Chimeryczne białka szczepionką przeciwko boreliozie z Lyme
Marta Pieszko | 2007-07-01
Nie ma obecnie na rynku szczepionki dostępnej dla ludzi przeciwko chorobie z Lyme. W 2007 roku Dattwyler otrzymał patent na rozwój chimerycznej kombinacji białek powierzchniowych, które mogą mieć znaczenie w rozwoju szczepionek oraz testów diagnostycznych boreliozy z Lyme.
Minęło już ponad 25 lat od odkrycia przez Wiliama Burgdorfera krętków Borrelia burgdorferi. Borelioza jest jedną z najczęstszych wielonarządowych chorób zakaźnych przenoszonych przez kleszcze, a ustrzec się przed nią trudno. Nad szczepionką stale trwają badania, a antybiotyki są skuteczne jedynie we wczesnym stadium choroby. Kiedy jednak krętki zadomowią się na dobre w organizmie, choroba może stać się bardzo niebezpieczna. Różnorodność objawów choroby oraz ich intensywność sprawia, że diagnoza i leczenie boreliozy jest utrudnione. Może ono trwać latami i być bardzo drogie.
Obecnie prowadzone są liczne badania powierzchniowych lipoprotein bakterii z kompleksu B. burgdorferi sensu lato. Duża zmienność antygenowa oraz istnienie trzech chorobotwórczych gatunków B. burgdorferi s.l., z których w Ameryce Północnej występuje tylko jeden, B. burgdorferi s.s., a w Europie wszystkie trzy: B. afzelii, B. garinii, i B. burgdorferi s.s. stwarza dodatkowe problemy w opracowaniu skutecznej szczepionki.
Zmienne środowisko życia wymaga od krętków Borrelia syntetyzowania specyficznych białek, które ułatwiają im przeżycie w organizmie gospodarza, interakcję z innymi bakteriami oraz komórkami gospodarza. Niektóre białka z kolei są wymagane do pozyskiwania składników odżywczych z tkanek żywiciela. Dlatego też bardzo ważny jest system receptorowy pozwalający wyczuć zmiany środowiska oraz system regulujący ekspresję określonych genów w zależności od stanu tego środowiska. Defekt genu regulacji może spowodować, że bakteria stanie się niezdolna do rozprzestrzeniania się i wywoływania choroby.
U głodnego kleszcza bakteria wykazuje ekspresję powierzchniowego białka OspA, brak natomiast jest ekspresji białka OspC. Z kolei wzrost ekspresji białka OspC i spadek ekspresji OspA zachodzi podczas pobierania krwi przez kleszcza. Powoduje to powstanie mieszanej populacji bakterii z osobnikami wykazującymi albo ekspresję białka OspA albo OspC. Wyróżnionych zostało 8 różnych serotypów OspA. Białka OspC również są wysoce polimorficzne. Ta zmienność powoduje trudności w stworzeniu szczepionki pomimo aktywności OspC we wczesnej fazie choroby. Zidentyfikowano 21 typów OspC (oznaczone literami od A do U), z czego typy A, B, I oraz K są specyficznie związane z inwazyjnym zakażeniem.
Obecnie nie ma na rynku szczepionki przeciwko chorobie z Lyme dostępnej dla ludzi. W 2007 roku Dattwyler otrzymał patent na rozwój chimerycznej kombinacji białek powierzchniowych, które mogą mieć znaczenie w rozwoju szczepionek oraz testów diagnostycznych choroby z Lyme. Białka otrzymane metodami inżynierii genetycznej składają się z fragmentów dwóch białek, które występują na powierzchni bakterii, jednak ulegają one ekspresji w różnych etapach jej życia. Kombinacja fragmentów tych dwóch lipoprotein w jednym chimerycznym białku powinna wyzwolić odpowiedź immunologiczną zdolną do poradzenia sobie z infekcją B. burgdorferi s.l., która będzie wyższa od odpowiedzi odpornościowej na pojedyncze białka.
Białko OspA zastosowane w poprzedniej szczepionce (LYMErix) występuje jedynie w jelicie środkowym kleszcza, z kolei jego ekspresja zanika w organizmie gospodarza. Zadaniem nowej szczepionki jest generowanie odpowiedzi immunologicznej w obu tych etapach życia krętka. W tym celu Dattwyler stworzył nowe białka łączące najbardziej immunogenne regiony OspA i OspC. Udowodniono, że taka kombinacja białek zachowuje zdolność do wywoływania odpowiedzi immunologicznej na co najmniej jeden z antygenów i może wywoływać produkcję przeciwciał, które powodują zahamowanie wzrostu oraz śmierć bakterii Borrelia w warunkach laboratoryjnych. Wykazano również, że chimeryczne białka mogą być masowo produkowane przez bakterię E. coli i łatwo oczyszczane.
Prowadzone badania pozwolą na otrzymanie szczepionki efektywnej w różnych środowiskach występowania krętka. Co więcej poprzez połączenie unikalnych fragmentów białek pochodzących z różnych patogennych gatunków z kompleksu B. burgdorferi s.l., te chimeryczne białka będą mogły być stosowane do rozróżnienia wywołujących chorobę bakterii od niepatogennych gatunków Borrelia.
Zidentyfikowano dwie oddzielne antygenowe domeny OspA i OspB, które otaczają konserwatywną resztę tryptofanu w pozycji 216 w obydwu białkach. Co więcej opisano immunologicznie ważne hyperzmienne domeny w białkach OspA. Pierwsza z nich, domena A, zawiera aminokwasy położone w pozycji 120-140 OspA, druga hyperzmienna domena B obejmuje aminokwasy położone w pozycji 150-180, a trzecia domena C to aminokwasy z pozycji 200-216 lub 217 (w zależności od pozycji konserwatywnego tryptofanu w OspA u konkretnych gatunków Borrelia). To odkrycie pozwoliło na rozwój nowych rekombinowanych białek, w których skład wchodziłyby regiony aminokwasowe, które w naturze nie występowałyby w tej samej lipoproteinie Borrelia. Jedna z dostępnych chimer zawiera polipeptyd pochodzący z N-terminalnego regionu OspA szczepu B31oraz polipeptyd pochodzący z C-terminalnego regionu OspA szczepu K48, które przedzielone są konserwatywną resztą tryptofanu.
Przeprowadzono badania, w których myszy immunizowano OspA, OspC lub chimerycznymi białkami OspC/OspA z dodatkiem wodorotlenku glinu. Myszy immunizowane chimerycznym białkiem OspC/OspA dawały znaczącą odpowiedź immunologiczną zarówno na OspA jak i OspC, w porównaniu do myszy immunizowanych kontrolnie antygenami OspA lub OspC. Wytworzone przeciwciała reagowały przeciwko antygenom pochodzącym z różnych odmian B. burgdoferi.
Sekwencje chimerycznych kwasów nukleinowych są produkowane w taki sposób, że sekwencja kwasu nukleinowego kodującego jeden polipeptyd jest w tej samej ramce odczytu co sekwencja kwasu nukleinowego kodującego następny polipeptyd w chimerycznej sekwencji białkowej. Białka są wymieniane sekwencyjnie w porządku, w jakim występują w kodującej sekwencji. Np. jeśli chimeryczna sekwencja kwasu nukleinowego składa się z 650 pz pochodzących z OspA-1 i 170 pz pochodzących z OspA-2, to sekwencja chimery powinna zawierać pierwszych 650 pz z OspA-1, a zaraz za nimi powinny wystąpić pary zasad od 651 do 820 pochodzące z OspA-2.
Stworzono również serię chimerycznych białek OspA, gdzie cześć białka OspA ze szczepu B31 B. burgdorferi s.s. występującego w Ameryce Północnej została zastąpiona analogiczną częścią OspA szczepu K48 pochodzącego z europejskiego gatunku B. garinii. OspA ze szczepu K48 jest europejskim wariantem homologicznym szczepu B31 w rejonie N-końca, jednak różni się w dużym stopniu przy końcu COOH.
Ograniczeniem pierwszej wprowadzonej do użytku szczepionki LYMErix było skierowanie jej jedynie przeciwko antygenowi ulegającemu ekspresji w jelicie kleszcza. Ponadto była ona skuteczna tylko wobec gatunku B. burgdorferi s.s., który jako jedyny spośród chorobotwórczych gatunków występuje w Ameryce Północnej, skąd pochodziła szczepionka. Heterogeniczność gatunków z kompleksu B. burgdorferi s.l. w Europie spowodowała, że na tym kontynencie szczepionka okazała się nieefektywna.
Nowa szczepionka oparta na kombinacji antygenów OspA i OspC daje lepszy efekt ochronny gdyż chroni nie tylko przed wniknięciem bakterii z kleszcza do organizmu jego żywiciela, ale również umożliwia reakcje systemu immunologicznego żywiciela z krętkami, które zdołają wniknąć do jego organizmu.
Źródła:
- freepatentsonline.com: Dattwyler R.J., Gomes-Solecki M.J.C., Luft B.J., Dunn, J.J. „Recombinant constructs of Borrelia burgdorferi.” 2007.
- www.bnl.gov: McNulty-Walsh K., Rowe M.S. „Combination Lyme disease vaccine proteins patented.” April 9, 2007
- iai.asm.org: Earnhart C.G., Buckles E.L., Dumler J.S., Marconi R.T. Demonstration of OspC type diversity in invasive human Lyme disease isolates and identification of previously uncharacterized epitopes that define the specificity of the OspC murine antibody response. 2005.
Komentarze
rambo | 2007-07-05 00:00:00
Ciekawe czy wypłacili już odszkodowania osobom zaszczepionym Lymerix, ktorzy wykształcili pełny wachlarz objawów boreliozy w następstwie.
Agusia__xDD | 2008-05-13 18:48:58
Bardzo Ciekawe... Nie wiedziałam przyda mi sie na Biologie