、本方法が特に適している。エシェリキア、ヘリコバクター、クレブシエラ、ナイセリア、プロテオバクター、シュードモナス、サルモネラ、バチルス、クロストリジウム、エンテロコッカス、スタヒロコッカス、シゲラ。
1つの態様では、本発明は、本明細書に記載のデコイポリヌクレオチド(デコイ分子)を含む1個のまたは複数個の宿主細胞に関する(例えば、本明細書中の任意の方法により当該細胞に導入されたもの)。特に、本発明は、プラスミド/デコイ分子がない細胞と比較して、デコイポリヌクレオチドの存在によって、例えば、抗生物質に対する感受性の増加、ビルレンスの低減、適応反応の低下という変化した遺伝子発現および/または表現型を示すそのような宿主細胞に関する。例えば、本発明は、本明細書に記載のデコイポリヌクレオチドを使用して、生存能力を低下させた病原菌または臨床分離株に関する。
デコイポリヌクレオチドは、任意の適切な手段により宿主細胞に導入され得る。例えば、形質転換、形質移入、接合が挙げられる。例えば、ポリヌクレオチドが接合性プラスミドを含む場合は、このポリヌクレオチドは接合により導入されてもよい。デコイポリヌクレオチド(例えば、環状ダンベル構造)は、形質移入により細胞に導入されてもよい。細胞は培養液中にあってもよく、デコイはこの液に加えられてもよい。あるいは、細胞は固体培地上で培養されてもよく、デコイは、デコイで飽和させた吸収紙ディスクから形質移入され、培地に上塗りされてもよい。典型的には、デコイポリヌクレオチドは培地に加えられ、細胞に取り込まれる。細胞が固体培地上で培養される場合は、デコイポリヌクレオチドはろ紙ディスクに加えられ、ディスクから細胞に取り込まれてもよい。形質移入を補助するため透過性緩衝液を使用してもよい。
1つの態様では、デコイポリヌクレオチドの形質移入は、コレステロールの使用を含んでもよい。特に、当該方法では、一方または両方の5’末端にコレステロール修飾を有する直鎖デコイポリヌクレオチドを使用してもよい。この修飾は、細胞による取り込みを促進すると考えられている。
デコイはさらに、例えば、5’末端において、蛍光染料(例えば、Cy5)などの検出可能な標識で標識化されていてもよい。これは、細胞における取り込みおよび保持のモニタリングを促進することになる。
実施例1に記載のように、コレステロールデコイおよび/または検出可能な標識デコイは、コレステロールプライマーおよび/または検出可能な標識プライマーを使用して調製されてもよい。
細胞へのデコイポリヌクレオチドの形質移入は、9個のD−アルギニンの直鎖に結合したコレステロール分子から成るR9−コレステロールの使用を含んでもよい(Kim W.J.ら、「Mol.Ther」(2006年)14:343〜350)。
一般に、細胞におけるデコイポリヌクレオチドまたはプラスミドライブラリーの取り込みおよび/または保持がモニタリングされる。例えば、プラスミドデコイは、プラスミドの存在について正の選択を可能にしプラスミド増殖のモニタリングを可能にする検出可能なマーカー(例えば、抗生物質耐性をコードする)を含んでもよい。デコイポリヌクレオチドの存在もqrt−PCRによりモニタリングすることができる。
一般に、デコイ配列は、転写因子の結合をめぐって細胞の転写因子結合部位と競合する転写因子の結合部位を含む。細胞の部位から転写因子をタイトレーションすることにより、デコイは、細胞中の結合部位に機能的に結合した上記1個のまたは複数個の遺伝子の発現を破壊する。
デコイ配列は、転写因子の、未変性の細胞結合部位の配列を含んでもよい。未変性の配列は当技術分野において入手可能であり、内因性の結合配列の例は、特定のレギュレーターに関しては本明細書に記載している。
デコイ配列は、所与のレギュレーターのコンセンサス結合部位を含んでもよい。このようなコンセンサス部位もまた、当技術分野において入手可能であり得、いくつかの特定のレギュレーターに関しては本明細書に例示している。
あるいは、デコイ配列は、デコイ機能を保持する、未変性またはコンセンサス結合配列の変異体を含んでもよい。
変異体は、例えば、親配列におけるヌクレオチドを1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個またはそれ以上変化させることにより調製し得る。例えば、フットプリント実験は、特定のヌクレオチドが転写因子結合にそれほど重大ではなく変化させてもよいということを示す場合がある。
適切な宿主細胞へデコイ配列を含むデコイポリヌクレオチドを導入することによって、推定上のデコイ配列を、所与の転写因子結合部位と競合する能力に関して試験することができる。宿主細胞は、例えば、表現型の変化についてスクリーニングすることによって、直接的または間接的に発現を測定することができる1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した標的転写因子結合部位を含む。試験配列のデコイ機能は、遺伝子の発現の変化または表現型の変化についてスクリーニングすることにより測定することができる。
本明細書に記載のいずれのデコイポリヌクレオチドを使用してもよい。本明細書に記載のいずれの宿主細胞を使用してもよい。
例えば、試験配列を、まず、適切なレポーター細胞へ導入し、レポーター遺伝子の発現をモニタリングして、デコイ機能を評価してもよい。PCT/GB2008/003353に記載の「生死」リポーター細胞を用いた、一般的なレポーターをベースとしたアッセイ系を使用してもよい。正常な状況下で各レポーターは細胞死を引き起こし、細胞が増殖できるのはデコイが転写因子をタイトレーションすることによって救助(relieve)する場合のみであるので、この手法により、スコアリング可能な表現型を必要とするという問題が解決される。従って、両方のレポーターについての選択は細胞生存に依存し、これはスクリーニングプロセスを大幅に促進させる。当該系の他の特色は、迅速、包括的、またはハイスループットのスクリーニングを基盤として、このような生死スクリーニングを容易に自動化できるということである。天然のコンテキストにおいて容易にスコアリングできる表現型を有していないプロモーターを制御する調節配列を同定することもまた可能である。
それに代わり、またはそれに加えて、デコイ配列は、その同族の遺伝子に機能的に結合した標的結合部位を含む宿主細胞において試験されてもよく、これにより、当該遺伝子の発現を破壊する能力を測定することができる。デコイによって表現型を変化させることが意図される場合には、スクリーニングに用いられる宿主細胞は、特定の表現型を示す。
例えば、本明細書に記載のレギュレーターを標的とするデコイ配列は、抗生物質に対する宿主細胞の感受性の増加についてスクリーニングすることにより試験されてもよい。本明細書に記載のように抗生物質が選択されてもよい。
場合によっては、デコイ配列は、標的レギュレーターに対して適切な別の表現型についてスクリーニングすることにより試験されてもよい。例えば、ストレス応答のレギュレーターを標的とするデコイは、低下したストレス応答(生理的ショックに対する耐性により測定される)を検知することにより評価することができる。ビルレンス因子のレギュレーターを標的とするデコイは、低下したビルレンスプログラムを測定することにより評価することができる。後者の例は、凍結バイアルからの再懸濁後の生存能力の低下、あるいは特定の遺伝子の下方制御(qRT−PCRにより測定される)であり得る。
例えば、脂肪酸合成にとって不可欠な遺伝子の調節を標的とするFabBデコイは、適切な株、例えば、ルリア・ベルターニLB培地(1%[w/v]バクト・トリプトン、0.5%[w/v]酵母エキス、1%[w/v]NaCl)中で増殖させた、例えば、大腸菌に対して、脂肪酸合成の過程に対して作用する抗生物質(例えば、セルレニン)の存在下で、試験されてもよい。例えば、セルレニンの濃度が10μg/mlの場合、未処理の細菌は正常に成長し、著しくより緩慢にそしてより低最終密度にまで増殖するデコイ処理された細菌に対するコンパレーターとして働く。
例えば、ストレス応答は、ストレス条件(例えば、アルカリ条件)下のLB培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌などの適切な菌株で誘導され得る。例えば、KOHを30mM含むLB培地を使用してもよい。未処理の細菌は、アルカリ条件によるストレス応答の誘発によって、この培地中でよく増殖するが、ストレスに対する制御応答の大部分であるsigBの調節を標的とするSA_sigBデコイで処理した細菌の増殖は少ない。
場合によっては、関連性のある1個のまたは複数個の遺伝子の発現についてのスクリーニングは、適切な培養条件下での宿主細胞の生存能力を測定することを含む。例えば、評価されている発現型が抗生物質耐性である場合、スクリーニングは、抗生物質の存在下において細胞を培養し、細胞生存能力があるかどうかを測定することを含んでもよい。「生死」レポーター宿主細胞を含むスクリーニングでは、レポーター遺伝子(対象となるシス調節配列に機能的に結合された遺伝子)の発現が宿主細胞生存能力について測定される条件下で細胞を培養すること、および生存細胞を単離することを含む。
例えば、測定されている細胞表現型が細胞の生存能力であるならば、本方法は、本明細書で記載のように液体培地中での宿主細胞の培養を含んでもよい。これは、残存する少数の細胞のみを分析するだけでよいという利点がある。
本明細書に記載のn[スネア]プラスミドは、下記工程を含む方法により調製されてもよい。
・モノマー配列の1より多いコピーを含むポリヌクレオチドを提供すること、および
・適切なプラスミドベクターへポリヌクレオチドをクローニングすること。
モノマーの組成は、n[スネア]プラスミドに関して本明細書において記載したとおりである。適切なプラスミドベクターについても記載している。
モノマー配列の1より多いコピーを含むポリヌクレオチドは、下記工程を含む方法により提供されてもよい。
(1)(i)対象となる配列と(ii)ローリングサークル増幅における使用に適したプライマーの結合部位とを含む環状オリゴヌクレオチドを提供すること(ここで上記モノマー配列は(i)および(ii)を含む)、ならびに
(2)鋳型として上記環状オリゴヌクレオチドを使用するローリングサークル増幅を行うこと。これによってモノマー配列のリピートを含むポリヌクレオチドが提供される。
上記方法の工程(1)は、PCRによってローリングサークル増幅産物を増幅し、必要とされるサイズのポリヌクレオチド断片(例えば、モノマー配列のリピートを30〜50個含む断片)を単離することをさらに含んでもよい。これは、例えばPAGE解析によって行うことができる。
環状オリゴヌクレオチドは、下記工程を含む方法により調製してもよい:
・対象となる試験配列(i)と、ローリングサークル増幅における使用に適したプライマーの結合部位(ii)とを含む直鎖一本鎖オリゴヌクレオチドを提供すること、
・典型的にはユニバーサル連結オリゴヌクレオチドの存在下において、例えばTaqリガーゼを使用して、上記オリゴヌクレオチドを環状にすること、
・任意に、エキソヌクレアーゼにより残存する直鎖DNAを消化すること、および
・例えばPAGEを用いて、単量体環状オリゴヌクレオチドを回収すること。
ローリングサークル増幅における使用に適したプライマーは当技術分野において公知である。例えば、T7プライマーを使用してもよい。
ローリングサークル増幅を行う方法は、当技術分野において公知である。例えば、BstIポリメラーゼを使用してもよい。
1つの例では、ローリングサークル増幅産物のPCR増幅は、ローリングサークル増幅に使用した同じプライマー(例えば、T7プライマー)を使用して行われる。
一般に、モノマーにおける配列(i)は、本明細書において記載のようなスネア配列を含む。
本明細書に記載のように、スネア配列は、ゲノムDNAから(例えば、全ゲノムから)またはゲノム断片から単離してもよい。いったん単離されたら、スネア配列は、同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載の方法によってn[スネア]プラスミドを形成するために使用されてもよい。
ゲノムまたはゲノム断片からのスネア配列の調製のためのプロトコルは、PCT/GB2008/003353に記載されている。
本明細書に記載のように、スネア配列はランダム化ヌクレオチド配列を含んでもよい。典型的には、スネアは、長さが「n」のヌクレオチドのランダム化(または可変)ヌクレオチド配列を含む。一般に、nは、ヌクレオチド5個〜50個、例えば10個〜50個、例えば20個〜40個、例えば25個〜35個、例えば6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、または20個にわたってもよい。
ランダム化配列(および、任意に、記載のような定常配列)を含むオリゴヌクレオチドは、当技術分野において公知の方法を用いて合成してもよい。
ヌクレオチドバイアスを、オリゴヌクレオチドのランダム化(または可変)領域中に導入してもよい。例えば、適切であればGCバイアスを導入してもよい。
上記方法のモノマーは、このように調製されたオリゴヌクレオチドを含んでもよい。次いで、n[スネア]プラスミドが調製されてもよい。
記載のように、本発明の1つの態様は、抗生物質に対する原核生物の感受性を増加させることである。例えば、これは、細胞の内因性耐性機構または細胞の適応応答を標的とすることによるものであってもよく、抗生物質により誘導されるストレス状態における細胞の生存能力の低下を意味する。
1つの態様では、本方法は、抗生物質全般の効果を高めるのに適している(AlekshunおよびLevy、「Cell」(2007年)128:1037〜1050)。これは、静菌性抗生物質および殺菌性抗生物質の両方を包含する。例としては、アミノグリコシド(カナマイシンなど)、カルバペネム(メロペネムなど)、セファロスポリン(セフェピムなど)、糖ペプチド(バンコマイシンおよびダプトマイシンなど)、ペニシリン(アンピシリン、カルベニシリン、およびペニシリンなど)、ポリペプチド系抗生物質(ポリミキシシンBなど)、キノリン(レバクインなど)、スルホンアミド(バクトリムなど)、テトラサイクリン(テトラサイクリンなど)、ならびにクロラムフェニコール、リファンピシン、およびザイボックスなどとして公知の抗生物質のクラスが挙げられる。
1つの態様では、細胞におけるストレス応答の抑制をもたらすかまたは細胞がストレスを受ける方法は、殺菌性抗生物質の効果を強化するのに特に適している(Kohanskiら、「Cell」(2007年)130:797〜810)。
殺菌性抗生物質としては、下記のものが挙げることができる。
β−ラクタム系
(a)ペニシリン
(b)カルバペネム
(c)モノバクタム(Monbactams)
(d)セファロスポリン
第一世代:セファセトリル(Cefacetrile)(セファセトリル(cephacetrile))、セファドロキシル(Cefadroxil)(セファドロキシル(cefadroxyl)、デュリセフ(Duricef))。セファレキシン(Cefalexin)(セフレキシン(cephalexin)、ケフレックス(Keflex))、セファログリシン(Cefaloglycin)(セファログリシン(cephaloglycin))、セファロニウム(Cefalonium)(セファロニウム(cephalonium))、セファロリジン(Cefaloridine)(セファロラジン(cephaloradine))、セファロチン(Cefalotin)(セファロチン(cephalothin)、ケフリン(Keflin))、セファピリン(Cefapirin)(セファピリン(cephapirin)、セファドリル(Cefadryl))、セファトリジン(Cefatrizine)、セファザフル(Cefazaflur)、セファゼドン(Cefazedone)、セファゾリン(Cefazolin)(セファゾリン(cephazolin)、アンセフ(Ancef)、ケフゾール(Kefzol))、セフラジン(Cefradine)(セフラジン(cephradine)、ベロセフ(Velosef))、セフロキサジン(Cefroxadine)、セフテゾール(Ceftezole);
第二世代:セファクロル(Cefaclor)(セクラー(Ceclor)、ジスタクロル(Distaclor)、ケフラール(Keflor)、ラニクロル(Raniclor))、セフォニシド(Cefonicid)(モノシド(Monocid))、セフプロジル(Cefprozil)(セフプロキシル(cefproxil)、セフジル(Cefzil))、セフロキシム(Cefuroxime)(ジンナット(Zinnat)、ジナセフ(Zinacef)、セフチン(Ceftin)、ビオフロクシム(Biofuroksym))、セフゾナム(Cefuzonam)、セフメタゾール(Cefmetazole)、セフォテタン(Cefotetan)、セフォキシチン(Cefoxitin)、カルバセフェム(Carbacephems):ロラカルベフ(Lorabid)、セファマイシン(Cephamycins):セフブペラゾン(cefbuperazone)、セフメタゾール(cefmetazole)(ゼファゾン(Zefazone))、セフミノックス(cefminox)、セフォテタン(cefotetan)(セフォタン(Cefotan))、セフォキシチン(cefoxitin)(メフォクシン(Mefoxin))
第三世代:セフカペン(Cefcapene)、セフダロキシム(Cefdaloxime)、セフジニル(Cefdinir)(オムニセフ(Omnicef))、セフジトレン(Cefditoren)、セフェタメト(Cefetamet)、セフィキシム(Cefixime)(スプラックス(Suprax))、セフメノキシム(Cefmenoxime)、セフォジジム(Cefodizime)、セフォタキシム(Cefotaxime)(クラフォラン(Claforan))、セフピミゾール(Cefpimizole)、セフポドキシム(Cefpodoxime)(バンティン(Vantin)、PECEF)、セフテラム(Cefteram)、セフチブテン(Ceftibuten)(セダックス(Cedax))、セフチオフル(Ceftiofur)、セフチオレン(Ceftiolene)、セフチゾキシム(Ceftizoxime)(セフィゾクス(Cefizox))、セフトリアキソン(Ceftriaxone)(ロセフィン(Rocephin))、セフォペラゾン(Cefoperazone)(セフォビッド(Cefobid))、セフタジディム(Ceftazidime)(フォータム(Fortum)、フォルタズ(Fortaz))、オキサセフェム(Oxacephems):ラタモキセフ(latamoxef)(モキサラクタム(moxalactam))
第4世代:セフクリジン(Cefclidine)、セフェピム(Cefepime)(マキシピーム(Maxipime))、セフルプレナム(Cefluprenam)、セフォセリス(Cefoselis)、セフォゾプラン(Cefozopran)、セフピロム(Cefpirome)、セフキノム(Cefquinome)、オキサセフェム(Oxacephems):フロモキセフ(flomoxef)
まだ分類されていないもの:セフトビプロル(Ceftobiprole)、セファクロメジン(Cefaclomezine)、セファロラム(Cefaloram)、セファパロル(Cefaparole)、セフカネル(Cefcanel)、セフェドロロール(Cefedrolor)、セフェムピドン(Cefempidone)、セフェトリゾール(Cefetrizole)、セフィビトリル(Cefivitril)、セフマチレン(Cefmatilen)、セフメピジウム(Cefmepidium)、セフォベシン(Cefovecin)、セフォキサゾール(Cefoxazole)、セフロチル(Cefrotil)、セフスマイド(Cefsumide)、セフタロリン(Ceftaroline)、セフチオキシド(Ceftioxide)、セフラセチム(Cefuracetime)
アミノグリコシド系:
(a)アミカシン(amikacin)、ゲンタマイシン(gentamicin)、カナマイシン(kanamycin)、ネオマイシン(neomycin)、ネチルマイシン(netilmicin)、パロモマイシン(paromomycin)、ロドストレプトマイシン(rhodostreptomycin)、ストレプトマイシン(streptomycin)、トブラマイシン(tobramycin)、アプラマイシン(apramycin);
(b)アントラサイクリン(anthracyclines)、例えばドキソルビシン(doxorubicin)
キノロン系:
(a)フルオロキノロン系;
第一世代;
第二世代;
第三世代;
第4世代。
糖ペプチド系抗生物質:
(a)バンコマイシン(vancomycin)、テイコプラニン(teicoplanin)、テラバンシン(telavancin)、ブレオマイシン(bleomycin)、ラモプラニン(ramoplanin)、デカプラニン(decaplanin)、およびダルババシン(dalbavancin)。
ペプチド系抗生物質:
(a)ランチビオティック系;
デュラマイシン(duramycin)、ナイシン(nisin)、エピデルミン(epidermin)、アクタガルジン(actagardine)、ミクロビスポリシン(microbisporicin)、およびメルサシジン(mersacidin);
(b)リポペプチド系;
キュービシン(cubicin)。
ストレプトグラミン系:
キヌプリスチン(Quinupristin)+ダルホプリスチン(dalfopristin)(シナシッド(Synercid)(登録商標))。
しかしながら、本デコイおよび本方法はまた、マクロライド、ケトライド、テトラサイクリン、リンコサミド(例えば、クリンダマイシン)、オキサゾリジノン(リネゾリド)などの静菌性抗生物質の効果を増加させるために使用されてもよい。
本方法が、治療で使用される場合、デコイポリヌクレオチドは、1種以上の抗生物質(一般的には、細胞がデコイによりさらに感受性を持つようになる抗生物質)と組み合わせて適用されてもよい。抗生物質は、上に記載のものから選択されてもよい。
場合によっては、細菌種および標的とされる細菌感染に応じて、使用する抗生物質を選択することが適切である。
例えば、結核菌は、イソニアジド、リファンピシン、エタンブトール、ピラジンイミド(pyrazinimide)を使用して現在治療される結核の病原体である。したがって、結核菌を標的とする方法では、これらの薬剤1種以上を、デコイポリヌクレオチドと共に使用し得る。同様に、黄色ブドウ球菌感染は、典型的には、ペニシリンで治療される。例えば、大腸菌または肺炎桿菌などの広域スペクトルβラクタマーゼ産生菌によるグラム陰性菌感染は、しばしばβ−ラクタムで治療される。
場合によっては、デコイポリヌクレオチドの種類、およびそのデコイポリヌクレオチドが細胞において発現を破壊する遺伝子が、デコイと組み合わせて使用することができ細胞がより感受性を有するようになる抗生物質の種類を決定することになる(そして抗生物質自体も決定することになる)。例えば、本明細書に記載のFabB TFDは、脂肪酸合成に必要な必須酵素のレギュレーター(FadR)の結合部位を標的とする。したがって、当該デコイで処理された細胞は、脂肪酸合成を阻害する抗生物質にとりわけ感受性を持つようになる。特定の標的に関するさらなる情報は、本明細書に提供されている。
本デコイは、例えば、本明細書に記載の任意の応答などの、細胞適応反応または生理反応を変化させるために使用されてもよい。デコイはまた、必須遺伝子の発現を変化させるために、したがって、当該遺伝子が必須である条件下での細胞の生存能力を変化させるために使用されてもよい。デコイはまた、細胞のビルレンスを変化させるために使用されてもよい。
デコイはまた、例えば、細胞壁または細胞膜の組成を変化させることによって、抗生物質の取り込みを増加させるために使用されてもよい。
デコイ、特に、PCT/GB2008/003353に記載のn[スネア]法により見出されたデコイはまた、未知の遺伝系の調節を標的としてもよい。これらの例では、デコイを用いた細菌の処理の結果、例えば、抗生物質感受性が測定され得るが、感受性の変化の基礎となる遺伝的メカニズムは、依然として不明である。
場合によっては、ミコバクテリア中のWhiB7およびそのホモログなどの公知の遺伝子の調節を標的とするデコイを用いた処理が、抗生物質に対する細胞の感受性を増加させるが、変化の基礎となる表現型のメカニズムは、依然として不明である。
場合によっては、転写プロファイリングにより黄色ブドウ球菌における糖ペプチド耐性に関与すると同定されたものや、プロモーター内の共通のシス制御モチーフを有することが見出されたものの割合など、生物情報学的方法によって抗生物質感受性を測定する際に関連が示される遺伝子の調節を標的とするデコイは、抗生物質に対する細胞の感受性を増加させるが、変化の基礎となる表現型のメカニズムは、依然として不明である。
本デコイポリヌクレオチドには、例えば、医学的または獣医学的な治療用途、ならびに、例えば、殺菌剤および洗浄剤における、例えば、非治療用途などの他の生体外用途を含む多くの用途がある。本デコイは、原核細胞の生存能力を低減させるか、細胞を殺すか、増殖を阻害するか、またはビルレンスを低減させる必要がある場合の方法に使用される。
記載のように、本デコイポリヌクレオチドおよび本方法は、抗生物質に対する原核生物の感受性を増加させるために使用されてもよい。したがって、デコイは、1種以上の抗生物質(例えば、本明細書に記載の抗生物質)の効果を強化させるために使用されてもよい。これは、例えば、ヒトまたは動物における細菌感染を治療するかまたは予防するための医学的または獣医学的な使用、あるいは、例えば、洗浄組成物におけるインビトロ使用のためであってもよい。したがって、デコイは、殺菌性組成物または静菌性組成物において使用されてもよい。
あるいは、上記デコイポリヌクレオチドおよび方法は、致死的な環境要因または抗菌剤に対する感受性を原核生物に与えるまたは増加させるために使用されてもよい。
したがって、1つの態様では、本発明は、本明細書に記載のデコイポリヌクレオチドを投与することを含む、被験体の細菌感染を治療する方法を提供する。被験体は、ヒトまたは動物であってもよい。本発明はまた、医療で使用するための、例えば、被験体の細菌感染の治療または予防で使用するための本明細書に記載のデコイポリヌクレオチドを提供し、細菌感染の治療用薬剤の製造のためのデコイの使用を提供する。
デコイは、当該デコイが細胞に対してより感受性を持たせる抗生物質および/または他の抗菌剤と組み合わせて使用されてもよい。適切な抗生物質は本明細書に記載されている。抗生物質は、デコイと同時に、または前に、または後に投与されてもよい。抗生物質およびデコイは、同一のまたは別々の組成物中で投与されてもよい。従って、本発明は、本明細書で同定されるおよび/または記載されるデコイポリヌクレオチドを1種以上の抗生物質または他の抗菌治療剤(therapies)と組み合わせて被験者に投与する併用療法を包含する。
1つの態様では、本発明は、デコイポリヌクレオチドと、生理学的に許容される担体または賦形剤とを含む医薬組成物あるいは薬剤に関する。当該組成物はさらに、記載の1種以上の抗生物質または他の抗菌剤を含んでもよい。
治療的な使用のための許容される担体または希釈剤は薬学の分野で周知であり、例えばRemington’Pharmaceutical Sciences、Mack Publishing Co.(A.R.Gennaro編.1985年)に記載されている。医薬担体、賦形剤、または希釈剤は、意図する投与経路および標準的な薬務に関連して選択することができる。医薬組成物は、担体、賦形剤、または希釈剤として、またはこれらに加えて、任意の適切なバインダー、潤滑剤、懸濁化剤、コーティング剤、可溶化剤を含んでもよい。
様々な方法が、細菌感染部位へ本発明のデコイを送達するために使用されてもよい。インビボおよび/またはインビトロ送達方法としては、口腔(bucchal)または経口(oral)送達、静脈内送達、感染への直接注射または間接注射(例えば、皮下注射、腹腔内注射、筋肉内注射、または他の注射法)、局所適用、水溶液または培地溶液中での直接暴露、形質移入(例えば、リン酸カルシウム、エレクトロポレーション、DEAE・デキストランに基づいたもの、および脂質仲介性のもの)、トランスジェニック発現(例えば、マイクロインジェクション、胚性幹細胞生成、またはレトロウイルス導入により送達されたデコイ発現系)、あるいは当技術分野において公知の任意の他の一般的に使用される核酸送達系が挙げられるが、これらに限定されるものではない。投与は、適切な投与量の抗生物質と組み合わせもよく、当該抗生物質は、デコイと同時にまたは別々に投与される。
下記実施例に記載のように、標的遺伝子の発現に対する予測可能な効果を示しかつ静菌効果を有するために必要とされるTFDの数は、細胞1個当たりわずか分子約5000個であり得る。実施例に記載の標準的なインビトロアッセイにおいて、1000000個もの細菌細胞が、たった1nMのTFDで効率的に死滅されることが示され、これは、死滅させるためには0.001%未満の形質移入効率で十分であることを示唆している。蛍光標識されたTFDの取り込みを測定するために蛍光顕微鏡検査法を使用して形質移入を定量すると、視界内の黄色ブドウ球菌細胞はすべて形質移入されていることを示す。アンチセンス法などの、細菌感染に対処するための他の核酸ベース戦略と比較して、細胞を殺すために必要なこの分子数は、100〜1000分の1である。これは、アンチセンス法およびTFDはいずれも遺伝子を阻害するように作用するが、TFDは転写を防止するように初期段階で作用する一方で、アンチセンス法は、最も一般的に繰り返し行われるものでは、立体的に転写産物(何千ものmRNA分子)をブロックするということを部分的に反映している。第2に、TFDは、正に誘導される必須遺伝子を標的とするように設計されており、したがって生存のためにスイッチが入り、正に調節される必要がある(転写因子は自身の産生を駆動する)。インビトロでは、この後者の特徴は、遺伝子が誘導されない場合、転写因子のコピーは比較的少ない可能性があり、少数のTFDが誘導をブロックすることができることを意味している。治療状況においては、微生物集団中の天然の変種や、既に誘導された遺伝子によって、細胞1個当たりにより多くの転写因子が存在する場合がある。この状況では、治療効果が見られるためにはより多くのTFDが必要になることが予想され、100倍(100nMまで)に用量を増加させるかまたは形質移入効率を向上(二桁に)させることが有益な効果が見られるためには十分であると推測される。
いくつかのデコイは、細菌感染を治療または予防するための抗生物質を伴わないで使用されてもよい。例えば、本明細書に記載のデコイのいくつかは、細胞がストレス状況下で生存する能力、または必須遺伝子を発現する能力、または必須栄養素を得る能力を低下させることになる。いくつかのデコイは、例えば、ビルレンス因子の発現を予防することにより、細胞ビルレンスを無力化することになる。したがって、必須遺伝子を標的とするために使用されるデコイは、細菌が感染症となる前に細菌に対処するため、そのままで治療剤としてまたは予防薬の形態として、特定の病原菌の増殖を防止するために単独で使用されてもよい。同様に、ビルレンス決定遺伝子を標的とするデコイは、感染の蔓延を予防するために単独で使用されてもよい。別の例では、ピロリ菌に対して作用する本明細書に記載のデコイは、胃潰瘍/消化器系の癌の発生に対する独自の治療剤(therapies)を提供し得る。
同様に、ミュータンス菌(Streptococcus mutans)の増殖を防止する作用を有するデコイは、歯の変色を治療するかまたは防止するために使用されてもよい。
デコイが治療のために用いられる特定の感染症または関連症状は、一般に、当該デコイが標的とする病原性細胞に依存する。本方法を使用して標的とされ得る細菌感染および関連疾患は、特定の細菌に関連して、および図2に記載されている。
本明細書に記載のデコイポリヌクレオチドはまた、細菌の増殖または感染力を止めるか防止するために、インビトロで、例えば、洗浄用のものなどの抗菌性製品中(例えば、殺菌剤)で使用することができる。デコイが抗生物質に対する感受性を増加させる場合、典型的には、抗菌性組成物はまた、1種以上の抗生物質および/または1種以上の抗菌剤を含む。1つの態様では、本発明は、そのような洗浄組成物に関する。
本発明のデコイポリヌクレオチドはさらに、微生物の増殖を低減もしくは防止させるおよび/または微生物を死滅させるのに十分な時間および状況下で表面(仕事台や手など)に適用される製品中で使用されてもよく、これにより増殖が低減もしくは防止されるかまたは微生物が死滅される。例えば、1種以上のデコイが表面に噴霧されてもよい。このような噴霧用途は、例えば、食料の調理のための表面を準備するか、または患者に挿入する物を殺菌するために有用である。これは、デコイ製剤の噴霧が、表面または物の取り扱い作業を減らし、これにより汚染のリスクをさらに低減させるからである。手洗い剤および洗口剤用途もまた、本発明の範囲に包含される。
上の状況では、デコイは、適切な水性剤形に処方されてもよい。この場合、当該処方物は、水性組成物を形成するために水を含んでもよい。水性組成物は、水性溶媒および有機溶媒ならびにそれらの組み合わせをさらに含んでもよい。
本発明はまた、細菌の増殖もしくはビルレンスを停止させるまたは阻害する際に組み合わせて使用される、本明細書に記載のデコイポリヌクレオチドと1種以上の抗生物質または他の抗菌剤とを含む抗菌用途向けキットに関する。典型的には、キットは使用説明書を含む。また、キットは、治療用途向け、例えば、細菌感染に対するもの、または非治療用途向け、例えば、洗浄または殺菌用であってもよい。
本明細書に言及する文書はすべて、参照により本書に援用される。
本発明を、次の図を参照して、非限定的な実施例で用いて詳細に記載する。
Poole J.「Antimicrobial Chemother.」(2005年)56、22〜24)の表1を複写したものであり、それぞれ、非フルオロキノリン抗生物質およびフルオロキノリン抗生物質に対する、排出が仲介する耐性を記載している。右側欄の参考番号は当該文献中の番号を指す。 Poole J.(同上)からの表2を複写したものであり、本方法によって標的とすることができるレギュレーターおよび調節配列の例を記載している。表はまた、当該レギュレーターまたは配列が存在する菌株の例および当該細菌に関連する適応症の例を示す。 遺伝子発現に影響を及ぼすためにどのようにn[スネア]プラスミドを使用することができるかを図で表したものである。遺伝子(A)は、遺伝子のプロモーター内でシス調節配列(C)への転写抑制因子(B)の結合により転写的に不活性である。細胞へ導入されると、n[スネア]プラスミドは、ゲノムプロモーターから転写因子Bをタイトレーションすることにより、標的遺伝子の発現に影響を及ぼすことができ、下流遺伝子の転写的な抑制を解放する(D)。 配列番号3および4のプライマーならびに適切なベクター基質(実施例1.2)を使用して得られた増幅産物を示す。 抑制濃度未満のイソニアジド(IZ)またはリファンピシン(RF)の存在下で培養された恥垢菌の増殖曲線を示し、実施例2のように、当該細菌は、WhiB7デコイ配列(+)で処理されるか、または陰性対照配列(−)で処理された。 セルレニンの存在下における大腸菌の増殖曲線を示し、実施例3のように、当該細菌は、FabBデコイ(FadR結合部位を標的とする)で処理されるか、または陰性対照配列で処理された。 エレクトロポレーションから生じるストレス条件下の黄色ブドウ球菌の増殖曲線を示し、当該細菌は、実施例4のように、未処理(第一曲線)またはSsaAデコイ(第二曲線)もしくはLytMデコイ(第三曲線)で処理された。 未播種の培地(BHI陰性対照)の存在下で増殖させた黄色ブドウ球菌、スクランブルTFD配列を有する対照TFDで形質移入されBHI培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌、SsaA TFD(WalRを含む)で形質移入されBHI培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌、fhuTFD(鉄の取り込みをブロックするように設計)で形質移入されBHI培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌、sigTFDで形質移入されBHI培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌、無関係なTFDで形質移入されNRPMI培地(BHIと比較して鉄分が制限された)中で増殖させた黄色ブドウ球菌、ならびにfhuTFDで形質移入されNRPMI培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌の増殖曲線を示す。 Fur_TFDsが、鉄分が制限されていない培地中の黄色ブドウ球菌の増殖を撹乱させないことを示す。黄色ブドウ球菌は、Fur_TFDを有するが形質移入試薬としてグラミシジンを有さない(TFDのみ;白丸)、あるいは60nMのグラミシジンを1nMの対照TFDと組み合わせた(対照TFD;白の三角形)、およびfhuオペロンの発現を操作するように設計されたFur_TFDと組み合わせた(Fur_TFD;黒の正方形)BHI培地中で増殖させた。結果は、3回繰り返した平均であり、エラーバーは標準誤差を示す。 Fur_TFDがfhu遺伝子の抑制を除去することを示す。(A)グラミシジンが仲介する黄色ブドウ球菌の形質移入。細胞は、TFD単独で、あるいはグラミシジンと対照TFDまたはFur_TFDとで処理され、採取され、洗浄され、溶解された。ゲノムの数に対するTFDの平均数を測定するためqPCRが使用された。(B)Fur_TFDの形質移入は、黄色ブドウ球菌中のfur遺伝子を抑制する。並行試料が、qPCRによりfhu発現の相対レベルを測定するために使用された。 Fur_TFDが鉄制限培地中の黄色ブドウ球菌の増殖を防ぐことを示す。黄色ブドウ球菌は、Fur_TFDを有するが形質移入試薬としてグラミシジンを有さない(TFDのみ;白丸)、あるいは60nMのグラミシジンを1nMの対照TFDと組み合わせた(対照TFD;白の三角形)、およびFur_TFDと組み合わせた(Fur_TFD;黒の正方形)鉄制限培地(NRPMI)中で増殖させた。結果は、3回繰り返した平均であり、エラーバーは標準誤差を示す。 黄色ブドウ球菌Fur標的TFD(SAfhu)の潜在的な効果的宿主域を測定するための遺伝子分析の結果を示す。図の上側に示すMEME由来コンセンサス配列は、下側に記載の配列から作成された黄色ブドウ球菌Fur結合部位モチーフである。 対照TFD、または黄色ブドウ球菌代替シグマ因子SigBの−10/−35認識配列を含むTFD(SA3 TFD)の存在下における3つのMRSA株の増殖曲線を示す。 「ダンベル」配置のSigTFDが、臨床的に単離されたMRSA菌株MRSA−5の増殖を抑制することを示す。 ダンベル配置のWalR TFDが、EMRSA15の増殖を防止することを示す。fhu TFDは、コントロールとして使用される。 黄色ブドウ球菌は、1nMのWalR_TFD/DOTAP混合物を有するが形質移入試薬としてリソスタフィンを有さない(TFDのみ;白丸)、あるいは62μg/mlのグラミシジンを1nMの対照TFD(Scr_TFD;白の三角形)、およびWalKRレギュロンの発現を操作するように設計されたWalR_TFD(黒の正方形)と組み合わせたBHI培地中で増殖させた黄色ブドウ球菌を示す。 耐性機構は検出されていない。(A)図1に記載のインビトロ増殖実験の完了後のEMRSA−16の全生菌数。(B)WalR_TFD処理により死滅しなかった細胞は、継代培養され、インビトロ増殖実験で試験された。WalR_TFDは、継代培養された細胞を効果的に死滅させた。その後5回繰り返し、全生菌数を測定することにより決定されたようにWalR_TFDで処理された細胞には再増殖は見られなかった。(C)同様に、前もって4回のTFD選択に暴露された細菌の増殖曲線は、当該細菌が効率的に死滅するので耐性の兆候を示さない。細胞増殖は、30時間にわたり培養物のA420を記録することにより測定され、細胞は、未処理(媒体のみ;白丸)であるかあるいは対照TFDと形質移入混合物とで(白の三角形)またはWalR_TFDと形質移入混合物とで(黒の四角形)処理された。 微量希釈実験によると、EMRSA−16を死滅させるためにはWalR_TFDにわずかに接触させる必要があるのみであることを示す。細胞は、未処理(媒体のみ;白丸)であるかあるいは対照TFDと形質移入混合物とで(白の三角形)またはWalR_TFDと形質移入混合物とで(黒の四角形)30分間培養した後、形質移入剤またはTFD複合体のどちらも使用しないで培地中へ100倍に希釈した。WalR_TFDで元々処理された細胞のみ増殖することができなかった。 WalR_TFDは、マウス敗血症モデルにおいてEMRSA−16を死滅させる際にバンコマイシンと同程度効果的である。EMRSA−16の腎臓負担は、マウスを全身感染させ、対照TFD(Scr_TFD、1nM WalR_TFD、バンコマイシンおよびベヒクルのみ)で処理した後に測定した。 FabB TFDで大腸菌を形質移入すると、大腸菌が、脂肪酸合成を阻害する抗生物質(セルレニン)に対して感受性を持つことを示す。大腸菌ゲノム中に存在しない配列を有するFDであるので、WhiB7 TFDが陰性対照として使用される。 肺炎桿菌のσ54因子の認識配列を含むTFDで形質移入すると、細菌増殖が遅延されることを示す。WhiB7 TFDが陰性対照として使用される。 黄色ブドウ球菌および他の生物における厳密な一致を見出すためのWalR結合部位として同定される配列を示す。コンセンサス配列が由来するヒットのサブセットが示されている。 パネルAは、黄色ブドウ球菌SigB結合部位のMEME由来コンセンサス配列を示す。パネルBは、バチルス目(Bacillales)(代表的な属としてバチルス属、リステリア属、およびスタヒロコッカス属が挙げられるグラム陽性菌感染物)中のコンセンサス配列に対する一致が起こる例を記載している(E値<100)。 パネルAは、KP_SigTFDがインビトロにて肺炎桿菌を死滅させることを示す。KP_Sig配列を含むTFDは、インビトロにて細胞増殖を防止した(KP_Sig、黒い四角形)。未処理細胞(肺炎桿菌、白丸)およびスクランブル配列からなる対照TFD(KP対照TFD(白い三角形)という2種類の対照を使用した。パネルBは、肺炎桿菌Sig結合部位のMEME由来コンセンサス配列を示す。
(配列の簡単な説明)
配列番号1および2−実施例1.1のpGEMT−Easyベクターからの標的配列の増幅に用いるオリゴヌクレオチドプライマー。
配列番号3および4−実施例1.2の、ダンベルデコイの産生におけるpGEMT−Easyベクターからの標的配列の増幅に使用されるオリゴヌクレオチドプライマー。
配列番号5−実施例2で用いたWhiB7デコイ
配列番号6−実施例3で用いたFabBデコイ
配列番号7−実施例4で用いたLytMデコイ
配列番号8−実施例4で用いたSsaAデコイ
配列番号9−恥垢菌株mc2 155における未変性のWhiB7結合部位
配列番号10−大腸菌K12における未変性のFadR結合部位
配列番号11−黄色ブドウ球菌におけるYycF/YycGの未変性の結合部位
配列番号12−黄色ブドウ球菌におけるYycF/YycGの未変性の結合部位
配列番号13−黄色ブドウ球菌におけるSigBの未変性の結合部位
配列番号14−肺炎桿菌 におけるSigBの未変性の結合部位
配列番号15−黄色ブドウ球菌におけるFur結合のコンセンサス配列
配列番号16−大腸菌におけるFur結合のコンセンサス配列
配列番号17−ピロリ菌におけるFurの未変性の結合配列
配列番号18−クロストリジウム・ディフィシレ におけるTcdRのコンセンサス結合部位
配列番号19−緑膿菌におけるVfrのコンセンサス結合部位
配列番号20−緑膿菌におけるVfrの未変性の結合部位
配列番号21−緑膿菌におけるVfrの未変性の結合部位
配列番号22−肺炎桿菌におけるNtrCの未変性の結合部位
配列番号23−ピロリ菌におけるArsRの未変性の結合配列
配列番号24−ピロリ菌におけるArsRの未変性の結合配列
配列番号25−黄色ブドウ球菌における糖ペプチド耐性コンセンサス配列
配列番号26−黄色ブドウ球菌におけるAgr結合モチーフ
配列番号27−黄色ブドウ球菌におけるAgr結合モチーフ
配列番号28−SasigB TFDのPCR調製のためのフォワードプライマー配列
配列番号29−SasigB TFDのPCR調製のためのリバースプライマー配列
配列番号30−SAfhuTFDのPCR調製のためのフォワードプライマー配列
配列番号31−SAfhu TFDのPCR調製のためのリバースプライマー配列
配列番号32−SsaA TFDのPCR調製のためのフォワードプライマー配列
配列番号33−SsaA TFDのPCR調製のためのリバースプライマー配列
配列番号34−制御配列
配列番号35−制御配列
配列番号36−16s rRNAのPCR増幅のためのフォワードプライマー配列
配列番号37−16s rRNAのPCR増幅のためのリバースプライマー配列
配列番号38−fhu遺伝子のPCR定量のためのフォワードプライマー配列
配列番号39−fhu遺伝子のPCR定量のためのリバースプライマー配列
配列番号40−リン酸化SigダンベルTFDオリゴヌクレオチド配列
配列番号41−リン酸化SigダンベルTFDオリゴヌクレオチド配列
配列番号42−Sig結合部位のスクランブル型を含むダンベルTFDのためのリン酸化プライマー
配列番号43−Sig結合部位のスクランブル型を含むダンベルTFDのためのリン酸化プライマー
配列番号44−WalRの結合配列を組み込んだリン酸化ダンベルオリゴヌクレオチド
配列番号45−WalRの結合配列を組み込んだリン酸化ダンベルオリゴヌクレオチド
配列番号46−WalR結合部位のスクランブル型を組み込んだリン酸化ダンベルオリゴヌクレオチド
配列番号47−WalR結合部位のスクランブル型を組み込んだリン酸化ダンベルオリゴヌクレオチド
配列番号48−WalRの結合部位を組み込んだリン酸化オリゴヌクレオチド
配列番号49−WalRの結合部位を組み込んだリン酸化オリゴヌクレオチド
配列番号50−FabBプロモーターのフォワードプライマー
配列番号51−FabBプロモーターのリバースプライマー
配列番号52−WhiB7 TFDのフォワードプライマー
配列番号53−WhiB7 TFDのリバースプライマー
配列番号54−肺炎桿菌のσ54因子の認識配列を含むTFDのフォワードプライマー
配列番号55−肺炎桿菌のσ54因子の認識配列を含むTFDのリバースプライマー
配列番号56−細胞透過性ペプチドの配列
配列番号57−WalR TFDコンセンサス配列
配列番号58−SigB TFDコンセンサス配列
配列番号59−KP_Sig TFD配列
配列番号60−KP_Sig TFDコンセンサス配列
[実施例]
一般に、本明細書において言及される技術の多くは当技術分野において周知であるが、特にSambrookおよびRussell、第三版、2001年、Molecular Cloning:a laboratory manualを参照してもよい。
(実施例1)
1.1ストレプトリジンOの存在下でのコレステロール標識TFD
オリゴヌクレオチドプライマー(1つは5’コレステロール修飾を有しており、もう1つはその5’末端または他に類似の修飾(例えば、Cy5などの蛍光染料など、容易に転写因子デコイ(TFD)の取り込みを測定することができるように)を有する)を使用して、TFDをPCRにより調製する。TFDが前もってベクター(pGEMT−Easy)へクローニングされている場合、プライマーは、挿入物に最も近接するベクター配列にアニーリングするように設計される、例えば:
配列番号1 Chol_TEf:5’コレステロール−TEG−GGC CGC CAT GGC GGC CGC GGG AAT TC
配列番号2 Cy5_TEr−5’Cy5−AGG CGG CCG CGA ATT CAC TAG TG
TFDとして使用される配列がクローニングされていない場合、直接的に合成(十分に短い場合)およびアニーリングされてTFDを形成させるか、あるいはTFD内でアニーリングするように設計されたプライマーを使用してゲノムDNAから直接的に増幅される。
PCR産物はエタノール中で沈殿され、500〜1000ng/μlの濃度でTE緩衝液(10mM Tris.HCl、1mM EDTA pH8.0)において再懸濁される。典型的には、抗生物質感受性アッセイは、各ウェルが培養液を200ml含む96ウェルプレートを使用して行われる。例えば、エンテロコッカス・フェシウムの場合は、この培養液は、0.2U/mlストレプトリジンO(Sigma)および5μg/mlバンコマイシン抗生物質を捕足したBHI(ブレインハートインフュージョン)培地(Becton Dickinsonから)であり、E.フェシウムのバンコマイシン耐性株で播種される。
1.2PCRによるダンベルの調製
ダンベルデコイは、標的因子の結合部位を含み、ステムループ構造が隣接する、二本鎖中心を特徴とする共有結合的に閉環した一本鎖DNAである。ステムループは、通常はデコイポリヌクレオチドを分解するエキソヌクレアーゼの作用を阻止することによりデコイを安定化させる。それゆえ、ダンベルTFD(DB)は、その特徴的形状のためにそう呼ばれる。
DBは、1.1に記載のように、標的結合部位を含むpGEMTEasy由来プラスミドをテンプレートとして使用するPCRにより調製される。増幅において使用されるプライマーは次のとおりである:
配列番号3 DBTEf:5’P−CTTGG TTTTT CCAAG AGAAGAGC CCG CCA TGG CGG CCG CGG GAA TTC
配列番号4 DBTEr−P−CCG TCT TTT TGA CGG CGA AGA GCA GGC GGC CGC GAA TTC ACT AGT GA
プライマーのステムループを形成することになる部分に下線を引いている。適切なベクターを用いた増幅は、図4に示すDNA産物を生じ、ここで転写因子に結合するDBの部分は「NNN NNN」として示す。太字で示す配列は、ニッキング制限酵素(nicking restriction enzyme)Nt.BspQ1の結合部位を表す。図4の後半部分では、Nt.BspQ1でPCR産物を消化した結果が示され、これは一本鎖領域としてステムループ構造を示し、これはステムループを形成することになり続いてT4 DNAリガーゼで処理されてライゲーションされることができ、共有結合的に閉じた環およびDBが形成される。
1.3プラスミドの制限消化によるダンベルオリゴヌクレオチドの調製
あるいは、ダンベルは、適切なPCRクローニングベクターへ図4に示す平滑末端化PCR産物をクローニングすることにより作成することができ、同一性やプラスミドの調製が確認される。次いで、プラスミドは消化させることができ、挿入物が放出され、これはNt.BspQ1でさらに消化されて図4の後半部分に示す断片を放出する。これは、DNA分子を共有結合的に閉環させそしてDBを形成させるため、T4 DNAリガーゼで同様に処理することができる。
この手法の利点としては、ダンベルが多量に必要な場合に、実用的にも経済的にもスケールアップしやすいことである。
1.4 R9コレステロール剤を用いた形質移入
R9コレステロールは、真核細胞においてsiRNA(または他の核酸ベースの治療剤)分子などの形質移入を支援する特性に関して記載されている(米国特許出願番号第2007−0207966号)。ここで、我々はTFDを用いて様々な細菌を形質移入してR9コレステロー有用性を記載する。
9個のD−アルギニン直鎖に結合したコレステロール分子から成るR9−コレステロールは過去に記載されたように合成した(Kim W.J.ら、「Mol.Ther.」(2006年)14−343〜350)。TFDは、5%グルコースを捕足したTEベース緩衝液においてR9−コレステロールの量を増やして混合した。この混合物を室温で1時間培養し、次いで、形質移入において直接使用あるいはアガロースゲル電気泳動により分析した。典型的には、ゲル中でDNAとの複合体が動かない最少の量のR9−コレステロールを使用した(つまり、核酸バックボーンの電荷はポリアルギニンの結合により中和された)。コレステロール分子は、TFDが細菌細胞膜と会合し、そうして細胞に入ることを支援する。
TFD/R9−コレステロール接合体は、96ウェルプレートにおいて、200μlの培養液に様々な濃度で混合された。例えば、エンテロコッカス・フェシウムの場合は、この培養液は、0.2U/mlストレプトリジンO(Sigma)および5μg/mlバンコマイシン抗生物質を捕足したBHI培地(Becton Dickinson)であり、E.フェシウムのバンコマイシン耐性株で播種される。
(実施例2)
恥垢菌(Mycobacterium smegmatis)に抗生物質に対する感受性を与えるためのWhiB7デコイ
WhiB7は、抗生物質に対する恥垢菌の感受性を決定することに関与することが示されている、恥垢菌中の遺伝子である。この遺伝子を機能的に欠如させることによって、この細菌が抗生物質に過敏になる(PNAS(2005年)102:12200)。WhiB7は転写レギュレーターであると考えられており、このような遺伝子はいくつか文献に記載されている。WhiB7の近縁相同体は、結核の原因物質である病原体結核菌(Mycobacterium tuberculosis)に存在する。
実施例1.1に記載のようにWhiB7デコイ配列を含有するデコイポリヌクレオチドを調製し、様々な濃度を使用して、培養液20mL(ワイヤーバッフル(wire baffle)付きの200mL振盪フラスコ中)中で増殖させた恥垢菌に形質移入した。使用した培地は、9H11(Becton Dickinson)に、10%ODAC(Becton Dickinson)および抑制濃度未満の抗生物質イソニアジド(IZ)もしくはリファンピシン(RF)を添加したものであった。このフラスコを振盪しながら37℃で温置し、様々な間隔で試料を採取し、それらの吸収を測定した(細胞増殖をモニタリングするため)。フラスコをWhiB7 TFD(+)100nMで処理するかまたは陰性対照TFD(−)で処理した。WhiB7 TFDで処理したフラスコでは、細胞が両方の被験抗生物質に対して感受性を持つようになったが、対照TFDの場合は感受性を有するようにならなかったことが明らかであった(図5参照)。
配列番号5−WhiB7 TFD 5’TGG CCA CGG ATC CGG GTG ACT GCG GGT CCG TGG CCT 3’
(実施例3)
大腸菌(Escherichia coli)の必須遺伝子を下方制御するためのFabBデコイ
FabBデコイは、脂肪酸合成の必須経路に関与する遺伝子(fabAおよびfabBを含む)の発現を調節するFadRレギュレーターの結合部位を含有する。fadR遺伝子を機能的にノックアウトすると、その結果、脂肪酸合成に関する欠失があり、抗生物質セルレニン(脂肪酸合成を標的とする(「J.Bacteriol」(2005年)183:5292))の存在下で増殖できない大腸菌株が得られることが明らかになっている。
FabBデコイは、配列:
配列番号6 FabB TFD 5’TTT ATT CCG AAC TGA TCG GAC TTG TTC AGC GTA CAC GTG TTA GCT ATC CTG CGT GCT TCA 3’を含有した。
実施例1.1に記載のように、このデコイを調製し、様々な濃度で使用し、1μg/mLセルレニン(Sigma)を添加した富栄養培地(1L当たりトリプトン10g、NaCl5g、酵母抽出物1g含み、0.2%グルコースおよび0.4%アセテート(最終濃度)を添加)200μLを含有する96ウェルプレートのウェルに対して形質移入を行った。このプレートを振盪しながら37℃で温置し、プレートリーダーを使用して(595nMで)吸収読み取りを行った。データ点は全て3回測定してとった。細菌に対しては、TFDで処理せずに(未処理)、FabB TFD(FabB)により形質移入を行うか、または配列が大腸菌のゲノム中に存在しないTFDからなる陰性対照(Van)により形質移入を行った。
図6で明らかなように、未処理試料および陰性対照は両者とも、上記の培養液中で同様の速度で増殖したが、FabB TFDで処理すると、細胞は殆ど増殖しなくなった。
(実施例4)
黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)にストレス応答に対する感受性を与えるデコイ
エレクトロポレーションによってデコイポリヌクレオチドを黄色ブドウ球菌に形質移入した。標準的方法によって細菌細胞を調製した。簡潔に述べると、420mMで吸収が0.3に到達することにより規定される初期対数期まで、LB培地中にて37℃で細胞を増殖させた。この細胞を4℃に冷却し、低速遠心によって回収し、同程度の体積の滅菌氷冷10%(v/v)グリセロールで3回洗浄した。最後に、この細胞を10%グリセロール中で元の体積の10分の1で再懸濁した。エレクトロポレーションキュベット中で細胞50μLをTFD1μL(典型的には、DNA100ngから1μg)と混合し、2.5kEV、100Ωおよび25μFの設定(3.8〜4.8msの範囲の時定数となる。)で、BioRad Genepulserにおいて電気穿孔処理を行うことによって、エレクトロポレーションを行った。典型的には、エレクトロポレーション済み細胞50μLを使用して、30mM KOH(ストレス応答を誘導するため)入りのBHI培地またはLB培地10mLに接種した。96ウェルプレートのウェルに細胞200μLを分注し、このプレートを穏やかに振盪させながら37℃で温置し、吸収を測定することにより増殖をモニタリングした。増殖曲線のプロットから、擬似エレクトロポレーション(この場合は、DNAが形質移入されていない)を通じて得られたかまたは無関係の配列により形質移入を行った対照と比較して増殖速度が低下したことにおいて、特異的TFDの影響が明らかになった(図7)。次のデコイ配列は、ストレス条件下で黄色ブドウ球菌の増殖を抑制することが可能であった。
配列番号7:LytM TFD 5’GCT ATT TTG TAA TGA CAA TGT AAT GAG TTT AGT AAA AA 3’
配列番号8:SsaA TFD 5’ATT ACA AAT TTG TAA CAG ACT TAT TTT A3’
(実施例5)
Sig TFDは黄色ブドウ球菌の増殖を阻害した
Sig_TFDは、黄色ブドウ球菌SigBタンパク質の結合部位を含有していた。このタンパク質は、ストレス関連遺伝子の多くを調節する代替シグマ因子である(Wigneshawerajaj、「Molecular Microbiology」(2008年)68:538)。黄色ブドウ球菌細胞に対してこのTFDにより形質移入を行い、96ウェルプレートにおいて、限定培地中で細胞を増殖させることによって、TFDがこの細胞の増殖を阻害することは明白である。Fhu DNAは、鉄制限条件下で鉄の取り込みを制御するFur転写因子の結合部位を含有する(Horsburghら、「J.Bacteriol.」(2001年)183:468)。SsaAは、増殖速度に影響を与える12種類の遺伝子を制御することが既に示されている、二成分レギュレーターWalRの結合部位を含有する(DubracおよびMsadek、「J.Bacteriology」(2004年)186:1175)。
5.1 PCRによるTFDの調製
同時係属中の出願PCT/GB2008/003353に記載のように、PCRによってTFDを調製する。このPCR反応で使用するオリゴヌクレオチドプライマーは、典型的には、5’末端が修飾されており、例えば、このうち1つは、5’コレステロール修飾を有する。使用されるその他の修飾には、TFDの取り込みを容易に測定することができるように、ビオチン、アミン、細胞浸透性ペプチド、蛍光色素(例えば、Cy5またはフルオレセインなど)が挙げられる。試験が検討されるその他の修飾としては、病原性細菌の膜に特有である脂質が挙げられる。したがって、PCRにより作製されるTFDは、その5’末端が、TFDのインビボでの安定性を向上させるため、取り込み効率を向上させるため、蛍光による検出を可能にするため、に役立つ様々な分子によって修飾され得る。TFDが既にベクター(pGEMT−Easy)にクローニングされている場合、挿入物に直接隣接するベクター配列とアニーリングするようにプライマーを設計し、例えば:
配列番号1−Chol_TEf:5’コレステロール−TEG−GGC CGC CAT GGC GGC CGC GGG AAT TC 3’
配列番号2−Cy5_TEr:5’Cy5−AGG CGG CCG CGA ATT CAC TAG TG 3’である。
PCR産物をエタノール沈殿処理し、500〜1000ng/μLの濃度になるようにTE緩衝液中で再懸濁する。
試験しようとする結合部位を含有する合成リン酸化オリゴヌクレオチド対を一緒にアニーリングさせることによって、TFDをクローニングする。オリゴヌクレオチドの各対は、3’末端にアデニンを含有するが、これは、5’チミン突出を有するpGEM_Teasyベクターにクローニングし易くするため(PCR産物のクローニングを促進するため)である。
Sig TFDに対して使用したプライマー配列は、
配列番号28−SasigB FOR:GAA GAT TAG AAA TTA TTT CGA T GGG TAT ATA ATA A
配列番号29−SASigB REV:TAT TAT ATA CCC ATC GAA ATA ATT TCT AAT CTT C Aである。
Fhu TFDに対して使用したプライマー配列は、
配列番号30−SAfhu FOR:ACT ACA AGT ACT ATT AGT AAT AGT TAA CCC TA
配列番号31−SAfhu REV:AGG GTT AAC TAT TAC TAA TAG TAC TTG TAG TAである。
SsaA TFDに対して使用したプライマー配列は、
配列番号32−SsaA FOR:ATT ACA AAT TTG TAA CAG ACT TAT TTT A
配列番号33−SsaA REV:AAA ATA AGT CTG TTA CAA ATT TGT AAT Aである。
5.2 96ウェルプレートでの増殖試験の実施
セクション5.1におけるように、コレステロール/Cy5で標識したデコイポリヌクレオチドを調製した。次いで、典型的には、TFD1μgをリポソーム形質移入試薬DOTAP(Roche)0.3μLと複合体形成させ、室温で10分間温置した。60nMグラミシジン(Sigma Corporationより。カタログ番号G5002)を添加した、鉄制限培地ではないBHI培地(Becton Dickinsonより)または同様にグラミシジンを添加した鉄欠乏培地(NRPMI)からなる培養液200μLが各ウェルに入った96ウェルプレートを用いて、細菌細胞の増殖におけるそれらの影響を明らかにするためのアッセイを行った。鉄欠乏に対する方法は他所で詳細に記載されている(「Science」(2004年)305:1626〜1628)。様々な濃度の、TFDと複合体化させたコレステロール/Cy5標識デコイ1μLを各ウェルに添加し、温置中、間隔を置いて培養液の吸収を測定することによって、黄色ブドウ球菌の細菌増殖におけるそれらの影響をモニタリングした。プレートを振盪しながら37℃で温置し、プレートリーダーを用いて吸収の読み取り(450nM)を行った。いくつかのデコイ:Sig、fhuおよびSsaAを試験した。
図8で見られるように、わずか10nMのSig TFDで処理することにより、BHI培地中で増殖が阻止され、一方で同様の量のfhu TFDは、この培地(非鉄制限である。)中での細菌増殖に影響がなかったことが明らかである。SsaA TFD10nMにより、細菌増殖が測定可能な程度に遅延した。
鉄制限培地を使用した場合、fhu TFD10nMで増殖を抑制できることが判明したが、一方で、同様の量の対照TFD(SsaA)は、これらの条件下で細菌増殖に影響を及ぼさなかった。
(実施例6)
fhuのFur TFD調節発現および鉄制限培地中での黄色ブドウ球菌の増殖抑制
細菌の鉄取り込みの調節において中心的役割を果たすFur転写因子(SomervilleおよびProctor(2009年)「Microbiol.Mol.Biol.Rev.」73:233〜248)に結合するようにTFDを設計し、これは捕捉された鉄の移入を調節するfhuオペロンを負の方向に制御する。鉄は、増殖に必須であり、電子伝達に必要とされ、多くの酵素的プロセスにおいて補因子として作用する。しかし、宿主において、鉄の存在量は限定されており、通常、トランスフェリンおよびラクトフェリンなどの宿主担体タンパク質へ組み込まれることにより、細菌が鉄を利用できなくなっている。これに応じて、黄色ブドウ球菌は、高親和性の鉄キレート剤であるシデロホアを合成し、これは、鉄に結合し、ABC輸送体(fhuCBGによりコードされるものなど)を使用して、鉄・シデロホア複合体を細菌細胞質に移入させる。過剰な鉄を移入すると、フェントン反応により遊離基が形成され、続いて細胞損傷が起こるので(WandersmanおよびDelepelaire、「Ann Rev Microbiol」(2004年)58:611〜647)、鉄取り込みは厳重に制御されねばならない。Furノックアウト株は、インビトロで、鉄制限培地中ではあまり増殖せず、動物モデルにおいてその病原性を喪失し(Horsburghら、「J.Bacteriol」(2001年)183:468〜475)、これにより、治療標的としてのFurの可能性が明らかとなる。
6.1 方法
6.1.1 細菌株および培養条件
黄色ブドウ球菌ATCC6538NA培養物をBHI培地(Becton Dickenson)中で増殖させ、維持した。50%グリセロールと初期対数期(A600で0.3のOD)の培養物を同じ体積で混合することによって、凍結保存物を調製し、−80℃で凍結した。BHIは、非鉄制限条件に対して使用される培地であり、鉄制限増殖条件の場合は、既に記載のように調製したNRPMI(Skaarら、2004年)であった。
6.1.2 TFDの調製
Furの結合部位(SAFur1、5’P−ACT ACA AGT ACT ATT AGT AAT AGT TAA CCC TA−3’(配列番号30)およびSAFur2、5’P−AGG GTT AAC TAT TAC TAA TAG TAC TTG TAG TA−3’(配列番号31))および調節配列(Con1、5’P−TGG CCA CGG ATC CGG GTG ACT GCG GGT CCG TA−3’(配列番号34)およびCon2、5’P−ACG GAC CCG CAG TCA CCC GGA TCC GTG GCC AA−3’(配列番号35)を含有するオリゴヌクレオチドをアニーリングすることによって、TFD配列を含有するプラスミドを作製し、これらをpGEMTEasyベクター(Promega)に連結し、大腸菌DH5α(Invitrogen)へと形質転換した。次に、pGEMTeasyを標的とした標識化プライマーchol−Tef(5’−コレステロール−GGC CGC CAT GGC GGC CGC GGG AAT TC−3’(配列番号1))およびcy5−Ter(5’−Cy5−AGG CGG CCG CGA ATT CAC TAG TGA−3’(配列番号2))を用いてPCRによってTFDを増幅し、エタノール沈殿により精製した。
6.1.3 形質移入手順
1mLメタノール中で21mgを溶解させることによってグラミシジン(Sigma)の保存溶液を新たに調製し、使用前に水中で希釈し、増殖培地中でさらに100分の1に希釈して、60nMの最終濃度とした。凍結黄色ブドウ球菌保存物を100分の1、グラミシジン添加済み培地に接種し、室温で10分間温置した。TFD1μgをDOTAP(Roche)2μgと混合し、ベンチ上で室温にて10分間温置することによって、TFD−DOTAP複合体を形成させた。次に、このTFD複合体を接種済み培地と混合し、96ウェル平底プレートに分注し、BioTekプレートリーダー中で振盪しながら37℃で培養することによって増殖を分析した。
6.1.4 リアルタイムqPCRによるTFD数の定量
個々のウェルからの細胞をPBS(リン酸緩衝食塩水)中で2回洗浄し、100μLの水中で再懸濁した。各qPCR反応において各試料1μLを使用し、ROX(Invitrogen)0.5μLを添加したSYBR Green DNA混合液12.5μL中で、TFD(TefおよびTer;配列番号1および2)または16S rRNA(stypF、5’−ACG GTC TTG CTG TCA CTT ATA−3’(配列番号36);stypR、5’−TAC ACA TAT GTT CTT CCC TAA TAA−3’(配列番号37))の何れかを増幅させるためのプライマーとDNA標準物質または試料を混合した。得られたデータを使用して、ゲノム1個当たりに存在するTFD数を計算した。
6.1.5 RNA分析
RNA Protect試薬(Qiagen)で培養物を処理し、記載のように細菌を回収し、−80℃で保存した。100μg/mLリソスタフィンを含有するTE緩衝液(10mM Tris−HCl、1mM EDTA)100μL中で細胞ペレットを再懸濁し、37℃で30分間温置して細胞を溶解した。RLT緩衝液700μLを添加し(Qiagen RNA抽出キット)、製造者のプロトコールに従いRNAを回収した。室温にて15分間、Invitrogen DNaseIを用い、25μL中でRNA試料2.5μgを1.25U DNAseIと混合して、残存DNAを全て消化した。25mM EDTA2.5μLを添加し、65℃で10分間加熱することによって、DNAseI酵素を不活性化し、ランダムプライマー合成(NEB Protoscript)を用いたcDNA合成に対してこの処理済RNAを使用した。標準的リアルタイムPCR法を用い、cDNAを使用して、fhu遺伝子に対するプライマー(qSAfhuF、5’−CGT CAA TCA TTG GTC CTA ACG GCT GC−3’(配列番号38);qSAfhuR、5’−GCC ATC TGC TAC TTC AGG TGA TTG AGG−3’(配列番号39))を用い、16s rRNAのレベル(プライマーstypFおよびstypR;配列番号36および37を使用)を用いて正規化して、相対的転写を定量した。
6.2 結果
6.2.1 非鉄制限培地中でのFur TFDの形質移入
鉄利用率は、59種類の黄色ブドウ球菌遺伝子(そのうち17種類は、Fur制御されることが分かっている(Allardら、「Microbiol.Infect.」(2006年)8:1679〜1690;Xiongら、「J.Infect.Dis.」(2000年)181:1020〜1026;Horsburghら、「J.Bacteriol.」(2001a)183:468〜475))の制御に影響を与える。Furはまた、酸化ストレス耐性に必要とされる触媒をコードするkatAを含む一部のPer−制御を受ける遺伝子の正のレギュレーターとしても作用し(Horsburghら、「Infect.Immun.」(2001b)69:3744〜3754;Morrisseyら、「Infect.Immun.」(2004年)72:972〜979)、したがって、結果的に、fur変異体は、その、毒性のあるヒドロキシラジカル形成阻止能に支障をきたしている。これらの幅広く複雑な制御特性は、黄色ブドウ球菌fur変異体のビルレンス低下の主な原因であり得る。Fur活性を調節するためにTFD法を適用可能であるかを評価するために、Fur結合部位(これは、黄色ブドウ球菌のfhuプロモーターにおいて行われるフットプリンティング実験により既に同定されていた(Xiongら、2000年))を組み込むTFDを設計した。対照TFDは、黄色ブドウ球菌ゲノムには存在しない類似ヌクレオチド組成物の無関係な配列から構成され;これは、Fur TFDの作用が配列特異的であるか否かおよび形質移入手順のみにより生じる死滅効果があるか否かを立証するためであった。各ヌクレオチド配列を大腸菌ベクターpGEMTEasyに連結し、得られたプラスミドを挿入部位に隣接するプライマーとともに使用して、PCRによりTFDを作製した。このプライマーは、通常どおり、一部はエキソヌクレアーゼからTFDを保護することによりTFDの安定性を向上させるために、5’末端を修飾したが、また、コレステロール(フォワードプライマー)およびcy5色素(リバースプライマー)でもその分子を官能化した。故に、TFDの全長は、Fur TFDの場合は60bpであり、対照TFDの場合は62bpであった。
形質移入を達成するために、市販の脂質製剤DOTAPとTFDを混合し、安定な複合体を形成させ、リン酸骨格の負電荷を遮蔽した。次に、60nMグラミシジンを添加した非鉄制限培地であるBHI中で黄色ブドウ球菌とTFD−DOTAP複合体を混合した。グラミシジンは、グラム陽性細菌の膜に対して活性を有する抗菌性ペプチドである(HerrellおよびHeilman、「J.Clin.Invest.」(1941年)20:583〜591)。発明者らによる先行実験から、グラミシジンの亜致死濃度は、細菌膜へのTFD−DOTAP複合体の融合およびTFDの取り込みを可能とするために十分であることが確認された。対照TFDとともに形質移入試薬を添加すると、その結果、黄色ブドウ球菌の増殖速度が低下した。これは、おそらく、細胞壁の弱体化を通じてある程度の殺菌活性が生じたためである。Furまたは対照TFDの何れか1μMを用いて形質移入を行った結果、高濃度鉄添加培地中で非常に類似した増殖曲線が得られた(図9)。興味深いことに、furノックアウトから、富栄養培地中での増殖欠陥が示されたが(Horsburghら、2001年)、一方で、対照とFur_TFD処理試料との間で差は見られなかった。この差に対する説明としては、増殖条件(例えば96ウェルプレート上で通気性が悪いこと)および培地が異なることが挙げられ得るが、より適切には、遺伝子ノックアウトとTFD処理の影響との間の根本的な相違であり得る。Fur_TFDは、その部位に結合可能なあらゆる転写因子(Furタンパク質だけでなく、同じ部位に結合するさらなるタンパク質)の結合を阻止する。細菌中の転写制御が以前に考えられていたものよりも複雑であり、真核生物におけるように、多くのレギュレーターネットワークからのインプットがあり、故にモジュラーであり、複数の転写因子が発現に影響を及ぼすということが次第に分かってきた(Barnardら、「Curr.Opin.Microbiol.」(2004年)7:102〜108)。
細胞の形質移入が起こったか否かおよび起こった場合に1ゲノム当たりいくつのTFDが入ったかを明らかにするために、定量的PCRを行った。グラミシジンおよびDOTAP非存在下で、細菌細胞内部のTFDまたは細菌細胞に接着したTFDは検出されず、このことから、TFDが自然には細胞に入らず、洗浄手順により、細胞表面に非特異的に会合したTFDが首尾よく全て除去されたことが分かる。形質移入試薬の存在下では、Furおよび対照TFDが、1ゲノム当たりそれぞれ4500および5340TFD検出された(図10A)。故に、この形質移入手順により、高濃度鉄添加培地中での増殖に目立った差別的効果を有することなく、相当数の両TFDが細菌細胞に送達された。
6.2.2 fhuのTFD調節発現
Fur_TFDが、Furに結合し、fhuプロモーターにFurが結合することを妨害するように作用している場合、fhu遺伝子の抑制が解除されるはずであることが予想される。これを調べるために、Fur_TFDで処理した試料中に存在するfhu転写産物のコピー数(リボソームDNAに対して標準化)を対照試料と比較した(図10B)。図9で示される試料から単離したRNAにおいて定量的リアルタイムRT−PCRを行い、Fur_TFDがfhu転写に対して予想される変化をもたらしたことが分かった:対照試料の場合よりも5倍高かったことが立証された。故に、病原性に対して必須であることが知られている黄色ブドウ球菌中の遺伝子発現のパターンを変化させるために、特異的TFDの形質移入を使用することができる。
6.2.3 鉄制限培地中でのFur TFDの増殖に対する影響
同じ形質移入プロトコールを用いて、鉄制限培地中で培養した黄色ブドウ球菌にFurおよび対照TFDを導入した(Skaarら、「Science」(2004年)305:1626〜8)。BHI中での増殖と比較した場合、予想されるように、この培地中での増殖が遅延した。しかし、Fur TFDにより形質移入を行った培養物は、実験中を通じて、増殖の徴候を何ら示さず(図11)、このことから、鉄制限条件下での鉄制御のかく乱は、増殖に悪影響を及ぼすことが分かり、Furノックアウト変異体で見られた結果が再現された(Horsburghら、2001a)。
Fur転写因子は、一般に、フェントン反応により引き起こされる鉄毒性を防ぐ、鉄過剰条件下で鉄取り込み遺伝子の転写を下方制御する全体的に作用するリプレッサーと考えられている(WandersmanおよびDelepelaire、「Ann.Rev.Microbiol」(2004年)58:611〜647)。黄色ブドウ球菌furの変異はまた、ビルレンスに対しても悪影響を与え、鉄制限条件下で増殖不能になり、その結果、インビボで弱毒化する(Horsburghら、2001a)。その理由は依然として明らかではないが、おそらく、環境変化への細菌の適応におけるFurの中心的役割および酸化ストレスへの応答能低下を反映している。ビルレンスにおける影響は、黄色ブドウ球菌に特有なものではないようである。furの変異により、インビボで、コレラ菌(Vibrio cholerae)、カンピロバクター・ジェジュニ(Campylobacter jejuni)、ピロリ菌(Helicobacter pylori)、アクチノバチルス・プルロニューモニエ(Actinobacillus pleuropneumoniae)およびバチルス・セレウス(Bacillus cereus)の弱毒化が引き起こされる(Meyら、「Infect.Immun.」(2005年)73:8167〜8178;Palyadaら、「J.Bacteriol.」(2004年)186:4714〜4729;Bury−Moneら、「Mol.Microbiol.」(2004年)53:623〜638;Jacobsenら、「Infect.Immun.」(2005年)73:3740〜3744;Harvieら、「Microbiol.」(2005年)151:569〜577)。黄色ブドウ球菌Furコンセンサス配列のバイオインフォマティクス分析(MEMEソフトウェア(http://meme.sdsc.edu/meme4_1/intro.html)を使用)および以前同定された配列(Horsburghら、2001a)から、これは、バチルス・セレウス(Bacillus cereus)、炭疽菌(Bacillus anthracis)、枯草菌(Bacillus subtilis)、リステリア・モノサイトゲネス(Lysteria monocytogenes)において、ならびに黄色ブドウ球菌においてよく保存されており(図12)、その他のバチルス目に対する活性が予想される。
病原性細菌を処理するために、アンチセンス分子が使用されてきた。中でも注目すべきは、ペプチド核酸(GoodおよびNielsen、「Nat.Biotech.」(1998年)16:355〜358)およびモルホリノオリゴヌクレオチド(Shenら、「Proc.Natl.Acad.Sci.USA」(2009年)106:8163〜8168)など、修飾骨格を使用することおよびカチオン性ペプチドにより送達を達成することである。これらは、マイクロモルレベルの濃度で標的mRNAの翻訳を下方制御し、インビトロおよびインビボで微生物の増殖を阻害する。修飾骨格への転換には、それにより体液中でのオリゴヌクレオチドの安定性が向上し、リン酸骨格の負電荷が低減するかまたは除去されるという長所がある。この後者の効果には、負に荷電した細菌外膜を通じて、修飾オリゴヌクレオチドがより形質移入され易くなるという長所がある。しかし、DNA−タンパク質相互作用を阻害することによりTFDが作用し、リン酸骨格がタンパク質認識に重要である可能性があるので、これは容易に置き換えることはできない。
この実施例において、ナノモルレベルの濃度で細菌を死滅させるためにペプチドおよびリポソームの組み合わせを用いて、天然の骨格を有する巨大なオリゴヌクレオチドとして、TFDを細胞に効率的に送達し得ることが明らかになった。TFDは、酵素プロセス(転写)を阻害するので、はるかに低い濃度で有効であり、その一方、アンチセンスは、転写産物(mRNA)において立体障害物として作用する。TFDを使用するさらなる長所は、TFDが、単一の標的を有するのではなく、多くの必須遺伝子の発現を阻害し、これらが耐性機構に反応しないようにすることである。
(実施例7)
Sig TFDはMRSA株の増殖を阻害する
実施例5.1におけるように、コレステロール/Cy5で標識したデコイポリヌクレオチドを調製した。典型的には、次に、Sig TFD1μgをリポソーム形質移入試薬DOTAP(1,2−ジオレオイル−3−トリメチルアンモニウムプロパン;Roche)0.3μLと複合体形成させ、室温で10分間温置した。96ウェルプレート(各ウェルが、60nMグラミシジン(Sigma Corporation、カタログ番号G5002)を添加したBHI培地(Becton Dickinson)からなる培養液200μLを含有する)を用いて、細菌細胞の増殖におけるそれらの影響を調べるためのアッセイを行った。様々な濃度の、TFDと複合体化した、コレステロール/Cy5標識デコイ1μLを各ウェルに添加し、メチシリン耐性株(MRSA)であると判定された黄色ブドウ球菌の臨床分離株の細菌増殖に対する影響をモニタリングした。温置中、間隔を置いて、培養液の吸収を測定することにより、増殖をモニタリングした。このプレートを振盪しながら37℃で温置し、プレートリーダーを用いて吸収読み取り(450nM)を行った。
図13で示されるように、わずか10nMのSigで処理することにより、BHI培地中のMRSA株の増殖が阻止されたことが明らかであった。黄色ブドウ球菌ゲノムでは見られない、同様の長さの無関係の配列を含有する同等量の対照TFDは、この培地中での細菌増殖に影響を及ぼさなかった。
(実施例8)
Sig TFDは、EMRSA15(臨床分離流行株)に対する抗生物質の作用を増強する
実施例9.1(下記参照)に記載のように、Sigダンベル型TFDを調製した。実施例5.2に記載のように、よく特徴が分かっているMRSA株であるEMRSA15を用いて増殖アッセイを行った。この株は、メチシリン(この抗生物質2mg/mL中で増殖可能)、0.5mg/mLエリスロマイシンおよび0.5mg/mLシプロフロキサシンに対して耐性を示す(PorterおよびDamani、「J.Hospital Infection」(2007年)65:88)。
下記の表1で示されるように、細菌培養物の増殖におけるラグタイムを調べることにより測定したところ、Sig TFD10nMの存在下で、EMRSA15株は、メチシリン、エリスロマイシン、およびシプロフロキサシンに対して再び感受性を持つようになった。このような実験において、対照TFD(実施例5.1に記載)および抗生物質で処理した培地に対する0hのラグタイムから、この培養物が、抗生物質を添加した培地中で増殖させた未処理細菌と同じ時点で増殖を開始したことが示唆される。Sig TFDで処理した培養物に対して、ラグタイムとは、抗生物質存在下で対照TFDにより見られるものと比較した、増殖の遅れである。故に、6.4時間(2mg/mLメチシリン存在下)、8.2時間(0.5mg/mLエリスロマイシン存在下)および8.3時間(0.5mg/mLシプロフロキサシン存在下)のラグタイムから、Sig TFDが、これらの抗生物質と相乗的に作用して、増殖を遅らせたことが示唆される。
この効果のメカニズムは、Sig TFDがストレス応答レギュロンの抗生物質介在性誘導を阻害するかまたは下方制御し、細菌細胞の感受性をより高めるということであると考えられる。殆どの抗生物質がストレス応答を引き起こすので、発明者らは、TFDを併用した場合、このような抗生物質の全てまたは殆どの有効性が向上すると予想する。
ラグタイムは、TFDの処理によって(擬似形質移入培養と比較して)増殖が遅れる時間として規定する。
(実施例9)
ダンベル形状のSig TFDは臨床分離MRSA株の増殖を抑制する
9.1 ライゲーションによるTFDダンベルの調製(DB−TFD)
それぞれ黄色ブドウ球菌代替シグマタンパク質の認識部位の一方の鎖を含有する2種類のオリゴヌクレオチドを合成した。この分子の何れかの末端で、低分子ヘアピンループは、この分子を分解から保護するように作用した。各オリゴヌクレオチドを250pmol/μLの濃度でdHO中で再懸濁した。
SigダンベルTFD(SA3 TFDと呼ばれる)を形成させるために、次のリン酸化オリゴヌクレオチドを合成した:
配列番号40−SigDB_SA3:CTTGG TTTTT CCAAG GAA GAT TAG AAA TTA TTT CGA T GGG TAT ATA ATA
配列番号41−SigDB_SA3:P−CCG TCT TTT TGA CGG TAT TAT ATA CCC ATC GAA ATA ATT TCT AAT CTT C
アニーリングした場合、これらは次の分子を形成した。
典型的には、各オリゴヌクレオチド30μLをdHO27μLと混合し、次のPCRプログラムを用いてアニーリングを行った:ANNEAL:95℃で3分間、−0.1℃/秒で8℃まで冷却、終了。その後、10xNEBリガーゼ緩衝液10μLおよびHC T4 DNAリガーゼ(NEB)3μLを添加した。この混合物を16℃で一晩温置した。次に、この物質をT7エクソヌクレアーゼ(NEB)で徹底的に消化して未連結オリゴヌクレオチドを全て除去し、次いでエタノール沈殿を2回行うことにより回収した。
Sig結合部位のスクランブル型を含有するDB_TFDも調製した。この場合、使用したリン酸化プライマーは:
配列番号42−SigScr_SA1:CTTGG TTTTT CCAAG TAG AAA GAA GAT TTA GGG CGA T TTT ATA ATA TAT
配列番号43−SigScr_SA2:CCG TCT TTT TGA CGG ATA TAT TAT AAA ATC GCC CTA AAT CTT CTT TCT A
であった。
9.2 96ウェルプレート中での増殖試験の実施
ダンベル形状のSig TFDおよび臨床分離MRSA株を用いて、実施例5.1に記載のように、増殖アッセイを行った。
図14で示されるように、わずか10nMのSig TFD濃度で細胞増殖を抑制することができ、一方で、同様の濃度の対象TFDでは抑制できなかった。
(実施例10)
WalR DB−TFDはEMRSA15の増殖を阻止する
10.1 WalR結合部位を含有するDB TFDの調製
WalRの結合配列をダンベル型オリゴヌクレオチドに組み込み、実施例9.1に記載のように調製した。これらのリン酸化オリゴヌクレオチドの配列は:
配列番号44−WalRDB2.1:CTTGG TTTTT CCAAG TAA TGA ATG A GTT TAA AGC CCA TGT AAA AG GGG TAT CAG TAC
配列番号45−WalRDB2.2:CCC TCT TTT TGA GGG GTA CTG ATA CCC CTT TTA CAT GGG CTT TAA ACT CAT TCA TTAであった。
WalR結合部位のスクランブル型を含有するオリゴヌクレオチドの第二の対を使用して、対照ダンベル(Scr.WalR)を作製した。これらのリン酸化オリゴヌクレオチドの配列は:
配列番号46−WalRDB3.1:P−CTTGG TTTTT CCAAG GTA ATA TGA C AAG ATT GTA AAT GAC CTA GTT GAG AG ATGCCA
配列番号47−WalRDB3.1:P−CCC TCT TTT TGA GGG TGG CAT CTC TCA ACT AGG TCA TTT ACA ATC TTG TCA TAT TACであった。
10.2 リソスタフィンとの同時処理によるEMRSA15の形質移入
グラミシジンの代わりに0.5〜2.5pg/mLのリソスタフィンを培地に添加したことを除き、実施例7.1に記載のように、増殖アッセイを行った。リソスタフィンは、黄色ブドウ球菌の細胞壁に特異的であるリゾチーム様酵素である。
図15に見られるように、わずか10nMのSig DB−TFDで、細菌増殖を阻害することが可能であったが、一方で、同等量の対照DB−TFDでは影響がなかった。
(実施例11)
WalR TFDはマウス敗血症モデルにおけるMRSAの増殖を阻害する
この実施例で使用したTFDは、二成分系WalKRの作用を阻害する。当該タンパク質は、細胞壁代謝、特にペプチドグリカン合成に関与する遺伝子の低分子レギュロンの発現を調節する必須シグナル伝達経路を形成する。
11.1 方法
11.1.1 細菌株および増殖
BHI培地(Becton Dickenson)中で、黄色ブドウ球菌EMRSA16培養物を増殖させ、維持した。50%グリセロールと初期対数増殖期(A600で0.3のOD)の培養物を同じ容量で混合し、−80℃で凍結することによって、凍結保存物を調製した。
11.1.2 TFDの調製
既に記載のように、ダンベル形状になるようにTFDを調製した(Ahnら、2003年)。リン酸化オリゴヌクレオチドの対を連結して、lytMのプロモーターに存在するようなWalRタンパク質の結合部位を含有するTFD(WalR_TFD)または結合部位のスクランブル型を含有するTFD(Scr_TFD)を形成させることによって、TFDを調製した。T4 DNAリガーゼ緩衝液(New England Biolabs)およびT4 DNAリガーゼ400U中で100pmol/μLの最終濃度となるようにこれらのオリゴヌクレオチドを再懸濁し、16℃で一晩温置した。翌朝、反応緩衝液に10UエキソヌクレアーゼI(NEB)を添加し、37℃で30分間消化し、その後、フェノール・クロロホルム抽出およびエタノール沈殿により精製した。水中で1mMの濃度になるようにTFDを再懸濁した。
WalR_TFDを形成するために使用したオリゴヌクレオチド対の配列は、
配列番号48−WalR1:5’−P−CTT GGT TTT TCC AAG TAA TGA ATG AGT TTA AAG CCC ATG TAA AAG GGG TAT CAG TAC−3’および
配列番号49−WalR2:5’−P−CCC TCT TTT TGA GGG GTA CTG ATA CCC CTT TTA CAT GGG CTT TAA ACT CAT TCA TTA−3’であった。
Scr_TFDには、使用した配列は:
配列番号46−WalRDB3.1:5’−P−CTT GGT TTT TCC AAG GTA ATA TGA CAA GAT TGT AAA TGA CCT AGT TGA GAG ATG CCA−3’および
配列番号47−WalRDB3.1:5’−P−CCC TCT TTT TGA GGG TGG CAT CTC TCA ACT AGG TCA TTT ACA ATC TTG TCA TAT TAC−3’であった。
11.1.3 インビトロでのMRSAの形質移入
TFD1μgをDOTAP(Roche)2μgと混合し、ベンチ上で室温にて10分間温置することによって、TFD−DOTAP複合体を形成させた。次に、10ng/mLリソスタフィン(Sigma;L9043)を添加した接種済み培地とこのTFD複合体を混合し、96ウェル平底プレートに分注し、BioTekプレートリーダー中で振盪しながら37℃で培養することによって、増殖を分析した。
11.1.4 マウス敗血症モデル
Euprotec(UK)によりマウス敗血症実験が行われた。この実験で使用したマウス(雄CD1マウス)は、Charles River(Margate UK)により提供され、特定病原体不在であった(配達時16〜18g)。マウスは全て、実験開始時に体重が22〜25gであった。
11.1.5 忍容性試験
忍容性試験のために、1処置群当たり2匹のマウスの群(したがってこの試験に対して合計10匹)で、マウスを処置した。この試験の第1日目に全マウスの体重測定を行い、無作為に飼育箱に入れた。これらのマウスに対して、10mL/kgを用いて静脈内投与により次の処置を行い、5種類の処置群は:100μM WalR_TFD;2.5mM DOTAP;6.3μg/mLリソスタフィン;TFD/DOTAP/リソスタフィンの混合物;食塩水であった。処置後、100時間にわたりこれらのマウスの体重測定を毎日行い、その後、これらを安楽死させ、肺、肝臓、脾臓および腎臓を摘出し、目視検査および重量測定を行った。
11.1.6 PK試験
PK試験のために、1つの時点当たり3匹のマウスとなる群(したがってこの試験に対して合計24匹)で、マウスを処置した。5nM/kg WalR_TFD、25nM/kg DOTAP、31.5m/kgリソスタフィンの混合物の静脈内送達によりマウスを処置した。投与後5分、15分、30分、1時間、2時間、4時間、8時間および24時間の時点で、イソフルオラン麻酔後、心臓穿刺によって、マウスの各セットから採血した。全試料を血漿として回収した(ヘパリンで抗凝固剤処理し、分離前に氷上で保存)。血液回収後、腎臓を摘出し、1mL氷冷PBS中でホモジナイズ処理した。qPCRを用いて生体試料中のTFDを検出した。
11.1.7組織負荷試験(tissue burden study)
組織負荷試験のために、1処置群当たり8匹のマウスとなる群(したがってこの試験に対して合計48匹)で、マウスを処置した。黄色ブドウ球菌EMRSA16の2x10mL培養物を調製し、37℃で一晩、オービタルシェーカー(220rpm)上に置いた。翌日、この黄色ブドウ球菌EMRSA16培養物をシェーカーから取り出し、ペレット化し、2回洗浄し、その後、0.132のOD(1.5x10cfu/mL)になるように食塩水中で再懸濁した。次に、この黄色ブドウ球菌EMRSA16の保存溶液をさらに食塩水中で1:1.5希釈し(1x10cfu/mL)、即ち細菌2.0x10個/マウスとした。次に、1.0x10/mL縣濁液0.2mLを用いて48匹のマウスに感染させた。感染量を確認するために、接種後の残存懸濁液中の1mL当たりの黄色ブドウ球菌EMRSA16細菌数も数えた。感染から1、9時間および17時間後に化合物またはビヒクルの何れかでマウスを処置したが、バンコマイシンの投与は1時間後のみであった。処置物質は、以前のように、DOTAPと5:1のモル比の1nM/kgTFD濃度及び63μg/kgリソスタフィンを用いた、TFD/DOTAP/リソスタフィンの混合物であった。感染から25時間後、全動物の体重測定を行い、次いで安楽死させた。すぐに腎臓を摘出し、氷冷滅菌リン酸緩衝食塩水+0.05%Tween80中でホモジナイズした。CLED寒天上で臓器ホモジネートを定量的に培養し、37℃で最長3日間温置し、コロニー数を数えた。Stats Directを用いて、この培養負荷(culture burden)からのデータをKruskal−Wallis試験により分析した。
11.2 結果
11.2.1 WalR TFDは、インビトロでMRSAを迅速に抑制する
保存性が高い2成分系WalK/WalR(YycG/YycFとも呼ばれる)は、遺伝子ノックアウト実験において、黄色ブドウ球菌およびその他のグラム陽性病原体の生存に必須であることが示されている。転写因子WalRの結合部位が、lytM/SA0265を含むレギュロンにおける遺伝子のいくつかのプロモーターで同定されている(Dubrac、Bonecaら、2007年)。WalR_TFDおよび配列が無作為に再編成されたスクランブル型(Scr_TFD)で使用したものは、この型であった。
この試験では、イギリスの病院に固有のMRSA株であるEMRSA−16を使用した(Cox、Mallaghanら、1995年)。市販の脂質製剤であるDOTAPとTFDを混合し、EMRSA−16を接種した培地およびリソスタフィンと混合した。リソスタフィンは、黄色ブドウ球菌の細胞壁で作用するリゾチーム剤であり、この実験では、細菌のペプチドグリカン外層を菲薄化するため、および細菌の露出した内膜とDOTAP担体の融合後TFDを細胞に形質移入できるようにするために使用した。この形質移入プロトコールを用いて、対照TFDであるScr_TFDでの処置は、未処理試料と比較した場合、細菌増殖において検出可能な影響がなかったことが観察された。しかし、WalR_TFDは、インビトロにおいて、1nMの濃度でEMRSA−16の増殖を阻害した(図16)。総生存数から、WalR_TFDでの処理により、生存数が5桁減少したという結果が確認された(図17A)。何らかの耐性の発生があるか否かを判定するために、WalR_TFD処理により死滅しなかった細菌を継代培養した。このプロセスを全4回繰り返し、生存細胞数の減少(図17B)およびインビトロ増殖曲線の両方を記録した(図17C、黒の四角形:4回目の継代の細菌)。故に、TFD介在性の殺菌に対する耐性メカニズムの発現に対する証拠はない。
TFDが接触したその時に細菌を死滅させたかまたは作用するには長時間の曝露が必要とされるか否かを調べるために、EMRSA−16に対して1nM WalR_TFD/DOTAP複合体を用いて形質移入を行い、30分間温置した後、TFD複合体またはリソスタフィン不含の新鮮な培地へと微量希釈した。さらに48時間インビトロでの増殖を追跡したところ(図18)、増殖が観察されないことが明白であり、このことから、最初の接触時にTFDが細菌細胞を効果的に死滅させることが確認された。
11.2.2 忍容性試験
IV投与後、全薬物が忍容性良好であり、報告すべき急性事象はなかった。処置後、マウスは、苦痛の徴候なく、通常どおり摂餌および摂水した。処置したマウスの体重増加はビヒクル対照マウスと同様であった。剖検からは、腎臓、肺、肝臓またはGI管の全体的な異常は示されなかった。腎臓、肺および肝臓重量は正常範囲内であった。試験化合物は全て、忍容性があり、この忍容性試験で使用した最大用量までのさらなる投与に適している。
11.2.3 組織負荷試験
比較的穏やかな感染を確実に成立させるために(これは処置に対してより感受性がある)、投与感染用量は、細菌2.0x10個/マウスを目標とした。ビヒクル、Scr_TFD複合体1nM、WalR_TFD複合体1nMまたはバンコマイシン(コロニー形成単位(cfu)を2分の1にするために十分な濃度で使用)の何れかを全身的に投与することによってこれらのマウスを処置した。処置後、これらのマウスを屠殺し、その腎臓内で見られる負荷を測定した(図19)。結果の統計学的分析から、WalR_TFD処置マウスにおいて、Scr_TFD対照と比較した場合に、バンコマイシンにより達成されたものと同程度、負荷量が低下したことが分かった(下記表2)。
この実験におけるWalR_TFDは、インビトロおよびインビボの両方でMRSAに対してナノモル濃度で迅速な殺菌活性を有することが分かった。
(実施例12)
FabB TFDによる大腸菌の形質移入によって、脂肪酸合成を阻害する抗生物質に対して細菌が感受性になる
12.1FabB TFDの調製
大腸菌のFabB遺伝子の上流にある、脂肪酸合成酵素の転写レギュレーターであるFadRの結合部位を組み込むように、FabB TFDを設計した。FabB遺伝子は、脂肪酸合成に関与する酵素をコードする(「J.Bacteriology」(2005年)183:5292)。
FabBプロモーターの60塩基対の部分をpGEMT−Easyベクターにクローニングしたことを除き、実施例4.1に記載のように、PCR TFDを作製した。プロモーター配列を増幅するために使用したオリゴヌクレオチドは:
配列番号50−fabBf:TCT TTA AAT GGC TGA TCG GAC TTG
配列番号51−fabBr:AGT AAG TTT CGA ATG CAC AAT AGC GTAであった。
恥垢菌から単離したゲノムDNAを用いた増幅反応において使用した場合に、同様の大きさのPCR断片を生じさせた配列を有する対照TFDも作製した。これらのオリゴヌクレオチドの配列は:
配列番号52−WhiB7.f:CAC CAG CCG AAA AGG CCA CGG
配列番号53−WhiB7.r:CAA AAA TGG CCA CGG ATC CGG GTGであった。
12.2 増殖アッセイ
数ヶ所変更したことを除いて実施例4.1に記載のように、大腸菌細菌培養物の増殖に対するTFDの影響を測定した:使用培地はLBであり;使用した同時形質移入物は、グラミシジンではなく40nMポリミキシンであり;この培地には10μg/mLセルレニン(CER)も添加した。CERは、脂肪酸合成に対して作用する抗生物質である。これは、使用した濃度で、大腸菌の増殖に対して顕著な影響はなかった。
図20は、FabB TFD 10nMでの大腸菌の処理により、この細菌をセルレニンの作用に対して感受性を持たせるが、対照TFD(WhiB7;大腸菌)ゲノム内にないことが知られる配列を含有)では感受性を有さないことを示す。使用した抗生物質であるセルレニン(CER)は、20μg/mLで、対照TFD存在下で細胞増殖を阻害し始め、この時点までに、FabB TFDの相乗作用によって細胞が死滅する。
FabB TFDは脂肪酸合成オペロンの遺伝子を下方制御するように設計されているので、発明者らの仮説は、このTFDは、直接または間接的に脂肪酸合成をかく乱する任意の抗生物質と組み合わせて使用し得、この抗生物質の有効性を向上させるかまたは耐性メカニズムを阻止するということである。
(実施例13)
肺炎桿菌のσ54因子に対する認識配列を含有するTFDの形質移入により細菌増殖が遅延する
病原性生物である肺炎桿菌由来の代替シグマ因子σ54の結合部位を含有するPCR TFDを作製し、試験した。無関係の対照TFDの活性と比較して、Sig TFDは細胞増殖を阻害した。σ54は、細菌でのストレス反応の制御を調節するシグマ因子のさらなる例である。
13.1 TFDの調製
実施例5.1に記載のようにTFDを調製した。使用した、アニーリングされるオリゴヌクレオチドの配列は:
配列番号54−Ks54f:P−CCG ATA AGG GCG CAC GGT TTG CAT GGT TAT A
配列番号55−Ks54r:P−ATA ACC ATG CAA ACC GTG CGC CCT TAT CGG Aであった。
13.2 肺炎桿菌の形質移入
使用培地をM9培地(Sambrookら(1989年)Molecular Cloning、第2版、第3巻、ページA3)に変更して、セクション4.1に記載のように増殖アッセイを行った。この培地には同時形質移入物を何ら添加しなかった。
TFDを細胞浸透性ペプチドと複合体形成させることによって形質移入を達成した。このペプチドは、2つの部分:9個のD−アルギニンの線状鎖および肺炎桿菌の膜を浸透可能であることが分かっている既に述べられたペプチド配列から構成された(Vaara、「Antimicrobial Agents and Chemotherapy」(1996年)40:1801)。正に荷電したアルギニン(R9)は、電荷相互作用を通じてTFDのリン酸骨格に結合する役割を果たす。形質移入部分と複合体化して細菌に形質移入するためのこのようなR9テールの使用は、既に記載されている(Kim、「Molecular Therapy」(2006年)14:343)。使用ペプチドの全配列は:
配列番号56−IKFLKFLKFL−(D−アルギニン)9であった。
5%グルコースを添加したTEを基とした緩衝液中のIKFLKFLKKL−R9ペプチドの漸増量とTFDを混合した。この混合液を室温で1時間温置し、次いで、形質移入で直接使用するかまたはアガロースゲル電気泳動により分析した。典型的には、DNAとの複合体がゲルにおいて移動しなくなる(即ち、ポリアルギニンの結合によって、核酸骨格の電荷が中和される)最小量のIKFLKFLKKL−R9を使用いた。96ウェルプレート中で、培養物200μLにIKFLKFLKKL−R9−TFD複合体を様々な濃度で混合した。
図21は、Sig TFD10nMで肺炎桿菌培養物の増殖を阻害するのに十分であり、一方で、対照TFDでは阻害が見られなかったことを示す。
(実施例14)
黄色ブドウ球菌内のWalR結合部位の存在を検出し、そのコンセンサス配列を推測するためのバイオインフォマティクス分析
黄色ブドウ球菌(SA)ならびに、エンテロコッカス・フェシウム(EF)、肺炎連鎖球菌(SP)、リステリア・モノサイトゲネス(LM)およびミュータンス菌(SM)など、WalR結合部位が存在することが分かったその他の病原性生物における公開されているWalR結合部位の例の有無を調べるために、MEME検索(http://meme.sdsc.edu/meme4/cgi−bin/meme.cgi)を使用した。
この検索由来のヒットの一部を図22で示す。完全なセットから、配列:
TGT WAW NNN NNT GTA AW(配列番号57)を有するコンセンサス部位が抽出された。
IUPAC一文字コードを使用する(WはAまたはTである。)。
したがって、WalR TFDコンセンサス配列は、上記で列挙される生物の増殖に影響を及ぼすことが予想される。
(実施例15)
黄色ブドウ球菌内のSigB結合部位の存在を検出し、そのコンセンサス配列を推測するためのバイオインフォマティクス分析
バチルス目(グラム陽性感染物)(この代表的な属としては、バチルス、リステリアおよびスタフィロコッカスが含まれる。)の黄色ブドウ球菌のSigB結合部位のコンセンサス配列に対する一致の存在例を見出すために、(E−値<100で)MEME検索(http://meme.sdsc.edu/meme4/cgi−bin/meme.cgi)を使用した。
この検索由来のヒットの例を図23で示す。完全なセットから、配列:
GKT TWA NNN NNN NNN NNN NNK GGT AW(配列番号58)を有するコンセンサス部位が抽出された。
IUPAC一文字コードを使用する(KはGまたはTであり、WはAまたはTである。)。
(実施例16)
肺炎桿菌内のSig結合部位の存在を検出し、そのコンセンサス配列を推測するためのバイオインフォマティクス分析
Barriosら1999(「Nucl.Acids Res.」22:4305〜4313)に記載のように、肺炎桿菌glnA遺伝子のプロモーター領域から、代替シグマ因子(シグマ54)の結合部位を含有するTFDを取り出し、PCR_TFDに組み込んだ場合に、インビトロで、肺炎桿菌細胞を死滅させることが示された(図24A参照)。
使用したTFD配列は:
配列番号59−KP_Sig TGG CAC aga ttT CGC Tであった。
細胞浸透性ペプチドを用いて、実施例13に記載のように細胞に形質移入した。KP_Sig配列を含有するTFDは、インビトロで細胞増殖を阻害したが、一方で、2種類の対照は、細胞増殖に影響がなかった。使用した2種類の対照は、未処理細胞(肺炎桿菌)とスクランブル配列からなる対照TFDとであった。
コンセンサス配列を定義するために、その他の肺炎桿菌遺伝子(nifB、nifE、nifH、nifJ、nifL、nifMおよびnifU)で見出される同様の結合部位を使用した:
配列番号60−TGG NNN NNN WTT TGC W
IUPAC一文字コードを使用する(WはAまたはTである)。

Claims (22)

  1. 標的転写因子の結合部位を含むデコイポリヌクレオチドであって、前記結合部位は遺伝子に機能的に結合しておらず、
    前記標的転写因子は、WhiB7、YycG/YycF、Sigma54(もしくはSigA)、Fur、TcdR、Vfr、NtrC、ArsR、TcaA、AgrA、WalR、sigB、Ksig、もしくはfhu、またはこれらのいずれかの機能的変異体もしくはホモログから選ばれ、
    前記標的転写因子は、細胞の必須遺伝子のレギュレーター、あるいは
    (i)細胞の適応機構、
    (ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
    (iii)細胞のビルレンス因子、
    (iv)細胞のストレス機構
    のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子を発現させるためのレギュレーターを含み、
    二次構造の少なくとも1つのエレメントを含む、デコイポリヌクレオチド。
  2. 前記標的転写因子が、
    (a)細胞の排出ポンプタンパク質、細胞壁の組成、細胞壁密度もしくは細胞壁代謝を決定するタンパク質をコードする1個のまたは複数個の遺伝子、
    (b)細胞のストレス応答の1個のまたは複数個の遺伝子、
    (c)金属調節タンパク質をコードする1個のまたは複数個の遺伝子、
    (d)窒素固定タンパク質をコードする1個のまたは複数個の遺伝子、
    (e)病原性タンパク質もしくはビルレンス因子をコードする1個のまたは複数個の遺伝子、
    (f)1個のまたは複数個の必須遺伝子、
    のうち1つ以上を発現させるためのレギュレーターを含む、請求項1に記載のデコイポリヌクレオチド。
  3. 前記デコイポリヌクレオチドが、環状二本鎖DNAもしくは直鎖オリゴヌクレオチド、および/または前記転写因子の結合部位の1より多いコピー、および/または前記結合部位に付加的な配列、および/または前記ポリヌクレオチドのヌクレアーゼ耐性を増加させる修飾塩基もしくは修飾糖、および/またはプラスミドもしくはプラスミドライブラリーを含む、請求項1または2に記載のデコイポリヌクレオチド。
  4. 前記デコイポリヌクレオチドが、前記転写因子結合部位の複数のダイレクトリピートを含む、請求項3に記載のデコイポリヌクレオチド。
  5. 前記デコイポリヌクレオチドが、複数の転写因子結合部位を含む、請求項3に記載のデコイポリヌクレオチド。
  6. 前記デコイポリヌクレオチドが、少なくとも1つの5’コレステロール修飾を有する直鎖オリゴヌクレオチドを含む、請求項3、4、または5に記載のデコイポリヌクレオチド。
  7. 前記デコイポリヌクレオチドが、環状ダンベルを含む、請求項3〜6のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチド。
  8. 前記デコイポリヌクレオチドが、プラスミドを含み、当該プラスミドが、スネア配列を含むモノマー配列の1つ以上のコピーを有し、当該スネア配列が前記転写因子結合部位を含み、当該結合部位が遺伝子に機能的に結合していない、請求項3に記載のデコイポリヌクレオチド。
  9. デコイポリヌクレオチド中の前記転写因子の結合部位が、配列番号7〜8、18〜27、44、45、48、49、57〜60のいずれかまたはデコイ機能を保持するその変異体もしくはフラグメントを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチド。
  10. 前記ポリヌクレオチドは、配列番号57、配列番号58または配列番号60の配列を含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチド。
  11. 細菌感染の治療用薬剤の製造のための、請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドの使用。
  12. 前記細菌感染の治療が、1種以上の抗生物質および/または他の抗菌剤の使用を含む、請求項11に記載の使用。
  13. 細菌感染が、肺炎、菌血症、百日咳、ライム病、ブルセラ症、急性腸炎、敗血症(septicaemia)、野兎病、インフルエンザ、消化器潰瘍、レジオネラ症、淋病、院内感染、敗血症(sepsis)、リケッチア、腸チフス、赤痢、コレラ、疫病、炭疽菌、偽膜性大腸炎、ジフテリア、リステリア病、結核、敗血症(septicemia)から選ばれることを含む、請求項11または12に記載の使用。
  14. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドと、薬学的に許容される賦形剤または担体とを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて含む、医薬組成物。
  15. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて含む、洗浄組成物。
  16. 請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドと、1種以上の抗生物質および/または抗菌剤とを含むキットであって、前記デコイと前記1種以上の抗生物質および/または抗菌剤とは、殺菌、細菌増殖阻害、細菌のビルレンス低減のために組み合わせて使用される、キット。
  17. 殺菌する、細菌増殖を阻害する、または細菌ビルレンスを低減させる生体外方法であって、請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドを、任意に1種以上の抗生物質および/または抗菌剤と組み合わせて適用することを含む、方法。
  18. 原核細胞の生存能力を低減させる方法であって、
    (a)請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドを提供すること、
    (b)1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した前記転写因子の結合部位を含む原核細胞に前記デコイポリヌクレオチドを導入すること、を含み、
    前記デコイポリヌクレオチドの導入は、前記細胞における前記結合部位への前記標的転写因子の結合を低減させ、前記機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子の発現を変化させ、かつ
    前記標的転写因子は、細胞の必須遺伝子のレギュレーター、あるいは
    (i)細胞の適応機構、
    (ii)細胞の固有の抗生物質耐性機構、
    (iii)細胞のビルレンス因子、
    (iv)細胞のストレス機構
    のうち1つ以上をコードする1個のまたは複数個の遺伝子を発現させるためのレギュレーターを含む、方法。
  19. 原核生物の抗生物質感受性を増加させる方法であって、
    (a)請求項1〜10のいずれか1項に記載のデコイポリヌクレオチドを提供すること、
    (b)1個のまたは複数個の遺伝子に機能的に結合した前記転写因子の結合部位を含む原核細胞に前記デコイポリヌクレオチドを導入すること、を含み、
    前記デコイポリヌクレオチドの導入は、前記細胞における結合部位への前記標的転写因子の結合を低減させ、前記機能的に結合した1個のまたは複数個の遺伝子の発現を変化させ、これにより前記細胞の抗生物質感受性を増加させ、かつ
    前記標的転写因子は、細胞の固有の抗生物質耐性機構をコードする1個のまたは複数個の遺伝子を発現させるためのレギュレーターを含む、方法。
  20. 生存能力を低減させることが、
    (i)ストレス応答などの細胞の適応応答を阻害すること、
    (ii)抗生物質に対する細胞の感受性を増加させること、
    (iii)1個以上の必須遺伝子の発現を阻害すること、
    (iv)1個以上のビルレンス遺伝子の発現を阻害すること、のうち1つ以上を含む、請求項18に記載の方法。
  21. 原核生物が菌類である、請求項18〜20のいずれか1項に記載の方法。
  22. 前記菌類が病原性である、請求項21に記載の方法。
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