JP6683684B2 - 家畜生産系のためのワクチン - Google Patents

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Description

本発明は、腸内細菌感染に対する保護のための生ワクチンに関する。
本明細書における任意の従来技術への言及は、この従来技術がいずれの管轄においても共通一般知識の一部を形成すること、または当業者によりこの従来技術が当然に理解を予測され、関連するものとみなされ、および/もしくは従来技術の他の一部と組み合わせられ得ることの肯定でも示唆でもない。
非チフス性サルモネラ属(Salmonella)は、米国において深刻な最大の食料経由疾患負荷であり、最大の感染、入院および死亡を引き起こし、毎年103万人の疾病が報告されている。この疾患に伴う経済的負担は膨大であり、医療コストだけで年間110億ドル超に達し、相当の追加コストを食料産業(リコール、訴訟、消費者の信用の低減)、ならびにNTS発生に応答して国家、地方および連邦公共健康機関が負担する。世界的には、非チフス性サルモネラ属(Salmonella)は、毎年9380万人の症例および155,000人の死者と推定され、サハラ以南のアフリカにおける菌血症の主因として現れており、その致死率は25%まで達する。
サルモネラ属(Salmonella)に伴う健康および経済的負担は、悪化傾向である。それというのも、長期の抗生物質投与が世界中で広まっている多剤耐性株の出現をもたらしているためであり;例えば、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)DT104は、過去20年間にわたりいくつかの食料経由疾患発生を引き起こしており、獣医学における5つの最も一般的に使用される抗生物質の4つ(テトラサイクリン、β−ラクタム、アミノグリコシド、およびスルホンアミド)に耐性である。これらの多剤耐性株は、より多くの入院および菌血症を伴うことが多く、それらの天然での維持は、地下水を含む環境中で一般に見出される極めて低い抗生物質濃度において生じ得る。さらに、β−ラクタム、フルオロキノリン、およびアミノグリコシドに耐性であるカルバペネム耐性腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の新たなクラスが2009年に患者から単離され、そのような耐性は、目下、グラム陰性病原体、例として、サルモネラ属(Salmonella)間の広域分布を示している。さらに、「超ビルレント」サルモネラ属(Salmonella)が家畜に由来する天然微生物集団から近年単離されている(2012年)。これらの超ビルレント株は、ほとんどの臨床単離株よりも100倍高いビルレントを示し、ワクチン接種動物をより多く殺傷し得、エクスビボでの低ビルレント状態への急速なスイッチングに起因して標準的な実験室試験条件下で検出可能でない。まとめると、これらの知見は、サルモネラ属(Salmonella)疾患負荷が、現在利用可能な抗生物質により制御困難であるより高いビルレントの多剤耐性株の潜在的な出現により悪化傾向である見解を支持する。
サルモネラ・エンテリカ(Salmonella enterica)は糞口経路を介して獲得され、炭水化物、リポ多糖(LPS)、および鞭毛組成に基づく2500超の血清型(血清学的バリアント)に下位分類される6つの亜種を含み、亜種のエンテリカ(enterica)はヒト病原性単離株の99%超を含有する。サルモネラ・エンテリカ(S.enterica)感染は、4つの区別される疾患症候群のいずれか:腸炎/下痢、菌血症、腸チフスおよび慢性無症状保菌をもたらし得る。多くの血清型はヒトおよび動物の両方に感染し、疾患重症度は血清型、株ビルレンスおよび宿主感受性の関数である。
家畜におけるサルモネラ属(Salmonella)制御の試みは、以下の理由で問題となり続ける:1)ほとんどの家畜感染は亜臨床的である;2)疾患発生は散発性であり、規定の血清型により高頻度で引き起こされるが、多くの血清型は、家畜生産系に固有である;3)環境生残性は、家畜感染のための継続的な保菌体を提供する;4)より高いビルレントであり、ワクチン接種動物を殺傷し得る株バリアントの近年の出現;5)ヒトサルモネラ症患者に由来する一部の株は、動物起源のものと区別される;6)管理および環境イベントは、病原体曝露を増加させ、および/または宿主免疫を低下させ得る。
ワクチン接種は、食料生産鎖の開始時における病原体曝露を低減させる任意の食料安全プランへの持続可能なアプローチを表す[1]。しかしながら、慣用のワクチンにより付与される免疫は、狭い範囲の密接に関連する株に制限され、農場での制御は、多くの病原性血清型に対する保護を誘発するワクチンの開発を要求する[1]。近年の進歩は、改変生サルモネラ属(Salmonella)交差保護ワクチンの開発をもたらしており、その多くは、抗原産生を支持し、異種抗原の発現に好適でもある包括的な調節ネットワークにおける突然変異を含有する[2〜6]。交差保護ワクチン効力の分子的機序は、完全には明らかでない。関連パラメータは、以下を含み得る:病原性血清型間で共有される複数の抗原の発現;ワクチン誘導免疫抑制の縮小;交差保護エピトープを曝露させるための免疫優性抗原の標的化除去;組換え抗原のIII型分泌;および/または免疫応答の刺激向上のためのワクチン弱毒化の遅延([1、3、7、8]に概説)。
遺伝子中の機能損失型突然変異を保有する改変生弱毒化ネズミチフス菌(S.enterica serovar Typhimurium)は、多様なサルモネラ菌に対する保護の提供に有用であり得る。適用可能な機能損失型突然変異の提供のために考慮することができる遺伝子座の数は、それぞれの遺伝子座における適用可能な突然変異の数と同様に大きい。機能の損失の提供のための遺伝子座の一部の例としては、細菌の接着、侵入、ならびに細胞内および細胞外生存に関与する遺伝子座(例として、代謝プロセスに関与するタンパク質をコードする多くの遺伝子)が挙げられる。DNAアデニンメチラーゼをコードする遺伝子(dam)の一部の突然変異は、多様なサルモネラ菌に対する保護を誘発し得る。これらは、マウス[2、9]、家禽[10、11]、ヒツジ[12]および仔牛[13〜15]において改変生ワクチンとして適用する場合、十分忍容されると考えられる。免疫の誘導は急速であり、ワクチンは、低コストおよび家畜集団の低ストレス免疫化のために飲料水を介する送達により投与することができる[12、16]。
任意のワクチンの商業的成功は、治療指数、安全性/毒性の比に依存的であり、安全性が、特に、増大したビルレンスに復帰する潜在性を有する改変生ワクチンについて懸念される。一般に、ワクチンは、家畜生産系における商業的使用のための候補としてみなすことができる4つの安全性カテゴリーを満たすべきである。関連安全性表現型は、以下のとおりである:低減したi)ワクチン排出;ii)チャレンジ株排出;iii)全身組織(肝臓/脾臓)中の生残性;およびiv)環境中の生残性。
機能損失型突然変異を含有する弱毒化株の提供において、関連突然変異から生じる改善された安全性プロファイルが、ワクチンの効力をそれが提供する保護に関して減少させないことが重要であることが理解される。最終的に追求することは、免疫化個体における低レベル感染の生残性を減少させず、病原体が免疫化動物から排出され、環境に放出された場合に環境中の免疫原の生残性を増加させない突然変異である。
それぞれの遺伝子座および突然変異に関連する効能および病原性への復帰に関するデータが異なる実験室系から生じることを特に考慮すると、どの機能損失型突然変異が、他のものよりも弱毒化に有用であるかを予測することは困難である。
さらなる複雑性は、少なくとも1つの機能損失型突然変異が消失した場合、病原性表現型への復帰を予防するため、突然変異のための2つ以上の遺伝子座を選択することが望ましいことである。このようなアプローチは、広範な候補遺伝子座のリストからの少なくとも2つの遺伝子座を組み合わせることを要求し、依然として、特定の組合せが復帰の可能性を増加もしくは減少させる可能性が高いか否か、または得られる弱毒化ワクチンの効能を増加もしくは減少させる可能性が高いか否かに関する指針は限定される。
サルモネラ属(Salmonella)感染に対する保護のための弱毒化生ワクチンが必要とされている。
改善された安全性表現型を有するサルモネラ属(Salmonella)感染に対する保護のための弱毒化生ワクチンも必要とされている。
動物から排出された場合、環境中での最小の生残性を有し、免疫を誘発する動物中の許容可能なレベルの生残性を保持する、動物からの排出傾向が制限され、またはその傾向を有さない弱毒化生ワクチンが必要とされている。
本発明は、上記の問題、制限または必要性の1つ以上を改善またはそれに対処することを探求し、一実施形態において、
− DNAアデニンメチラーゼをコードする遺伝子(本明細書ではdam)中の第1の機能損失型突然変異ならびに
− sifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の第2の機能損失型突然変異
を含む腸内細菌を提供する。
さらなる実施形態において、
− 上記の腸内細菌;および
− 担体、希釈剤、賦形剤またはアジュバント
を含むワクチンが提供される。
さらなる実施形態において、上記のワクチンを、細菌性腸疾患または病態を予防または治療すべき個体に提供するステップを含む、細菌性腸疾患または病態を予防または治療する方法が提供される。
さらなる実施形態において、細菌性腸疾患または病態の予防または治療のためのワクチンにおける使用に好適な免疫原のコレクションを生産する方法であって、
− dam中の機能損失型突然変異を有する腸内細菌を提供すること、
− 機能損失型突然変異を、sifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される細菌の遺伝子中に導入すること
を含む方法が提供される。
さらなる実施形態において、細菌性腸疾患または病態の予防または治療のためのワクチンにおける使用に好適な免疫原のコレクションを生産する方法であって、
− sifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される機能損失型突然変異を有する腸内細菌を提供すること、
− 機能損失型突然変異を、細菌のdam遺伝子中に導入すること
を含む方法が提供される。
粘膜および全身組織中のコロニー化および生残性についてのサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の評価。BALB/cマウスを、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補(dam aroA[MT3138]、dam htrA[MT3142]、dam mgtC[MT3146]、dam sifA[MT3150]、dam spiC[MT3154]、dam spvB[MT3158]、dam ssaV[MT3162])または親UK−1 damΔ232ワクチン株(MT3134)により経口免疫化した(10CFU)。経口免疫化から2週間(A)および4週間(B)後、パイエル板(PP)、腸間膜リンパ節(MLN)、肝臓(L)および脾臓(S)から回収された細菌を、LB培地上でコロニー形成単位(CFU)について評価した。検出限界:PP、MLN、脾臓<100CFU;肝臓<50CFU。 サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の同種株効力評価。BALB/cマウスを、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補(dam aroA [MT3138]、dam htrA[MT3142]、dam mgtC[MT3146]、dam sifA[MT3150]、dam spiC[MT3154]、dam spvB[MT3158]、dam ssaV[MT3162])または親UK−1 damΔ232ワクチン株(MT3134)により経口免疫化した(10 CFU)。免疫化から11週間後、ワクチン接種マウスを200LD50の経口用量の同種株、野生型ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1(χ3761)によりチャレンジした。非ワクチン接種対照マウスは、感染後21日目までに全て死亡した。ロジスティック回帰(Genstat 15th edition[34])を使用してビルレントチャレンジを生存したマウスの比率の差を分析した。ワクチン接種は、有意な保護を提供した(P<0.01)。同様の保護が、親damワクチンと比較して第2の欠失mgtC、sifAおよびspvBを取り込むdamワクチンにより与えられた。damワクチンの効力の有意な低減が、第2の欠失aroA、htrA、spiCおよびssaVの導入後に観察された(**P<0.01;***P<0.001)。 サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の異種交差保護効力評価。BALB/cマウス(コホート当たり16から25匹)を、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補(dam mgtC[MT3146]、dam sifA[MT3150]、dam spvB[MT3158];10CFU)により経口免疫化した。免疫化から11週間後、ワクチン接種マウスを、100LD50の経口用量の家畜産業と臨床関連の異種サルモネラ属(Salmonella)血清型(サルモネラ・ダブリン(S.Dublin)8895[畜牛]、サルモネラ・ボビスモルビフィカンス(S.Bovismorbificans)225[ヒツジ]、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)131[ヒツジ])によりチャレンジした。非ワクチン接種対照マウスは、感染後21日目までに全て死亡した。ロジスティック回帰(GenStat 15th Edition,[34])を使用してビルレントチャレンジを生存したマウスの比率の差を分析した。第2の欠失mgtC、sifAおよびspvBを取り込むdamワクチンのそれぞれによるワクチン接種は、評価された同種および異種チャレンジ株に対する有意な保護を提供した(***P<0.001)。 サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補間のワクチン安全性評価(2−AP耐性への復帰)。BALB/cマウスに、10CFUのネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補(dam mgtC[MT3146]、dam sifA[MT3150]、dam spvB[MT3158])またはdam UK−1親ワクチン株[MT3134]を腹腔内感染させた。脾臓(A)または肝臓(B)中の2−AP感受性(白色四角)または2−AP耐性(黒色四角)サルモネラ属(Salmonella)生物の数を、感染後5日目において計数した。0CFU値下方の記号は、脾臓および肝臓中の細菌負荷が検出限界未満(<25CFU)であったマウスの数を表す。親サルモネラ属(Salmonella)damΔ232ワクチン株と比較した、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 dam二重突然変異ワクチン生残性(2−AP)および増大したビルレンスへの復帰(2−AP)についての統計的有意性を、分散分析を使用して決定した(P<0.05)。 サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補のワクチン糞便排出評価。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC(MT3183)、dam sifA(MT3184)、dam spvB(MT3186)、およびdam UK−1親株(MT3180)のカナマイシン耐性誘導体を使用してBALB/cマウスを経口経路によりワクチン接種した(10CFU)。免疫化後2、4、7、11、14、および21日目に糞便を個々のマウスから回収し、カナマイシン50μg/mlのLB培地上でCFU/gのためにプレーティングした。親サルモネラ属(Salmonella)damΔ232ワクチン株に対するサルモネラ属(Salmonella)dam二重欠失ワクチン候補の糞便排出を、REML反復測定分析を使用して分析した。ワクチンおよびワクチン接種後の時間の両方が有意であった(P<0.05)。異なる二重欠失damワクチン間で糞便排出の有意差は観察されなかった。挙げられた値は、ワクチン接種後のマウスの糞便中のCFU/gのモデル予測平均数である。検出限界は60CFUである。 サルモネラ属(Salmonell)dam二重突然変異ワクチン候補により免疫化されたマウスにおけるチャレンジ株糞便排出。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC(MT3183)、dam sifA(MT3184)、dam spvB(MT3186)、およびdam UK−1親株(MT3180)のカナマイシン耐性誘導体を使用してBALB/cマウスを経口経路によりワクチン接種した(10CFU)。ワクチン株糞便クリアランスは、免疫化から4週間後に達成された。免疫化から11週間後、ワクチン接種マウスを100LD50の用量の野生型ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1のカナマイシン耐性誘導体(MT2315;10CFU)によりチャレンジした。免疫化後2、4、7、11、14、および21日目に糞便を個々のマウスから回収し、カナマイシン50μg/mlのLB培地上でCFU/gのためにプレーティングした。ワクチン接種マウスのチャレンジ後の野生型チャレンジ株の糞便排出を、REML反復測定分析を使用して分析した。ワクチンおよびワクチン接種後の時間の両方が有意であり(P<0.05)、時間およびワクチン間の有意な相互作用についての傾向が存在した(P=0.075)。ペアワイズ比較は、ビルレントチャレンジ後の異なる時間における群間の有意差を明らかにし;a=二重欠失ワクチンの排出は、親damワクチンの排出よりも有意に小さく;b=dam sifAおよびdam spvBワクチンの排出は、親damワクチンの排出よりも小さく、dam sifA排出は、dam mgtCおよびdam spvBワクチンの排出よりも有意に小さく;c=dam sifAおよびdam spvBワクチンの排出は、dam mgtCおよびdam spvBワクチンの排出よりも有意に小さく、dam spvBワクチンの排出は、dam mgtCワクチンの排出よりも有意に小さく;d=dam sifA、dam spvBおよびdam mgtCワクチンの排出は、dam spvBワクチンの排出よりも有意に小さかった。挙げられた値は、チャレンジ後の糞便中の野生型チャレンジ株のモデル予測平均CFUである。検出限界は60CFUである。 サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の環境ワクチン生残性(脱イオン水)評価。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC(MT3183)、dam sifA(MT3184)、dam spvB(MT3186)、およびdam UK−1親株(MT3180)のカナマイシン耐性誘導体を使用して20mlの脱イオン水を接種した(10CFU/ml)。緩いキャップを有する50mlのコニカルチューブ中で3つ組アッセイを室温において実施した。試料をボルテックスにかけ、示される時点におけるCFU/mlのために2週間の期間プレーティングした。挙げられた値は平均CFU/mlであり、エラーバーは、±標本平均の標準誤差(SEM)を示す。経時的な水中に存在するCFU/mlの数を、REML反復測定分析を使用して分析した。ワクチン群および時間間の有意な相互作用が観察された(P<0.001)。ペアワイズ比較は、異なる時間における群間の有意差を明らかにした(P<0.05)。a=全てのワクチンは、親UK−1野生型株よりも低いCFU/mlを有し;b=damΔ232株についてのCFU/mlは、dam mgtC、dam sifAおよびdam spvB株についてのCFU/mlよりも有意に小さく;c=damΔ232およびdam spvB株についてのCFU/mlは、dam sifAおよびdam mgtC株よりも有意に小さかった。 サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の環境ワクチン生残性(ヒツジ糞便)評価。20mlの脱イオン水を5gの乾燥ヒツジ糞便(Barbara Byrne,University of California,Davisから寄贈;[32,33])に添加することにより、20パーセントの糞便乾燥物を生成した。20%の糞便乾燥物に、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC(MT3183)、dam sifA(MT3184)、dam spvB(MT3186)、またはdam UK−1親株(MT3180)のカナマイシン耐性誘導体を接種した(10CFU/ml)。緩いキャップを有する50mlのコニカルチューブ中で3つ組アッセイを室温において実施した。試料をボルテックスにかけ、示される時点におけるCFU/mlのために2週間の期間プレーティングした。挙げられた値は平均CFU/mlであり、エラーバーは、±標本平均の標準誤差(SEM)を示す。経時的な糞便中に存在するCFU/mlの数を、REML反復測定分析を使用して分析した。ワクチン群および時間間の有意な相互作用が観察された(P<0.001)。ペアワイズ比較は、異なる時間における群間の有意差を明らかにした(P<0.05)。全てのワクチン株についてのCFU/mlは、1および6日目を除き全ての時点について親UK−1野生型よりも小さかった。a=dam sifAは、dam、dam mgtCおよびam spvBよりも有意に小さく;b=dam sifAは、damおよびdam mgtCよりも有意に小さく;c=dam sifAは、dam mgtCよりも有意に小さく;d=dam spvBは、dam mgtCよりも有意に小さく;e=dam spvBは、damよりも有意に小さく;f=dam mgtCは、damよりも有意に小さかった。
上記のとおり、腸内細菌疾患、例えば、胃腸炎ならびに下痢、発熱および脱水を特徴とする他の病態は、家畜生産における主要な問題のままである。サルモネラ属(Salmonella)感染、およびサルモネラ症が主な懸念事項である。今日まで、家畜動物におけるこれらの病態を予防または治療するための試みの全ては、ワクチンの含有もしくは制限される効能または含有される安全性プロファイルのいずれかのため、成功の制限に見舞われてきた。特に、動物から排出され、環境中で生残するワクチンが懸念されてきた。
家畜動物において生残的であり得、それにより免疫を提供するように十分にロバストであり、糞便およびより一般に環境、例えば、フィードロットまたは家畜生産鎖の他の一部中の排出および生残性について制限された潜在性を有する弱毒化細菌を提供することは、困難であった。病原性表現型への復帰を予防するための二重突然変異を提供する必要性は、特に、不活性化のための極めて多数の候補遺伝子が公知である場合、複雑性のレベルを追加する。
本発明者らは、病原性表現型への復帰のより低い可能性、排出のより低い可能性、および環境中の生残性のより低い可能性を有する限り、例えば、改善された安全性プロファイルまたは表現型を有する弱毒化生ワクチン中の生免疫原として有用な腸内細菌を提供する関心を有した。広範な潜在的候補遺伝子座のリストから、本発明者らは、所望の安全性プロファイルを有する一方、広範囲の腸内細菌、特に広範囲のサルモネラ属(Salmonella)に対して保護またはそれを治療するための効能を保持する弱毒化生物を提供するためのdam不活性化株中の機能損失型突然変異を導入するために使用することができる3つの遺伝子座を同定した。
A.定義
「機能損失型突然変異」は、一般に、所与の生物学的プロセスにおける遺伝子の関連機能を完全にまたは部分的に不活性化させる遺伝子の突然変異を指す。目的の特定の機能損失型突然変異は、宿主中の腸内細菌の生活環を遮断する一方、細菌の免疫学的プロファイルを破壊しないものである。
「腸内細菌」は、一般に、腸または消化管の細菌を指す。特に、病原体、例えば、サルモネラ属(Salmonella)、大腸菌(Escherichia coli)、ペスト菌(Yersinia pestis)、クレブシエラ属(Klebsiella)およびシゲラ属(Shigella)が挙げられるグラム陰性腸内細菌の大きなファミリーの「腸内細菌科(Enterobacteriaceae)」に関心が持たれる。このファミリー中の他の疾患惹起細菌としては、プロテウス属(Proteus)、エンテロバクター属(Enterobacter)、セラチア属(Serratia)、およびシトロバクター属(Citrobacter)が挙げられる。
「サルモネラ属(Salmonella)」は、腸内細菌科(Enterobacteriaceae)の腸内細菌である。
「dam」は、デオキシアデノシンメチラーゼ、DNAアデニンメチルトランスフェラーゼまたはデオキシアデノシルメチルトランスフェラーゼとしても公知のDNAアデニンメチラーゼをコードする遺伝子を指す。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)dam遺伝子についてのアクセッション番号の一例は、NCBIアクセッション番号:1255007である。この遺伝子についての遺伝子座タグは、STM3484である。
「sifA」は、分泌エフェクタータンパク質SifAをコードする遺伝子を指す。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)sifA遺伝子についてのアクセッション番号の一例は、NCBIアクセッション番号1252742である。この遺伝子についての遺伝子座タグは、STM1224である。
「spvB」は、サルモネラ属(Salmonella)プラスミドビルレンスタンパク質B(SpvB)をコードする遺伝子を指す。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)spvB遺伝子についてのアクセッション番号の一例は、NCBIアクセッション番号1256199である。この遺伝子についての遺伝子座タグは、PSLT039である。
「mgtC」は、Mg(2+)輸送ATPアーゼタンパク質C、MgtCをコードする遺伝子を指す。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)mgtC遺伝子についてのアクセッション番号の一例は、NCBIアクセッション番号1255288である。この遺伝子についての遺伝子座タグは、STM3764である。
例えば、「弱毒化細菌」における「弱毒化」は、一般に、細菌のビルレンスを低減させるが、より緩慢な速度においてまたは異なる条件下ではあるが細菌が複製し得るように依然としてそれを生存(または「生」)させたままとする細菌の改変を指す。弱毒化は感染物質を要し、それが無害または低ビルレントになるようにそれを変化させる。典型的には、弱毒化は、関連細菌の免疫原性を実質的に減少させない。
「ワクチン」は、一般に、免疫原、すなわち、免疫応答を誘発し得る物質を含有する組成物を指す。典型的には、ワクチンは、病原体への曝露時、特に曝露がチャレンジの形態である場合、免疫化、予防または感染、もしくは関連症状の顕在化に対する保護の提供に有用である。ワクチンは、病態の予防または治療に使用することができる。ワクチンは、病原体による感染の可能性を最小化するために使用することができる。
「細菌性腸疾患または病態」は、一般に、腸内細菌による個体の感染から生じる病態を指す。このような病態は、以下の症状:胃炎、脱水、下痢、発熱を含み得る。サルモネラ症は、細菌性腸疾患または病態の一例である。
本明細書において使用される「免疫化」は、一般に、対象の免疫系が免疫原に対して強化されるプロセスを指す。本発明の弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物は、サルモネラ属(Salmonellaw)に対する対象の免疫化における有用性を有し、それにより他の、より高いビルレントのサルモネラ属(Salmonella)血清型による感染を予防する。
本明細書において使用される「遺伝子」は、コード配列およびその調節配列、例えば、プロモーターおよび終結シグナルを指す。
「含む(comprise)」およびこの用語の変形、例えば、「含む(comprising)」、「含む(comprises)」および「含んだ(comprised)」は、さらなる添加剤も、構成要素も、整数も、ステップも排除するものではない。
本発明者らは、サルモネラ属(Salmonella)遺伝子中の機能損失型突然変異の規定の組合せが、サルモネラ属(Salmonella)のビルレントまたは病原性血清型による感染から免疫を付与するための生ワクチンとしての有用性を有するサルモネラ属(Salmonella)の生弱毒化株の生成における特定の利点を提供することを見出した。
具体的には、本発明者らは、dam遺伝子中の機能損失型突然変異も有するサルモネラ属(Salmonella)の株中のsifA、spvBまたはmgtC遺伝子中の突然変異の導入が、対象に安全に投与することができ、環境中で安全であり、サルモネラ属(Salmonella)の異種病原性血清型に対する保護を付与する能力を維持する微生物の生成をもたらすことを見出した。
したがって、本発明は、生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物であって、dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含む微生物を提供する。
特に好ましい実施形態において、本発明による微生物は、dam中の機能損失型突然変異およびsifA中のさらなる機能損失型突然変異を有する。この実施形態において、微生物または腸内細菌は、spvB中でもmgtC中でも機能損失型突然変異を有し得ない。
本発明の弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物は、公知の技術により、例えば、標的遺伝子中の1つ以上のヌクレオチドの欠失突然変異誘発、挿入不活性化または置換により調製することができる。当業者は、天然遺伝子産物の発現が何らかの手法で破壊される場合、標的遺伝子が突然変異を必ずしも必要としないことを認識する。例えば、突然変異は、標的遺伝子の上流で、例えば、プロモーターまたは調節領域中で作製することができる。
一実施形態において、dam、sifA、mgtCおよびspvB遺伝子中に遺伝子操作された機能損失型突然変異は、インフレーム欠失である。インフレーム欠失の使用は、下流遺伝子の転写が維持されるようなものである。
他の好適な技術としては、突然変異遺伝子および選択マーカーを含む自殺ベクターの使用が挙げられる。自殺ベクターは、コンジュゲーションにより野生型遺伝子配列を担持する(しかし、当業者が認識するとおり、代替遺伝子座における1つ以上の突然変異を含み得る)サルモネラ属(Salmonella)微生物中に導入される。野生型遺伝子は、相同性組換えを介して突然変異遺伝子により置き換えられ、突然変異された微生物が選択マーカーを使用して同定される。他の好適な技術は、例えば、国際公開第1996/17951号パンフレットに記載されている。
当業者は、導入された突然変異が機能損失をもたらしたか否か、または遺伝子機能が損なわれるか否かを容易に決定することもできる。例えば、mgtC遺伝子は、低マグネシウム濃度を有する環境中のサルモネラ属(Salmonella)の生存に要求される。
dam遺伝子およびsifA、spvBまたはmgtC遺伝子中のいずれか1つに導入される機能損失型突然変異は、微生物の弱毒化をもたらすのに有効である。
好ましくは、微生物は、腸内細菌、特に、病原性腸内細菌、例えば、腸内細菌科(Enterobacteriacea)のメンバーである。
最も好ましくは、微生物は、サルモネラ属(Salmonella)である。当業者により、通常、ビルレントまたは病原性であるサルモネラ属(Salmonella)血清型の任意のメンバーを上記技術を使用して処理して生弱毒化株を生成することができることが認識される。例えば、サルモネラ属(Salmonella)微生物は、広範なサルモネラ・エンテリカ(Salmonella enterica)亜種エンテリカ(Enterica)血清型、例として、限定されるものではないが、血清型のネズミチフス菌(S.Typhimurium)、ゲルトネル菌(S.Enteritidis)、サルモネラ・ダブリン(S.Dublin)、サルモネラ・ニューポート(S.Newport)、ブタコレラ菌(S.Choleraesuis)、またはサルモネラ・ボビスモルビフィカンス(S.Bovismorbificans)からのものであり得る。特に好ましい実施形態において、機能損失型突然変異は、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)微生物中に導入される。
さらに、さらなる好ましい実施形態において、弱毒化生微生物は、damおよびsifA遺伝子中の両方で機能損失型突然変異を有するネズミチフス菌(S.Typhimurium)である。
本発明者らは、本発明の微生物が、サルモネラ属(Salmonella)のビルレント血清型に対して対象を免疫化するため、およびビルレント血清型による感染の可能性を最小化するためのワクチンとしての使用に特に好適であることを見出した。特に、本発明者らは、遺伝子の他の組合せにおける機能損失型突然変異を有するサルモネラ属(Salmonella)と比較して、dam遺伝子中およびsifA、spvBまたはmgtC遺伝子中のいずれかで突然変異を有するサルモネラ属(Salmonella)が、免疫化すべき対象および環境中で改善されたワクチン安全性を示すことを見出した。
したがって、さらなる態様において、本発明は、腸内細菌、好ましくは、病原性細菌、例えば、サルモネラ属(Salmonella)に対する対象における免疫応答を誘導するためのワクチン組成物を提供する。ワクチン組成物は、対象における免疫応答を誘発するために十分な量の生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物および好適な担体または希釈剤を含み、前記生弱毒化生物は、dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含む。
特に好ましい実施形態において、ワクチン組成物は、damおよびsifA遺伝子中の両方で機能損失型突然変異を含むある量の生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)を含む。
ワクチン組成物を配合するため、弱毒化微生物は、組成物中で任意の好適な賦形剤と一緒に存在し得る。例えば、組成物は、任意の好適なアジュバントを含み得る。さらに、組成物は、種々の投与手段に適合させることができる。好ましい投与経路としては、経口、粘膜(例えば、経鼻)または全身経路(例えば、非経口注射)が挙げられ、ワクチンは、生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物である。1つの特定の実施形態において、ワクチン組成物は、それを送達すべき対象の飲料水または食料またはフィードロットでの包含のために提供することができる。
ワクチン組成物中に存在する弱毒化微生物の数は、意図されるワクチン組成物の投与経路およびそれが最終的に送達される対象に応じて当業者が容易に決定することができる。
ワクチン組成物中で用いられる特定の好適な担体または希釈剤は、本発明には重要でなく、当分野において慣用のものである。希釈剤の例としては、胃中で胃酸を緩衝するための緩衝液、例えば、スクロースを含有するクエン酸緩衝液(pH7.0)、重炭酸緩衝液(pH7.0)単独、またはアスコルビン酸、ラクトースおよび場合により、アスパルテームを含有する重炭酸緩衝液(pH7.0)が挙げられる。担体の例としては、タンパク質、例えば、脱脂粉乳中で見出されるもの;糖、例えば、スクロース;またはポリビニルピロリドンが挙げられる。
本発明者らは、本発明の弱毒化微生物またはそれを含むワクチン組成物の対象への投与が、野生型または病原性血清型による後続の感染に対するその対象における耐性を付与することを見出した。
したがって、さらに、さらなる態様において、本発明は、サルモネラ属(Salmonella)のビルレント株による感染を予防する方法であって、
− それが必要とされる対象に:
− ある量の生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物であって、dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含む微生物または
− 生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物および好適な担体または希釈剤を含むワクチン組成物であって、前記生弱毒化微生物は、dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含むワクチン組成物
を投与することを含み、
− 投与される微生物またはワクチンの量は、対象における免疫応答を誘発するために十分である
方法を提供する。
サルモネラ属(Salmonella)のビルレント株による感染の予防において、本発明はまた、サルモネラ属(Salmonella)のビルレント血清型による感染に対して対象を免疫化する方法を提供することが認識される。
本発明の弱毒化微生物およびそれを含むワクチン組成物は、通常、サルモネラ症をもたらすサルモネラ属(Salmonella)のビルレントおよび病原性血清型による感染に対する対象の免疫に好適である。本発明の弱毒化微生物およびそれを含むワクチン組成物は、サルモネラ属(Salmonella)微生物による感染に感受性である任意の動物の免疫化に特に好適である。例えば、一部の実施形態において、免疫化することができる対象は、ヒトであり得る。あるいは、免疫化すべき対象は、動物種および家畜であり得る。本発明により免疫化すべき対象の例としては、ブタ、ヒツジ、仔牛、畜牛、シカ、ヤギ、ラクダ、ウマ、ニワトリ、シチメンチョウ、カモ、ウズラなどが挙げられる。
弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物またはワクチンの量または数は、当業者が容易に決定することができる。一般に、約10cfu〜約1010cfu、好ましくは、約10〜約1010cfuの微生物が投与される。免疫化用量は、投与経路により変動する。当業者は、非経口投与される(例えば、静脈内、腹腔内または皮下注射による)ワクチンについての有効な用量は、例えば、飲料水または食料中で経口投与される同様のワクチンよりも少ない可能性が高いことを認識する。
本明細書において使用される「免疫化量」は、弱毒化微生物またはそれを含むワクチンを受ける対象における保護免疫応答を誘導し得る量を意味する。免疫応答は、体液性、粘膜、局所および/または細胞免疫応答であり得る。さらに、当業者が認識するとおり、要求される弱毒化微生物またはワクチンの量は、年齢、体重および免疫化される対象に関する他の因子にも依存する。
当業者は、十分な数の本明細書に記載の生弱毒化微生物を生産するため、微生物を好適な条件において培養することが必要であり得ることを認識する。例えば、意図される微生物の投与経路に応じて、微生物を好気性または嫌気性条件下で培養することが必要であり得る。当業者は、関連培養条件を容易に決定することができる。さらに、十分な数の微生物を培養物中で生産したら(例えば、微生物が対数期増殖に達したら)、培養物を精製して微生物の下流の使用における包含が意図されない培養培地の任意の要素を除去することが望ましいことがある。
したがって、一実施形態において、本発明は、上記の生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物の精製培養物を提供する。
生弱毒化サルモネラ属(Salmonella)微生物を含む培養物は、サルモネラ属(Salmonella)微生物に対する対象における免疫応答を誘導するためにそれを下流の用途において、例として、ワクチンとしての使用に、またはワクチン組成物の製造においてそれを使用することができるように精製することができる。
精製培養物は、培養物の意図される下流の用途に応じて凍結乾燥し、凍結し、または再構成することができることが認識される。
本発明のさらなる態様および上記段落に記載の態様のさらなる実施形態は、具体例を挙げ、添付の図面を参照して以下の詳細な説明から明らかになる。
本明細書に開示され、定義される本発明は、挙げられた、または本文もしくは図面から明らかな個々の特徴部の2つ以上の全ての代替的組合せに及ぶことが理解される。これらの異なる組合せの全てが、本発明の種々の代替的態様を構成する。本明細書に引用される全ての特許、特許出願、および刊行物は、それぞれの独立した特許出願、または刊行物が参照により組み込まれることが個別具体的に示されるのと同じ程度で参照により全体として本明細書に組み込まれる。
1.材料および方法
1.1.細菌株および増殖条件
サルモネラ属(Salmonella)動物単離株は、異なる発生、個々の症例、または臨床検査室へのサーベイランス提出に由来した[31]。ビルレントネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1を比較のために全ての試験において使用した[17]。特に記載のない限り、細菌は、ルリア・ベルターニ(LB)培地を含有する37℃において通気させた静止期培養物に由来した[18]。抗生物質は、以下の濃度において使用した:カナマイシン(Kn)、50μg/ml、アンピシリン(Ap)、50μg/ml。
1.2.追加の弱毒化突然変異を含むネズミチフス菌(S.Typhimurium)damワクチン候補の構築
ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1Δdamは、標準的な遺伝子プロトコル[20]を使用して、定義されたdam配列のインフレーム300bp欠失を導入することにより構築した(damΔ232と称する[19])。得られたネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株(MT3134)は、非機能的DNAアデニンメチラーゼを欠く株に毒性であるプリン類似体、2−アミノプリン(2−AP)に感受性であることが示され[21、22]、それを親サルモネラ属(Salmonella)damワクチン株として全ての試験に使用した。記載[20]の自殺ベクターpCVD442を利用して、第2のビルレンス弱毒化欠失突然変異を親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株中に導入し、以下の標的化遺伝子中の定義されたコード配列のインフレーム欠失の構築をもたらした:dam aroA(MT3138;1056bp欠失);dam htrA(MT3142;1341bp欠失);dam mgtC(MT3146;606bp欠失);dam sifA(MT3150;807bp欠失);dam spiC(MT3154;306bp欠失);dam spvB(MT3158;1563bp欠失);およびdam ssaV(MT3162;1959bp欠失)。得られた遺伝子構築物は、欠失配列をフランキングするプライマーを使用するPCRにより確認した。
1.3.ビルレンスおよび保護アッセイ
経口および腹腔内致死用量50(LD50):感染動物の50%を殺傷するために要求される用量を、経口(胃腸挿管を介して)および腹腔内(i.p.)経路を介して、少なくとも10匹のマウスを感染させることにより決定した[30、19]。サルモネラ属(Salmonella)試験株および野生型ネズミチフス菌(S.Typhimurium)参照株14028を、LB培地中で一晩増殖させた。0.2mlの0.2MのNaHPO4 pH8.1または0.1mlの0.15MのNaCl(それぞれ経口および腹腔内投与用)中で再懸濁された細菌細胞を使用してマウスを感染させ、それを罹患率および死亡率について感染から3週間後まで毎日試験した。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1についての経口および腹腔内LD50は、それぞれ10および<10匹の生物である[30]。6から8週齢のBALB/cマウスを全てのビルレンス試験において使用した。保護アッセイ。マウスを、10CFUの用量におけるネズミチフス菌(S.Typhimurium)damワクチン株により経口免疫化した[30、19]。宿主組織内のワクチン株の生残性に起因する一過的な非特異的交差保護免疫応答を回避するため[23〜25]、免疫化マウスは、ワクチン株が免疫化動物の粘膜(パイエル板;腸間膜リンパ節)および全身組織(肝臓;脾臓)からクリアランスされてから4から5週間後までビルレントサルモネラ属(Salmonella)によりチャレンジしなかった。免疫化から11週間後、マウスを、100から200倍LD50と等しい感染用量におけるビルレントサルモネラ・エンテリカ(Salmonella enterica)血清型により経口チャレンジした。マウスは、罹患率および死亡率についてチャレンジから3週間後までチャレンジ後毎日試験した。
1.4.ワクチンおよびチャレンジ株糞便排出、ならびに脱イオン水およびヒツジ糞便内の生残性を評価するためのサルモネラ属(Salmonella)ワクチン候補の抗生物質耐性誘導体の構築
ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補のカナマイシン耐性(Kn)誘導体を構築してワクチン糞便排出を評価した。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)株MT2057は、野生型参照株14028のKn誘導体であり、それを本来Lacである他のサルモネラ属(Salmonella)から区別するために使用されるKnをコードするLacMudJ転写融合物を含有する[19、26]。ドナー株MT2057上で増殖させたファージP22を使用してカナマイシン耐性のためにレシピエントサルモネラ属(Salmonella)damワクチン候補を形質導入し[18]、Knネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC(MT3183)、dam sifA(MT3184)、dam spvB(MT3186)、およびdam UK−1親株(MT3180)を生成した。ワクチン株排出。BALB/cマウスに、Knネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 dam二重突然変異ワクチン候補を経口経路によりワクチン接種した(10CFU)。免疫化後2、4、7、11、14、および21日目に糞便を個々のマウスから回収し、カナマイシン50μg/mlのLB培地上のCFU/gのためにプレーティングした。チャレンジ株排出。BALB/cマウスに、Knネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 dam二重突然変異ワクチン候補を経口経路によりワクチン接種した(10CFU)。免疫化から4週間後までにワクチン株糞便クリアランスが生じた。免疫化から11週間後、ワクチン接種マウスを100LD50の用量のネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1のKn誘導体(MT2315;10CFU)によりチャレンジした。免疫化後2、4、7、11、14、および21日目に糞便を個々のマウスから回収し、カナマイシン50μg/mlのLB培地上のCFU/gのためにプレーティングした。脱イオン水およびヒツジ糞便内の生残性。20mlの脱イオン水を5gの乾燥ヒツジ糞便(Barbara Byrne,University of California,Davisから寄贈;[27、28])に添加することにより、20パーセントの糞便乾燥物を調製した。脱イオン水(20ml)および20%のヒツジ糞便に、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC(MT3183)、dam sifA(MT3184)、dam spvB(MT3186)、またはdam UK−1親株(MT3180)のKn誘導体(2×10CFU)を接種した。緩いキャップを有する50mlのコニカルチューブ中で3つ組アッセイを室温において実施した。試料をボルテックスにかけ、2週間の期間にわたりCFUのためにプレーティングした。
1.5 統計分析
残差(または制限付き)最尤法(REML)分析(Genstat,15th Edition,VSN International,UK,[34])を使用して連続反復測定データを分析した。単変量、反復測定モデルを、変数CFUについての時間または処理の因子にフィットさせた。ワルドカイ二乗検定を使用して有意な個々の効果およびまたは因子間の有意な相互作用を決定した。任意の非有意項目をモデルから引き、分析を反復した。以下の分析データは、予測モデルに基づく平均として提示する。予測平均は、未処理試料平均ではなくフィットモデルから得られたものである。これは、重要である。それというのも、予測平均は、共通の変数集合に調整された手段を表し、したがって、平均間の妥当な比較を可能とするためである。0.05未満のP値を、統計的に有意であるとみなした。解剖における組織中に存在するCFUの数は、分散分析(ANOVA,Genstat,15th Edition,VSN International,UK)を使用して分析した。REMLおよびANOVAを使用して計算された個々の平均間の差は、近似最小有意差(LSD)を計算することにより決定した。計算LSDを超過した平均の差は、有意とみなした。
2項データ(排出[有/無]およびアウトカム[生存/死亡])は、ロジスティック回帰モデル(Genstat,15th Edition,VSN International,UK,[34])を使用して分析した。ワクチンをモデルにフィットさせた。ワルド統計量を使用して全体の有意性を評価した(P<0.05)。固定効果(ワクチン)の有意性を、参照群に対するtパラメータ推定により評価した。0.05未満のP値を統計的に有意とみなした。
1.6.動物倫理に関する記述
全ての動物実験は、実験動物の飼育およびケアのためのNational Institutes of Health指針に従って行い、University of California,Santa BarbaraにおけるInstitutional Animal Care and Use Committeeによる関連調査および承認後に協会の規程に従って実施した。
2.結果
2.1.第2のビルレンス弱毒化突然変異を含有するサルモネラ属(Salmonella)damワクチン候補の構築
改変生ワクチンの商業的成功は、治療指数、安全性/毒性の比に依存的であり、したがって、第2のビルレンス弱毒化突然変異をネズミチフス菌(S.enterica serovar Typhimurium)damワクチン中に導入してワクチン安全性を改善した。親株UK−1の抗生物質感受性のdam欠失誘導体を構築して他の微生物株への抗生物質耐性の潜在的な伝達を排除した(材料および方法)。得られたネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232(MT3134)を、全ての試験に親ワクチンバックグラウンドとして使用した。続いて、第2のビルレンス弱毒化突然変異をネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232中に導入してワクチン安全性を改善した(材料および方法)。これらの突然変異は、細胞内および/または全身生存に関与する遺伝子、例として、aroA(アミノ酸生合成);htrA(ストレス応答);mgtC(マグネシウム輸送);sifA、spiC、ssaV(サルモネラ属病原性遺伝子島(Salmonella Pathogenicity Island)−2(SPI−2);およびspvB(細胞毒素産生)に標的化させた。続いて、得られたサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補、dam aroA、dam htrA、dam mgtC、dam sifA、dam spiC、dam spvB、dam ssaVを、親サルモネラ属(Salmonella)damワクチン株と比較して改善された安全性/効力について評価した。
2.2.粘膜および全身組織中のコロニー化および生残性についてのサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の評価
第2のビルレンス弱毒化突然変異を改変生ワクチン中に導入することの主な懸念は、ワクチンクリアランスの加速の結果としての抗原曝露の低減に起因する効力の損失の潜在性である。したがって、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補、dam aroA、dam htrA、dam mgtC、dam sifA、dam spiC、dam spvB、dam ssaVを、親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232ワクチン株において見出されたものと類似するコロニー化および生残性パラメータを維持したものについて試験した。BALB/cマウスにサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補を経口感染させ(10CFU)、ワクチン株のコロニー化/生残性を粘膜(パイエル板;腸間膜リンパ節)および全身組織(肝臓および脾臓)中で感染から2および4週間後において評価した(図1)。サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補を2つの群に分類した、クラスI:親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232単一突然変異ワクチン株に対して類似するコロニー化および生残性を示したもの(dam mgtC;dam sifA;dam spvB);ならびにクラスII:親サルモネラ属(Salmonella)damワクチンにより示されるものに対するコロニー化および生残性を示したもの(dam aroA、dam htrA、dam spiC、dam ssaV)。これらのデータは、クラスIワクチン候補ワクチンが宿主組織中で軽度の生残性を持続した一方、クラスIIワクチンはワクチン接種動物中で急速なクリアランスを示したことを示す。
2.3.サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の効力評価
サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補(クラスIおよびクラスII)を試験して親サルモネラ属(Salmonella)damワクチンにより誘発されるものと類似する保護免疫応答を付与するために軽度の生残性が必要であるか否かを区別した。BALB/cマウスを、7つのサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補のそれぞれにより経口免疫化した(10CFU)。宿主組織内のワクチン株の生残性に起因する一過的な非特異的交差保護免疫応答を回避するため[23〜25]、免疫化マウスは、ワクチン株が免疫化動物の粘膜(パイエル板;腸間膜リンパ節)および全身組織(肝臓;脾臓)からクリアランスされてから4から5週間後までビルレントサルモネラ属(Salmonella)によりチャレンジしなかった。免疫化から11週間後、マウスを、200倍LD50感染用量のビルレント親株ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1により経口チャレンジした。全て(3つのうち3つ)のクラスIワクチン候補(dam mgtC、dam sifA、dam spvB)により免疫化されたマウスは、ビルレント同種チャレンジに対するロバストな保護を示し、これは親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株により示されたものと類似する(図2)。逆に、クリアランスの加速を示したクラスIIワクチン候補(dam aroA、dam htrA、dam spiC、dam ssaV)は1つも(4つのうち0)、親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株と比較してビルレント同種チャレンジに対する有意な保護を付与しなかった(**P<0.01、***P<0.001)。
クラスIワクチン候補を、サルモネラ症のネズミ[2、9]、鳥類[10、11]、ヒツジ[12]およびウシ[13〜15]モデルにおけるサルモネラ属(Salmonella)damワクチン株について示されている異種株に対する交差保護を誘発する能力について評価した。BALB/cマウスを、クラスIワクチン候補(dam mgtC、dam sifA、またはdam spvB;10CFU)により経口免疫化した。免疫化から11週間後、マウスを、血清学的グループC2〜C3、B、およびDをそれぞれ含むヒツジ(サルモネラ・ボビスモルビフィカンス(S.Bovismorbificans)174、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)131)および畜牛(サルモネラ・ダブリン(S.Dublin)8895)に由来する家畜産業関連病原性サルモネラ属(Salmonella)株によりチャレンジした。3つ全てのクラスIワクチン候補は、試験された3つの異種ビルレント株に対するロバストな交差保護を付与し(図3;***P<0.001)、ネズミチフス菌(S.Typhimurium)14028 damΔ232ワクチン株によりワクチン接種されたマウスにおいてそれら3つの異種チャレンジ株に対して既に示された交差保護のレベルと類似した[2]。これらのデータは、宿主組織中のクラスIワクチン候補(dam mgtC、dam sifA、およびdam spvB)の軽度の生残性が、強力な適応免疫応答の発生への移行に必要とされる時間にわたり安定な抗原資源を提供し得るという仮定と一致する[2、9、19]。
2.4.2−AP耐性への復帰の評価を介するワクチン安全性評価
増大したビルレンスへの復帰は、全ての改変生ワクチンについての懸念事項である。サルモネラ属(Salmonella)dam突然変異ワクチンは、メチル指向ミスマッチ修復遺伝子中の突然変異の獲得を介する腹腔内(経口でない)感染後のより高いビルレント状態への復帰を受ける能力を有する[29]。このような復帰は、Dam機能を欠く細菌に毒性であるプリン類似体2−アミノプリン(2−AP)を使用して評価することができる[21]。すなわち、親dam株(2−AP)を、全身組織中の2−AP(増大したビルレンスの潜在的指標として)への復帰について評価することができる[29]。BALB/cマウスに、サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補、dam mgtC、dam sifA、dam spvB.または親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株を腹腔内感染させた(10CFU)。感染から5日後、細菌を肝臓および脾臓から回収し、2−AP(生残性)および2−AP表現型への復帰について評価した(図4)。3つ全てのワクチン候補(dam mgtC、dam sifA、dam spvB)が、脾臓/肝臓において親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株のものに対して有意に低減したコロニー化および生残性(2−AP)ならびに低減した2−AP耐性への復帰を示した(P<0.05)。
感染マウスの脾臓から単離されたサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補の2−Ap誘導体および親damUK−1ワクチンを、経口および腹腔内致死用量(LD50)ビルレンスアッセイを介して評価した。野生型UK−1についての経口および腹腔内LD50は、それぞれ10および<10CFUである。全てのサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補に由来する経口LD50の全ての2−AP単離株(11のうちの11)または親サルモネラ属(Salmonella)damワクチン(5つのうちの5つ)は、経口投与により非ビルレントであった(表2)。対照的に、既に実証されるとおり[29]、サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補に由来する全て(11のうちの11)の2−AP単離株は、腹腔内感染を介して高度に弱毒化された一方、親damワクチンに由来するもの(5つのうちの5つ)は、より高いビルレント状態への復帰を伴った。これらのデータは、サルモネラ属(Salmonella)damワクチンと異なり、感染プロセスの間のビルレント復帰を生じさせることの破綻により証明されるとおり、サルモネラ属(Salmonella)dam mgtC、dam sifA、およびdam spvBワクチン株が、有意に改善されたワクチン安全性を示したことを示す。
2.5.サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン株のワクチンおよびチャレンジ株排出評価
ワクチン接種動物における低減したワクチンおよびチャレンジ株排出は、ワクチン安全性に望ましい形質である。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232二重突然変異ワクチン候補のカナマイシン耐性誘導体を構築し、使用して免疫化動物の糞便中のワクチン株およびチャレンジ株排出を評価した。BALB/cマウスを、サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補(dam mgtC[MT3183];dam sifA[MT3184];dam spvB[MT3186])またはdam UK−1親株(MT3180)のいずれかにより経口経路により免疫化した(10CFU)。ワクチン株排出。感染後2、4、7、11、14、および21日目に糞便ペレットを得、Kn細菌について評価した。全てのサルモネラ属(Salmonella)dam二重欠失ワクチン候補は、親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232株のものと比較して有意に低減したワクチン株糞便排出を示した(図5;P<0.05)。チャレンジ株排出。免疫化から11週間後、ワクチン接種マウスを、100LD50の用量のネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1のKn誘導体(MT2315;10CFU)によりチャレンジした。感染後2、4、7、11、14、および21日目に糞便ペレットを得、Kn細菌について評価した。サルモネラ属(Salmonella)dam mgtC、dam sifAおよびdam spvB株は、3週間の期間にわたり親ネズミチフス菌(S.Typhimurium)UK−1 damΔ232ワクチンのものに対してチャレンジ株排出の有意な低減を示し、dam sifAおよびdam spvB株は、4から21日目に低減した排出を示した(図6;P<0.05)。これらのデータは、サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチンによるワクチン接種が、親サルモネラ属(Salmonella)damワクチンのものに対して少ないワクチン糞便排出をもたらし、二重欠失ワクチン接種がdam親ワクチンよりもロバストな、ビルレントチャレンジ後の野生型サルモネラ菌排出の弱毒化を提供することを示す。
2.6.サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン株の環境生残性(脱イオン水およびヒツジ糞便)評価
サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補を、脱イオン水中およびヒツジ糞便中の環境生残性について評価した。脱イオン水。脱イオン水に、サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補(dam mgtC[MT3183];dam sifA[MT3184];dam spvB[MT3186])またはdam UK−1親株(MT3180)のいずれかのKn誘導体を接種した(10CFU/ml)(図7)。水試料を2週間の期間にわたりCFU/gのためにプレーティングした。全て(3つのうちの3つ)のサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補および親dam株は、野生型UK−1株のものと比較して有意に低減した2週間のインキュベーションにわたる脱イオン水中の生存能を示した(図7;P<0.05)。さらに、水中の低レベルワクチン生残性は、容器水ワクチン投与に適合し得る。ヒツジ糞便。20パーセントの乾燥物ヒツジ糞便に、サルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補(dam mgtC[MT3183];dam sifA[MT3184];dam spvB[MT3186])またはdam UK−1親株(MT3180)のいずれかのKn誘導体を接種した(10CFU/ml)。糞便試料を2週間の期間にわたりCFU/gのためにプレーティングした。全て(3つのうちの3つ)のサルモネラ属(Salmonella)dam二重突然変異ワクチン候補および親dam株は、2週間のインキュベーション期間にわたる野生型UK−1株のものと比較して有意に低減した2週間のインキュベーションにわたるヒツジ糞便中の生存能を示した(図8;P<0.05)。さらに、サルモネラ属(Salmonella)dam sifAは、他の3つのワクチン株試験のものに対して有意に低減したヒツジ糞便中の生存能力を示した(P<0.05)。これらのデータは、サルモネラ属(Salmonella)ワクチン候補が、野生型UK−1株のものと比較して脱イオン水およびヒツジ糞便中の両方で低減した環境生残性を示すことを示す。
3.考察
良好な畜産実務にかかわらず、サルモネラ症は、糞口伝達を支持する集約的な生産系において重要な問題であり続ける。疾患は、主として、増加した病原体曝露および疾患感受性により引き起こされる。環境条件の変動は、環境病原体負荷および続いて宿主チャレンジの変化を引き起こす。妊娠および出産に伴う生理学的変化は、非ワクチン接種免疫状態の新生児と同様に疾患に対する感受性を増加させる。管理実務も、農場で(寄せ集め、囲い入れ、輸送前の食料および水制限)、輸送の間(食料および水制限、環境ストレス)および販売場(混じり合い、病原体曝露)家畜が受ける蓄積的なストレス因子により宿主免疫に悪影響を与え得る。
サルモネラ症に対する家畜ワクチン接種は、疾患を予防するための実行可能なアプローチである。それというのも、それは開始時における食料および給水の汚染を予防し、病原体曝露、伝達、動物疾患、ならびに家畜由来食品の直接汚染および汚染水による果実および植物性食品の間接汚染の縮小をもたらすためである。
最適には、家畜が販売、輸送、およびフィードロット中への入場後の高リスク期に伴うストレス因子および病原体曝露を受ける前に、家畜を、それが生産された農場でワクチン接種して免疫を誘発すべきである。家畜をフィードロットに供給する生産者に、販売前に動物をワクチン接種することを説得することが困難である。それというのも、疾患のコストが起源の特性に関して負担されず、フィードロット中への入場直後の高リスク期の間の家畜免疫化の現行実務をもたらすためである。
手頃で有効な生産物が商業部門に利用可能とされる場合、ワクチンは、動物生産業にわたり広く適用することができる。それというのも、ワクチン接種は簡単であり、生産者により理解されており、採用される可能性が高く、したがって、任意の包括的食料安全性プランの成功における重要な役割を担い得るためである。
この問題に対処するための潜在的な手段として、改変生サルモネラ属(Salmonella)damワクチンが免疫化家畜において有効であり、十分忍容されることが示されており[10〜15]、飲料水を介してそれを投与することができる[12、16]。しかしながら、生ワクチンの主な懸念事項は、安全性、排出、および環境生残性である。
本明細書では、第2のビルレンス弱毒化突然変異をサルモネラ属(Salmonella)dam株中に導入して動物および環境中で安全であり、交差保護効力を付与する能力を維持するワクチン候補をスクリーニングした。ネズミチフス菌(S.Typhimurium)dam sifAは、改善されたワクチン安全性、低減したワクチンおよびチャレンジ株排出、低減した環境生残性を示し、感染家畜に由来する異種病原性サルモネラ菌血清型に対する交差保護を付与するために十分である宿主組織中の軽度の生残性を付与した[31]。これらのデータは、サルモネラ属(Salmonella)dam sifAが、商業用途に好ましい治療指数(安全性/効力)を示すことを示し、病原性血清型に対する交差保護免疫を誘発する能力とともにワクチン接種および環境の両方において改善された安全性を支持する。
本明細書では、ワクチンの安全性を、ワクチン接種動物において、および環境を模倣する条件において評価した。サルモネラ属(Salmonella)dam mgtC、dam sifA、およびdam spvBワクチン株は、感染家畜に由来する異種病原性血清型に対する交差保護免疫の維持に伴う宿主組織中の軽度の生残性を持続した。さらに、サルモネラ属(Salmonella)dam sifAワクチンは、改善されたワクチン安全性(ワクチン排出;チャレンジ株排出;全身組織中の生残性;環境中の生残性)を示した一方、同種および異種病原性血清型によるビルレンスチャレンジに対するロバストな効力を維持した。したがって、サルモネラ属(Salmonella)dam sifAワクチン候補は、交差保護効力を低下させることなく、かなり増加した安全性を示し、有意な環境生残性を有さない家畜の経口投与の安全で有効であり、低コスト手段であることが証明され得る。

本発明は以下の態様を含み得る。
[1]
サルモネラ属(Salmonella)微生物であって、dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含む微生物。
[2]
前記機能損失型突然変異が、前記遺伝子中の1つ以上のヌクレオチドの挿入、欠失および/または置換からなる群から選択される、請求項1に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物。
[3]
ネズミチフス菌(S.Typhimurium)、ゲルトネル菌(S.Enteritidis)、サルモネラ・ダブリン(S.Dublin)、サルモネラ・ニューポート(S.Newport)、ブタコレラ菌(S.Choleraesuis)、およびサルモネラ・ボビスモルビフィカンス(S.Bovismorbificans)からなる群から選択されるサルモネラ・エンテリカ(Salmonella enterica)亜種エンテリカ(Enterica)血清型である、請求項1または2に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物。
[4]
ネズミチフス菌(S.Typhimurium)である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物。
[5]
前記少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異が、sifA遺伝子中に存在する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物。
[6]
サルモネラ属(Salmonella)微生物に対する対象における免疫応答を誘導するための組成物であって、前記対象における免疫応答を誘発するために十分な量の請求項1〜5のいずれか一項に記載の微生物およびアジュバント、希釈剤、担体または賦形剤を含む組成物。
[7]
請求項1〜5のいずれか一項に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物の精製培養物。
[8]
凍結乾燥、凍結、または再構成される、請求項7に記載の精製培養物。
[9]
ビルレントサルモネラ属(Salmonella)微生物による対象の感染の可能性を予防または低減させる方法であって、
− それが必要とされる対象に、ある量の請求項1〜5のいずれか一項に記載の微生物、請求項6に記載の組成物または請求項7もしくは8に記載の精製培養物を投与すること;
を含み、
− 投与される微生物、組成物または精製培養物の前記量は、前記対象における免疫応答を誘発するために十分である
方法。
[10]
経口、鼻腔または非経口経路を介して前記微生物、組成物および/または精製培養物を投与する、請求項9に記載の方法。
[11]
前記対象が、ヒト対象である、請求項9または10に記載の方法。
[12]
前記対象が、動物種である、請求項9または10に記載の方法。
[13]
前記対象が、ウシ、ウマ、ヤギ、ヒツジ、ブタおよび家禽からなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
[14]
ビルレントサルモネラ属(Salmonella)微生物による対象の感染の可能性を予防し、または低減させるための医薬品の製造における、請求項1〜5のいずれか一項に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物の使用。
[15]
ビルレントサルモネラ属(Salmonella)微生物による対象の感染の可能性を予防し、または低減させるための医薬品の製造における、請求項7または8に記載の精製培養物の使用。
[16]
前記医薬品が、ワクチンである、請求項14または15に記載の使用。
[17]
ビルレントサルモネラ属(Salmonella)微生物による対象の感染の可能性の予防または低減において使用される、請求項1〜5のいずれか一項に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物。


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Claims (13)

  1. 下記:
    dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifA、spvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中の少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含む、ネズミチフス菌、ゲルトネル菌、ブタコレラ菌、またはサルモネラ・ボビスモルビフィカンス(S.Bovismorbificans);
    dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにspvBおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中に少なくとも1つの機能損失型突然変異を含むサルモネラ・ダブリン;または、
    dam遺伝子中の機能損失型突然変異ならびにsifAおよびmgtCからなる群から選択される遺伝子中に少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異を含サルモネラ・ニューポート;
    から選択されるサルモネラ属微生物。
  2. 前記機能損失型突然変異が、前記遺伝子中の1つ以上のヌクレオチドの挿入、欠失およ
    び/または置換からなる群から選択される、請求項1のサルモネラ属微生物。
  3. ネズミチフス菌である、請求項1または2に記載のサルモネラ属(Salmonella)微生物。
  4. 前記微生物が、ネズミチフス菌、ゲルトネル菌、ブタコレラ菌、サルモネラ・ニューポート、またはサルモネラ・ボビスモルビフィカンス(S.Bovismorbificans)から選択され、前記少なくとも1つのさらなる機能損失型突然変異が、sifA遺伝子中に存在する、請求項1又は2に記載のサルモネラ属微生物。
  5. サルモネラ属微生物に対する対象における免疫応答を誘導するための組成物であって、前記対象における免疫応答を誘発するために十分な量の請求項1〜4のいずれか一項に記載の微生物、およびアジュバント、希釈剤、担体または賦形剤を含む組成物。
  6. 請求項1〜4のいずれか一項に記載のサルモネラ属微生物の精製培養物。
  7. 凍結乾燥、凍結、または再構成される、請求項6に記載の精製培養物。
  8. ビルレントサルモネラ属微生物による対象の感染の可能性を予防または低減させるための、請求項1〜4のいずれか一項に記載の微生物、または請求項6もしくは7に記載の精製培養物を含む組成物であって、前記微生物または精製培養物が、前記対象における免疫応答を誘発するために十分な量で対象に投与される、組成物。
  9. 経口、鼻腔または非経口経路を介して前記微生物または精製培養物が対象に投与される
    、請求項8に記載の組成物。
  10. 前記対象が、ヒト対象である、請求項8または9に記載の組成物。
  11. 前記対象が、動物種である、請求項8または9に記載の組成物。
  12. 前記対象が、ウシ、ウマ、ヤギ、ヒツジ、ブタおよび家禽からなる群から選択される、
    請求項11に記載の組成物。
  13. ワクチンである、請求項8〜12のいずれか一項に記載の組成物。
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