JP6113306B2 - 抗マイコプラズマ属菌種サブユニットワクチン - Google Patents
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Description
現在までのところ、ブタ流行性肺炎は、薬剤投与、環境の管理及びワクチン接種などの3つの主要な戦略により予防されている。マイコプラズマ・ヒオニューモニエ(Mycoplasma hyopneumoniae)に対する抗生物質の不良な予防効率を考えると、薬剤投与は、治療の目的のためだけに用いることができ、予防の必要を満たすことは困難である。さらに、薬物乱用が薬物耐性細菌によって引き起こされるより大きな感染につながる可能性があることを考慮すると、薬剤投与は、慎重な計画を必要とし、多くの制限が存在する。
環境の管理は、マイコプラズマ属菌種感染の予防の基礎をなす。十分な養豚場の衛生及び管理は、感染の発生を低減するのに有益であろう。他方で、予防は、ワクチン接種によってより包括的なものであり得る。
当該分野における従来のワクチンは、不活性/死細菌をその有効成分として使用している。しかし、マイコプラズマ属菌種は、培養条件の面倒な細菌であり、実験室で培養することが困難であるため、従来のワクチンの価格は、過度に高い。マイコプラズマ属菌種ワクチンの費用を低減するために、科学者は、(1)弱毒化ワクチン、(2)ベクターワクチン、(3)サブユニットワクチン及び(4)DNAワクチンなどの異なる種類のワクチンを開発することを継続的に試みている。とりわけ、サブユニットワクチンは、製造が容易であり、安全性が高いという利点のため最も高い可能性を示している。
現在までのところ、M.ヒオニューモニエワクチンに用いることが可能であると思われるいくつかの可能性のある候補タンパク質が存在するが、M.ヒオニューモニエワクチンに適するタンパク質を確認したさらなる報告は存在しない。
本発明の他の目的は、M.ヒオニューモニエワクチンに用いるのに適する抗原の組合せを提供し、それにより、より良い性能を有するサブユニットワクチンを提供することである。したがって、予防の課題に対するより多くの選択肢が存在することとなる。
本発明はまた、PdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132、Mhp389又はそれらの組合せのタンパク質を含む有効成分及び薬学的に許容されるアジュバントを含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するためのワクチンを提供する。
好ましくは、前記有効成分は、前記ワクチンの総容積に基づく50〜3500μg/mLの濃度のものである。
好ましくは、前記有効成分は、PdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132及びMhp389からなる群から選択される少なくとも2つのタンパク質を含む。
好ましくは、前記有効成分は、XylF及びMhp145を含む。
好ましくは、前記薬学的に許容されるアジュバントは、完全フロイントアジュバント、不完全フロイントアジュバント、アルミナゲル、界面活性剤、ポリアニオンアジュバント、ペプチド、油エマルジョン又はそれらの組合せである。
好ましくは、前記ワクチンは、薬学的に許容される添加剤をさらに含む。
好ましくは、前記薬学的に許容される添加剤は、溶媒、安定剤、希釈剤、保存剤、抗菌剤、抗真菌剤、等張剤、吸収遅延剤又はそれらの組合せである。
本発明はさらに、配列番号08、配列番号09、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14又はそれらの組合せのアミノ酸配列を含む有効成分及び薬学的に許容されるアジュバントを含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するためのワクチンを提供する。
好ましくは、前記有効成分は、配列番号08、配列番号09、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13及び配列番号14からなる群から選択される少なくとも2つのアミノ酸配列を含む。
好ましくは、前記有効成分は、配列番号08及び配列番号12のアミノ酸配列を含む。
好ましくは、前記有効成分は、配列番号09及び配列番号11のアミノ酸配列を含む。
好ましくは、前記ワクチンは、薬学的に許容される添加剤をさらに含む。
好ましくは、前記薬学的に許容される添加剤は、溶媒、安定剤、希釈剤、保存剤、抗菌剤、抗真菌剤、等張剤、吸収遅延剤又はそれらの組合せである。
好ましくは、前記調節エレメントは、プロモーター及びリボソーム結合部位を含む。
好ましくは、前記プラスミドは、pET−MSY、pET−YjgD、pET−D又はpET−SUMOである。
好ましくは、前記プラスミドは、融合パートナーをコードする遺伝子をさらに含む。
好ましくは、前記融合パートナーは、大腸菌(E.coli)のmsyB、大腸菌のyjgD、ラムダバクテリオファージのタンパク質D又はS.セレビシエ(S.cerevisiae)のSUMOである。
好ましくは、前記発現ベクターは、大腸菌遺伝子発現システムに用いる。
要約すれば、本発明は、M.ヒオニューモニエサブユニットワクチンの有効成分として用いるのに適する抗原及びそれを用いて調製されるM.ヒオニューモニエサブユニットワクチン/組成物に関する。本サブユニットワクチンは、その費用を低減するために予防業務に効果的に用いることができるだけでなく、本発明の開示は、本発明の少なくとも2つの抗原を用いた「カクテル」サブユニットワクチン(すなわち、少なくとも2つの抗原を有効成分として有する)が免疫応答の誘導を改善したことも示している。
手短に述べると、本発明の開発の経過は、以下の通りである。
本発明の実施形態において、前記有効成分は、PdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132又はMhp389であり得る。代替実施形態において、前述のタンパク質のいずれかの抗原決定基が妨害されない限り、前記有効成分は、前述のタンパク質のいずれか2つの融合タンパク質であり得る。他の代替実施形態において、前記有効成分は、前述のタンパク質の少なくとも2つを含む。すなわち、本発明のいわゆる「カクテル」ワクチンである。
本発明の他の実施形態において、前記有効成分は、配列番号08、配列番号09、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14又はそれらの組合せのアミノ酸配列を含み得る。代替実施形態において、前記アミノ酸配列のペプチドの折りたたみにより形成された抗原決定基が妨害されない限り、前記有効成分は、少なくとも2つの前記配列を有する融合タンパク質であり得る。他の代替実施形態において、前記有効成分は、前述のアミノ酸配列の1つをそれぞれ含む2つ以上のタンパク質を含む。すなわち、本発明のいわゆる「カクテル」ワクチンである。
前記薬学的に許容されるアジュバントは、前記有効成分の免疫効果を改善し、前記有効成分を安定化し、且つ/又はワクチンの安全性を高めるために用いられる。本発明の前記薬学的に許容されるアジュバントは、完全フロイントアジュバント、不完全フロイントアジュバント、アルミナゲル、界面活性剤、ポリアニオンアジュバント、ペプチド、油エマルジョン又はそれらの組合せを含むが、これらに限定されない。
前記発現ベクターは、プラスミドを含む。前記プラスミドは、配列番号01、配列番号02、配列番号03、配列番号04、配列番号05、配列番号06、配列番号07及びそれらの組合せからなる群から選択される少なくとも1つの配列を含むヌクレオチド配列並びに調節エレメントを含む。
前記ベクターは、大腸菌遺伝子発現システムに用い、また大腸菌により本発明の抗原を製造するために用いる。言い換えれば、前記ヌクレオチド配列を大腸菌遺伝子発現システムにより本発明の抗原のアミノ酸配列に翻訳することができ、次にアミノ酸配列を本発明の抗原に折りたたむことができる。
前記調節エレメントは、発現システムにおける転写及び翻訳を開始するために必要なエレメントを意味する。前記調節エレメントは、プロモーター及びリボソーム結合部位を少なくとも含むものとする。好ましくは、前記調節エレメントは、オペレーター、エンハンサー配列、又はそれらの組合せをさらに含み得る。
以下の実施例では、本発明の特徴及び利点をさらに説明するために本発明の試験及び実験を列挙する。以下の実施例は、例となるものであって、本発明の特許請求の範囲を限定するために用いるものではないことに注意するものとする。
抗ブタマイコプラズマ属菌種抗体を含有する血清の準備
研究者らによれば、ブタから単離することができる次の7種のマイコプラズマ属菌種が存在する:M.ヒオニューモニエ(Mycoplasm hyopneumoniae)、マイコプラズマ・ヒオルヒニス(Mycoplasma hyorhinis)、マイコプラズマ・ヒオシノビエ(Mycoplasma hyosynoviae)、マイコプラズマ・フロキュレア(Mycoplasma flocculare)、マイコプラズマ・ヒオファリンギス(Mycoplasma hyopharyngis)、マイコプラズマ・スアルビ(Mycoplasma sualvi)、マイコプラズマ・ボビゲニタリウム(Mycoplasma bovigenitalium)(Gourlay et al., 1978; Blank et al., 1996; Assuncao et al., 2005)。とりわけ、M.ヒオニューモニエは、25〜93%の感染率を有するブタ流行性肺炎の主要な病原体である。したがって、本発明では、免疫プロテオミクス試験に、また抗原をコードする遺伝子の源としてM.ヒオニューモニエ(PRIT−5株)を用いた。Friis培地(Friis et al., 1975)をM.ヒオニューモニエを培養するために用いた。実験計画に従って、適量の抗生物質又は1.5%の寒天を固形培地を調合するために加えた。
ブタに32日、46日及び60日齢まで給餌した後、ブタに2mLのBayovac(登録商標)MH−PRIT−5(M.ヒオニューモニエPRIT−5)ワクチンを筋肉内注射により投与した。次いで、ブタに74日齢まで連続的に給餌し、その頸静脈から血液を採取した。採取した血液を室温に1時間放置し、4℃で保存した。翌日、採取した血液を1,107×gで30分間遠心分離し、上清を除去して清浄な管に入れ、−20℃で保存した。
マイコプラズマ属菌種の全タンパク質の2次元ゲルタンパク質電気泳動
ReadyPrep(商標)タンパク質抽出キット(全タンパク質)(Bio−Rad、CA、USA)をマイコプラズマ属菌種の全タンパク質を抽出するために用いた。その後、収集したタンパク質の濃度は、Bio−Rad RC DCタンパク質アッセイキット(CA、USA)を用いて測定した。詳細なプロトコールは、製品説明書を参照することができ、あるいは当分野における周知のプロトコールから修正することができる。
ハイブリダイゼーション
ステップ(1)で得られた血清は、ステップ(2)における2次元ゲルタンパク質電気泳動の結果とハイブリダイズするための一次抗体として用いた。二次抗体により増幅し、以下の発色法により発色させた後、陽性を示すタンパク質を収集した。それらのタンパク質は、抗マイコプラズマ属菌種抗体により認識され、したがって、サブユニットワクチンの有効成分用の候補抗原として適することとなる。
ウエスタンブロッティングの呈色反応の結果を図2に示す。図において、抗マイコプラズマ属菌種抗体との免疫ハイブリダイゼーションに陽性の10種のタンパク質が、サブユニットワクチンの有効成分として用いられる候補抗原として表示されていた。
ウエスタンブロッティングの呈色反応に照らして、膜上の陽性位置に対応するゲルをマイクロペプチドにより切断し、質量分析により分析した。次に、質量分析の得られたデータをアミノ酸配列及びタンパク質データベースと照合して、それらのタンパク質を同定した。
抗マイコプラズマ属菌種抗体との免疫ハイブリダイゼーションに陽性の前記10種のタンパク質を示した以下の表1を参照のこと。
大腸菌JM109をクローニングのための宿主細胞として用い、大腸菌BL21(DE3)をタンパク質発現のための宿主細胞として用いた。大腸菌細胞をLB培地(Luria−Bertani;Difco、Michigan、USA)中で培養した。実験計画に従って、適量の抗生物質又は1.5%の寒天を固形培地を調合するために加えた。
候補抗原が同定された後、それらの抗原をコードする遺伝子をNCBIデータベース(National Center for Biotechnology Information)で検索した。抗原遺伝子を標的とする特異的プライマーをそれに応じてデザインした。次いで、特異的プライマー及び鋳型としてのM.ヒオニューモニエPRIT−5の染色体を用いることにより、抗原遺伝子を増幅した。用いた特異的プライマーを以下の表2に示した。
CloneJET PCRクローニングキットを用いてクローニングを実施し、ライゲーション混合物を大腸菌ECOS(商標)9−5(Yeastern、Taipei、Taiwan)に形質転換した。詳細なプロトコールは、製品説明書を参照することができ、あるいは当分野における周知のプロトコールから修正することができる。
大腸菌遺伝子発現システムにおける候補抗原を増幅する前に、異なる生物におけるコドン利用を考慮するものとする。とは言うものの、遺伝子がそこからの最初の生物と大腸菌との間であいまいにコードされるようなコドンを含有する場合、遺伝子は、点突然変異により修飾されることとなる。
50μLのPCR反応混合物は、1×GDP−HiFi PCR緩衝液、dATP、dTTP、dGTP及びdCTPの200μMの混合物、1μMのプライマー、M.ヒオニューモニエPRIT−5の100ngの染色体並びに1UのGDP−HIFI DNAポリメラーゼを含んでいた。PCR条件は、98℃に5分(1ラウンド);94℃に30秒、55℃に30秒、68℃にX秒(35ラウンド);68℃に5分(1ラウンド)であった。前記Xは、DNAポリメラーゼの伸長時間であり、増幅させる断片のサイズに応じて設定した。GDP−HIFI DNAポリメラーゼ(GeneDirex、Las Vegas、USA)の伸長速度は、1kb/15秒であり、したがって、GDP−HiFi DNAポリメラーゼを1kbのDNA断片を増幅するために用いる場合、前記Xは、15秒と設定するものとする。PCR反応の後、PCR産物が予想されたサイズのDNA断片を含有していたかどうかを確認するために電気泳動を実施した。次いで、Gel−M(商標)ゲル抽出システムキットを用いることによりPCR産物をリサイクルした。
配列決定の結果によれば、点突然変異後の候補抗原遺伝子のDNA配列は、配列番号01(pdhA)、配列番号02(xylF)、配列番号03(eutD、点突然変異させなかった)、配列番号04(mhp145)、配列番号05(P78遺伝子)、配列番号06(P132遺伝子)、配列番号07(mhp389)に示す通りであった。
実験のこの部分においては、M.ヒオニューモニエ抗原を発現させるための発現ベクターを構築するための骨格として、プラスミドpET−MSYを用いた。pET−MSYは、pET29aの誘導体であり、大腸菌msyBを有する。したがって、それにより発現する組換え抗原は、融合パートナーMsyBを有することとなる。MsyBは、酸性アミノ酸に富み、発現するタンパク質の溶解度を増加させることができる。
抗原発現のためのベクターを大腸菌BL21(DE3)に形質転換した。形質転換後に結果として生じた菌株の単一コロニーをカナマイシン(作業濃度:30μg/mL)を含有するLB液体培地に接種した。37℃、180rpmで一夜培養した後、細菌の懸濁液を1:100の比率で希釈し、カナマイシン(作業濃度:30μg/mL)を含有する別のLB液体培地に再び接種した。OD600、したがって、約0.6〜0.8を達成するまで細菌を37℃、180rpmで培養した。次いで、0.1mMのIPTGを加えて、発現を誘導した。4時間にわたる誘導の後、遠心分離(10000×g、10分、4℃)によりペレットを収集し、タンパク質電気泳動により発現を検査した。
単離により収集された本発明の候補抗原は、その後、抗マイコプラズマ属菌種サブユニットワクチンの有効成分として使用されるそれらの能力を確認するための以下の免疫試験に用いることができる。
この例では、本発明の候補抗原をサブユニットワクチンを調製するための有効成分として用い、生存ブタにおけるその免疫効果について試験した。
ワクチンの調製
1つの単離組換え抗原又はいくつかの単離組換え抗原をアジュバントとしてのアルミナゲルと混合して、サブユニットワクチン又はカクテルサブユニットワクチンを調製した。調製されたワクチンのすべての用量は、容積が2mLであり、それに含有されていた各種の抗原は、100μgであった。
4週齢の33匹のSPFブタを農業技術研究所から入手し、実験の前に養豚場において同じ飼料、環境及び生育条件で給餌した。
ブタに35日及び49日齢まで給餌した後、ブタに2mLの上記のワクチンを筋肉内注射により投与した。
免疫応答を誘導した前記のブタを109日齢においてマイコプラズマ属菌種により誘発して、前記のワクチンの免疫効果を確認した。
まず第一に、マイコプラズマ属菌種により感染させたブタから採取した肺を20mLのFriis培地中で磨砕し、148.8×gで10分間遠心分離した。上清を除去して清浄な管に入れ、再び7,870×gで40分間遠心分離した。次いで、上清を捨て、沈殿を6mLのFriis培地に懸濁して、懸濁液を得た。その後、懸濁液を5μm及び0.45μmの膜により連続的にろ過して、誘発実験に必要な細菌溶液を得た。
非注射ブタの結果と比較して、本発明の7つの候補抗原は、従来のワクチン(Bayovac(登録商標)MH−PRIT−5)と同等の免疫効果をもたらすことができた。サブユニットワクチンのより高い安全性を考慮に入れるならば、本発明の候補抗原を含有するワクチンは、より価値の高いものとされよう。
次に、本発明の好ましい態様を示す。
1. 配列番号08、配列番号09、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14又はそれらの組合せのアミノ酸配列を含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するためのワクチンを調製するためのタンパク質。
2. PdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132、Mhp389又はそれらの組合せのタンパク質を含む有効成分と、
薬学的に許容されるアジュバントと
を含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するためのワクチン。
3. 前記有効成分が前記ワクチンの総容積に基づく50〜3500μg/mLの濃度のものである、上記2に記載のワクチン。
4. 前記有効成分がPdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132及びMhp389からなる群から選択される少なくとも2つのタンパク質を含む、上記2に記載のワクチン。
5. 前記有効成分がPdhA及びP78を含む、上記4に記載のワクチン。
6. 前記有効成分がXylF及びMhp145を含む、上記4に記載のワクチン。
7. 前記薬学的に許容されるアジュバントが完全フロイントアジュバント、不完全フロイントアジュバント、アルミナゲル、界面活性剤、ポリアニオンアジュバント、ペプチド、油エマルジョン又はそれらの組合せである、上記2に記載のワクチン。
8. 薬学的に許容される添加剤をさらに含む、上記2に記載のワクチン。
9. 前記薬学的に許容される添加剤が溶媒、安定剤、希釈剤、保存剤、抗菌剤、抗真菌剤、等張剤、吸収遅延剤又はそれらの組合せである、上記8に記載のワクチン。
10. 配列番号08、配列番号09、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13、配列番号14又はそれらの組合せのアミノ酸配列を含む有効成分と、
薬学的に許容されるアジュバントと
を含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するためのワクチン。
11. 前記有効成分が前記ワクチンの総容積に基づく50〜3500μg/mLの濃度のものである、上記10に記載のワクチン。
12. 前記有効成分が配列番号08、配列番号09、配列番号10、配列番号11、配列番号12、配列番号13及び配列番号14からなる群から選択される少なくとも2つのアミノ酸配列を含む、上記10に記載のワクチン。
13. 前記有効成分が配列番号08及び配列番号12の2つのアミノ酸配列を含む、上記12に記載のワクチン。
14. 前記有効成分が配列番号09及び配列番号11の2つのアミノ酸配列を含む、上記12に記載のワクチン。
15. 前記薬学的に許容されるアジュバントが完全フロイントアジュバント、不完全フロイントアジュバント、アルミナゲル、界面活性剤、ポリアニオンアジュバント、ペプチド、油エマルジョン又はそれらの組合せである、上記10に記載のワクチン。
16. 薬学的に許容される添加剤をさらに含む、上記10に記載のワクチン。
17. 前記薬学的に許容される添加剤が溶媒、安定剤、希釈剤、保存剤、抗菌剤、抗真菌剤、等張剤、吸収遅延剤又はそれらの組合せである、上記16に記載のワクチン。
18. プラスミドを含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するためのワクチンを調製するための発現ベクターであって、前記プラスミドが
配列番号01、配列番号02、配列番号03、配列番号04、配列番号05、配列番号06及び配列番号07からなる群から選択される少なくとも1つの配列を含むヌクレオチド配列と、
調節エレメントと
を含む、発現ベクター。
19. 前記調節エレメントがプロモーター及びリボソーム結合部位を含む、上記18に記載の発現ベクター。
20. 前記プラスミドがpET−MSY、pET−YjgD、pET−D又はpET−SUMOである、上記18に記載の発現ベクター。
21. 融合パートナーをコードする遺伝子をさらに含む、上記18に記載の発現ベクター。
22. 前記融合パートナーが大腸菌のmsyB、大腸菌のyjgD、ラムダバクテリオファージのタンパク質D又はS.セレビシエのSUMOである、上記21に記載の発現ベクター。
23. 大腸菌遺伝子発現システムに用いる、上記18に記載の発現ベクター。
2 XylF(キシロース結合リポタンパク質)
3 XylF(キシロース結合リポタンパク質)
4 PdhA(ピルビン酸デヒドロゲナーゼE1−アルファサブユニット)
5 Mhp145(周辺質糖結合タンパク質)
6 EutD(ホスホトランスアセチラーゼ)
7 EutD(ホスホトランスアセチラーゼ)
8 Mhp389
9 P78(リポタンパク質)
10 P132
Claims (12)
- PdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132、Mhp389又はそれらの組合せのタンパク質を含む有効成分を含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するための組成物であって、前記PdhAが配列番号08のアミノ酸配列によって表され、前記XylFが配列番号09のアミノ酸配列によって表され、前記EutDが配列番号10のアミノ酸配列によって表され、前記Mhp145が配列番号11のアミノ酸配列によって表され、前記P78が配列番号12のアミノ酸配列によって表され、前記P132が配列番号13のアミノ酸配列によって表され、前記Mhp389が配列番号14のアミノ酸配列によって表される、組成物。
- 前記有効成分がPdhA、XylF、EutD、Mhp145、P78、P132及びMhp389からなる群から選択される少なくとも2つのタンパク質を含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記有効成分がPdhA及びP78を含む、請求項2に記載の組成物。
- 前記有効成分がXylF及びMhp145を含む、請求項2に記載の組成物。
- 前記有効成分が前記組成物の総容積に基づく50〜3500μg/mLの濃度のものである、請求項1に記載の組成物。
- 完全フロイントアジュバント、不完全フロイントアジュバント、アルミナゲル、界面活性剤、ポリアニオンアジュバント、ペプチド、油エマルジョン又はそれらの組合せである薬学的に許容されるアジュバントをさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- 薬学的に許容される添加剤をさらに含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記薬学的に許容される添加剤が溶媒、安定剤、希釈剤、保存剤、抗菌剤、抗真菌剤、等張剤、吸収遅延剤又はそれらの組合せである、請求項7に記載の組成物。
- プラスミドを含む、マイコプラズマ属菌種感染を予防するための発現ベクターであって、前記プラスミドが
配列番号01、配列番号02、配列番号03、配列番号04、配列番号05、配列番号06及び配列番号07からなる群から選択される少なくとも1つの配列を含むヌクレオチド配列と、
調節エレメントと
を含み、前記プラスミドが融合パートナーをコードする遺伝子をさらに含み、前記融合パートナーが大腸菌のmsyBである、発現ベクター。 - 前記調節エレメントがプロモーター及びリボソーム結合部位を含む、請求項9に記載の発現ベクター。
- 前記プラスミドがpET−MSYである、請求項9に記載の発現ベクター。
- 大腸菌遺伝子発現システムに用いる、請求項9に記載の発現ベクター。
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