KR20240019014A - 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 키메라 균주 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 역유전학 기술을 사용하여 유전적으로 상이한 북미형 및 유럽형 PRRSV의 항원을 동시에 발현하여 다양한 PRRSV를 방어하고 기존 생독 백신 바이러스보다 월등히 넓은 교차면역을 제공할 수 있는 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 키메라 균주를 제공한다.
Description
본 발명은 바이러스의 키메라 균주에 관한 것으로서, 더 상세하게는 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 키메라 균주에 관한 것이다.
돼지생식기호흡기증후군바이러스(PRRSV)는 돼지 산업에서 가장 파괴적인 질병 중 하나를 일으켜 상당한 경제적 손실을 초래한다. 상기 바이러스는 모든 연령대의 돼지에서 복합 호흡기 증후군을 일으키고 암퇘지에서는 번식 장애를 일으킨다(Nauwynck, H. J., et al., Transboundary and emerging diseases, 59, 50-54. 2012). 암퇘지에서 PRRSV의 주요 임상 증상은 종종 임신 후기에 발생하며 PRRSV 감염은 임신 후기의 높은 낙태율(최대 40%)과 관련이 있다. 조기 분만(Early farrowing) 및 선천성 자돈 감염(congenital piglet infections)도 발생하여 이유기 전 폐사율을 높일 수 있고 성체 돼지에서 임상 징후가 경미하거나 없는 경우가 많지만, 응급 고병원성 변종 감염으로 인한 새끼 돼지의 폐사율은 2%에서 100%에 이를 수 있다(Montaner-Tarbes, S., et al., Frontiers in Veterinary Science, 6, 38. 2019). PRRSV 감염으로 인한 높은 생식 실패율과 소모증후군(wasting syndrome)을 고려할 때 상기 바이러스는 미국에서 연간 6억 6,400만 달러에 달하는 생산성 손실에 기여한다(Holtkamp, D. J., et al., Journal of Swine Health and Production, 21, 72-84. 2013). PRRSV(Nidovirales목, Arteriviridae과, genus Arterivirus속)는 1912년 중부 유럽에서 감염된 멧돼지에 의해 노스캐롤라이나에 도입된 젖산탈수소분해효소상승바이러스(lactate dehydrogenase-elevating virus, LDV)와 밀접한 관련이 있는 마우스 아르테리바이러스(mouse arterivirus)에서 기원한 것으로 여겨진다(Plagemann, P. G. et al., Emerging Infectious Diseases, 9(8), 903-908. 2003). 거의 1세기 동안, 상기 바이러스는 유럽과 북미에서 독립적으로 진화하여 각각 제1형과 제2형의 두 가지 주요 유전자형을 형성했다. 이러한 유전자형은 원산지 대륙에 국한되지 않고 동북아시아를 포함하여 전 세계적으로 널리 퍼져 있다. 이러한 동시 감염을 통제하기 위해서는 2가 PRRSV 백신이 아직 상업적으로 이용 가능하지 않기 때문에 제1형 및 제2형 기반 변형 생백신(MLV) 모두를 사용한 예방접종이 최선의 선택일 수 있다.
그러나 돼지생식기호흡기증후군바이러스(PRRSV)를 발견한 이후 많은 연구에도 불구하고 아직까지 효과적인 예방법 및 관리법이 개발되지 않은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 역유전학 기술을 사용하여 유전적으로 상이한 북미형 및 유럽형 PRRSV의 항원을 동시에 발현하여 다양한 PRRSV를 방어하고 기존 생독 백신 바이러스보다 월등히 넓은 교차면역을 제공할 수 있는 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 키메라 균주를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 유럽형 PRRSV 균주 게놈 유래의 제1게놈부분 및 북미형 PRRSV 균주 게놈 유래의 제2게놈부분을 포함하고, 상기 제1게놈부분 및 상기 제2게놈부분 모두 ORF6를 중복으로 포함하고, 상기 ORF6를 제외한 다른 ORF를 모두 포함하는 하이브리드 게놈을 포함하는, 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군바이러스의 감염성 키메라 균주가 제공된다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상기 감염성 키메라 균주를 유효성분으로 포함하는, 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 예방 또는 치료용 백신 조성물이 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 감염성 키메라 균주는 유전적으로 매우 상이한 두 유전자형(북미형, 유럽형)의 항원을 동시에 발현하는 키메라 바이러스를 제조할 수 있어 북미형과 유럽형 양 유전자형 PRRSV에 대항하는 교차면역을 제공하여 PRRS 질환의 효과적인 예방 및/또는 치료용 백신의 제조에 활용할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군바이러스의 감염성 키메라 제조방법을 개략적으로 나타낸 것으로 4종의 키메라 바이러스 클론의 구조를 나타내는 개요도이고(a) 전사 조절 서열(TRS, 서열번호 2)이다(b).
도 2는 MARC-145 세포에서 본 발명의 키메라와 BP2017-2 및 E38 모균주를 처리한 후 바이러스 복제 곡선의 분석 결과를 나타내는 그래프이고(a) 연속 계대에 따른 키메라 바이러스 생산 분석 결과를 나타내는 그래프이다(b). 별표(*)는 키메라와 모균주 간의 유의한 차이(p < 0.05)를 나타낸다.
도 3은 시간 경과에 따라 접종된 돼지의 혈청에서 바이러스 게놈의 복제 수 변화를 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. 별표(*)는 BP2017-2 그룹과 E38 및 키메라 그룹 간의 유의한 차이(p < 0.05)를 나타낸다. NC, 음성 대조군.
도 4a는 여러 PRRSV 균주 감염에 대한 키메라 및 모균주의 중화 활성을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. 별표(*)와 단검(†)은 유의미한 차이를 나타낸다(p < 0.05).
도 4b는 본 발명에 사용된 실험 균주(빨간색 상자로 표시) 및 기타 대표 균주의 계통수를 분류한 그림이다. 상기 트리는 MEGA 11을 사용하여 거리-기반 인접 결합 방법으로 생성되었다.
도 5는 본 발명의 키메라 PRRSV 클론의 구축을 위해 BP2017-2 게놈 및 E38의 게놈 사이에 삽입되는 전사 조절 서열(TRS)6을 나타내는 그림이다.
도 2는 MARC-145 세포에서 본 발명의 키메라와 BP2017-2 및 E38 모균주를 처리한 후 바이러스 복제 곡선의 분석 결과를 나타내는 그래프이고(a) 연속 계대에 따른 키메라 바이러스 생산 분석 결과를 나타내는 그래프이다(b). 별표(*)는 키메라와 모균주 간의 유의한 차이(p < 0.05)를 나타낸다.
도 3은 시간 경과에 따라 접종된 돼지의 혈청에서 바이러스 게놈의 복제 수 변화를 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. 별표(*)는 BP2017-2 그룹과 E38 및 키메라 그룹 간의 유의한 차이(p < 0.05)를 나타낸다. NC, 음성 대조군.
도 4a는 여러 PRRSV 균주 감염에 대한 키메라 및 모균주의 중화 활성을 분석한 결과를 나타내는 그래프이다. 별표(*)와 단검(†)은 유의미한 차이를 나타낸다(p < 0.05).
도 4b는 본 발명에 사용된 실험 균주(빨간색 상자로 표시) 및 기타 대표 균주의 계통수를 분류한 그림이다. 상기 트리는 MEGA 11을 사용하여 거리-기반 인접 결합 방법으로 생성되었다.
도 5는 본 발명의 키메라 PRRSV 클론의 구축을 위해 BP2017-2 게놈 및 E38의 게놈 사이에 삽입되는 전사 조절 서열(TRS)6을 나타내는 그림이다.
용어의 정의:
본 문서에서 사용되는 "돼지생식기호흡기증후군 바이러스(Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus, PRRSV)"는 Arterivirus 속, Arteriviridae 과, Nidovirales 목에 속하는 바이러스로 positive-sense single stranded RNA(+ssRNA) 유전체를 가지며, 그 크기는 약 15.4kb이고, 9개의 ORF를 갖고 있는 것으로 보고되었다. 유전체의 약 80%는 비구조단백질(Non Structural Protein, NSP)을 코딩하는 ORF1a 및 ORF1b이고, 나머지 20%가 글리코실화된 구조 단백질인 GP2, GP3, GP4, GP5, 및 비글리코실화된 막(Membrane, M) 단백질, 뉴클레오캡시드 (N) 단백질을 암호화하는 ORF로 구성된다. minor 구조단백질인 GP2, GP3, GP4는 헤테로 삼중합체(heterotrimer)를 형성하여 바이러스가 숙주 세포 내로 침입할 때 작용하며, major 구조단백질인 GP5 및 M은 헤테로 이중합체(heterodimer)를 형성하여 바이러스의 감염력을 높여주는 작용을 한다.
본 문서에서 사용되는 "ORF(open reading frame)"는 단백질을 코딩하는 부분으로서, 바이러스 유전자가 존재하는 부분이다. ORF는 일반적으로 바이러스의 RNA 또는 DNA 염기 서열에서 발견되고 바이러스의 RNA 또는 DNA 염기 서열은 코돈(codon)이라는 3개의 염기로 구성된 단위로 나누어져 있다. ORF는 코돈들의 연속적인 나열로서, 하나 이상의 단백질을 코딩할 수 있는 영역이다. 바이러스는 종종 단일 RNA 분자 또는 더 작은 조각으로 구성되어 있으며, 이 RNA 분자 또는 조각은 하나 이상의 ORF를 가지고 있을 수 있다. ORF는 바이러스 생존에 매우 중요하며, 이를 이용하여 바이러스의 생명주기 및 복제 메커니즘에 대한 이해를 높일 수 있고 바이러스 백신 개발에 있어서도 중요한 역할을 한다.
발명의 상세한 설명:
본 발명의 일 관점에 따르면, 유럽형 PRRSV 균주 게놈 유래의 제1게놈부분 및 북미형 PRRSV 균주 게놈 유래의 제2게놈부분을 포함하고, 상기 제1게놈부분 및 상기 제2게놈부분 모두 ORF6를 중복으로 포함하고, 상기 ORF6를 제외한 다른 ORF를 모두 포함하는 하이브리드 게놈을 포함하는 북미형 및 유럽형 감염성 돼지생식기호흡기증후군바이러스 감염성 키메라 균주가 제공된다.
상기 감염성 키메라 균주에 있어서, 상기 제1게놈부분은 ORF1ab을 포함하지 않고 ORF2 내지 ORF4 및 ORF6를 포함할 수 있고 상기 제2게놈부분은 ORF1ab를 포함하고, ORF5 내지 ORF7 중 ORF6를 포함하는 적어도 하나 이상의 ORF를 포함할 수 있다.
상기 감염성 키메라 균주에 있어서, 상기 하이브리드 게놈은 서열번호 2로 기재되는 전사 조절 서열(TRS)을 추가로 포함할 수 있고 상기 전사 조절 서열(TRS)은 상기 제1게놈부분 및 제2게놈부분 사이에 삽입될 수 있다.
상기 감염성 키메라 균주에 있어서, 기탁번호 KCTC 15431BP로 기탁된 균주 일 수 있고 상기 북미형 PRRSV 균주는 기탁번호 KCTC 13393BP로 기탁된 BP2017-2 균주일 수 있으며 상기 유럽형 PRRSV 균주는 서열번호 1로 기재되는 뉴클레오티드 서열로 구성되는 게놈 핵산을 갖는 E38 균주일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 상기 감염성 키메라 균주를 유효성분으로 포함하는, 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 예방 또는 치료용 백신 조성물이 제공된다.
본 명세서에 사용된 용어 "키메라 바이러스"는 PRRS 질환의 임상 징후를 유발하지 않고 표적 포유동물에서 면역반응을 유발할 수 있는 무독성 바이러스를 의미하기도 하고, 또한 약독화된 바이러스로 감염되고 약독화된 바이러스를 투여받지 못한 동물에서 임상 징후의 발생빈도를 낮추거나, 징후의 중증도가 비-약독화된 PRRS 바이러스로 감염된 "대조군" 동물에 비해 감소된 것을 의미하기도 한다. 이러한 상황에서, "감소/감소된"이란 용어는 앞에서 정의한 대조군에 비해 적어도 10%, 바람직하게는 25%, 더욱 바람직하게는 50%, 가장 바람직하게는 100% 이상의 감소를 의미한다.
본 명세서에 사용된 "백신 조성물"은 PRRS 키메라 바이러스 또는 이의 임의의 면역원성 단편 또는 분획, 바람직하게는 약독화된 PRRS 키메라 바이러스, 예컨대 상기 본 발명의 PRRS 키메라 바이러스일 수 있다. 이는 숙주의 "면역학적 반응"을 PRRSV에 대한 세포 및/또는 항체 매개의 면역 반응으로 유발한다. 백신 조성물은 PRRSV 감염 및 이와 관련된 임상 징후들에 대해 예방 면역을 부여할 수 있는 것이 바람직하다.
본 명세서에 사용된 "면역 반응"은 상기 본 발명의 PRRSV 키메라 바이러스, 또는 이를 포함하는 백신 조성물을 투여받은 동물에게 투여된 키메라 바이러스 또는 백신에 대한 임의의 세포- 및/또는 항체-매개의 면역 반응을 의미한다. 또한 본 명세서에서 사용된 "면역 반응"은 다음과 같은 효과 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 국한되는 것은 아니다: 당해 조성물 또는 백신에 포함된 항원 또는 항원들에 대해 특이적으로 유도된 항체, B 세포, 헬퍼 T 세포, 억제인자 T 세포 및/또는 세포독성 T 세포 및/또는 γδ T 세포의 생산 또는 활성화. 숙주는 면역원성 조성물이나 백신을 투여받지 않은 대조군에 비해 새로운 감염에 대한 내성이 향상되고/되거나 질환의 임상 중증도가 감소되도록 치료적 또는 예방적 면역학적 반응을 나타내는 것이 바람직하다. 이러한 예방은 최대 전술한 숙주 감염과 관련된 증상들의 결여 및 이를 비롯하여 빈도 또는 중증도의 감소에 의해 증명될 것이다.
본 명세서에 사용된 용어 "돼지들", "돼지" 및 "새끼돼지"는 호환 사용될 수 있다. 또한 "백신을 접종하다"는 PRRS 질환에 노출되기 전에 본 명세서에 기술된 PRRSV 키메라 바이러스 또는 이를 포함하는 백신을 투여하는 것을 의미한다. 아울러 "예방하다" 또는 "예방"은 본 발명의 PRRSV 바이러스 또는 이를 포함하는 백신조성물을 투여받은 결과로서, PRRS의 임상의 발생 빈도, 징후의 중증도 또는 빈도가 감소하는 것을 의미한다. 중증도 또는 빈도의 감소는 본 발명의 PRRSV 키메라 바이러스 또는 이를 포함하는 백신조성물을 투여받지 않은 동물 또는 동물 그룹과 비교한 결과이다. 상기 동물은 바람직하게는 돼지일 수 있다.
본 발명은 돼지생식기호흡기증후군(PRRS) 바이러스의 키메라 균주를 제공하며, 키메라 균주는 북미형 돼지생식기호흡기증후군바이러스(PRRSV)의 ORF1, ORF6 및 ORF7 부위를 보유하면서 동시에 유럽형 돼지생식기호흡기증후군바이러스(PRRSV)의 ORF2, ORF3, ORF4, ORF5, 및 ORF6 부위를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 PRRSV 키메라 균주의 ORF1, ORF6 및 ORF7 서열은 북미형 PRRSV의 일종인 BP2017-2균주의 것일 수 있고 ORF2, ORF3, ORF4, ORF5, ORF6 부위는 유럽형 PRRSV의 일종인 E38 균주의 것일 수 있다.
본 발명에서 제공하는 PRRSV 키메라 균주의 항원 발현을 위해서는 유전자 내 적절한 위치에 존재하는 TRS(Transcriptional Regulatory Signal)의 존재가 주요할 수 있다. 유럽형 PRRSV의 E38의 유전자가 북미형 PRRSV BP2017-2균주의 게놈 backbone상에서 발현되기 위해서는 적절한 TRS의 삽입이 주요할 수 있다.
본 발명은 BP2017-2 균주의 ORF1b 서열 종료 지점에 제한효소 AfeI의 서열과 BP2017-2의 TRS6 서열 일부를 삽입하였으며 그 뒤에 곧바로 E38 ORF2를 이어서 삽입하였다. 동일한 서열을 E38 ORF6뒤에 삽입하였으며 이는 BP2017-2의 ORF6와 연결된다. 상기 PRRSV 키메라 균주는 BP2017-2의 비구조 단백질을 발현 시킬 수 있으며 BP2017-2의 구조 단백질 일부와 E38의 구조 단백질 일부를 동시에 발현시킬 수 있다. 본 발명의 PRRSV 키메라 균주는 MARC 145 세포에서 증식이 가능한 감염력을 가지고 있으며 돼지 접종 시 항체 반응을 유도할 수 있을 감염력을 보유하고 있다.
상기 돼지생식기호흡기증후군은 유럽형(제1형) 돼지생식기호흡기증후군 바이러스에 의해 발병하는 것일 수 있다. 상기 계대 배양된 자손은 상기 바이러스 변이주를 1 내지 80계대, 1 내지 70계대, 1 내지 60계대, 1 내지 50 계대, 1 내지 40 계대, 1 내지 30 계대, 1 내지 20 계대, 또는 1 내지 10 계대 배양된 자손 바이러스를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 돼지생식기호흡기증후군의 예방 또는 치료용 백신 조성물은 당업자에게 공지된 추가 성분을 포함할 수 있고, 약학적 조성물의 제조에 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물에 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토오스, 덱스트로오스, 수크로오스, 소르비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시 벤조에이트, 프로필히드록시 벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유 등이 있다. 상기 조성물을 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 조성물에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘 카보네이트, 수크로오스, 락토오스, 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구투여를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제가 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔, 마크로골, 트윈61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물의 바람직한 투여량은 개체의 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 조성물은 1일 0.0001 내지 1,000 mg/kg(체중)의 양으로 투여할 수 있다. 상기 조성물의 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수 회 나누어 투여할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 약학적 조성물은 백신 조성물일 수 있다. 상기 백신은 생백신 및/또는 사백신일 수 있으며, 구체적으로, 본원에 기술된 감염성 키메라 바이러스 균주는 약제학적으로 허용되는 담체에 전술한 하나 이상의 바이러스주를 생존 상태로 함유하는 변형 생백신일 수 있다. 또한, 불활성화된 바이러스를 사백신을 제조하는 데에도 사용할 수 있다.
상기 백신은 PRRS의 예방 목적 범위에서 투여 대상의 체중, 연령, 식이 단계 및/또는 면역력을 고려하여 적절한 농도의 PRRSV 변이주를 포함할 수 있다. 예를 들어 백신 조성물 내의 바이러스 변이주 투여량은 TCID50 2 내지 6, 또는 TCID50 3 내지 4, 범위이나, 개체의 종류에 따라 달라 질 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 백신 조성물은 돼지에 투여될 수 있으며, 상기 돼지는 이유 자돈기, 육성기 및 비육기로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상의 성장 단계의 돼지일 수 있다. 상기 이유 자돈기의 돼지는 생후 7일 이상, 14일 이상, 또는 21일 이상부터 체중 30kg에 이르기 전까지의 돼지를 의미하며, 상기 육성기는 돼지의 체중이 30 내지 50kg인 시기를, 상기 비육기는 육성기 이후의 시기를 의미하는 것일 수 있다. 상기 돼지는 양돈 돼지 및/또는 멧돼지일 수 있으며, 품종을 가리지 않으나, 예를 들어, 랜드레이스종, 요크셔종, 듀록종, 버크셔종, 및 대한민국 재래돼지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상, 2종 이상, 3종 이상, 4종 이상 또는 5종 이상일 수 있으며, 상기 종 사이의 교잡으로 태어난 돼지를 모두 포함한다.
상기 백신은 담체, 희석제, 부형제, 및 어주번트(adjuvant)로 이루어진 군에서 선택되는 1 이상을 더 포함할 수 있다. 약제학적으로 허용되는 담체는 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 임의의 모든 용매, 분산 매질, 코팅, 안정제, 보존제, 항균제 및 항진균제, 등장제, 흡수지연제 등을 포함할 수 있다.
본 발명의 감염성 키메라 균주를 포함하는 백신 조성물은 경구, 비경구, 피하, 근육내, 피내, 설하, 경피, 직장, 경점막, 흡입을 통한 표면적, 협측 투여를 통해, 또는 이의 조합으로 투여될 수 있다. 또한, 약독화된 PRRSV 변이주는 약독화된 바이러스의 서방출을 허용할 수 있는 이식체 형태로 투여될 수 있다.
본 발명의 감염성 키메라 균주를 포함하는 백신 조성물은 주사, 흡입 또는 이식을 통해 투여될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 백신접종 또는 치료의 원하는 기간 및 유효성에 따라 상기 백신 조성물은 1회 또는 여러 번, 또한 간헐적으로, 예컨대 수일, 수주 또는 수개월 동안 매일 동일한 양 또는 다른 투여량으로 투여될 수 있다. 주사는 원하는 양으로 주사하거나 피하 혹은 비강에 분무하여 주입할 수 있다, 또는 대안적으로 연속 주입할 수 있다.
본 발명의 약학적 조성물은 돼지생식기호흡기증후군 예방 또는 치료용 키트의 형태로 제공될 수 있다. 상기 키트는 용기, 바람직하게는 본 발명의 백신 조성물, 약제학적으로 허용되는 담체, 보강제 및 PRRS 감염의 임상 징후 또는 효과, 바람직하게는 PRRS의 빈도 또는 중증도를 경감시키도록 이를 필요로 하는 동물에게 상기 면역원성 조성물을 투여하기 위한 사용설명서를 포함할 수 있다. 키트는 또한 주사 수단 및/또는 다른 형태의 투여 수단을 포함할 수 있다. 또한, 키트는 용매를 포함할 수 있다. 약독화된 백신은 동결건조될 수 있고, 용매로 복원되어 주사 및/또는 흡입용 용액이 될 수 있다. 용매는 물, 생리식염수, 완충액 또는 보강 용매일 수 있다. 키트는 약독화된 바이러스, 용매 및/또는 약제학적으로 허용되는 담체를 함유하는 분리 용기를 포함할 수 있다. 사용설명서는 하나 이상의 용기에 부착된 라벨 및/또는 인쇄물일 수 있다.
현재 돼지 산업분야에서 제1형 및 제2형 PRRSV 감염의 유병률이 높으며, 역학적 관점에서 볼 때 상기 두 유전자형 사이에 명확한 세계적 지배력이 없다. 상기 두 가지 바이러스 유형을 제어하기 위한 가능한 옵션은 2가 백신으로 면역화하거나 1가 백신으로 동시 면역화하는 것이다. 그러나 두 가지 PRRSV 유형의 동시 감염은 면역원성을 변경시킬 수 있으므로 대안적인 접근이 필요하다(Park, C., et al., Research in Veterinary Science, 103, 193-200. 2015). 최근 보고에 따르면 PRRSV 균주의 항원으로 구성된 키메라 바이러스는 모균주에 대해 광범위한 면역을 유도할 수 있다(Park, C., et al., Veterinary Microbiology, 256, 109048. 2021). 이론적으로 제1형 및 제2형 키메라 PRRSV의 생성이 솔루션을 제공할 수 있다. 지금까지 자연적인 제1형 및 제2형 키메라 바이러스에 대한 보고가 없었으며, 이는 실험실 기술을 사용하여 생산해야 할 수도 있음을 시사한다. 현재 연구에서 본 발명자들은 제1형 및 제2형 구조 단백질로 구성된 키메라 PRRSV를 회수할 수 있었다. 키메라 바이러스는 두 가지 유형의 PRRSV M 단백질(ORF6)을 동시에 발현하도록 설계된 클론으로 형질감염된 세포에서만 생산되었다.
PRRSV의 바이러스 외피에는 1개의 작은 비-당화 단백질과 7개의 당화 단백질(GP2a-b, GP3, GP4, GP5, GP5a, M 및 N)을 포함하여 8개의 구조 단백질 세트가 있는 것으로 보고되었다(Huang, C., et al., Virus Research, 202, 101-111. 2015). 또한, ORF 1a에 의해 암호화되는 nsp2는 최근 여러 동형 단백질(isoform)의 바이러스 외피(viral envelope) 내에 통합되는 것으로 밝혀졌다(Kappes, M. A., et al., Journal of Virology, 87, 13456-13465. 2013). 놀랍게도, 모든 구조 단백질 외피로의 통합은 단백질 중 어느 하나의 부재에 의해 영향을 받는다. 왜냐하면 상기 단백질은 서로 상호 작용하고 다량체 복합체로서 비리온(virions)으로 조립되기 때문이다(Dokland, T. Virus Research, 154(1-2), 86-97. 2010). 비리온에서 주요 외피 단백질 GP5와 M은 이황화 결합으로 연결된 이종이량체 복합체로 존재한다(Wissink, E. H. J., et al., Journal of Virology, 79(19), 12495-12506. 2005). E38 균주의 GP5-M 복합체가 BP2017-2 바이러스 RNA와 N 단백질로 구성된 뉴클레오캡시드를 캡슐화해야 하기 때문에 키메라 바이러스의 성공적인 회수는 GP5-M 이종이량체와 N 단백질 간의 상호작용과 관련이 있을 수 있다. M 단백질의 엔도도메인(endodomain)과 N 단백질 사이의 상호작용이 완전히 특성화되지는 않았지만, 두 가지 유형의 PRRSV M 단백질의 동시 발현이 생존 가능한 키메라 바이러스를 얻는 데 필수적이라는 사실은 BP2017-2 M 단백질이 동일한 유전자형의 N 단백질을 인식할 수 있음을 시사한다. 또한 E38 GP5, M 및 N 단백질을 포함하는 클론(클론 1)에 대해 생존 가능한 바이러스를 회수할 수 없다는 사실은 백본의 서열 유형이 N 단백질 유형과 일치해야 함을 시사한다. 성공적으로 회수된 키메라 바이러스의 제1형 GP5 및 제2형 M 단백질이 추가로 상호 작용하는 방식은 여전히 불분명하며 키메라 바이러스 복구에 필수적인 유전자 조합은 여전히 복잡하다. 복제 주기를 완료하기 위해, PRRSV RNA-의존성 RNA 중합효소는 6개의 하위-게놈 RNA를 전사해야 하며, 그런 다음, 바이러스의 생존에 중요한 구조 단백질로 번역된다. 키메라 바이러스를 회수하기 위해 BP2017-2 중합효소는 E38의 구조 단백질-코딩 영역 내에서 TRS를 인식해야 한다. 제1형 및 제2형 PRRSV는 공통 TRS 염기서열(TTAACC)을 공유하지만 두 유전자형 사이의 TRS 주변 염기서열에는 현저한 차이(21~42%)가 있다(Allende, R., et al., Journal of General Virology, 80, 307-315. 1999).
본 발명은 처음으로 제2형 PRRSV 중합효소가 제1형 PRRSV TRS를 인식하고 그 단백질을 번역하여 키메라 바이러스를 생성할 수 있음을 보여주었다. 복제 곡선은 키메라 바이러스가 모 바이러스보다 MARC-145 세포에서 복제 능력이 현저히 낮았으며 키메라 바이러스의 역가는 모 바이러스보다 10-100배 낮았다. 그러나 복제 능력은 연속 계대를 통해 회복되었으며 이는 돌연변이를 통한 적응을 나타낸다.
본 발명자들은 키메라 바이러스에 의해 제공되는 교차-면역 정도를 평가하기 위해 중화 항체 수준을 평가했다. 상기 결과는 키메라 바이러스가 제1형 PRRSV 감염에 대해 높은 수준의 억제 활성을 나타냈으며, 테스트된 필드 균주에 관계없이 모 바이러스 E38과 유사한 억제 백분율을 나타냈다. 그러나 키메라 바이러스를 접종한 돼지의 혈청은 모 바이러스 BP2017-2와 유사한 제2형 PRRSV 감염에 대해 부분적인 보호만 제공했다. 전반적으로 결과는 키메라 바이러스의 주요 구조 단백질의 대부분이 제1형 PRRSV였기 때문에 제2형 PRRSV NSP2, M 및 N 단백질이 외피에 표시되었음에도 불구하고 제1형 PRRSV에 대한 높은 효능으로 치우쳤다. 제2형 PRRSV에 대한 최적의 중화 항체 수준을 갖는 제1형 및 제2형 구조 단백질의 조합을 확인하기 위해서는 추가 연구가 필요하다. 그럼에도 불구하고 키메라 바이러스는 상위 바이러스보다 두 유전자형 변종에 의한 감염을 더 잘 억제하는 더 높은 범위의 중화 항체를 이끌어 냈다. 두 유전자형의 PRRSV 항원을 가진 키메라 바이러스의 개념은 풍토적인 상황에서 두 유전자형에 대한 교차 면역을 확장하기 위한 가능한 접근법을 나타낸다. 결론적으로 본 발명자들은 제1형 및 제2형 PRRSV 키메라 바이러스를 성공적으로 생성했다. 두 유전자형의 M 단백질의 동시 발현은 생존 가능한 바이러스를 회수하는 데 중요했다. 상기 키메라 바이러스는 두 유전자형에 속하는 몇 가지 필드 바이러스에 대한 중화 항체를 유도하여 백신 후보로서의 가능성을 나타낸다. 유전자형 악성 PRRSV 모두에 의한 이중 감염에 대한 키메라 바이러스의 보호 효능을 평가하고 향후 생백신 후보로 활용할 수 있다.
구체적으로, PRRSV(Nidovirales목, Arteriviridae과, genus Arterivirus속)는 1912년 중부 유럽에서 감염된 멧돼지에 의해 노스 캐롤라이나에 도입된 젖산탈수소분해효소상승바이러스(lactate dehydrogenase-elevating virus, LDV)와 밀접한 관련이 있는 마우스 아르테리바이러스(mouse arterivirus)에서 기원한 것으로 여겨진다(Plagemann, P. G. et al., Emerging Infectious Diseases, 9(8), 903-908. 2003). 거의 1세기 동안, 상기 바이러스는 유럽과 북미에서 독립적으로 진화하여 각각 제1형과 제2형의 두 가지 주요 유전자형을 형성했다. PRRS 바이러스는 RNA 바이러스의 특성상 변이가 심하여 PRRS 바이러스 사이에서도 유전적 차이가 크다. PRRS 바이러스는 크게 북미형과 유럽형으로 나뉘는데, 유럽형을 대표하는 제1형(Lelystad virus, LV) 및 북미형 바이러스주(Northern American strain) ATCC VR2332를 대표하는 제2형(VR2332의 유전체 서열은 GenBank 등록번호 AY150564 참조)이 있다. 상기 두 유전자형 간의 추정된 게놈 서열 상동성은 비구조 단백질의 경우 55%~63%, 구조 단백질의 경우 58%~79% 범위를 갖는다(Meng, X. J., et al., Journal of General Virology, 76, 3181-3188. 1995). 이러한 유전자형은 원산지 대륙에 국한되지 않고 동북아시아를 포함하여 전 세계적으로 널리 퍼져 있다(Jiang, Y., et al., Frontiers in Microbiology, 11, 618. 2020). 국내 양돈 산업에서는 두 가지 PRRSV 유전자형의 동시 감염이 자주 보고되고 있으며, 약 22.9%의 농장에서 두 유전자형 모두 양성으로 돼지를 감염시킨 바 있다(Lee, J. A., et al., Infection, Genetics and Evolution, 40, 288-294. 2016). 이러한 동시 감염을 통제하기 위해서는 2가 PRRSV 백신이 아직 상업적으로 이용 가능하지 않기 때문에 제1형 및 제2형 기반 변형 생백신(MLV) 모두를 사용한 예방접종이 최선의 선택일 수 있다. 그러나 동시 접종의 효과는 논란의 여지가 있다. 한 연구에서는 돼지의 동시 접종이 단일 접종과 비슷한 수준의 보호를 제공했다고 보고했다(Kristensen, C. S., et al., Vaccine, 36, 227-236. 2018). 그러나 다른 연구에서 동시 백신 접종은 이중 챌린지 모델에서 제1형 PRRSV로 인한 호흡기 질환에 대해 낮은 보호를 제공했을 뿐만 아니라 아마도 접종된 MLV 사이의 간섭으로 인해 제1형 기반 MLV의 효능을 크게 감소시켰다(Park, C., et al., Research in Veterinary Science, 103, 193-200. 2015). PRRSV MLV 효능은 보고에 따르면 감염에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어 동시 돼지 바이러스 감염은 면역화된 새끼 돼지에서 PRRSV MLV 복제를 변경할 수 있다. 백신 변종 간의 가능한 간섭은 제1형 및 제2형 PRRSV의 유행하는 동시 감염으로부터 보호하기 위한 현재의 백신 접종 전략에 한계가 있음을 시사한다.
북미형과 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스 간에는 최대 40%까지 유전자 차이가 존재하여 서로 교차 방어가 되지 않는 것으로 알려져 있다. 심지어 같은 타입에 속하는 변이주 간에도 교차 방어가 되지 않는 경우가 보고된 바 있다. 이로 인해 각 타입의 바이러스에 대해 표준 변이주 기반의 백신은 제작되어 있지만 낮은 교차 방어능으로 인해 PRRS를 효과적으로 예방하지 못하고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위하여 안전성, 면역원성 및 방어능을 효과적으로 갖춘 백신을 제작하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 이러한 한계로 인해 축산업에 막대한 손해를 끼치는 돼지생식기호흡기증후군(PRRS)의 원인체인 돼지생식기호흡기증후군 바이러스(PRRSV)를 발견한 이후 약 30년 동안 이 바이러스에 대한 예방법을 개발하기 위하여 많은 노력이 투자되었음에도 아직까지 효과적인 예방법 및 관리법이 개발되지 않은 실정이다.
돼지생식기호흡기증후군 바이러스(PRRSV) 제어를 위해 불활화 백신과 약독화 생백신 등 다양한 백신이 개발되었으나 오직 감염성이 확보된 약독화 백신만이 만족스러운 수준의 방어 효과를 유도하는 것으로 밝혀졌다. 하지만, 앞서 살핀 바와 같이, 돼지생식기호흡기증후군 바이러스(PRRSV)가 유전적으로 매우 다양하게 존재하기 때문에 다양한 바이러스들 간의 교차면역이 부재하여 하나의 백신으로 다양한 돼지생식기호흡기증후군 바이러스(PRRSV)를 방어하기는 어렵다. 특히나 현재의 백신은 오로지 북미형 또는 유럽형 균주 중 약독화된 단일 균주로 이루어진 1가 백신으로서 서로 유전적/항원적으로 상이한 야외주에 대한 교차면역 제공 능력이 떨어진다는 단점이 있다.
현재 국내 양돈농가의 대부분에서 이 바이러스가 검출되고 있으며 대략 30%에서 북미형과 유럽형이 동시에 존재하는 것으로 보고되고 있다. 상기 바이러스에 의한 감염에 대항하기 위한 수단은 현실적으로 백신이 유일하지만, 기존의 백신은 각각의 유전자형에 대해 제한적인 효능을 제공해 주는 것으로 알려져 있다. 따라서 전국적으로 상재하고 있는 북미형, 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스에 충분한 면역을 제공해줄 새로운 백신이 필요하다. 본 발명은 유전자형 제1형 및 제2형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스(PRRSV)에 대한 신규 키메라 백신 후보를 제조하였고 이는 두 유전자형 모두에 대한 중화 항체를 유도하였다. 상기 두 유형 모두에 대해 대응하기 위한 키메라 백신 균주를 개발하기 위한 목적으로, 본 발명자들은 키메라 제1형 및 제2형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스(PRRSV)를 처음으로 역유전학(reverse genetics)을 사용하여 회수하였다. 4개의 키메라 감염성 클론은 구조 단백질의 게놈 배열을 기반으로 설계되었다. 그러나 제2형 PRRSV 및 제1형 ORF6의 전사 조절 서열(TRS) 및 ORF6을 운반하는 클론만이 실행 가능한 재조합 바이러스를 생성했으며, 이는 두 모 바이러스로부터 ORF6의 동시 발현이 제1형 및 제2형 키메라 PRRSV의 회복에 필수적임을 시사한다. 키메라 바이러스는 체외(in vitro)에서 모 균주보다 현저하게 낮은 복제 능력을 보였으며, 이는 연속 계대에 의해 개선되었다. 체내(in vivo)에서 돼지 그룹에 키메라 바이러스, 모 균주 중 하나 또는 PBS를 접종하였고 키메라 바이러스는 돼지 조직에서 복제되었으며 접종 7일 후 혈청에서 검출되었다. 혈청 중화 시험은 키메라 바이러스로 접종된 돼지가 모 바이러스 보다 더 큰 범위로 두 유전형 균주에 감염을 억제하는 중화 항체를 유도한 것으로 나타났다. 결론적으로, 제1형 및 제2형 PRRSV 공동-감염에 대해 현재 승인된 상업적 2가 백신이 없으므로 본 발명의 키메라 바이러스는 강력한 백신 후보가 될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
바이러스 및 세포
본 발명자들은 한국형 제2형 PRRSV 분리주 BP2017-2(GenBank accession No. MK330996, 기탁번호 KCTC 13393BP)를 키메라 바이러스 백본으로 선정하였다. 바이러스 비구조 단백질-코딩 서열 ORF1a 및 ORF1ab는 모든 감염성 클론에서 사용되었다. 한국형 제1형 PRRSV 분리주인 E38(GenBank accession No. KT033457, 서열번호1)도 사용하였고 균주 E38의 구조 단백질(ORF2-ORF7)을 키메라 바이러스에 사용하였다. 2종의 제1형 균주 SNU090485(GenBank 수탁 번호 JN315686) 및 SNU100057(GenBank 수탁 번호 JN411262) 및 2종의 제2형 PRRSV 균주 SNU090851(GenBank no. JN315685) 및 LMY(GenBank 번호 DQ473474)를 포함하는 4종의 PRRSV 필드 분리주가 혈청 중화 시험에 사용되었다. 바이러스 염기서열 분석 결과, 백본 바이러스 BP2017-2와 LMY는 제2형 유전자형의 하위군인 lineage 5에 군집화된 반면, SNU090851은 lineage 1에 귀속되었다. 본 발명에서 모든 제1형 균주는 하위 제1형으로 분류되었다. BP2017-2 ORF5는 LMY 및 SNUVR090851과 각각 91% 및 85.5%의 뉴클레오티드 서열 상동성을 나타내었다. E38 ORF5는 균주 SNU090485 및 SNU100057과 각각 92.2% 및 91.7%의 뉴클레오티드 서열 상동성을 나타내었다. MARC-145 세포는 바이러스 증식, 감염성 클론 형질감염 및 바이러스 회수에 사용되었다. 상기 세포는 이전에 기술된 바와 같이 적절한 배지에서 유지되었다(Park, C., et al., Virology, 540, 172-183. 2020).
키메라 클론의 디자인
전장 PRRSV cDNA는 BP2017-2의 게놈을 포함하는 6개의 단편으로부터 조립되었다. 상기 각 단편은 제한 효소를 사용하여 동정되었다. 클로닝을 위해, ORF1ab의 끝과 ORF2의 시작 부분 사이에 AfeI 제한효소 부위(AGCGCT, 서열번호 3)를 삽입했다. 전체 길이의 BP2017-2 게놈을 포함하는 모든 단편은 새로(de novo) 합성되었다(BIONEER Co., South Korea). 첫 번째 단편에는 사이토메갈로바이러스(cytomegalovirus) 프로모터와 해머헤드(hammerhead) 리보자임 서열이 포함되어 있다. 간염 델타 바이러스 리보자임 서열은 마지막 단편의 3' UTR 뒤에 위치하였다. 전체 길이의 BP2017-2 cDNA 클론을 생성하기 위해 공유된 제한 부위를 사용하여 모든 단편을 연결했다(도 1a). 오리지널 감염성 클론의 구조 단백질 암호화 영역과 3' UTR을 포함하는 단편을 AfeI 및 NotI로 절단하여 제거하고 하기 설명한 바와 같이 E38의 동일한 영역의 4가지 버전 중 하나로 교체했다. E38 게놈의 ORFS2-7을 포함하는 4개의 단편이 새로 합성되었다. 상기 단편은 E38 및 BP2017-2 게놈 내의 키메라 바이러스의 생존에 필수적인 구조 단백질을 결정하도록 설계되었다. ORF 6과 7의 구성은 네 가지 버전 모두에서 달랐다. 공유 AfeI 및 NotI 제한 부위를 사용하여 단편을 연결함으로써 전장 키메라 cDNA 클론을 생성했다. 조립된 모든 감염성 클론은 BP2017-2 균주와 동일한 5' UTR 및 3' UTR 서열을 가졌다. 상기 조립된 전장 cDNA 클론을 게놈 시퀀싱으로 확인했다. 상기 감염성 클론은 도 1a에 도시하였다. 상기 디자인된 감염 클론의 구성을 하기 표 1에 요약하였다.
| 감염 클론 | 게놈의 구성 | 회수 | |||
| ORF1a/lab | ORF2-ORF5 | ORF6 | ORF7 | ||
| Original | BP2017-2 | BP2017-2 | BP2017-2 | BP2017-2 | Yes |
| Version1 | BP2017-2 | E38 | E38 | E38 | No |
| Version2 | BP2017-2 | E38 | E38 | BP2017-2 | No |
| Version3 | BP2017-2 | E38 | BP2017-2 | BP2017-2 | No |
| Version4 | BP2017-2 | E38 | E38+BP2017-2 | BP2017-2 | Yes |
키메라 바이러스의 회수
각각의 전장 cDNA 클론은 상기 설명한 대로 MARC-145 세포에 형질감염되었다(Park, C., et al., Virology, 540, 172-183. 2020). 세포 배양 상등액을 형질감염 후 10일에 수집하여 MARC-145 세포를 감염시키는 데 사용했다. PRRSV-특이적 항-N 단백질 항체(SR-30; Rural Technologies Inc., Brookings, SD, USA)를 사용한 면역형광 분석(IFA)은 바이러스 회수(rescue)를 확인하기 위해 감염 4일(dpi)에 수행되었다. 키메라 바이러스의 회수를 추가로 확인하기 위해 세 번째 연속 계대를 수행했다. 성공적으로 회수된 바이러스는 5회 계대 후 배양 상등액을 채취하여 백본 바이러스 BP2017-2와 구별되는 구조 유전자 영역(ORF2-7)을 특정 프라이머로 증폭하였고 증폭된 PCR 산물을 시퀀싱하여 유전적 안정성을 확인했다.
키메라 바이러스의 시험관 내 복제 동역학
상기 회수된 키메라 바이러스의 시험관내 복제 능력을 MARC-145 세포에서 평가하였다. 상기 세포를 감염 다중도(MOI) 0.01에서 모 바이러스 또는 키메라 바이러스(계대 7) 중 하나로 감염시켰다. 그런 다음, 감염된 세포의 배양 배지를 0, 1, 2, 3, 4 및 5 dpi에서 바이러스 적정(titration)에 사용하였다. 각 시점에서 수확된 바이러스는 MARC-145 세포에서 IFA를 통해 평가되었고 50% 조직 배양 감염 용량(TCID50)/mL으로 정량화되었다. 모든 체외 실험은 이전에 기술된 바와 같이 3회 반복 수행하였다. 키메라 바이러스의 생산은 계대 3, 7, 10, 15 및 20에서 평가되었다. MARC-145 세포는 0.01의 MOI에서 계대 배양의 상등액으로 감염되었다. 바이러스 역가는 7 dpi의 MARC-145 세포에서 IFA를 통해 평가되었다.
동물 실험
감염된 돼지에서 회수된 키메라 바이러스의 병원성 및 면역원성을 평가하기 위해 동물 실험을 수행하였다. 16마리의 상업용, 잡종 교배, 3주령 돼지를 무작위로 4개의 그룹으로 분류하였다(그룹당 4마리의 돼지). 모든 돼지는 PCR 및 ELISA(enzyme-linked immunosorbent assay)를 통해 PRRSV, PCV2, Mycoplasma hyopneumoniae, Salmonella 및 Haemophilus parasuis에 대해 음성인 것으로 확인되었다(PRRSV에 대한 항체는 IDEXX PRRS X3 Ab 키트를 사용하여 검출됨). 3개 그룹에 모 바이러스(BP2017-2 또는 E38) 또는 키메라 바이러스(계대 7)를 포함하는 2 mL의 배양액(104 TCID50/mL)을 근육 내로 접종했다. 음성 대조군으로 PBS를 투여하였다. 28일간의 실험 기간 동안 각 돼지의 신체 상태를 모니터링하고 바이러스에 의한 호흡기 증상을 평가하기 위해 임상 점수(0[정상]에서 6[심한 호흡 곤란 및 복식 호흡])를 결정했다(Halbur, P. G., et al., Veterinary Pathology, 32, 648-660. 1995). 직장 온도는 최대 14 dpi까지 매일 측정되었고 바이러스 감염으로 인한 조직병리학적 병변을 평가하기 위해 28 dpi에서 부검을 수행했다. 부검을 위해 각 그룹에서 4마리의 돼지를 펜토바르비탈 나트륨(pentobarbital sodium) 정맥주사로 안락사 시켰다. 본 발명에 사용된 방법은 QIA의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았다.
바이러스 핵산의 정량화
혈청 샘플은 0, 7, 14, 21 및 28 dpi에서 수집되었고, 상기한 바와 같이 QIAamp 바이러스 RNA Minikit(Qiagen, 프랑스)을 사용하여 샘플로부터 바이러스 RNA가 추출되었다(Park, C., et al., Veterinary Microbiology, 172, 432-442. 2014). 실시간 RT-PCR을 수행하여 샘플의 PRRSV 수준을 정량화했다. BP2017-2의 수준은 상기 기술된 특정 프라이머 세트를 사용하여 계산된 반면, E38 및 키메라 바이러스의 수준은 E38 ORF7(서열번호 4 및 5)을 검출하도록 설계된 프라이머를 사용하여 결정되었다. 표준 곡선을 얻은 후 테스트 증폭을 수행했고 상기 증폭된 산물의 멜팅 곡선(Melting curves)을 분석하여 사이클 역치(Ct)가 35 미만인 샘플을 기반으로 PCR 분석의 특이성을 확인했다(Chung, W. B., et al., Journal of Virological Methods, 124, 11-19. 2005). 상기 정량화를 위해 사용된 프라이머에 대한 정보를 하기 표 2에 요약하였다.
| 5'-->3' | 서열번호 | |
| E38 ORF7 F | CCAGTCAGTCAATCAACTGTGC | 4 |
| E38 ORF7 R | GATTGAAAGCCGTCTGGAT | 5 |
혈청학(Serology)
28 dpi에서 수집된 혈청 샘플은 한국 필드 분리주(SNU090851, LMY, SNU100057 및 SNU090485)에 대한 중화 항체의 존재에 대해 테스트되었다. ELISA 기반의 혈청 중화 시험은 상기 기술된 바와 같이 필드 분리주(field isolates)에 대한 감염 억제를 평가하기 위해 수행되었다(Park, C., et al., Veterinary Microbiology, 256, 109048. 2021). 간략하게, MARC-145 세포를 96-웰 플레이트에 5 x 104 세포/웰로 파종하고 37℃에서 24시간 동안 배양하였고 30분 동안 열 불활성화 후, 혈청 샘플을 FBS 없이 DMEM에 연속 희석하였다. 4배로 희석된 혈청을 동량의 테스트 바이러스(BP2017-2, LMY, SNU090851, E38, SNU090485 또는 SNU100057)와 103 TCID50/100 μL로 혼합하고 37℃에서 1시간 동안 배양했다. 음성 대조군은 혈청 또는 바이러스가 없는 MARC-145 세포만을 포함하는 반면, 양성 대조군은 혈청 없이 바이러스에 감염된 MARC-145 세포를 포함한다. 상기 세포를 PBS로 세척하고 24시간 동안 배양하였고 세포를 4% 포름알데히드에 고정 및 세척하고, PBS에서 0.1% Triton X-100(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO)으로 투과성을 증가시켰다. 고정 후, 상기 세포를 SR-30 항체 및 2차 HRP-결합된 염소-항-마우스 IgG(H+L)(Bethyl Laboratories)와 함께 인큐베이션하여 억제율을 계산하였다. TMB 퍼옥시다제 기질과 반응시킨 후, 발색을 450 nm에서 측정하였다. 각 희석액의 감염 억제 백분율을 계산하고 음성 대조군의 배경 흡광도를 뺀 후 양성 대조군과 비교했다.
병리학 및 면역조직화학
폐 병변의 조직병리학은 종래 문헌을 참조하여 점수화되었다(Halbur, P. G., et al., Veterinary Pathology, 32, 648-660. 1995). PRRSV에 의한 폐렴의 중증도는 바이러스 복제에 반응하여 대식세포와 림프구가 침투하는 간질(interstitium)의 두께를 기준으로 추정하였다. 각 폐 조직의 병변은 하기와 같이 점수화되었다: 0, 병변 없음; 1, 경도 간질성 폐렴; 2, 중등도 다발성 간질성 폐렴; 3, 중등도 전이성 간질성 폐렴; 및 4, 심각한 간질성 폐렴. 각 섹션은 블라인드 방식으로 검사되었다. SR30 항체를 사용하여 PRRSV에 대한 면역조직화학을 수행하고 샘플을 형태측정학적으로 분석하였다. PRRSV 항원-양성 신호를 계산하기 위해, NIH ImageJ 소프트웨어 버전 1.43을 사용하여 일련의 조직 절편을 분석했다. 10개의 필드를 무작위로 선택하고 단위 면적(0.95 mm2)당 양성 세포의 수를 결정했다.
통계 분석
GraphPad Prism 버전 8.4.3 및 SPSS 버전 16.0을 사용하여 통계 분석을 수행했다. 연속 데이터(바이러스 혈증, 억제율 및 PRRSV 항원-양성 세포 수)는 student's t-test 또는 Tukey's 조정을 통한 일원-분산 분석을 사용하여 비교되었다. 비-모수 Mann-Whitney U 테스트를 사용하여 폐 현미경 점수를 비교했다. 모든 데이터는 평균±표준편차로 나타내었으며, 통계적 유의성은 p<0.05로 설정하였다.
실시예 1: 키메라 PRRSV 클론의 구축
본 발명의 일 실시예에 따라 BP2017-2 게놈은 구조 유전자 영역(structural gene region)의 일부가 E38 게놈의 동등한 부분으로 대체된 4개의 키메라 감염성 클론의 백본으로 사용되었다. 클론 1의 경우, 게놈은 E38의 전체 구조 단백질-코딩 영역(ORF2-7)과 함께 BP2017-2의 비번역 및 비-구조 단백질 코딩 영역으로 구성되었다. 다른 감염성 클론의 구조적 영역은 하기와 같다: 클론 2에서 E38의 ORF2-6 및 BP2017-2의 ORF7; 클론 3에서 E38의 ORF2-5 및 BP2017-2의 ORF6 및 7; 클론 4는 E38의 ORF2-6, BP2017-2의 ORF6 및 7과 함께 두 모 바이러스의 ORF6을 포함하였다(도 1a). 상기 키메라 바이러스의 생존력을 향상시키기 위해, 모든 키메라 감염성 클론은 ORF1ab의 말단과 ORF2a의 시작 사이에 전사 조절 서열(TRS)6을 포함하여 부분 BP2017-2 ORF5 서열의 추가 40개 뉴클레오티드를 포함했다. 상기 서열은 E38 ORF의 하위-게놈 RNA의 안정한 전사를 유도하기 위해 삽입되었다(도 5). 감염성 클론 2, 3 및 4는 다운스트림 유전자의 전사를 시작하기 위해 BP2017-2 ORF보다 앞서 동일한 TRS6 서열을 포함하였다(도 1b).
실시예 2: 키메라 바이러스의 회수
본 발명자들은 종래 문헌을 참조하여 프로토콜에 따라 키메라 클론을 MARC-145 세포로 형질감염시켰다(Park, C., et al., Virology, 540, 172-183. 2020). 그러나 클론 1, 2, 3으로 형질감염된 세포에서는 응집 및 세포사멸과 같은 PRRSV-특이적 세포 변성 효과(CPE)가 관찰되지 않은 반면, BP2017-2로 형질감염된 세포와 클론 4에서는 CPE가 관찰되었다. IFA는 CPE에서 PRRSV 항원의 존재를 확인했으며, 회수된 바이러스의 연속 계대 후 외관이 재현되었다. 클론 1, 2 및 3의 회수 실패는 MARC-145 세포의 3회 연속 블라인드 계대를 사용하여 확인되었다. RT-PCR에 의한 최종 계대배양의 배양 상등액에서 바이러스 유전자가 검출되지 않았다.
실시예 3: 바이러스 복제 능력
본 발명자들은 시험관 내에서 복제 능력을 평가하기 위해, 상기 회수된 키메라 바이러스를 MARC-145 세포에 접종하고 모 바이러스인 BP2017-2 및 E38과 비교했다. 그 결과, BP2017-2의 바이러스 역가는 1 dpi에서 103.8 TCID50/mL로 추정되었고 5 dpi에서 106.9 TCID50/mL의 피크에 도달했다. E38의 역가는 1 dpi의 102.7 TCID50/mL에서 4 dpi의 105.8 TCID50/mL로 증가했고 5 dpi에서 105.6 TCID50/mL로 감소했다. 7회 계대에서 수집한 키메라 바이러스는 실험 기간 동안 BP2017-2와 유사한 복제 곡선을 보였다. 추정된 바이러스 역가는 1 dpi에서 101.8 TCID50/mL이었고 5 dpi에서 104.7 TCID50/mL의 피크에 도달했다. 그러나 키메라 바이러스의 역가는 실험 전반에 걸쳐 모 바이러스의 역가보다 유의하게(p < 0.05) 낮았다(최대 100배)(도 2a). MARC-145 세포에서 키메라 바이러스의 생성은 일련의 계대배양에 따라 증가하였고 상기 추정된 바이러스 역가는 계대 3에서 103.7 TCID50/mL 였지만 계대 20에서 105.8 TCID50/mL에 도달했다. 배양 배지는 5 dpi에서 수집되었고 바이러스 역가는 TCID50/mL로 추정되었다(도 2b).
실시예 4: 키메라 클론 감염의 임상적 평가
본 발명의 바이러스에 감염된 그룹을 포함하여 모든 실험 돼지의 호흡 점수와 직장 온도는 연구 내내 정상으로 유지되었다. 모 바이러스(T01 및 T02)에 감염된 그룹의 일부 돼지는 감염 7일 동안 중등도의 호흡곤란과 함께 재채기 및 기침과 같은 낮거나 가벼운 임상 징후를 보였지만 바이러스-감염 그룹(T01, T02 및 T03) 및 음성 대조군(T04) 간에는 유의한 차이가 없었다. 성장 성능에 대한 감염의 영향을 확인하기 위해 평균 일일 체중 증가(ADWG)를 평가했다. 실험 전반에 걸쳐 바이러스 감염군(T01, T02 및 T03)과 음성 대조군(T04) 간에 ADWG의 유의한 차이는 없었다(표 3 참조). 상기 동물 실험 디자인 및 결과를 하기 표 3에 요약하였다.
| 그룹 | T01 | T02 | T03 | T04 | |
| 접종 | BP2017-2 | E38 | 키메라 | PBS | |
|
ADWG
(dpi) |
28 | 373.2±47 | 343.7±13 | 351.7±25 | 370.5±36 |
|
Prevalence of
PRRSV-viremia (dpi) |
7 | 4/4 | 4/4 | 4/4 | 0/4 |
| 14 | 4/4 | 4/4 | 4/4 | 0/4 | |
| 21 | 4/4 | 3/4 | 3/4 | 0/4 | |
| 28 | 4/4 | 0/4 | 2/4 | 0/4 | |
| Prevalence | 7 | 0/4 | 0/4 | 0/4 | 0/4 |
| Anti-PRRSV IgG | 14 | 4/4 | 4/4 | 4/4 | 0/4 |
| Ab-positive | 21 | 4/4 | 4/4 | 4/4 | 0/4 |
| (dpi) | 28 | 4/4 | 4/4 | 4/4 | 0/4 |
| 폐 병변 | 0.66 ± 0.6 | 0.25 ± 0.31 | 0.08 ± 0.16 | 0.25 ± 0.16 | |
| 점수 | |||||
| PRRSV 항원 | 2.91 ± 2.25 | 1 ± 0.9 | 1.75 ± 1.03 | 0 |
실시예 5: 혈청 바이러스 RNA 역가
본 발명의 바이러스 유전자는 그룹 T01, T02 및 T03의 모든 바이러스 감염 돼지의 혈청에서 7-14 dpi에서 검출되었다. 그러나 그룹 T02 및 T03에서 각 1마리의 돼지는 21 dpi에서 RT-PCR에 의해 혈청 PRRSV 음성을 확인하였다. T02의 돼지 4마리와 T03의 돼지 2마리도 28 dpi의 혈청에서 PRRSV 게놈에 대해 음성으로 테스트되었다. 대조적으로, 바이러스 게놈은 실험 내내 T01 그룹의 모든 돼지로부터 수집된 혈청에서 검출되었다(표 3). T01 그룹의 게놈 카피 수(각각 7, 14 및 21 dpi에서 각각 5.6±0.8, 5.5±0.7 및 4.9±0.9)는 T02 그룹(7, 14 및 21dpi에서 각각 4.1±0.3, 4.2±0.2, 및 2.7±1.8)의 카피 수 및 T03 그룹(7, 14, 21 dpi에서 각각 3.7±0.3, 3.9±0.5, 및 2.5±1.7)의 카피 수보다 유의하게 높았다(p<0.05). PRRSV RNA는 어느 시점에서도 음성 대조군(T04)에서 검출되지 않았다(도 3).
실시예 6: PRRSV 감염 돼지에서 폐 병변의 조직병리학
PRRSV 감염으로 인한 미세한 폐 병변은 부검 후 평가되었다. 바이러스 감염군 사이의 평균 미세 폐 병변 점수에는 유의한 차이가 없었다(T01, 0.66 ± 0.6; T02, 0.25 ± 0.31; 및 T03, 0.08 ± 0.16). 또한 3개 바이러스-감염군의 병변 점수는 음성대조군의 점수와 유의한 차이가 없었다(T04, 0.25±0.16; 표 3). 바이러스에 감염된 마우스의 폐에서 면역조직화학을 적용한 결과 PRRSV 항원은 거의 검출되지 않았다. T01(2.91 ± 2.25), T02(1 ± 0.9) 및 T03(1.75 ± 1.03) 그룹에서는 소수의 PRRSV 항원 양성 세포만이 검출된 반면, T04 음성 대조군의 조직에서는 PRRSV 항원-양성 세포가 검출되지 않았다. 폐의 단위 면적당 PRRSV 항원 양성 세포의 평균 점수는 그룹 간에 유의한 차이가 없었다(표 3).
실시예 7: 중화 항체 수준
모든 바이러스-접종 돼지는 14 dpi에서 혈청 전환되었다. 실험 전반에 걸쳐 접종 그룹 간의 평균 ELISA s/p 비율에는 유의한 차이가 없었다. 그러나 억제율로 측정된 필드 균주에 의한 감염에 대한 중화 활성은, 그룹 간에 유의미한 차이가 있었다(p < 0.05). 제2형 PRRSV(T01 및 T03)에 감염된 돼지의 혈청은 MARC-145 세포를 사용한 ELISA 기반 중화 분석에서 E38(T02)에 감염된 돼지의 혈청보다 제2형 PRRSV 균주(LMY, SNU090851, 및 BP2017-2) 감염에 대해 유의하게(p < 0.05) 더 높은 바이러스 중화 활성을 나타냈다(도 4a). 키메라 바이러스 그룹(T03)의 경우, 평균 감염 억제율은 LMY는 38.7±13.1%, SNU090851은 23.7±10.3%, BP2017-2는 58.7±11.8%로 나타났다. 그러나 키메라 그룹(T03)은 BP2017-2 감염에 대한 억제활성이 BP2017-2 그룹(T01; 81.2±6.2%)보다 현저히 낮았다(58.7±11.8%). 대조적으로, MARC-145 세포를 사용한 ELISA-기반 중화 분석에서, E38 및 키메라 바이러스(각각 T02 및 T03)에 감염된 돼지의 혈청은 BP2017-2(T01)에 감염된 돼지보다 제1형 PRRSV(SNU090485, SNU100057 및 E38) 감염에 대해 유의하게(p < 0.05) 더 높은 바이러스 중화 활성을 보였다(도 4a 및 4b). 키메라 바이러스 그룹(T03)의 평균 감염 억제율은 SNU090485는 77±11.1%, SNU100057은 71±16.4%, E38은 95.5±4%였다. 키메라 그룹(T03)은 상기 세 가지 필드 균주에 의한 감염에 대한 중화 활성 면에서 E38 그룹(T02)과 유의한 차이가 없었다. 또한 ORF5 서열 상동성은 제1형 PRRSV 균주 간에는 91.7%및 98.6% 사이였고 제2형 PRRSV 균주 간에는 84.2% 및 91%, 제1형 및 제2형 PRRSV 균주 간에는 58.4% 내지 61% 사이로 유사성이 나타났다. 상기 PRRSV 중 ORF5의 서열 상동성을 분석한 결과를 하기 표 4에 요약하였다.
| 서열 상동성(%) | |||||
| 균주 | LMY | SNUVR090851 | BP2017-2 | SNUVR090485 | SNUVR100057 |
| SNUVR090851 | 84.2 | ||||
| BP2017-2 | 91 | 85.5 | |||
| SNUVR090485 | 60.3 | 59 | 61 | ||
| SNUVR100057 | 60.1 | 58.7 | 61 | 98.6 | |
| E38 | 60 | 58.4 | 60.6 | 92.2 | 91.7 |
결론적으로 본 발명자들은 제1형(유럽형) 및 제2형(북미형) PRRSV의 게놈을 결합하여 키메라 바이러스를 개발했다. 혁신적인 역유전학 기술을 통해 백신 후보를 성공적으로 회수하고 그 효능을 평가한 결과, 키메라 바이러스로 접종된 돼지가 더 강한 면역학적 반응을 나타내어 모 바이러스 중 하나를 접종한 돼지보다 다양한 PRRSV 분리주에 대해 더 광범위한 보호를 제공하는 중화 항체를 생성하는 것으로 나타났으므로 돼지생식기호흡기증후군 바이러스 감염 억제를 위한 백신 후보로 활용가능하다.
본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
기탁기관명 : 한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)
수탁번호 : KCTC15431BP
수탁일자 : 20230508
Claims (9)
- 유럽형 PRRSV 균주 게놈 유래의 제1게놈부분 및 북미형 PRRSV 균주 게놈 유래의 제2게놈부분을 포함하고, 상기 제1게놈부분 및 상기 제2게놈부분 모두 ORF6를 중복으로 포함하고, 상기 ORF6를 제외한 다른 ORF를 모두 포함하는 하이브리드 게놈을 포함하는, 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군바이러스의 감염성 키메라 균주.
- 제1항에 있어서,
상기 제1게놈부분은 ORF1ab을 포함하지 않고 ORF2 내지 ORF4 및 ORF6를 포함하는, 감염성 키메라 균주. - 제1항에 있어서,
상기 제2게놈부분은 ORF1ab를 포함하고, ORF5 내지 ORF7 중 ORF6를 포함하는 적어도 하나 이상의 ORF를 포함하는, 감염성 키메라 균주. - 제1항에 있어서,
상기 하이브리드 게놈은 서열번호 2로 기재되는 전사 조절 서열(TRS)을 추가로 포함하는, 감염성 키메라 균주. - 제4항에 있어서,
상기 전사 조절 서열(TRS)은 상기 제1게놈부분 및 제2게놈부분 사이에 삽입되는, 감염성 키메라 균주. - 제1항에 있어서,
기탁번호 KCTC 15431BP로 기탁된, 감염성 키메라 균주. - 제1항에 있어서,
상기 북미형 PRRSV 균주는 기탁번호 KCTC 13393BP로 기탁된 BP2017-2 균주인, 감염성 키메라 균주. - 제1항에 있어서,
상기 유럽형 PRRSV 균주는 서열번호 1로 기재되는 뉴클레오티드 서열로 구성되는 게놈 핵산을 갖는 E38 균주인, 감염성 키메라 균주. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 감염성 키메라 균주를 유효성분으로 포함하는, 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 예방 또는 치료용 백신 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/KR2023/007215 WO2024029707A1 (ko) | 2022-08-02 | 2023-05-25 | 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 키메라 균주 및 그의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220096298 | 2022-08-02 | ||
| KR20220096298 | 2022-08-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240019014A true KR20240019014A (ko) | 2024-02-14 |
Family
ID=89896310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230061089A KR20240019014A (ko) | 2022-08-02 | 2023-05-11 | 북미형 및 유럽형 돼지생식기호흡기증후군 바이러스의 키메라 균주 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240019014A (ko) |
-
2023
- 2023-05-11 KR KR1020230061089A patent/KR20240019014A/ko unknown
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