JP4179627B2 - コレラワクチンとしての欠失変異体 - Google Patents
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Description
本発明の分野はビブリオ・コレレ ワクチンである。100年以上のコレラの研究の後、効果的なコレラワクチンの必要が残っている。“古典的”な生物型に属するビブリオ・コレレの株により起こされたこの疾患の6回の汎発性流行があった。現在(第7)汎発性流行の病原体は“エルトール”生物型に属する(Finkelstein,Crit.Rev.Microbiol 2:553−623,1973,Wachsmuthら、The Lancet 337:1097−1098,1991)。近年、第7回目の汎発性流行が新たな場所、南アメリカの地に及んでいる。1991年の1月に始まり、コレラの流行がペルー、エクアドル、コロンビア、およびチリにおいて250,000以上の症例そして2,000名以上の死者を出した。この流行前には、主にインド、バングラデシュ、アフリカ、および西アジアにおいて年間200,000以上のコレラの症例が起こったと見積もられていた(Tacketら、Cholera Vaccines.In Vaccines:New Approaches to Immunological Problems,Ellis,R.W.編、Butterworth−Heinemann,Boston,1992)。
1992年11月、インドとバングラデシュに抗原的に異なる非01型ビブリオ・コレレが現われ、8ケ月以内に推定500,000の症例と6,000の死者を出した。血清型0139、別名“ベンガル”と命名されたこの新規株の汎発性流行の可能性は確実のようであり、発展途上世界中の新しい懸念の種である。これら最近の経験は、ビブリオ・コレレのエルトール01およびベンガル0139両血清型による疾患に対する効果的なコレラワクチンの必要性を明確にしている。
コレラの自然感染およびコレラからの回復は、少なくとも3年間は継続する免疫を誘発するので(Tacketら、上記;Levineら、J.Infect.Dis.143:818−820,1981;Cashら、J.Infect.Dis.130:325−333,1974)、経口投与された場合、その免疫特性において疾患と類似の状態になるが、免疫処置された個体において有害な症状または反応を起こさない(すなわち低い反応産生性を示す)生菌の弱毒化コレラワクチンを産生するために多くの努力がなされて来ている。この型のワクチンは、コレラ毒素のAサブユニット、すなわち、この疾患にみられる大部分の下痢の原因であるタンパク質をコードする遺伝子を不活性化する欠失変異を含んでいる(Mekalanosら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 79:151−155,1982;Mekalanosら、Nature 306:551−557,1983;Kaperら、Nature 308:655−658,1984;Kaperら、Biotechnology 2:345,1984;Pierceら、Infect.Immun.55:477−481,1987;Taylorら、Vaccine 6:151−154,1988;Levineら、Infn.Immun.56:161−167,1988;Herringtonら、J.Exper.Med.168:1487−1492,1988;Levineら、Lancet ii:467−470,1988;Kaperら、Res.Microbiol.141:901−906,1990;Pearsonら、Res.Microbiol.141:893−899,1990)。また本出願の参照文献として編入したMekalanosの米国特許第5,098,998号および第4,882,278号ならびにKaperら米国特許第4,935,364号を参照のこと。経口の死菌全細胞ワクチンおよびいくつかの生菌弱毒化コレラワクチンが開発されたが、これらのうち最も有望なものがビブリオ・コレレのエルトール生物型に対してほとんど保護を提供せず、そして0139血清型に対しては恐らく全く保護を提供しない。コレラワクチンに関係した主要な争点(問題)は安全性、安定性およびそれらの抗原性の度合である。
ビブリオ・コレレの毒素遺伝子に関して、毒素産生株と毒素非産生株の間の遺伝的多様性がChenら(1991,Epidemiol.Infect.107:225)により調べられている。Mekalanos(1983,Cell 35:253)はビブリオ・コレレ毒素遺伝子の重複および増幅に関して報告しており、Millerら(1984,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81:3471)は毒素遺伝子の転写調節を論じている。他のビブリオ・コレレ遺伝子でその産物がこの生物の病原性に役割を演じているものには、毒素とともに調節されている線毛遺伝子(Shawら、1990,Infect.Immun.58:3042;Sharmaら、1989,Vaccine,7:451;Sunら、1990,J.Infect.Dis.161:1231;Hallら、1991,Infect.Immun.59:2508;Taylorら、1987,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:2833)および腸内定着因子をコードする遺伝子(Taylorら、1988,Vaccine 6:151)が含まれる。
発明の要約
本発明はコレラに対し免疫学的保護を誘発する生菌経口ワクチンとして有用である毒素非産生性で遺伝学的に安定なビブリオ・コレレ変異株を特徴としている。この変異株は機能性のctxAサブユニットをコードするDNAを欠失し、またいかなる機能性のattRS1配列も欠失している遺伝子操作された変異体である。attRS1配列とは、CTX遺伝因子の組み換えおよび増幅に必要であるCTX遺伝因子内に含まれる17塩基対の配列または、そのような組み換えおよび増幅を可能にするために充分なその配列を意味する。“いかなる機能性のattRS1配列も欠失している”変異体はattRS1含有伝播体との効果的な部位特異的組み換えを実質的に行うことができないものである。なぜなら、野生型attRS1配列が全て欠失されているか、またはそのような組み換えを防ぐために充分に欠失されているか、または変異されているからである。その結果、本発明によるビブリオ・コレレ株は、それらがctxAをコードするDNAを含む野生型attRS1含有伝播体と組み換えできないので、より安全である。
本発明はまた上記のビブリオ・コレレ株を作成する方法を特徴としている。本方法には、ctxAおよびattRS1配列に変異を含むビブリオ・コレレDNAの断片を含むプラスミドの野生型ビブリオ・コレレへの導入が含まれている。このビブリオ・コレレDNA断片は生物体内で野生型ビブリオ・コレレDNAと組み換えを行い変異株を作成する能力がある。
ビブリオ・コレレのどの血清型も用いることができるが、好ましい実施の形態において、ビブリオ・コレレの変異株はエルトール血清型に属し、さらに好ましくは、イナバまたはオガワ血清型またはビブリオ・コレレ非01血清型、好ましくは0139“ベンガル”血清型に属する。好ましくは、変異体はCTXコアおよびattRS1配列の全てを欠失しており、さらに好ましくは、変異株はペルー2、バング2、バー2または下記のベンガル2(“ベング2”)またはベンガル3(“ベング3”)のようなベンガル血清型の弱毒化誘導体である。
本発明による変異株は安全性および/またはワクチンの免疫原性を改善するために導入されたさらに追加の変異を随意的に含む。そのような追加の変異には、DNA組み替えに関与する一つ或いはそれ以上の遺伝子、例えば、その株によってコードされているrecA遺伝子の不活性化、及びビブリオ・コレレ染色体、好ましくはビブリオ・コレレのlacZ遺伝子に導入されるさらに別の遺伝子の導入が含まれるが、これらに限定されない。好ましいさらに別の遺伝子には、ビブリオ・コレレのBサブユニットまたはシガ様毒素のBサブユニットのような任意の異種抗原をコードする遺伝子、またはE.coli CFA抗原または抗原性HIV抗原をコードする遺伝子が含まれる。異種抗原とはビブリオ・コレレにより通常発現されない任意の抗原を意味する。例えば、異種抗原はシゲラリポ多糖(LPS)抗原、シガ毒素、毒素原性大腸菌株の種々のCFA抗原、炭疽毒素、シュードモナス内毒素A、HIVキャプシド、百日咳毒素、破傷風毒素からの抗原性断片;ヘルペスウイルス、風疹ウイルス、インフルエンザウイルス、おたふくかぜウイルス、麻疹ウイルス、ポリオウイルスからの抗原;そしてマラリア、ニューモシスチス肺炎およびトキソプラズマ症を生じる真核生物寄生体からの免疫原性ポリペプチドであり、ビブリオ・コレレ生ワクチンにおいて発現される。好ましくは、さらに別の変異を有する変異株はペルー14、ペルー3、ペルー4、ペルー5、バング3、バング5、バー3、バー4、バー5またはベンガルの弱毒化誘導体である。
ctxAサブユニットとは、機能している場合、コレラの多くの症状(例えば、悪心、下痢、その他)の原因となるコレラ毒素のAサブユニットを意味する。最も好ましくは、これらの株はいわゆる“コア遺伝因子”の全体、すなわち下記により詳細に記載される、ctxA/BのみならずICF(腸内定着因子、恐らくCEP“ピリンをコードしたコア”と同等)およびZOTとして知られている領域の欠失も含む。
他の態様において、本発明は、コレラに対して免疫学的保護を誘発するための生菌経口ワクチンとして有用である毒素非産生性の遺伝的に安定なビブリオ・コレレ変異株を特徴としている。この変異株は機能性ctxAサブユニットをコードするDNAを欠失した遺伝子操作された変異体である。この株は、また軟寒天侵入能を欠損していることがある。軟寒天侵入能欠損とは粘性の高い培地に侵入する能力を欠くことを意味し、0.25から0.4%の寒天である寒天培地上および培地内を遊走させることによりin vitroで測定される。好ましい株はまた、糸状、すなわち対数増殖の条件下で25%以上の細胞の長さが15nM長よりも長い。好ましい実施の形態において、この株はまたATT-である。
好ましい実施の形態において、本発明は、機能性のctxAサブユニットをコードするDNAを欠き、かつ軟寒天侵入能欠損株でもある毒素非産生性の遺伝的に安定な変異体であるビブリオ・コレレの少なくとも2つの異なる株から成るワクチンを含む。2つの株のうちひとつは、好ましくはペルー株から得られ、他のひとつはベンガル株から得られる。本発明はまた成分株のそれぞれがctx-、att-、およびrecA-であるワクチンを含む。関係する地方の流行病次第で、ワクチン株は単一用量でいっしょに、またはさらに好ましくは別々に7−28日間隔をおいて投与される。ひとつの血清型だけが疾患の脅威を示す場合では、ひとつの株だけからなるワクチン処方を投与することが好ましい。
本発明は、少なくとも株のうち2つが異なる血清型であり、混合物中の全ての株が機能性のctxAサブユニットをコードするDNAを欠いている少なくとも第一と第二のビブリオ・コレレ株からなる死菌経口コレラワクチンをも特徴とする。ワクチンは血清型の少なくともひとつにより産生されるコレラ毒素Bサブユニットも含んでいる。好ましくは、ワクチン中の血清型のひとつはオガワ血清型であり、他の血清型はイナバ血清型である。最も好ましくは、死菌経口ワクチンは下記に定義しているように、バー3およびペルー3かまたはバング3、またはペルー3およびバング3の両者から成る。いかなる経口ワクチンの組み合わせも下記に定義されるようにベンガル2とベンガル3を含むベンガル血清型の細胞を含んでいる。これらの株は単独で、共に、または7−28日間隔をおいて連続用量で投与される。
本発明は死菌ビブリオ・コレレワクチンを生成する方法も特徴とする。本方法には、混合物中の各株が機能性のctxAサブユニットをコードするDNAを欠いている、少なくとも第一と第二のビブリオ・コレレ株の増殖が含まれる。続いて、株を増殖培地から採収し、細胞を殺す。株を繁殖した培地から株の少なくともひとつにより産生されたコレラ毒素Bサブユニットを得、殺した細胞に加える。続いて死菌とコレラ毒素Bサブユニットの混合物を生理的に許容される担体に懸濁する。
上記のような変異体はコレラワクチンとして有用であり、以前のワクチンと比較してそれらの遺伝的特性において改善されている。
本発明の他の特徴および利点は次の本出願の好ましい実施の形態の記載および特許請求の範囲から明らかであろう。
発明の詳細な説明
初めに図面を簡単に説明する。
図面
図1は毒素産生ビブリオ・コレレ株P27459−Sm、C6709−SmおよびE7946−SmのCTX遺伝因子の概略模式図である。網目で満たされたボックスはRS1配列を表す。RS1配列間にはctxAB遺伝子およびzot、腸内定着因子(ICF)をコードする遺伝子を含む、網目のないボックス(コア領域と呼ぶ)として示されている領域がある。RS1配列の末端には円が填入されており、17塩基対配列attRS1(CCTAGTGCGCATTATGT)[配列番号1]と17塩基中16が一致する配列のコピーを表す。RS1およびコア領域のコピー数に基づくと3つの株のCTX因子はその構造において異なるが、これらの因子はビブリオ・コレレの全てのエルトール株において同じ染色体の部位に挿入されていることに注目すべきである。
図2(A) 図1に概略図で示されたCTX因子を有するC6709−Sm株からのCTX領域を含む染色体の制限地図である。図1に概略図で示されているCTX因子のコアまたはRS1配列内にマップされている部位に観察される変異を除いて同じであるP27459−SmおよびE7946−Sm株の制限地図は示されていない。(B)バング1、バー1およびペルー1株の対応する染色体領域の制限地図。
図3(A) 図1に模式的に示したCTX因子を有するP27459−Sm株からのCTX領域を含む染色体に対応する挿入DNA断片を担持しているプラスミドpGP60の制限地図。制限地図の下には2つの矢じりを持つ印があり、プラスミドpAR62において欠失されているDNAを示している。(B)プラスミドpGP60にクローニングされた領域の外側に位置している制限部位を含むP27459−Sm株のCTX領域の制限地図を示す。(C)親株C6709−Sm、P27459−SmおよびE7946−Smにおいて、それぞれの欠失変異体ペルー2、バング2、そしてバー2を生成するタイプ2欠失を生じるプラスミドpAR62と染色体間の組み換え事象(破線)の表示。(D)ペルー2、バング2およびバー2株の染色体の制限地図。
図4はプラスミドpGP52の構築の模式的表示である。
図6はpJM84.1およびpJM84.2の生成の模式的表示である。プロモーターのないBサブユニットをコードする0.6kb断片をPCRにより生成した。このDNAをpCR100に連結し、SpeI/EcoRIを用いて消化した。その結果得られた0.6kb制限処理断片をEcoRI/XbaI消化したpVC100とpRT41ベクターに連結し、それぞれpJM1001およびpJM411を得た。各プラスミドをBamHI/EcoRIで消化し、クレノウで処理し、XbaIリンカーを隣接結合して、XbaIで消化した。精製された断片をXbaIで消化したpGP84に連結し、pJM84.1およびpJM84.2を得た。
図5はctxBの染色体への挿入の模式的表示である。非複製的pJM84.1を相同的組み換えによりペルー2、バング2またはバー2に組み込んだ。続いてアンピシリン耐性組み換えコロニーをアンピシリンを含まずストレプトマイシンを含む培地に塗布し、このようにして、アンピシリン耐性に対する選択圧力を減らした。得られたアンピシリン感受性コロニーを単離し、相同recA DNA配列により隣接されるDNA間の欠失を選択した。
本発明はコレラおよび可能性のある他の疾患に対して個体を保護するために、生菌、または死菌経口ワクチンとして用いることができる弱毒化ビブリオ・コレレ株を特徴としている。
ワクチンの構築
1991年にペルーにおけるコレラ患者から単離されたビブリオ・コレレ株C6709−Smの弱毒化誘導体が構築されており、生菌経口コレラワクチンとして用いることができる。誘導体ペルー1およびペルー2は、コレラ毒素と関係のない腸内定着因子(ICF)、zotをコードしているDNAに加えて、コレラ毒素をコードしているDNAを取り除いている小さなタイプ1(コア)および大きなタイプ2欠失をそれぞれ担持している。過剰な腸内定着が初期の原型の生コレラワクチンを投与されたヒトにおいてみられた有害な副作用の原因の可能性があるので、ペルー1およびペルー2においてコレラ毒素およびICF両方をコードしている遺伝子の欠失は、これらの株を、ワクチン被接種者においてその免疫原性と、従って保護特性を保持しながら、より少ない反応産生性にするであろう。
ペルー2に存在する大きなタイプ2欠失は、CTX遺伝因子と呼ばれる、より大きなDNA断片の一部として2以上のコピーに存在しているRS1と呼ばれる挿入片のような配列も取り除いている。RS1配列は、高頻度で重複でき、ビブリオ・コレレ染色体のattRS1と呼ばれる17塩基対のターゲット部位にCTX因子の挿入を引き起こし得る部位特異的組み換え系をコードしている。attRS1とほぼ同じ(そして、組み換え活性が全く同じと思われる)配列がRS1配列の末端に存在している。これらの配列は下記のようである。
attRS1およびフランキング染色体配列:
5′−TAAACCTAGAGACAAAATGTTCCTAGTGCGCATTATGTATGTTATGTTAAAT−3′
[配列番号2]
RS1の左側および染色体連接点:
5′−TAAACCTAGAGACAAAATGTTCCTAGTGCGCATTATGTGGCGCGGCAT...RS1...−3′
[配列番号3]
RS1の右側および染色体連接点:
5′−AAACCCTAGATTCCGCCGCCTTAGTGCGCATTATGTATGTTATGTTAAAT−3′
[配列番号4]
RS1の末端に存在するattRS1および類似の配列には下線が引かれている。attRS1に隣接する染色体配列がRS1の左側と右側に存在し、重複するのはRS1の左端のattRS1と同じである17塩基配列、及び、attRS1と17/18塩基対が一致する18塩基配列だけであることに注目。
遺伝子操作された生菌弱毒化コレラワクチンは、それらが元の状態に復帰できないか、ないしは他の方法でコレラ毒素を産生する能力を回復できない場合のみ理論的には安全である。attRS1配列のただひとつのコピーだけを担持する株はP因子接合またはバクテリファージの形質導入によるDNA導入を通してCTX因子の新しいコピーを効率的に獲得できる。従って、ビブリオ・コレレからRS1およびattRS1配列を全くなくす欠失は、ワクチン株がその自己の部位特異的組み換え系を通して自然におけるCTX遺伝因子を再獲得することを防ぐことができる。そのような欠失はペルー2株およびその誘導体に存在している。
類似であるが同一ではない特性を有するビブリオ・コレレの6つの変異株を構築した。ペルー1およびペルー2株と同じ2つの型の欠失(タイプ1およびタイプ2)を担持する4つの株をバングラデシュ(P27459−Sm)およびバーレーン(E7946−Sm)の患者から単離したビブリオ・コレレ株に構築した。これらの4つの誘導体、バング1、バング2、バー1およびバー2も、それらが定着性および/または他の特性(例えば血清型)において異なり、従ってそれらが世界の他の地域においてワクチンとして用いるために対応するペルー株よりも、より適している可能性があるので本発明の対象である。
ペルー1、バング1およびバー1の3株に存在するより小さなタイプ1欠失は全てのRS1コピーを取り除いてはいないが、この特定の欠失はペルー2、バング2およびバング2に存在するより大きな欠失よりもいくつかのこれらの株の腸内定着特性に、より過酷な影響を与える。
タイプ2欠失変異体の構築
タイプ2欠失はRS1配列およびattRS1配列の全てのコピー(図1)を含むCTX遺伝因子に対応する全ての配列を取り除く。タイプ2欠失をビブリオ・コレレの染色体と図3に示すプラスミドpAR62にクロン化されたプラスミド配列との間の組み換えにより構築した。プラスミドpAR62はプラスミドpGP60の誘導体であり、図3に示すHindIII断片を欠失したタイプ2欠失を担持している。プラスミドpGP60は、20−30kbのSau3Aによる部分消化断片をプラスミドpLAFR2(Friedmanら、1982,Gene 18:289)のBamHI部位に挿入することにより、先ずP27459株のゲノムライブラリーを作成することにより構築された。コロニーをctx領域(Mekalanos,1983,Cell 35:253)に由来するプローブを用いてハイブリダイゼーションによりスクリーニングした。陽性のコロニーを採取しそこから単離されたプラスミドをpGP60と命名した。このプラスミドの制限酵素分析により、それが全てのCTX因子配列および付加的なフランキングDNAを含んでいることを確認した。プラスミドpAR62はテトラサイクリンに対する耐性をコードしている。このプラスミドを接合またはエレクトロポレーションによりビブリオ・コレレ株に導入し、続いて3μg/mlのテトラサイクリンを含む培地で選択した。次いで、そのようなプラスミドを担持する株をGoldbergおよびMekalanos(J.Bacteriol.165:723−731,1986)に記載されたように調製した放射性L−3プローブを用いてコロニーハイブリダイゼーションによりスクリーニングした。染色体に挿入されたタイプ2欠失を担持しているコロニーはL−3プローブにハイブリッドを形成せず、驚くことに、高い頻度で発生した(すなわちスクリーニングされたコロニーの約1%)。サザンブロット分析を用いて、これらの株に予想された欠失の存在を確認した。
コア(タイプ1)欠失の構築
“コア欠失”はCTX因子のコアに対応する配列だけを取り除くが、RS1因子のコピーは染色体上にそのまま残しておく(Goldbergら、J.Bacteriol.165:723−731,1986)(図2)。これらの欠失は図2に示す様にコア領域の右側と左側に位置するRS1配列間の相同的組み換えにより自然発生的に起こる。コア欠失を含むビブリオ・コレレのコロニーは2つの方法で同定できる。第一に、その株がコア領域に挿入されたカナマイシン耐性をコードする遺伝子のような選択可能なマーカーを担持していれば、その場合コア欠失によりそのような株はカナマイシンに対して感受性になる(Goldbergら、J.Bacteriol.165:723−731,1986)。第二に、またこの欠失を担持している株とはハイブリッドを形成しない放射性CT−1プローブを用いるコロニーハイブリダイゼーションにより、コア欠失を含むコロニーは同定できる(Goldbergら、J.Bacteriol.165:723−731,1986)。どちらの方法によっても、これらの欠失を担持するコロニーはスクリーニングされた1000のコロニーに付き約1個の頻度で起こった。続いて、サザンブロットハイブリダイゼーションによる分析を用いて、これらの株における予想された欠失を確認した。
プラスミドpGP52の組み込みに基づく機能性attRS1配列のアッセイ
プラスミドpGP52はSM10λpirのようなE.coli株においてのみ複製可能である自殺プラスミドである(Pearsonら、1990,Res.Microbiol.141:893)。プラスミドpGP52は、初めにプラスミドpGP7(Mekalanos,1983,Cell 35:253)をClaIとSphIで消化することにより構築された。このプラスミドはビブリオ・コレレ株E7946−Smに由来する2つのRS1配列(RS1およびRS2と呼ぶ)を含む。RS1配列を含むDNAの断片をpBR322にクローニングし、得られるプラスミドをpGP20と命名した。続いて、このプラスミドをEcoRV(RS1配列内で切断する)で消化した。このプラスミドを再連結した時、ハイブリッドRS2配列がコア配列により隣接されているRS2*と呼ばれるRS2のハイブリッド型を含むpGP20Rと呼ばれる新規のプラスミドが生成された。続いて、RS2のSspI−SphI断片をNruIおよびSphIで予め消化された自殺プラスミドpJM703.1にサブクローニングした。プラスミドpJM703.1はMillerら(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81:3471)に記載されている。得られるプラスミドは、pGP52と名づけられた。pGP52の構築を表す図を図4に示す。
pGP52を、attRS1配列を含むビブリオ・コレレ株に接合により導入する場合、それは染色体上のattRS1配列とプラスミドに存在するattRS1配列との間の部位特異的組み換え事象によりビブリオ・コレレ染色体に組み込まれる。このような組み込み事象は、アンピシリンに対する耐性がpGP52によりコードされているのでアンピシリン耐性を安定的に維持している(すなわち、選択されない)コロニーの数を測定することにより定量化できる。組み込みの確認はサザンブロットハイブリダイゼーション実験において得られる。検査されるビブリオ・コレレ株が機能性attRS1配列を有していれば、その場合組み込みは検査で観察される。株が機能性attRS1配列を含んでいなければ、組み込みは起こらない。
pGP52のレシピエントとして働く種々のワクチン候補の能力を評価するために、下記の実験を行った。ひとつの培養につき、各株から107個の細胞濃度においてルリアブロス5ml中でドナーE.coli株SM10λpir pGP52をレシピエントのビブリオ・コレレ試験ワクチン株と混合した。混合物を37℃で5時間インキュベートし、その時点でそれを100μg/mlのストレプトマイシンを含む新たなルリアブロスに入れて1:100に希釈した。ストレプトマイシンの目的はE.coliドナー株を殺すことにより、それを淘汰することである。従って、ストレプトマイシン耐性ビブリオ・コレレレシピエント株だけが増殖可能である。この培養物を細胞の成長速度が飽和に達するまでインキュベートした。培養物を再び希釈し、pGP52に対するいかなる陽性選択のない状態で各細胞が合計20回複製するまでさらにインキュベートした。続いて、生存能力のあるコロニー数を定量化するために、この培養物を希釈し、2つの別々の培地組成物に塗布した。これらの培地のうちひとつは、いかなる抗生物質も含まないルリアブロスである。これらのプレートに現れるコロニーの数は培養物中の総細胞数を示す。他の培地はアンピシリンを含むルリアブロスである。これらのプレートに現れるコロニーの数は接合の後起こる組み込み事象の数を示す。結果は、安定的組み込み事象/生存可能な細胞の総数、の比率として表わされ、下記の表1に示されている。
これらのデータに基づき、attRS1配列の2つのコピーを含むペルー1株は、いかなるattRS1配列も持っていない検査された他の全ての株よりも少なくとも1000倍高い頻度でプラスミドpGP52をその染色体に組み込み可能なことが明らかである。
ワクチン株の血清学的特徴決定
ワクチン株ペルー2、バング2、およびバー2をそれらの血清学的および定着特性に関してさらに特徴決定した。表2に示すデータは、新たに採収された細菌細胞をDifcoビブリオ・コレレ01イナバまたはオガワタイピング血清を用いてスライド凝集により検査した場合、各誘導体はその予想された血清型(すなわち各変異体のそれぞれの親株の血清型)を保持していることを示している。この結果は、これらの株が依然としてLPS抗原を発現することを示している。他の検査はこれらの変異株が運動性、原栄養性で、そして依然としてTcp線毛を発現することを示している。従って、変異体は生ワクチン株として有用であるための能力にとって重要である多くの特性を発現する。
ワクチン株およびコア欠失変異体の定着特性
これらのワクチン株の定着特性を検査するために、Taylorら(Proc.Natl.Acad.Sci.USA.84:2833−2837,1987)に記載されているマウス腸内競合アッセイを用いた。このアッセイは、変異株が後に続いてヒトの志願者において検査された場合(Harringtonら、J.Exper.Med.168:1487−1492,1988)、その定着特性と正確な相関関係があることが示されている。アッセイは増殖および生存について競合できる変異株の能力を他の密接に関連している株または同遺伝子型株と比較することにより、変異株の定着性における差異を測定する。このアッセイにおいて、変異体および競合株を約1:1の比率で混合し、次いで、この混合物の約100万個の細胞を3−5日齢の乳児マウスCD−1の胃に導入した。24時間後、マウスを殺し、腸を切開し、ホモジナイズし、両株を選別するストレプトマイシンを含む細菌学的培地に塗布した。一晩のインキュベーション次いで増殖したコロニーを競合株から変異株を区別する別のマーカーについて検査する(すなわち、カナマイシンに対する耐性または適切な放射性DNAプローブとのハイブリダイゼーション;表3の説明文参照)。
表3に示すようにマウスの腸内における24時間の増殖後、バング2およびバー2の両方は同遺伝子型の競合株の回収の方が変異株よりも約4−13倍多い結果となる軽度の腸内定着性欠損を示した。表3にはコア欠損変異株ペルー1、バング1およびバー1を含む競合アッセイの結果も示されている。タイプ2欠損株のバング2およびバー2のように、これらのコア欠損変異体はそれらの同遺伝子型の競合株と比較して定着性において欠損があった。コア欠失はCTX因子(図1および3)のコアに対応する配列を取り除くので、これらのデータはCTX因子のコアが“腸内定着因子、すなわちICF”をコードしていると示唆している。コレラ毒素そのものはICFではない。GoldbergおよびMekalanos(J.Bacteriol.165:723−731,1986)に記載されているようにctx遺伝子における欠失およびカナマイシン耐性をコードする遺伝子の挿入によってコレラ毒素産生に欠損のあるSM44とSM115株は、腸内競合アッセイにおいてそれらの各々の変異体(バング1、バング2およびバー1、バー2)より勝っている。従って、SM44とSM115は、それらがコレラ毒素を産生しないにもかかわらずICFを産生し、一方変異体は産生しないことが明らかである。さらに、CTXコア領域はコアならびにタイプ2欠失両方において欠失している唯一のDNAであり、両方の欠失を担持している変異体は定着性において同様に欠損があるので、CIFは図1に示すCTX因子のコア領域によりコードされると結論することができる。
最近、ZOTと呼ぶ新規毒素がコア領域によりコードされることが見い出された(Baudryら、1992、Infect.Immun.60:428−434)。我々はZOT遺伝子における変異がタイプ1またはタイプ2欠失変異体に観察される定着性欠損を生じないという証拠を持っている。従って、ICFはZOTとは別個の、異なる特性と指摘されている。タイプ1またはタイプ2欠損を担持している本出願に記載されたワクチン株はICFに欠損がある。
対照的に、ペルー2株は、その競合株C6709−Smと比較して腸内定着性に顕著な欠損を示さなかった(表2)。しかしながら、マウスにおけるC6709−Smまたはペルー2株の総細胞生成量は、SM44またはSM115株よりも一般的には10−100倍少なく、ペルー株C6709−Smおよびその誘導体ペルー2が不確定の定着性欠損をすでに担持していることを示唆している。CTX因子のすべてまたは一部のコアの欠失はペルー1またはペルー2株の定着性においてさらなる欠損を生じなかったので、C6709−SmはCTXコア領域に対応するDNA配列を担持しているにもかかわらず、ICFにおいてすでに部分的に欠損があると結論できる。ペルー2、バング2およびバー2株に存在するタイプ2変異により明確にされている全CTX領域の欠失は、ICFの遺伝子がワクチン誘導体において再活性化して機能的になることができないことを保証している。ICF遺伝子のタイプ2欠失は軽度の定着欠損を引き起こすものと思われる。そのようなことは、コレラワクチン開発において弱毒化変異として有用である。なぜなら野生型ICFが望ましくない毒性レベルの原因となる可能性があるからである。
* 株名の後の“Sm”の名称はストレプトマイシン耐性を意味することに注意。これは100μg/mlのストレプトマイシンに耐性のある自然発生的な選択株であり、リボソームタンパク質の遺伝子における自然発生的点突然変異の結果であった。この耐性マーカーはプラスミドまたはトランスポゾンと関連しておらず、その結果腸内フローラに伝染性がない。全ての変異株は表示された親株から誘導されるので、全ての変異株もまたストレプトマイシン耐性である。
a 幼児マウス定着アッセイをTaylorら(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:2833−2837,1987)に記載された方法に従い行った。株の比率を抗生物質に対する感受性の差異か、または追加された下記の脚注に記載されているように適切なプローブとのコロニーハイブリダイゼーションにより決定した。
b SM44株はGoldbergおよびMekalanos(J.Bacteriol.165:723−731,1986)に記載されており、親株P27459−Smのカナマイシン耐性誘導体である。SM44においてカナマイシン耐性をコードする遺伝子をctx遺伝子座に挿入した。バング1およびバング2はP27459−Smの誘導体なので、SM44との競合はctxの喪失よりもむしろタイプ2の影響に帰することが出来る定着性の差異を測定する。バング1およびバング2株はカナマイシン感受性であり、30μg/mlのカナマイシンに対する耐性のコロニーを数えることにより、これらの競合アッセイにおいてSM44から区別された。
c SM115株はGoldbergおよびMekalanos(J.Bacteriol.165:723−731,1986)により記載されており、親株E7946−Smのカナマイシン耐性誘導体である。SM115においてカナマイシン耐性をコードする遺伝子をctx遺伝子座に挿入した。バー1およびバー2はP27459−Smの誘導体なので、SM115との競合はctxの喪失よりむしろタイプ2欠損の影響に帰することが出来る定着性の差異を測定する。バー1およびバー2株はカナマイシン感受性であり30μg/mlカナマイシンに対する耐性のコロニーを数えることによりこれらの競合アッセイにおいてSM115から区別された。
d C6709−Sm株はペルー1およびペルー2の親株である。ペルー2はタイプ2欠失を担持し、一方ペルー1はコア欠失を担持する。これらの両欠失はctx遺伝子を取り除き、その結果ペルー1およびペルー2はGoldbergおよびMekalanos(J.Bacteriol.165:723−731,1986)に記載されたCT−1プローブで探査した場合、コロニ−ハイブリダイゼーションブロットにおいて陰性であったが、C6709−Sm株は同じプローブを用いて陽性であった。従って、ペルー1およびペルー2両者は、CT−1プローブを用いるハイブリダイゼーションのコロニーを数えることにより、これらの競合アッセイにおいてC6709−Smから区別された。
記載された変異株は、ワクチンの安全性および免疫原性を強化する役目を果たす、さらに追加の変異を各株内につくることによりワクチン候補としてさらに改良できる。
安全性に関して、第2の変異を上記の任意の株のrecA遺伝子に導入することがその変異はそのrecA遺伝子を不活性化するように設計されているものである。従って、そのような二重変異株は組み換えにおいて欠損があり、自然環境においてビブリオ・コレレの野生型と組み換え不可能である。その結果、それらは野生型毒素遺伝子を獲得することおよびCTX因子を発現することは不可能である。その株に、コレラ毒素関連抗原(例えばコレラ毒素のBサブユニット)、または他の異種抗原、例えばシガ様毒素の非毒性Bサブユニットまたは毒素原性E.coli株の種々のCFA抗原、シガ毒素、炭疽毒素、シュードモナス内毒素A、百日咳毒素、破傷風毒素;ヘルペスウイルス、風疹ウイルス、インフルエンザウイルス、おたふくかぜウイルス、麻疹ウイルス、ポリオウイルスからの抗原、HIVキャプシドからの抗原性断片;そしてマラリア、ニューモシスチス肺炎およびトキソプラズマ症を生じる真核生物寄生体からの免疫原性ポリペプチド(Karjalainenら、1989,Infect.Immun.57:1126;Perez−Casalら、1990,Infect.Immun.58:3594)を発現させるように、さらに別の変異を各株に導入することにより免疫原性も改善できる。従って、一連の変異された誘導体も本発明において有用であり、それぞれ株をより安全に、遺伝子的により安定で、さらに広範囲の免疫原性があるようにする、さらに別の特性を各々が組み込んでいる。そのような誘導体の構築を下記に記載する。
recA/ctxB対立遺伝子の構築
コレラ毒素Bサブユニットはコレラ毒素中和抗体を誘発することができる非毒性で、非常に免疫原性のある分子であることが知られている。さらに免疫原性のあるワクチン株を作成するために、新しいctxB遺伝子のコピーを上記のタイプ2欠失を含むワクチン株に導入した(なぜなら、タイプ2欠失はコレラ毒素Bサブユニットのコード配列全てを取り除くからである)。これは、下記の一連の段階で達成された。
第一に、ctxB遺伝子のプロモーターのないコピーをポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いて構築した。PCRのために、ctxB遺伝子の終結コドンからすぐ下流に位置するattRS1部位を除去するようにctxBをコードする配列が合成され得るように下流のプライマーを設計した。このプライマーは下記の配列を有した。
5′−GGGCTAAAGTTAAAAGACAAATATTTTCAGGC−3′[配列番号5]。上流プライマーはA2サブユニットのカルボキシ末端の最後の24個のアミノ酸残基だけが反応の産物によりコードされ得るように設計された。このプライマーは下記の配列を有した。
5′−GGGTAGAAGTGAAACGGGGTTTACCG−3′[配列番号6]。AサブユニットをコードするDNAにおける、他の全てのヌクレオチドは反応から除外された。ctxB遺伝子発現の翻訳共役を可能にするために、CtxA2のカルボキシ末端アミノ酸をコードするDNAを最終産物に保持した。コレラ毒素に関連した毒素活性はCtxA1ポリペプチドに由来するので、A1ポリペプチドをコードする全ての配列はPCR反応から除外された。
PCRは上記のようにctxBプライマーを用いペルー株C6709−Sm(図6)からのビブリオ・コレレDNAを用いて行われた。反応の産物である、0.6キロ塩基対断片をプラスミドpCR100にクローニングした。続いて、この断片を0.6キロ塩基対SpeI−EcoRI断片としてプラスミドから切り出し、2つの別個の受容体プラスミド、XbaI−EcoRI消化のpRT41とXbaI−EcoRI消化のpVC100にクローニングした。そこで、得られるプラスミドpJM411およびpJM1001は、それぞれビブリオ・コレレのctxプロモーター(ctxP)か、またはhtpGプロモーター(hptP)の制御下にあるctxB遺伝子のコピーをコードしている。次いでこれらのプラスミドを毒素非産生株ビブリオ・コレレ0395−NT(Mekalanosら、1983,Nature 306:551および米国特許第4,935,364号)に導入し、0395−NT pJM411および0395−NT pJM1001と呼ばれる2つの新規株が生成された。各株により産生されるコレラBサブユニットの量をGMI ELISA(エライサ)により測定した。LB培養上清液中に0395−NT pJM411株は30μg/mlを産生し、一方0395−NT pJM1001株は100μg/mlを産生した。これらの結果は、PCR産物がガングリオシドGMIに結合可能な抗原性コレラBサブユニットをコードする機能性ctxB遺伝子であり、従って、正常の野生型ビブリオ・コレレにより分泌されるものと類似であったことを示している。
次の段階において、プロモーター・ctxB構築物を指定するDNAのEcoRI−BamHI断片を自殺recAプラスミドpGP84にサブクローニングした。このプラスミドはビブリオ・コレレのrecA遺伝子に隣接するDNAに対応するビブリオ・コレレ染色体DNA挿入断片(すなわち、recAの内部欠失)を含んでいる。プラスミドpGP84は自殺プラスミドpJM703.1の誘導体(Millerら、1988,J.Bacteriol.170:2575)であり、左側にBglII−PvuII断片そして右側にXbaI−EcoRI断片を含む、ビブリオ・コレレのrecA遺伝子のフランキング領域に対応する配列をコードしている(Goldbergら、1986,J.Bacteriol.165:715)。カナマイシン耐性をコードする1.3kb断片をこれら2つの断片間に配置する。プラスミドpGP84は、ストレプトマイシンに対する感受性をコードするNruI−BamHI断片も含む。この後者の断片はプラスミドpNO1523に由来する(Dean,1981,Gene 15:99)。pGp84をXbaIで消化した時、1.3kb断片を取り除き、他のXbaI断片を、この欠失したrecA領域に挿入できる。サブクローニングを下記のように達成した。プロモーター・ctxB構築物を指定する、2つのEcoRI−BamHI断片それぞれをXbaIリンカーの付加により修飾した。それらを個々にXbaI消化pGP84に連結し、2つの新しいプラスミドpJM84.1およびpJM84.2を生成した。各々はhtpP−ctxB構築物およびctxP−ctxB構築物をそれぞれ指定しているDNAを含んでいる(図6)。
次に、プラスミドpJM84.1およびpJM84.2をビブリオ・コレレ株ペルー2、バング2およびバー2に導入し、アンピシリン耐性のコロニーを選択した。これらのプラスミドはビブリオ・コレレ中で複製できないので、それらは相同的組み換えにより宿主細胞染色体に組み込まれ図5に示す構造物を生成する。両プラスミドはまたストレプトマイシン耐性(すなわち、ペルー2、バング2、およびバー2株)である株においてプラスミド組み込み事象に対陽性の淘汰を可能にするストレプトマイシン感受性の遺伝子をコードしている。従って、染色体DNAに組み込まれたプラスミドを有する株を2mg/mlのストレプトマイシンを含む培地で増殖した場合、アンピシリン感受性に復帰したコロニーを単離できる。次いで、ctxB構築物とともにrecA欠失変異を残したままにするように組み込まれたプラスミドを、ここで抹殺された株は、これら後者の株の間から選択された。これらの株は下記の特性を有しているので容易に同定された。
1.それらはアンピシリン感受性であった。
2.それらはrecA-細胞の特徴的な表現型である、LB 1mlに付き0.1mlのメチルメタンスルホネートの存在下で殺された。
3.それらはGMI−ELISAにより測定されるコレラBサブユニットを産生した。
4.recAおよびctxBプローブを用いるサザンブロット分析により、それらがctxB構築物の存在および適切なrecA配列の欠失と一致しているDNA断片を含むことを確認した。
上記の方法により単離された細菌株は下記の通りである。
lacZ−ctxB対立遺伝子の構築
上記のワクチン株内に含まれるrecA変異は、株を相同的組み換え欠損にする。依然として相同的組み換えが可能なワクチン候補をつくるために、ctxB遺伝子を下記のようにビブリオ・コレレのlacZ遺伝子に挿入した。
ビブリオ・コレレのlacZ遺伝子をコードするプラスミドpCG698はlacZコード配列の中ほどにユニークなHpaI部位を含んでいる。プラスミドpCG698を下記のように構築した。ビブリオ・コレレのβ−ガラクトシダーゼ遺伝子は記載された(Mekalanos,1983,Cell 35:253)ようにE7946株からの染色体DNA断片のライブラリーからクローニン化された。それはβ−ガラクトシダーゼを発現することが見い出され、制限酵素マッピングの後、lacZ遺伝子に(各々2.1kbのDNAにより隔離された)2つのHpaI部位を含む6kbの挿入断片を包含することが見い出された。このプラスミドをHpaIで鎖状化しXbaIリンカーを末端に連結した。ctxP−ctxB構築物を含むEcoRI−BamHI断片を上記のようにpJM411から取り出し、末端をXbaIリンカーの付加により修飾し、この断片を同様に修飾したpCG698に連結した。得られたプラスミドpJM6891は今ではlacZ遺伝子の中央に挿入されたctxP−ctxB構築物を含んでいた。このプラスミドをビブリオ・コレレ株ペルー2、バング2、およびバー2に導入し、各々得られた株をX−galの存在下での増殖についてスクリーニングした。不活性化されたlacZ遺伝子を含む白いコロニーを採取し精製した。宿主細胞染色体に組み込まれたlacZ::ctxP−ctxB配列を含む株をアンピシリンの非存在下での増殖により細菌からpJM6891をキュアリングすることにより得た。適切な配列の存在はサザンブロット分析により確認され、これらの細菌がコレラ毒素Bサブユニットを産生する能力はGMI−ELISAにより確認された。この方法に従って単離された細菌株を下記に示す。
マウス定着性に関して、これら担体コレラワクチン候補のいくつかを特徴決定するために、下記に示した株をマウスに感染させた。TcpA欠失を含みヒトの志願者の腸に定着しない0395−N1の誘導体であるTCP2株が対照としての役目をした。5匹のマウスを各株に用いた。感染24時間後、腸上部を各マウスから取り出し、ホモジナイズし、単純なプレーティングアッセイを用いて存在するビブリオ・コレレの数をアッセイした。結果を下記の表に示す。本質的には、TCP2で感染されたマウスの腸において細菌TCP2は検出されず、従って下記に示す値はバックグランドレベル0より上でマウスの腸に定着した各株の細菌の数を示している。
a 1匹のマウスに付き回収されたコロニー形成単位(5匹のマウスの平均)
b 構築物attRS1欠失#2は図3に記載されたプラスミドpAR62を用いて構築されたタイプ2欠失である。
構築物recA::htpG−ctxBはrecA遺伝子の欠失、およびビブリオ・コレレのhtpG
熱ショックプロモーターの制御下にあるコレラ毒素Bサブユニット遺伝子の挿入である。
構築物recA::htpG−ctxBはrecA遺伝子の欠失とビブリオ・コレレの超毒素産生性5698株のctx遺伝子に由来するコレラ毒素プロモーターの制御下にあるコレラ毒素Bサブユニット遺伝子の挿入である。
構築物lacZ::ctx−ctxBはビブリオ・コレレの超毒素産生性5698株のctx遺伝子に由来するコレラ毒素プロモーターの制御下にあるコレラ毒素Bサブユニットから成るビブリオ・コレレのlacZ遺伝子中の挿入物である。
結果は、recA::htpP−ctxB対立遺伝子の存在がペルー誘導株の腸に定着する能力を減らす役目をする(例えば、ペルー3とペルー2を比較)ことを示唆している。しかしながら、バング誘導株の定着性に関するこの構築物の効果はそれほど顕著ではなかった(バング3とバング2を比較)。一般に、ctxBがその自己のプロモーターの制御下にある構築物の導入は、それが熱ショックプロモーターの制御下に置かれた構築物よりも定着性に及ぼす影響は少なかった。ペルー2、ペルー3およびバング3株がそれらの定着特性において28倍以上の範囲で異なることに注目すべきである。その定着特性において、さらに一層広く異なる、追加のワクチン候補を単離することは上記のプロトコールに従う技術内に十分入ることである。
要約すると、このデータはctxB遺伝子の発現が2つのビブリオ・コレレのプロモーター(ctxPおよびhtpP)のどちらかの制御下に置かれる新規のctxB含有ビブリオ・コレレ株を作成するために遺伝子操作技術を用いることができる可能性を示している。操作された遺伝子はビブリオ・コレレ染色体のターゲット遺伝子、例えばrecAまたはlacZに組み換えられ、大量のコレラ毒素Bサブユニットを安定に発現する株を作成することができる(例えば、ペルー3、ペルー4およびペルー5株)。
ビブリオ・コレレの自然発生的軟寒天侵入能欠損株の単離
軟寒天侵入能に欠損のあるビブリオ・コレレの変異体はワクチンの産生に有用である。これらの変異体を使用する合理性を下記に示す。腸の粘液層は、粘性があると考えられており、軟寒天の侵入能に欠損のある変異体は、この粘液への侵入に欠陥がある可能性がある。粘液を通る侵入に欠損があるが、これらの変異体は、濃い粘液のゲルにより被覆されていない、そしてIgA抗体産生に特異的な抗原試食細胞を含むパイエル板に抗原を依然として提示する。その結果、侵入能欠損変異体は低い反応産生性を有するが、抗原性が高いと予測されており、これらの特徴は、生ワクチンに望ましい。非運動性変異体は、軟寒天の侵入能に欠損のある変異体のひとつの種類であるが、他の型の変異体も軟寒天侵入能欠損表現型(すなわち、遊走表現型)を生じ、ワクチンに有用である。この論法の線に沿って、完全に非運動性変異体、すなわち、寒天を含まない培地で遊走できない変異体は有用なワクチン候補である。
そのような変異体を得るために、下記のように、軟寒天を用い、高い粘性の培地(0.25%−0.4%寒天の軟寒天培地)に侵入する細菌の能力を評価することができる。高い治療上の価値を有する、ひとつのそのような軟寒天侵入能欠損ワクチンはペルー14である。
ペルー14は、軟寒天侵入能欠損であり、そしてさらに、ペルー14細胞の50%以上は、らせん状の外観を有し、正常の細胞の長さの5倍以上の細胞の長さ(野生型の細胞の長さ5nMに対し25nM)を有する線状である。
ペルー14は、下記に示すように(表7)、副作用がなく、被接種者に定着する能力を依然として保持している3重欠失のペルー株(ペルー3)(ctxA-,att-,およびrecA-)の軟寒天侵入能欠損誘導体として単離された。
ペルー14は、上記の理論に基づき単離されたが、この機能の理論は、ワクチンとしてペルー14の効果を正確にかつ完全に説明できるかもしれないし、できないかもしれない。効果的なワクチンとしてペルー14の有用性は、この理論の正確性に依存していない。
詳細には、ペルー14軟寒天侵入能欠損株を下記のように生成した。ペルー3をストレプトマイシンスルフェート100μgを含むLBブロス中で、30℃で一晩増殖した。培養物を約2000cfu/mlに希釈し、0.1mlをストレプトマイシン100μgを含むLBプレートに塗布した。プレートを30℃で、一晩インキュベートした後、約1000コロニーをつま楊枝採取して軟寒天プレート(LBブロス+0.45%バクト寒天)に入れ30℃で一晩インキュベートした。接種するつま楊枝を軟寒天プレートの表面に1−2mmだけ挿入する。採取した1000コロニーのうち、25が非侵入のようであった。非侵入単離体は、2mm径のコロニーとして現れるが、一方侵入単離体は寒天上および寒天内に5mm以上の径にまで遊走した。これらのコロニーを再採取し、既知の非侵入コレラ株、非運動コレラ株、および最初のペルー3株とともに、もう一度軟寒天に入れた。25のうちひとつのコロニーは寒天非侵入(対照と比較した場合)であった。ペルー14と命名された、このコロニーは、凝集血清で依然としてイナバ陽性であり、BサブユニットELISAで検査した場合、ペルー3と同じレベルのBサブユニット毒素を産生した。上記の方法はいかなるビブリオ・コレレ株の軟寒天侵入能欠損変異体を単離することにも用いることができる。遺伝的欠損を有している変異体のような非復帰の侵入能欠損変異体を上記の方法を用いて作成できる。
ベンガル株
非常に珍しい非01で強毒性の株がインド亜大陸におけるコレラ流行の原因であると、最近発見された。初期の01血清型流行病の生存者は、この株に対して免疫学的に保護されていない。
この株は、メリーランド州ロックビル市のアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(ATCC)に寄託されている。ベンガル株は他の株について上に記されているように、例えば、1つ以上の下記の変異:ctx-,att-,またはrecA-、または軟寒天浸入能欠損表現型によって、弱毒化でき、ベンガル2(“ベング2”)およびベンガル3(“ベング3”)はペルー2およびペルー3と遺伝子的に同等である。そのような弱毒化ベンガル株を上記の弱毒化ペルー株のひとつと組み合わせ2重または多重のコレラ株ワクチンを提供する。
ペルー3およびペルー5のヒトでの検査
ペルー3およびペルー5の効果のヒトでの研究を下記のように行った。
血液試料を免疫前、そして免疫後7日、14日、21日および28日目に志願者から取った。彼等の血流におけるビブリオ・コレレ抗体を測定し、そのレベルを表4に示す。ワクチンの原型であるペルー3およびペルー5の免疫原性をヒト志願者研究において評価した。志願者は、新たに採収したペルー3またはペルー5を10%重炭酸ナトリウム100ml中の3つの異なる用量で摂取した。ペルー3およびペルー5は、また抗毒素抗体を誘発することを示した(表5)。さらに、ペルー3およびペルー5は、野生型エルトールビブリオ・コレレ(表6、N16961株)の攻撃から志願者を保護することを示した。我々は、ヒトでの研究においてペルー3が特に強力な免疫応答(表4および5)を刺激し、コレラからの保護を提供する(表6)と結論する。
熱活性化血清試料をマイクロタイターウエルで連続希釈し、対数期のビブリオ・コレレ(最終濃度5×107)およびモルモットの補体(最終濃度11%)と混合して、37℃で1時間インキュベートした。
続いて、脳・心臓注入(点滴)ブロスをプレートに加え、37℃で2.75時間インキュベートした。表の値は、ビブリオ・コレレの抗体媒介による死滅が50%以上の時の逆数の力価を示す。
血清試料を前処理にガングリオシド/コレラ毒素Bサブユニットを塗布した96ウエルマイクロタイタープレートで連続希釈し、37℃で30分インキュベートした。PBSで3回洗浄した後、ヤギ抗ヒト抗体アルカリホスファターゼ接合体(1/1000)を加え37℃で30分インキュベートした。PBSで3回洗浄した後、2mg/mlのPNPPを各ウエルに加え15分インキュベートした。反応を0.1M K2PO4で停止し、O.D.405nmで読んだ。表の値は、逆数の力価および2日目と比較したピーク力価の増加を示す。
異型抗原を発現するビブリオ・コレレワクチンの構築
上記の手順はいかなる当業者によっても、広範囲の種々の外来抗原または異種抗原、例えば、ビブリオ・コレレに通常発現されない抗原を発現する能力のあるペルー2、バング2、バー2、ペルー14株および関連株の誘導体の構築に適用することが出来る。そのような誘導体は、生ワクチンとして用いられた場合、ビブリオ・コレレの抗原およびそれがコードしている外来抗原の両者に対して強力な免疫応答を誘発すると予想される。他の原形ビブリオ・コレレワクチンでの予防接種が全細胞抗原(例えば、LPS)ならびにコレラ毒素Bサブユニット(Herringtonら、1988,J.Exp.Med.168:1487−1492)のような個々のタンパク質に特異的である循環IgGと局所IgA抗体の誘発をもたらしているので全身的免疫応答および局所的免疫応答の両方が誘発されるようである。ビブリオ・コレレにより発現される外来抗原は個々のコレラタンパク質の免疫応答に類似の免疫応答を誘発すると予想される。
ビブリオ・コレレへの異種抗原の導入に有用な方法はctxB遺伝子のペルー3、ペルー4、ペルー14、ペルー5、バング3、バー3およびバー4への再導入に関する上記の方法と同様である。実質的にどんな異種抗原もこれらの方法を用いてビブリオ・コレレに挿入できる。
新規プロモーター下にctxBを含む株を構築するために用いられる同じプロトコールが実質的に全ての異種抗原またはバクテリア、ウイルスまたは寄生体のどれかにより通常コードされる抗原を発現できるペルー2、バング2およびバー2の誘導体の構築に用いることができる。従って、本発明に記載された方法はコレラに対してだけでなく他の病原体に対してもヒトを免疫化するために他の抗原をコードし発現するように操作でき、そしてヒトに投与できる多価ビブリオ・コレレワクチン“担体株”の生成を教示している。
ビブリオ・コレレ/毒素原性 E.coliワクチン
コレラ毒素(CT)に対する抗体を誘発するビブリオ・コレレワクチンは熱不安定性毒素(LT)を産生する毒素原性E.coli(ETEC)(Svennerholm,J.Infect.Dis.,149:884−893,1984)の株に対する交差保護をヒト被接種者に与えることが証明されている。しかしながら、ワクチン被接種者は、依然として熱不安定性毒素(ST)産生ETEC株の攻撃を受けやすい。ビブリオ・コレレの弱毒化株、ペルー3を定着因子抗原CFA/IV線毛の主要なサブユニットおよびSTの遺伝的トキソイドをコードする、ETEC由来の外来遺伝子を収容するワクチンベクターとして使用できる。そのようなワクチンベクターは、i)病原性ETEC株のヒト消化管上皮への結合を排除する抗線毛抗体およびii)STの下痢効果を無効にする抗ST抗体を誘導する。その結果は単一用量の経口投与される生菌弱毒化ビブリオ・コレレベクター化ETECワクチンである。
弱毒化ビブリオ・コレレベクター化ETECワクチンは下記の利点の1以上を有する。i)それは長期保存のために凍結乾燥できる、ii)それはコールドチェーンを必要としない、iii)それは経口投与される、iv)それは単一用量だけ必要とする、v)それは費用に比べて効果がよい、そしてvi)それは大部分のETEC株に対して防御する。
腸管内病原体である、ビブリオ・コレレおよび毒素原性E.coli(ETEC)を指向する単一用量の生菌経口ワクチンはE.coliからの抗原をコードする配列をビブリオ・コレレワクチン株へ遺伝子操作して入れることにより作成される。そのようなワクチン株の構築において、定着性および毒素産生の両方を中和することが望ましい。これは上記のようにビブリオ・コレレの弱毒化株、ペルー3を改変することにより達成できる。
ペルー3株はETECの熱不安定性毒素Bサブユニットとほぼ同一のコレラ毒素Bサブユニットをすでに発現しており、交差保護抗体を誘導する。この株を改変してETECの線毛抗原、およびコレラ毒素AサブユニットとETECの熱安定性毒素の変異型のオリゴマー化ドメインから成るキメラタンパク質を発現することが出来る。この様にして、ビブリオ・コレレとE.coli両者への免疫の誘発を達成できる。
ビブリオ・コレレ/ETECワクチン株の生成は微生物学および分子生物学における通常の技術を用いて達成される。動物に定着し免疫応答を誘発する株の能力は確立されたウサギの腸内感染モデルで分析できる。
線毛抗原のクローニングおよび発現
ETECのヒトの腸内上皮への定着能力は定着因子抗原(CFAs)および推定の定着因子(PCFs)として知られている血清学的に異なる線毛により仲介されている。CFA/4線毛は、全ETEC臨床単離体の約1/4から1/3に同定される主要な定着因子である。グループ(CS6)の原型の一員の主要なサブユニットをコードする遺伝子が他(の研究者)によりクローン化され配列決定されている。
高コピー数のプラスミドに担持されるクローン化CS6遺伝子を電気形質転換によりペルー3に導入し、50μg/mlのアンピシリンを含むルリア・バータニ(Luria−Bertani)ブロス中で培養して維持した。CS6配列を含む、ペルー3の全細胞溶菌液をタンパク質抗原発現について変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動及び抗CS6ポリクローナルウサギ血清を用いるイムノブロットにより分析した。イムノブロットを抗ウサギIgGアルカリホスファターゼ複合体およびBCIPを用いて展開(現像)した。CS6遺伝子の発現は17キロダルトンタンパク質の産生として検出された。従って、CS6抗原はワクチンの製剤化のためにペルー3中で発現できる。
しかしながら、ワクチン株候補を生成するために、抗生物質選択の非存在下で安定的にCS6遺伝子を維持させ、それをビブリオ・コレレにより活発に転写されるプロモーターから発現させるようにすることが望ましい。その目的のために、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を用いてプラスミドに担持されているCS6遺伝子を特異的に増幅し、ビブリオ・コレレの染色体への組み込みを可能にするアンピシリン耐性でストレプトマイシン感受性の“自殺”ベクターへの後に続くクローニングのためにその末端にユニークな制限エンドヌクレアーゼ部位を作成することが出来る。詳細には、PCRで生成されPacI部位及び3’NotI部位にはさまれたCS6DNAをPacI及びNotIで消化されたpJM6891DNAに連結してCS6遺伝子をコレラ毒素プロモーターの制御下に配置する。複製のためにpJM6891に必要なpiとして知られている特異的なトランス作用タンパク質を提供するE.coli SM10pir株に連結混合物を電気形質転換により導入する。しかしながら、pJM6891およびその誘導体をビブリオ・コレレ(piタンパク質を欠いている)に導入する場合、50μg/mlのアンピシリンに対する耐性の選択はプラスミドが染色体に組み込まれることを必要とする。組み込みの部位は、ビブリオ・コレレ染色体の配列に同一で、相同的組み換えが起こるのを可能にするCS6に隣接するビブリオ・コレレのlacZDNA配列の存在により決定される。その結果得られた子孫はアンピシリン耐性であり、プラスミドの組み込まれたコピーとlacZ遺伝子の繰返しDNA配列により囲まれたCS6配列を収容している。
繰返しは分離してベクター配列(アンピシリン耐性決定基を含む)を除去し、CS6遺伝子を毒素プロモーターの制御下に残すことができる。これは、2mg/mlのストレプトマイシンの存在下で株を培養し、ペルー3に本来備わっているストレプトマイシン耐性対立遺伝子について、またプラスミドにより導入されたストレプトマイシン感受性対立遺伝子に対して淘汰することにより行われる。ストレプトマイシンの存在下で一晩増殖した後、培養物を単一コロニーに関して100μg/mlのストレプトマイシンを含むLB寒天に塗布し、50μg/mlのアンピシリンに対する感受性を採点した。予想された組み込みと切断事象が起こったかどうか決定するためにストレプトマイシン感受性でかつアンピシリン耐性の単離体を染色体DNAのサザンブロットにより分析する。
これらの単離体をイムノブロット法を用いて抗原産生レベルを分析することが出来る。CS6線毛抗原の産生は、コレラ毒素プロモーターの転写に影響を与えることが知られている種々の増殖条件下で評価することが出来る。CS6発現のレベルに関して培地のpH(6.5対8.0)、温度(30℃対37℃)、NaCl濃度(50から500mM)およびアミノ酸濃度(0から25mM)の影響を測定することが出来る。
続いて、安全性および免疫原性を証明するためにワクチン株候補ペルー3/CS6をウサギモデルに用いる。CFA抗原を産生するETECのヒト臨床単離体は、通常、実験動物に病原性がないので、安全性および免疫原性を証明するためにE.coli株RDEC−1のAF/R1線毛抗原を発現する他のペルー3誘導体を構築する。この抗原は消化管上皮への吸着に介在し、ウサギに下痢疾患を生じる。プラスミドpW1に担持されるAF/R1をコードする遺伝子をPCRにより増幅し、pJM6891にクローン化し、CS6と同じような方法で染色体に組み込む。AF/R1の発現レベルをイムノブロットにより評価する。これはヒトのワクチン候補を生成しないが、それは改変ペルー3株により修飾された異種抗原の発現および異種生物による攻撃からの保護の誘導を示すモデルとしての役目を果たす。
高コピー数のプラスミドに担持される、クローン化AF/R1遺伝子も電気形質転換によりペルー3に導入され50μ/mlのアンピシリンを含むルリア・バータニブロス中での培養により維持された。AF/R1配列を含むペルー3の全細胞溶菌物を変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動および抗AF/R1ポリクローナルウサギ血清を用いるイムノブロットによりタンパク質抗原の発現に関して分析した。イムノブロットを抗ウサギIgGアルカリホスファターゼ複合体およびBCIPを用いて展開(現像)した。AF/R1遺伝子の発現は約18キロダルトンタンパク質の産生として検出された。従って、AF/R1抗原はワクチンの製剤のためにペルー3中で発現できる。
類似の方法を用いて、リポ多糖(LPS)およびプラスミド由来侵入性タンパク質のようなシゲラの保護的抗原を発現するワクチン株を作成し、シゲラ・ソンネイのような感染性シゲラ種により引き起こされる感染性下痢に対して保護することが出来る。
シゲラ・ソンネイにおいて、ひとつの血清型のLPSだけがあり、この細菌に対する保護において、それは主要な抗原決定基である。E.coliへのLPSオペロンをコードするプラスミドクローンの導入はLPSの発現をもたらし、抗シゲラソンネイLPS抗体により凝集される能力をE.coliに付与するのに充分である。ペルー3欠失変異株に導入された同じプラスミドは、それを凝集可能にする。オペロンのさらに別の分析は、pBR322にサブクローン化された、このプラスミドの12キロ塩基のEcoR1/BamH1断片が依然として凝集表現型を付与することを示した。次いで、この断片を上記のようにビブリオ・コレレ染色体の1acZ遺伝子に導入する。
ST−CTA2融合体の構築および安全性
ETECは定着および2つの別々の毒素の産生により下痢を引き起こす。熱不安定性毒素(LT)は配列、構造、および生物活性においてコレラ毒素(CT)とほぼ同じである。従って、ペルー3誘導体によるCTの産生は両毒素を中和できる抗体を誘発するのに充分である。しかしながら、CTでの免疫処置は多くの臨床単離体、そのうちのいくつかはLTを産生しないことにより産生される非常に小さなポリペプチド(19のアミノ酸)であるETEC熱不安定性毒素(ST)からの保護を付与しない。従って、この毒素に対する抗体を誘発するためにコレラ/ETECワクチン候補における重要な要素は、ペルー3にST配列を包含することである。
毒素活性の全く無い[STオキソイド(SToxoids)]多くの明確に特徴決定されたSTの誘導体が作成されている。これらの誘導体は、通常、毒素の断片またはタンパク質の3つのジスルフィド結合を形成しているシステイン残基における置換変異体である。残基5および10においてシステインからアラニンへの変異を有する完全な成熟ポリペプチドからなるSTオキソイドを構築して毒素活性を最小にするかまたは除去することが出来る。このSTオキソイドをコードする遺伝子はDNA自動合成装置で生成された相補オリゴヌクレオチドから全て作成することが出来る。合成遺伝子は後に続くプラスミドベクターへのサブクローニングのためにユニークな制限エンドヌクレアーゼ部位によって隣接される。
STのサイズ(19のアミノ酸)は、それを本質的に不十分な免疫原にしている。完全なSTまたはさらに小さなペプチド断片も他の大きなタンパク質(担体)と化学的または遺伝子的に結合すれば、STはより良好な免疫原になり中和抗体を誘発する。使用される主要な担体はLTまたはCTのBサブユニットであった。コレラ毒素A2サブユニット(A断片がBサブユニットペンタマーとオリゴマー化するのを可能にする酵素性サブユニットのドメイン)と融合した外来タンパク質がペンタマーと結合し、完全毒素状の複合体を形成するので、これらのキメラ複合体はi)ビブリオ・コレレにより分泌され、ii)ガングリオシドレセプターに結合でき、且つ、iii)免疫反応性である。
STオキソイドをコードする合成遺伝子はインフレームでCT A2をコードする遺伝子の5′末端に融合されてSTオキソイド・A2キメラを生成する。この遺伝子融合構築物を上記のようにペルー3染色体に組み込める。CT Bサブユニットとともに発現させた場合、このタンパク質はSTとCT両方の生物活性を全く欠く完全毒素状の複合体を形成しガングリオシドレセプターに結合できる。STオキソイド・A2キメラタンパク質を発現する株は、置換変異が抗原的に関係するタンパク質を生じるかどうかを決定するために抗ST抗血清を用いてイムノブロットにより分析できる。STオキソイドはまた幼児マウスアッセイにおいて毒性を比較できる。
幼児マウスアッセイを下記のように行う。2−3日齢のマウスに、これらのコレラワクチン株(または対照として精製されたST)から得られたタンパク質抽出物を胃内部に注射し、注射3−4時間後に殺して、消化管と体の重量比率の増加を検査した。最低の毒性を示すSTオキソイド・A2キメラ候補は、続いてウサギにおける免疫原性について分析することが出来る。
ペルー3/AF/R1の安全性、免疫原性および効能
AF/R1を発現するペルー3の最初の検査をウサギで行う。細菌をニュージーランドホワイトラビットに用量2×102、2×104、2×106、2×108で経口投与する。便の試料を採集し100μg/mlのストレプトマイシンを有するLB寒天プレートで培養し細菌の定着性および放出を数える。血液をワクチンの投与前、ならびに投与後7日、14日、21日、そして28日目に取る。血清を調製し、マイクロタイタープレートに結合した精製されたAF/R1を用いて酵素結合抗体免疫吸着アッセイ(ELISA)によりAF/R1タンパク質に特異的な抗体の存在、およびRDEC−1細菌を凝集する能力を分析する。
ペルー3/AF/R1株を接種された動物を続いてRDEC−1の病原株で攻撃する。攻撃用量2×106の微生物を免疫したウサギおよび免疫していないウサギに経口投与し、便の試料を下痢(直腸部分を汚すゆるい水分のある便と、檻の底のゆるい便とに定義)について観察する。下痢は、非免疫動物には通常3−4日以内に発生する。定着性をアッセイするために、直腸スワブ試料をラクトースマッコンキー寒天プレートで培養し、ラクトース陽性コロニーをスライド凝集検査において抗RDEC−1抗体との陽性反応について採点する。保護は4日後下痢および細菌定着の阻害の両方で定義される。
ペルー3/CS6およびペルー3/STオキソイドの安全性および免疫原性
CS6およびSTオキソイド・A2を発現するペルー3株の最初の検査を上記のように行う。血清を調製し精製したCS6かまたはマイクロタイタープレートに結合したガングリオシドを用いて酵素結合抗体免疫吸着(ELISA)によりCS6またはSTオキソイド・A2キメラタンパク質に特異的な抗体の存在を分析する。抗CS6血清は補体を固定でき、CS6産生E.coliを溶菌できる抗体の存在についても分析できる。このアッセイにおいて、CS6を担持する細菌を血清およびモルモットの補体と混合し、LBブロスを加え、細菌をLB寒天に塗布する。殺菌作用の結果、回収される生存菌数の減少を生じる。最後に幼児マウス毒性アッセイにおいて抗STオキソイド・A2血清をST活性を中和できる抗体について検査する。
組み換えコレラホロトキソイドとしてHIV−1抗原を発現する弱毒化ビブリオ・コレレの構築
上記の方法と類似のアプローチを用いてヒト免疫不全ウイルス(HIV)の抗原を発現するビブリオ・コレレワクチン株を構築する。
熱ショックタンパク質htpのプロモーターおよびコレラCT−B遺伝子を含む細菌転写ユニットを包含するコレラシャトルプラスミドを構築した。転写ユニットはコレラのrecA遺伝子座に由来するDNA配列に隣接されているので、コレラゲノムのrecA遺伝子座とプラスミドの両方に存在するDNA配列間の相同的組み換えによりCT−B遺伝子とそのプロモーターがコレラの染色体に組み込まれることが出来る。シャトルプラスミドはまた選択マーカーとしてアンピシリン耐性をコードする遺伝子およびストレプトマイシン感受性をコードする遺伝子をも含んでいる。
HIV−1のエンベロープタンパク質はHIV抗原がCT−Aポリペプチドのシグナル配列により先行され、CT−A2ドメインによりあとに続かれる“サンドイッチ”融合タンパク質の形態で細菌により分泌される組み換えビブリオ・コレレホロトキソイドの一部として発現される。CT−Aおよびその上流の非翻訳領域のシグナル配列は細菌におけるHIV−1抗原の発現および分泌のために必要になる。HIV−1抗原に融合されたCT−A2ドメインは組み換えコレラホロトキソイドを形成するためにCT−Bタンパク質と組み立てられる融合タンパク質に必要である。上記のプラスミドは修飾してシャイン・ダルガルノ(SD)配列およびCT−A遺伝子のシグナル配列を含むPCR断片、およびHIV−1抗原の挿入のためのユニークな制限エンドヌクレアーゼPmeI部位がそのPacI部位に挿入されるようにすることができる。プラスミドはさらに修飾してCT−A2ドメインおよびCT−B遺伝子の両方を含む第二のPCR断片がCT−B遺伝子を置換するようにすることができる。DNA挿入の方向性およびPCR断片の連接点はDNA配列決定により確認できる。
この研究で用いられるHIV−1抗原は主要な中和ドメイン(PND)を含むHIV−1エンベロープの糖タンパク質の一部である。以前の研究はPNDから誘導された一群の合成ペプチドが動物に中和抗体を誘発すると証明している。PNAを含むがシグナル配列および初めの120のアミノ酸のないHIV−LAIエンベロープ遺伝子に由来するDNA断片を、CT−A2ドメインとCT−B遺伝子の両方を含む、上記のプラスミドのPmeI部位にクローニングする。HIV抗原およびCT−AシグナルペプチドならびにCT−A2ドメインのインフレーム融合は、DNA配列決定により確認できる。
HIV−1抗原を担持する遺伝子的に弱毒化されたコレラ株を構築するために、ペルー2を親株に用いた。HIV配列を含むプラスミドは、交配によりペルー2株に導入することが出来る。ctxおよびrecA遺伝子座の欠失を含み、HIV−1抗原の非毒性組み換え融合タンパク質を発現するビブリオ・コレレの組み換え株が作成されて、ペルー101と命名された。サザンブロット分析を用いてペルー101がHIV−1抗原のDNAを含むことを確認し、ウエスタンブロット分析を用いて組み換え細菌によるHIV−A2融合タンパク質の発現を証明することが出来る。抗CT−Bと抗HIV抗体両方を用いるELISAは、組み換えコレラホロトキソイドが細菌により分泌されているかどうかを検査できる。
SHIVモデルを用いる経口HIV−1ワクチンの免疫原性と保護的効能の霊長類における前臨床評価
経口HIV−1予防ワクチンとしてビブリオ・コレレ組み換え体ペルー101の免疫原性を検査するために、成熟した(おとなの)雌アカゲザル[マカカ・マラッタ(Macaca mulatta)]6匹それぞれに重炭酸水30ml中に含まれる新たに調製した生菌2×106CFUを与える。同じ年齢と性別群のさらに別の動物2匹に対照として同じ用量のペルー2を与える。予防接種の2日後、動物の便の試料を分析し、LBストレプトマイシンプレート上でのコロニー形成単位を測定することにより腸内のビブリオ・コレレの増殖を検出することが出来る。HIV−1およびCT−Bに特異的な、IgAとIgGを含む、膣、直腸、唾液および血清の抗体を予防接種後2週間毎に検査する。投入HIV−1抗原に特異的な宿主動物のT細胞増殖およびCTL応答も検査する。予防接種した動物の最初の免疫応答のレベルによるが、精製されたHIV−1抗原の経口による、または筋内および静脈注射による1回または数回の追加免疫を必要とすることがある。
ペルー101が動物を刺激して抗HIV抗体または細胞性HIV−1特異的免疫応答を生成できる場合、HIV−1ワクチンとしてのペルー101の効能を膣内注入による生きたSHIV−LAI保存菌で動物を攻撃することにより検査する。2匹のペルー2動物(ペルー2株を接種されたサル)および6匹のペルー101動物のうち2匹(ペルー101を接種されたサル)を2×VI−AID50の用量で攻撃する。他のペルー101動物のうち2匹は10×VI−AID50を受け、残りのペルー101サルは最大の50×VI−AID50の用量を受ける。抹消血試料を感染後2週間毎に採取し、培養PBMC中にウイルス抗原を検出することにより動物が感染されたかどうか決定する。ワクチンが同種のHIV−1エンベロープ遺伝子を担持するSHIVによる攻撃に対して動物に予防効果を有する場合、異型のHIV−1エンベロープを含むSHIV−Eliを用いて動物を再攻撃することが出来る。
生ワクチン株の用途
ビブリオ・コレレ変異株ペルー1、ペルー2、バング1、バング2、バー1、バー2、ベンガル2、ベンガル3、ペルー14および上記の追加の変異体は生ワクチンとして用いられた場合、コレラおよび他の関連毒素産生疾患に対して免疫学的保護の供給源として有用である。他のそのような疾患には、コレラBサブユニットと免疫学的交差中和可能な毒素を産生する毒素原性E.coliおよび他の細菌により誘発される疾患が含まれるがこれらに限定されない。
実験動物またはヒトの腸に接種した場合、ビブリオ・コレレの変異体はオガワおよびイナバ01LPS抗原、鞭毛抗原、Tcp線毛の抗原性ドメインおよび外膜タンパク質を含む、但しこれらに限定されないが、これらの株により作り上げられる全ての細菌成分に対して強力な免疫応答を刺激し誘発する筈である。他の原型コレラワクチンを用いた公表された研究に基づけば、これら細菌成分に対して向けられた抗体のIgAとIgGクラスの両方が接種された動物またはヒトにおいて合成され、ビブリオ・コレレの病原性の株による後に続く攻撃に対して動物またはヒトを保護する役目を果たすであろう。
用量
これらワクチンの適切な用量および投与の決定は本質的にはHerringtonら(1988,J.Exper.Med.168:1487−1492)に記載されているように行う。一般的に、そのような用量は用量当たり105から109の間の生存している細菌であるが、これらの数値には限定されない。
ワクチン株の増殖
ワクチンとして用いられる細菌は標準的ビブリオ・コレレ実験培地で増殖できる。細胞を採集し、次いで生存性を保存する製剤中で冷凍乾燥する(例えば、5mM CaCl2および容積で10%重量のグリゼロールを含む減菌スキムミルクまたは食塩水)。
投与
ワクチンの投与は2つのエンベロープまたはバイアル、すなわちひとつは凍結乾燥したワクチン株または株の組み合わせを含み、もうひとつは水および胃酸を中和するために充分な重炭酸ナトリウムかまたは代わりの緩衝液を含む(約2グラム)、内容物の組み合わせを必要とする。次に、ワクチンは被接種者により飲み込まれる。または、凍結乾燥したワクチンを耐酸性“腸溶被覆”で被覆される錠剤に組み込まれる。そのような形態のワクチンは、数日から数週間の間隔をおいて1以上(3まで)の用量で被接種者に投与される。“追加免疫”ワクチンとして使用される場合、ワクチンは同じように数日から数週間の間隔をおいて1以上(3まで)の用量を以前予防接種を受けた個人に投与される。2以上の株が投与されている場合、それらは共に、または個々の用量で7−28日間をおいて提供されてもよい。
改良された死菌経口コレラワクチン
改良された死菌経口コレラワクチンの調製は上記の株から行われる。現在入手できる実験コレラワクチンは精製されたコレラ毒素Bサブユニットと混合されたホルマリンおよび熱で死滅したビブリオ・コレレ約1011個から成る(Blackら、Infect.Immun.55:1116,1987)。このワクチンの細菌成分の調製に用いられる4つの株は被接種者に投与される前に完全に不活性化されなければならない活性コレラ毒素を産生する。上記の新規株は下記のそれぞれの理由によりBlackら(上記)のワクチンと比較して著しく改良されているワクチンを提供する。
(1)ペルー2、バング2、およびバー2に由来し、そしてこれらを含む株はコレラ毒素の非毒性Bサブユニットだけ産生し毒性のAサブユニットは産生しないので、これらの株の培養は被接種者への投与前に緩和な不活性化のみ必要とし、従ってホルマリンまたは熱のようなさらに過酷な変性処理を避けている。より緩和な処理の利点は抗原がより大きな度合いでそれらの本来の立体配置を保持し、その結果、それらにはさらに免疫原性がある。細菌のタンパク質を化学的に不活性化するのを避ける不活性化の緩和な方法は、生物のマイクロ波処理、他の放射線源または緩和な有機溶媒か或いは界面活性剤による処理を含み、または細胞を音波処理またはフレンチプレスの使用のような機械的方法により溶菌させてもよい。
(2)ペルー3、バング3およびバー3株において、ctxB遺伝子はhtpプロモーターの制御下に置かれている。その結果、これらの株はLBのような標準的実験培地において多量のコレラ毒素Bサブユニット(1ml培養液当り10μg以上)を合成する。これは多量のコレラBサブユニットの精製を容易にし、従って、これらの株は緊縮増殖条件下では少量のBサブユニットだけしか産生しない他の株に勝る著しい利点を提供する。
(3)既存の死菌コレラワクチンの調製において、別々の細菌株を用いて全細胞抗原として用いられる株からB毒素サブユニットを産生する。従って、Bサブユニットの調製中、生化学的方法を用いて毒性Aサブユニットから離してBサブユニットを精製する必要がある。そのような精製は少量のAサブユニットがBサブユニットの調製に混入する危険を生じる。上記の株を用いることにより、Bサブユニット調製物を得るために用いられる同じ培養物から全細胞抗原調製物を生成することが可能である。第一の事例では、Bサブユニットの精製は、今や、不必要である。なぜならこの株はAサブユニットを産生しないので、その結果、ワクチンの産生に必要な時間量とかなりの費用を減らす。第二に、調製においてAサブユニットの、いかなる混入も有する危険がない。なぜなら、細菌は、このサブユニットの遺伝子を全くコードしないので、従って、それを産生できないからである。その結果、全細胞調製物を被接種者に最小の危険性を有するワクチンとして用いることができる。
(4)本発明のいくつかの細菌株はエルトール生物型のビブリオ・コレレの誘導体であり、さらに詳細には、ペルー2、ペルー3およびペルー4の場合、それらはラテンアメリカで実際に現在流行の原因微生物である単離体(C6709−Sm)の誘導体である。この特定の親株に特有の抗原があれば、上記のワクチン誘導体はラテンアメリカおよび恐らく世界の他の地域において、エルトール疾患に対して、一般的により良好な保護を提供する。
改良された経口死菌コレラワクチンの調製
改良された経口死菌コレラワクチンは下記のように調製できる。好ましくはオガワ血清型(例えば、バー3)からイナバ血清型(例えば、ペルー3、ペルー14またはバング3)までから選択される最小限2つの株およびベンガル血清型(例えば、ベンガル2またはベンガル3)を別々の培養で増殖する。当業者は、37℃で細胞増殖を最大にするために条件、培地等の調製の仕方を知っている。例えば、CYE(Mekalanosら、1977,Infect.Immun.16:789)またはグルコース、すなわちAGM4(van de Walleら、1990,Appl.Microbiol.Biotechnol.33:389)を含む最小培地のような培地中で高いレベルの通気下で増殖した培養物を用いる。細菌の増殖が飽和に達した時、全細胞を遠心により培地から回収し、一方上清フラクション内に含まれるタンパク質(Bサブユニットを含む)は超遠心によりまたは沈殿により得られる。細胞はBlackらの方法(Infect.Immun.55:1116,1987)を用いて、またはより緩和な方法(例えば、マイクロ波処理、アルファー、ベータ、またはガンマ線を用いる照射)、エタノールまたはアセトンのような有機溶媒での処理により不活性化でき、または細胞を界面活性剤での処理により、または例えば音波処理またはフレンチプレスの使用による機械的方法により溶菌してもよい。次いで不活性化した細胞を細菌のタンパク質(Bサブユニットを含む)を含む、濾過し濃縮した上清と混合し、混合物を経口投与に適切な製剤学的に許容できる溶液(例えば滅菌した食塩水また2%重炭酸ナトリウム)に懸濁する。
投与
ワクチンは被接種者が2グラムの重炭酸ナトリウムを摂取した数分後に被接種者により飲み込まれる経口食塩水溶液として被接種者に投与される。または、調製物は凍結乾燥され、錠剤に圧縮され、続いて、被接種者への投与前に耐酸性“腸溶被覆”で被覆される。錠剤は、また、腸内の粘液性組織による調製物の摂取を促進するためにポリマーを用いてマイクロカプセルに封入することができる。
用量
ワクチンの単一用量は約1011の細胞および約100−5000μgのコレラBサブユニットを含むべきである。被接種者は約2週間以上の間隔をおいて投与される約2つ以上の個別用量のワクチンを必要とすることが予想される。
寄託
特許手続き上の微生物の寄託の国際承認に関するブタペスト条約の条件下でビブリオ・コレレ株C6709−Sm、P27459−Sm、E7946−Sm、ベンガル2、ベンガル3、MO10、およびペルー14が米国メリーランド州ロックビル市のアメリカン・タイプ・カルチャー・コレクション(ATCC)に寄託され、寄託物はATCC受託番号ATCC55331(C6709−Sm)、ATCC55333(P27459−Sm)、ATCC55332(E7946−Sm)、ATCC55436(0139、ベンガル2)、ATCC55437(0139、ベンガル3)およびATCC55438(0139、MO10)を与えられた。ペルー14は1993年6月30日にATCCに寄託された。
出願人の譲受人、ハーバード・カレッジの学長および特別研究員は、特許が許可された場合、ATCCが寄託物の永続性を可能にし公共による寄託物への利用の準備をする受託機関であることを申し立てている。そのように寄託された物質の公共の入手に関する全ての制約は特許の許可後、完全に取り除かれる。物質は、特許出願の系属中、37 C.F.R.1.14および35 U.S.C.§122下で特許商標庁長官により物質に対して権利があると決定された者に入手可能になる。寄託された物質は、寄託物質の試料の分譲のための最も直近の要請後少なくとも5年間、そしてどんな事情があろうとも、寄託の日付後少なくとも30年間、または特許の施行期間のいずれか長い方の期間、寄託物質を生存させ汚染させないように保存するために必要なあらゆる配慮を払って維持する。出願人の譲受人は、要請された場合、寄託物の状況により受託機関が試料を分譲できない場合、寄託物を交換するその義務を承諾する。
配列表
(1)一般情報:
(i)出願人:Mekalanos,John J.
(ii)発明の名称:コレラワクチンとしての欠失変異体
(iii)配列の数:6
(iv)住所:
(A)受信人:Fish & Richardson
(B)通り:225 Franklin Street
(C)都市:Boston
(D)州:Massachusetts
(E)国:U.S.A.
(F)ZIPコード:02110−2804
(v)コンピュータ及びOSの名前及び型:
(A)ディスク:3.5インチ ディスク、1.44Mb
(B)機器:IBM PC/2 モデル50Z又は55SX
(C)OS:MS−DOS(バージョン5.0)
(D)ソフト:ワードパーフェクト(バージョン5.1)
(vi)本出願データ:
(A)出願番号:
(B)出願日:
(C)分類:
(vii)先願データ:
(A)出願番号:
(B)出願日:
(viii)代理人等の情報:
(A)名前:Freeman,Jhon W.
(B)登録番号:29,066
(C)処理番号:00742/007001
(iv)通信情報:
(A)電話:(617)542−5070
(B)電話ファックス:(617)542−8906
(C)テレックス:200154
(2)配列番号:1
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:17
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:一本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(xi)配列: 配列番号:1
(2)配列番号:2
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:52
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:一本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(xi)配列: 配列番号:2
(2)配列番号:3
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:48
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:一本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(xi)配列: 配列番号:3
(2)配列番号:4
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:50
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:一本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(xi)配列: 配列番号:4
(2)配列番号:5
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:32
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:一本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(xi)配列: 配列番号:5
(2)配列番号:6
(i)配列の特徴:
(A)配列の長さ:26
(B)配列の型:核酸
(C)鎖の数:一本鎖
(D)トポロジー:直鎖状
(xi)配列: 配列番号:6
Claims (23)
- 毒素非産生性で遺伝学的に安定なビブリオ・コレレの変異株であって、前記変異株はctxAサブユニットをコードするDNAの遺伝子操作による欠失を含み、そのために、前記変異株はコレラ毒素の反応産生性のサブユニットAを欠き、前記変異株は更にattRS1配列CCTAGTGCGCATTATGTの一部または全部の欠失を含み、そのために、前記変異株は機能的attRS1配列を欠き、且つ、機能的なattRS1配列を持つ親株に比べて少なくとも1000倍低いattRS1介在の部位特異的な組換えを示す、ビブリオ・コレレの変異株。
- ctxAサブユニットをコードするDNAの欠失を含む遺伝学的に安定なビブリオ・コレレの変異株を作成する方法であって、前記株はctxAサブユニットをコードするDNAの欠失を含み、そのためにコレラ毒素の反応産生性のサブユニットAを欠き、且つ、前記株は更にattRS1配列の欠失を含み、前記方法は
そのctxA及びattRS1配列において変異しているビブリオ・コレレDNAの断片を含むプラスミドを野生型ビブリオ・コレレに導入することから成り、前記DNAは前記野生型ビブリオ・コレレ内で野生型ビブリオ・コレレDNAと組換えをする能力を持ち、その結果、前記変異株を生成し、前記変異株は、attRS1の少なくとも2つのコピーを持つ親株に比べて少なくとも1000倍低いattRS1介在の部位特異的な組換えを示す、遺伝学的に安定なビブリオ・コレレの変異株を作成する方法。 - 請求項1に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がエルトール血清グループに属する親株に由来するビブリオ・コレレ株。
- 請求項3に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がイナバまたはオガワ血清型に属する親株に由来するビブリオ・コレレ株。
- 請求項4に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がペルー2(ATCC寄託番号55865)、バング2(ATCC寄託番号55862)、バー2(ATCC寄託番号55859)、または、ペルー14(ATCC寄託番号5544)であるビブリオ・コレレ株。
- 請求項1に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株が非01血清グループに由来するビブリオ・コレレ株。
- 請求項1に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がCTXコア配列の欠失を含み、且つ、全ての前記attRS1配列を完全に欠失している、ビブリオ・コレレ株。
- 請求項1に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株が更にrecA遺伝子を欠失し、そのために、ルリアブロス1mlあたり0.1μlのメチルメタンサルフォネートが前記株に致命的である、ビブリオ・コレレ株。
- 請求項1、7または8に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株が更にコレラ毒素のBサブユニットをコードするビブリオ・コレレ株。
- 請求項1、7、または8に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がさらに異種抗原をコードするビブリオ・コレレ株。
- 請求項10に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記異種抗原がシガ様毒素またはシゲラリポ多糖抗原、またはE.coli線毛抗原またはHIV抗原であるビブリオ・コレレ株。
- 請求項10に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記異種抗原をコードするDNA配列がビブリオ・コレレのlacZ遺伝子に挿入されているビブリオ・コレレ株。
- 請求項9に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がペルー3(ATCC寄託番号55865)、ペルー4(ATCC寄託番号55866)、バング3(ATCC寄託番号55863)、またはバー3(ATCC寄託番号55860)であるビブリオ・コレレ株。
- 請求項2に記載の方法であって、前記ビブリオ・コレレ株がペルー2(ATCC寄託番号55865)、バング2(ATCC寄託番号55862)、またはバー2(ATCC寄託番号55859)である方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記変異株がCTXコア配列及び全てのattRS1配列を欠失している方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記変異株がさらにrecA遺伝子を欠失し、そのために、ルリアブロス1mlあたり0.1μlのメチルメタンサルフォネートが前記株に致命的である方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記変異株がさらに異種抗原をコードする方法。
- 請求項2に記載の方法であって、前記方法がさらに抗原をコードするDNAの断片を前記変異株のlacZ遺伝子への導入を含む方法。
- 請求項18に記載の方法であって、前記変異株がペルー5(ATCC寄託番号55868)である方法。
- 生理学的に許容される担体中に請求項1に記載の株を含むワクチン。
- 請求項6に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がベンガル血清グループのものであるビブリオ・コレレ株。
- 請求項6に記載のビブリオ・コレレ株であって、前記株がベンガル2(ATCC寄託番号55436)またはベンガル3(ATCC寄託番号55437)であるビブリオ・コレレ株。
- 請求項1に記載のビブリオ・コレレ株であって、少なくとも2つの機能的attRS1配列を持つ親株に比べて少なくとも1000倍低いattRS1介在の部位特異的組換えを示す株。
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