KR20070111452A

KR20070111452A - 마이코박테리움의 일렉트로포레이션 및 마이코박테리움에서항원의 과발현

Info

Publication number: KR20070111452A
Application number: KR1020077015172A
Authority: KR
Inventors: 롱게이 선; 데이빗 마이클 혼; 제랄드 씨 사도프
Original assignee: 아에라스 글로벌 티비 백신 파운데이션
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: EA200701130A1; CA2587507C; ES2370885T3; AP2869A; EP1817061B1; DK1817061T3; BRPI0518080A; WO2006060332A3; ATE517637T1; CN101076356B; EA012182B1; EP1817061A4; US20060121054A1; AP2007004021A0; AU2005312062A1; CA2587507A1; JP5461776B2; CN101076356A; US7625572B2; EP1817061A2

Abstract

백신화제로서 사용하기 위해 개선된 백신 성질을 갖는 재조합 마이코박테리움 균주를 제공한다. 상기 재조합 마이코박테리움 균주의 모 균주는 그의 효능 있는 면역원성에 대해서 선택된다. 상기 마이코박테리움 균주는 항생제 내성을 나타내지 않으며, 그람 음성 세균으로의 수평 전이를 나타내지 않는다.

백신화제, 마이코박테리움 균주, 면역원성

Description

마이코박테리움의 일렉트로포레이션 및 마이코박테리움에서 항원의 과발현{ELECTROPORATION OF MYCOBACTERIUM AND OVEREXPRESSION OF ANTIGENS IN MYCOBACTERIA}

본 발명은 결핵에 대한 백신화제로서 사용하기 위한 개선된 백신 성질을 갖는 마이코박테리움 균주를 제공한다. 상기 마이코박테리움 균주는 바람직하게는 효능 있는 면역원성을 갖는 것으로서 동정되고, 항생제 내성을 나타내지 않으며, 그람 음성 세균으로의 수평 전이를 나타내지 않는 모 균주 중에서 선택된다. 본 발명은 또한 다른 질병에 대한 백신화에 사용하기 위한 백신 성질을 갖는 트랜스유전자를 전달하고 암 치료에 사용하기 위한 개선된 성질을 갖는 마이코박테리움을 제공한다.

마이코박테리움 튜베르큘로시스(M.tb)는 전 세계 인구의 1/3을 감염시켜 왔으며, 매년 8백만 명에서 활동성 질병을 일으키고 160만 내지 220만 명이 사망하였으며, 이들 중 대부분은 개발도상국 국민이다. 결핵(TB)은 HIV의 만연과 엇갈려 점점더 증대하고 훨씬 더 치명적으로 되고 있는 세계적인 규모의 전염병이다. TB는 AIDS에 걸린 사람의 제 1급 살인자이다.

현재 광범위하게 사용되고 있는 TB 백신인 BCG는 80년 전에 개발되었으며 시 험 시 폐결핵에 대한 효능은 광범위하게 가변적인 비율을 가졌고, 인도에서 수행된 최종의 대규모 시험에서는 효능이 없었다(Fine et al., Vaccine, 16(20):1923-1928; 1998; Anonymous, Indian J Med Res., Aug;110:56-69; 1999). 그럼에도 불구하고, 세계 보건 기구는 현재 TB가 매우 유행하고 있는 국가에서 모든 아동들(HIV 질병/AIDS 증상이 있는 아동 제외)에게 출생 시 또는 공공 의료 서비스와 최초 접촉 시 BCG를 권장하고 있다. 이러한 정책은 BCG가 TB의 심각한 아동기 형태를 방지하는 증거를 근거로 한다(Lanckriet et al., Int J Epidemiol, 24(5):1042-1049; 1995; Rodrigues et al., J Epidemiol Community Health 45(1):78-80; 1991). 초기 아동기 이후의 TB에 대한 BCG에 의한 보호는 혼합된 결과를 제공하는 제한된 데이터와 함께 논의의 여지가 있는 주제이다. 그러나, 유아 BCG 면역이 광범위하게 실시되는 개발 도상국에서 소아 및 성인 TB의 높은 발병률은 현재 투여되는 BCG가 TB 질병의 위험이 있는 사람들에게는 수년간에 걸쳐 그 다지 효능이 없음을 가리킨다. 따라서, BCG는 TB의 중재 및 억제에 부적합한 공중 보건 도구인 것으로 간주된다.

TB 유기체에 노출된 인간의 대략 70％ 및 정상적인 면역계를 갖는 인간은 감염되지 않으며, 감염된 사람들 중 단지 약 5％만이 처음 2 년 내에 발병한다. 감염된 개인의 대부분은 상기 감염을 억제하며, 이는 엠 티비 항원에 대한 강건한 세포 면역 반응의 발생과 관련이 있다. 추가로 5％는 면역성이 쇠퇴하는 경우 나중에 활동을 재개한다. 최초 및 재활동 질병은 모두 HIV/AIDS 환자에서 훨씬 더 흔하며, 이는 감염의 예방 및 억제에서 면역성의 역할을 다시 한번 강조한다.

발명의 요약

대부분의 인간은 TB를 억제할 수 있기 때문에, 적합한 종류의 면역성이 오래 지속되도록 유도함으로써 노출 후 초기 감염을 방지하고, 질병으로의 조기 진행을 방지하고, 잠재적인 상태로부터의 재활동을 방지하고, 치료 후 재발을 방지하는 유효 백신을 개발할 수 있음을 희망하는 것은 타당하다. 궁극적으로, 전신 백신 사용 + 화학요법적 중재의 조합은 결국 인간 병원체로서 엠 티비를 제거할 것이다.

아동기 BCG 예방접종이 급성 TB의 예방을 수행하는 것으로 생각되는 중요한 역할에 비추어, 새로운 TB 백신이 우수한 제품이라는 증거를 간과하지 않으면서 후보 TB 백신을 평가하는 시험에 BCG를 대체하기는 어렵다. 문제는 엠 티비가 인간 특이성 병원체이며 동물 모델은 단지 숙주-병원체 상호작용의 일부를 모방한다는 것이다. 따라서, 새로운 TB 백신이 개선된 효능을 갖는다는 명확한 증거는 오직 인간에서 조절된 방면의 시험으로부터 획득할 수 있다. 이러한 사실은 많은 연구자들로 하여금 개선된 TB 백신을 향한 중요 단계가 상기의 제한에도 불구하고 개선된 BCG 균주 및 동물 모델을 개발하는 것이라는 결론을 내리게 하였으며, 이는 보호 항원을 과발현하는 재조합 BCG가 BCG에 비해 증가된 효능을 가짐을 암시한다.

몇몇 엠 티비 항원은 백신 성질을 가지며, 백신 제형으로서 동물에게 제공될 때, BCG만에 의해 성취된 바와 유사한 보호를 부여한다(Anderson, Infect Immun 62(6)2536-2544; 1994). 이러한 후보들을 진보시키기 위해서, BCG에서 상기와 같은 항원의 면역원성을 향상시키는 전략이 개발되었다. 따라서, 선택된 엠 티비 항원을 과발현하는 BCG 균주를 개발하였으며 상기 재조합 BCG(rBCG) 균주는 상기 rBCG 균주가 유래하는 모 BCG 균주에 비해 보다 강한 보호를 유도하는 것으로 나타났다(Horwitz et al., Infect Immun 72(4):1672-1679; 2003). 한 연구에서, 항원 85B(본 발명에서 "Ag85B"라 칭함)를 발현하는 rBCG 균주가 동일 항원과 혼합된 BCG보다 더 효능 있는 것으로 나타났다(Horwitz et al., 상기, 2003). 이러한 발견을 근거로, 상기 접근법은 굉장한 가능성을 갖는다.

몇몇 상황 하에서 항원을 과발현하는 BCG 균주를 사용하여 TB에 의한 감염으로부터의 보호를 부여하는 면역 반응을 안전하고 유효하게 유도할 수 있다.

본 발명은 결핵에 대한 백신화제로서 사용하기 위한 개선된 백신 성질을 갖는 유전자 가공된(재조합) 마이코박테리움 균주를 제공한다. 상기는 다양한 특징들을 가지며, 이들은 각각 상기 균주의 면역원성을 증가시키는 작용을 한다. 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주를 그의 효능 있는 면역원성에 대해 의도적으로 선택된 모 균주로부터 발생시킨다. 즉, 유전자 조작을 겪도록(예를 들어 결핵 항원을 과발현하도록) 모 균주로서 선택된 마이코박테리움 균주를 선택하는데, 그 이유는 유전자 조작 전이라도, 상기가 백신화된 숙주에서 효능 있는 면역 반응을 유도하는 능력을 나타내기 때문이다. BCG 균주 데니쉬 1331이 일례이다. 이어서 상기와 같은 균주를 바람직하게는 예를 들어 관심 결핵 항원을 과발현하도록 변경시킨다. 바람직하게는, 생체 내 활성화되는 프로모터를 유전자 재조합 마이코박테리움에 사용한다. 또한, 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주를 항생제 내성에 의한 것 이외의 것을 기준으로 선택 가능하도록 유전자 가공하거나, 또는 선택 마커가 전혀 필요하지 않은 방식으로 제작하여, 상기를 인간 집단에서 백신화제로 서 안전하게 사용할 수 있게 한다. 일례로서, 마이코박테리움 복제에 필요한 유전자를 제거하여 발현 플라스미드에 넣는다. 또한, 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주는 그람 음성 세균으로의 수평 전이를 겪지 않으며 따라서 숙주 유기체로부터 "이탈"할 수 없다. 이는 또한 인간 집단에서 백신제로서의 상기의 안전성을 보장한다.

또 다른 예로서, 본 발명은 플라스미드 안정화 인자로서 플라스미드에 의한 항원 85b 발현의 용도를 개시하며, 이는 상기 항원의 유지를 위한 항생제 선택 필요성을 없앤다. Ag85B + 다른 항원을 발현하는 고 농도의 최소 플라스미드로, 마이코박테리움 균주의 동정을 위한 PCR 양성 선택을 사용하여 상기 균주를 직접 형질전환시켜 항생제 부재 하의 플라스미드 안정성 또는 영양요구성 선택을 갖는 항원을 과발현하는 마이코박테리움 균주를 생성시킨다. 또한, 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주는 결핵 백신에 사용하기에 탁월한 작용제이지만, 상기를 또한 결핵과 관련된 것 이외의 항원을 발현 또는 과발현하도록 유전자 가공할 수 있으며, 따라서 상기는 또한 다른 질병에 대한 백신제로서도 유용하다. 더욱 또한, TB 항원 또는 다른 질병에 중요한 항원을 과발현하는 rBCG를, 추가접종제로서 항원보강제, 재조합 바이러스 벡터, 또는 DNA 또는 RNA 백신과 함께, 재조합 단백질과 1 차 추가접종 섭생에 사용할 수 있다.

본 발명은 형질전환된 세균(또는 자손)을 복제하고 상기에서 발현되는 외부 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 상기 형질전환된 세균 또는 그의 자손을 제공하며, 이때 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 선택성 마커에 결합되지 않는다. 하 나의 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 플라스미드 상에 존재하며, 일부 실시태양에서, 상기 플라스미드는 생존에 필요한 유전자를 암호화하고, 이때 상기 생존에 필요한 유전자는 상기 형질전환된 세균의 세균 게놈으로부터 결실되어 있다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 플라스미드는 엔도솜 이탈을 암호화하는 유전자, 예를 들어 pfo를 함유한다. 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 엔도솜 이탈, 예를 들어 pfo를 암호화한다. 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 항원 85a, 항원 85b 또는 항원 85a/85b를 암호화한다. 더욱 다른 실시태양에서, 상기 플라스미드는 상기 플라스미드를 유지하고/하거나 안정화하는 단백질을 암호화하는 유전자를 포함한다. 일부 실시태양에서, 상기 단백질 암호화 유전자는 항원 85a, 항원 85b, 또는 항원 85a/85b를 암호화한다. 본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 세균은 마이코박테리움이다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 세포자멸을 암호화한다. 다른 실시태양에서, 상기 플라스미드는 세포자멸을 암호화하는 유전자를 포함한다. 본 발명의 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 그람 음성 세균에서 복제될 수 없다. 일부 실시태양에서, 상기 형질전환된 세균은 영양요구성이다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 일방 셔틀 벡터(one-way shuttle vector)의 적어도 일부이다.

본 발명은 또한 세균을 형질전환시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 세균을 복제하고 상기에서 발현되는 외부 뉴클레오타이드 서열을 통합시키는 단계를 포함하며, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 선택성 마커에 결합되지 않는다. 본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 통합 단계를 일렉트로포레이션에 의해 수행한다. 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 플라스미드 상에 있으며 일렉트로포레이션을 하기의 조건 하에서 수행한다: 1 내지 5 ㎍의 플라스미드 DNA 대 1.25 x 10⁸ 세균 세포 범위의 플라스미드 DNA 대 세균 세포의 비. 본 발명의 하나의 실시태양에서, 상기 비는 대략 1.6 ㎍의 플라스미드 대 대략 1.25 x 10⁸ 세균 세포이다. 본 발명의 일부 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 그람 음성 세균에서 복제될 수 없다. 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 일방 셔틀 벡터의 적어도 일부이다. 더욱 추가의 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 플라스미드 상에 위치하며 상기 세균의 세균 게놈으로부터 결실된, 생존에 필요한 유전자를 암호화한다.

본 발명은 또한 관심 유전자를 암호화하는 외부 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손을 제공하며, 이때 하기의 조건들 중 하나 이상이 존재한다: a) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 그람 음성 세균을 복제할 수 없는 플라스미드를 포함한다; b) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 항생제 내성을 나타내지 않는다; c) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 영양요구성이다; 및 d) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 일방 셔틀 벡터를 포함한다. 하나의 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 플라스미드의 일부이다. 또 다른 실시태양에서, 상기 플라스미드에는 선택 마커가 결여되어 있다. 본 발명의 더욱 또 다른 실시태양에서, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열은 생존에 필요한 유전 자를 암호화하며, 상기 생존에 필요한 유전자는 상기 형질전환된 마이코박테리움의 세균 게놈으로부터 결실된다. 일부 실시태양에서, 상기 생존에 필요한 유전자는 leuD이다. 상기 형질전환된 마이코박테리움 또는 자손은 생체 내에서 활성화되는 프로모터 서열을 추가로 포함할 수 있다. 상기 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손을 감독시킬 수 있다. 상기 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손은 BCG일 수 있으며, 이의 예로는 BCG1331, BCG 파스퇴르, BCG 토쿄, 또는 BCG 코펜하겐이 있을 수 있다.

본 발명은 또한 관심 유전자를 암호화하는 외부 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손을 포함하는 백신을 제공하며, 이때 하기의 조건들 중 하나 이상이 존재한다: a) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 그람 음성 세균을 복제할 수 없는 플라스미드를 포함한다; b) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 항생제 내성을 나타내지 않는다; c) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 영양요구성이다; 및 d) 상기 형질전환된 마이코박테리움은 일방 셔틀 벡터를 포함한다.

도 1은 자살 벡터 pAF103의 지도이다. DNA 구획 각각에 대한 기호설명은 하기와 같다: L-측면 및 R-측면: 각각 leuD 유전자의 왼쪽 및 오른쪽 측면; aph는 아미노글리코시드 포스포트랜스퍼라제 유전자(유전자 은행 수탁 번호: X06402)이며, 플라스미드에 가나마이신 내성을 부여하고; OriE는 pUC 복제 기원이고(유전자 은행 수탁 번호: AY234331); Ble는 플라스미드에 제오신 내성을 부여하는 유전자이 고(유전자 은행 수탁 번호: L36850); SacB는 슈크로스에 대한 세균 감수성을 부여하는 레반슈크라제를 암호화하는 유전자이고(유전자 은행 수탁 번호: Y489048); P_hsp60은 열충격 단백질 유전자(즉 Rv0440)의 프로모터 서열이고; MCS는 지시된 제한 효소에 대한 복합 클로닝 부위이다. 2 개의 PacI 부위 간의 카세트를 적용 가능한 경우 다른 엔도솜분해성 효소로 대체시킬 수 있다.

도 2는 현행 상이한 백신 균주들을 시험접종한 후의 폐 CFU 양에 의해 측정된 보호 수준이다.

도 3은 발현 벡터를 재조합 마이코박테리움, 즉 rBCG에 도입시키기 위한 비 항생제 발현 벡터를 도식적으로 나타낸다. rBCG에서 발현되는 유전자를 pacI 부위를 통해 상기 플라스미드 내로 클로닝한다. rBCG 내로의 일렉트로포레이션 전에, 상기 플라스미드를 지시된 제한 효소로 절단하여 oriE 및 Kan 부분을 제거하여, 일방 셔틀 발현 벡터를 생성시킨다. DNA 구획 각각에 대한 기호설명은 하기와 같다: P_Rv3130은 항원 Rv3130c의 프로모터 서열이고; P_Ag85B는 항원 85B(즉 Rv1886c)의 프로모터 서열이고; 항원 Y는 마이코박테리움 항원 TB10.4(즉 Rv0288)이고; Ag85B는 항원 85B를 암호화하는 DNA 서열(즉 Rv1886c)이고; Ag85A는 항원 85A를 암호화하는 유전자(즉 Rv3804c)이고; aph는 아미노글리코시드 포스포트랜스퍼라제 유전자(유전자 은행 수탁 번호: X06402)이며, 플라스미드에 가나마이신 내성을 부여하고; OriE는 pUC 복제 기원이고(유전자 은행 수탁 번호: AY234331); LeuD는 3-아이소프로필말레이트 데하이드라타제를 암호화하는 유전자(즉 Rv2987c)이고; oriM은 마이 코박테리움에서의 복제 기원(유전자 은행 수탁 번호: M23557)이다.

도 4는 대립유전자 교환의 주요 단계들에 대한 흐름도이다.

도 5는 발현 플라스미드의 존재에 대한 선택된 콜로니의 PCR 분석이다. PCR을 물질 및 방법에 개시된 바와 같이 수행하였다. PCR 산물을 1.0％ 아가로스 젤에서 젤 전기영동에 의해 분석하였다. 레인 1: DNA 사다리(Invitrogen)를 1Kb + DNA 표준으로서 사용하였다. 레인 2: PCR 주형 음성 대조군; 레인 3: BCG 균주 데니쉬 1331에 대한 PCR; 레인 4 내지 7: 각각 콜로니 번호 59, 61, 69 및 84에 대한 PCR; 레인 8: 블랭크 부하 웰; 레인 9: 원래 플라스미드용 PCR.

본 발명은 결핵에 대한 백신화제로서 사용하기 위한 개선된 백신 성질을 갖는 유전자 가공된(재조합) 마이코박테리움 균주를 제공한다. 상기는 다양한 특징들을 가지며, 이들은 각각 상기 균주의 면역원성을 증가시키는 작용을 한다. 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주를 그의 효능 있는 면역원성에 대해 의도적으로 선택된 모 균주로부터 발생시킨다. 즉, 유전자 조작을 겪도록(예를 들어 결핵 항원을 과발현하도록) 모 균주로서 선택된 마이코박테리움 균주를 선택하는데, 그 이유는 유전자 조작 전이라도, 상기가 백신화된 숙주에서 효능 있는 면역 반응을 유도하는 능력을 나타내기 때문이다. BCG 균주 데니쉬 1331이 일례이다. 이어서 상기와 같은 균주를 바람직하게는 예를 들어 관심 결핵 항원을 과발현하도록 변경시킨다. 바람직하게는, 생체 내 활성화되는 프로모터를 유전자 재조합 마이코박테리움에 사용한다. 또한, 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주를 항생제 내성에 의한 것 이외의 것을 기준으로 선택 가능하도록 유전자 가공하여, 상기를 인간 집단에서 백신화제로서 안전하게 사용할 수 있게 한다. 일례로서, 마이코박테리움 복제에 필요한 유전자를 제거하여 발현 플라스미드에 넣는다. 또한, 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주는 그람 음성 세균으로의 수평 전이를 겪지 않으며 따라서 숙주 유기체로부터 "이탈"할 수 없다. 이는 또한 인간 집단에서 백신제로서의 상기의 안전성을 보장한다. 또한, 본 발명의 재조합 마이코박테리움 균주는 결핵 백신에 사용하기에 탁월한 작용제이지만, 상기를 또한 결핵과 관련된 것 이외의 항원을 발현 또는 과발현하도록 유전자 가공할 수 있으며, 따라서 상기는 또한 다른 질병에 대한 백신제로서 유용하다.

본 발명의 바람직한 실시태양에서, 상기 마이코박테리움 균주는 감독된 균주, 예를 들어 BCG이다. 그러나, 당해 분야의 숙련가들에 의해 쉽게 인식되는 바와 같이, 다른 감독 및 감독되지 않은 마이코박테리움 균주를 또한 사용할 수 있다. 추가적인 유형의 마이코박테리움의 예로는 비 제한적으로 마이코박테리움 마이크로티, 마이코박테리움 H37Ra, 마이코박테리움 바카에 등이 있다.

BCG 균주 선택

종래 기술은 BCG가 동종 균주가 아니며 대신에 독특한 유전자 계통의 배열을 발생시켰음을 제시한다(Oettinger et al., Tuber Lung Dis. 79(4):243-250; 1999). 최근까지, 이러한 차이가 BCG 계열 구성원들의 면역원성 및 효능을 변화시키는 지의 여부는 분명하지 않았다. 그러나, 본 발명에 개시된 바와 같이, 본 발명에 이르러 재조합 BCG(본 발명에서 rBCG)가 유래하는 특정 균주가 rBCG의 면역원성 효능에 상당한 차이를 발생시킴이 밝혀졌다. 하기 실시예 1은 BCG 균주 데니스 1331(본 발명에서 "BCG₁₃₃₁"이라 지칭됨)이 BCG_Tice에 비해 우수한 백신임을 나타낸다. 따라서, 균주 rBCG30에서 항원 85B의 과발현이, rBCG30이 유래하는 모 균주 BCG_Tice의 면역원성을 증가시켰지만, 상기 BCG tice 균주에서 항원 85B를 과발현하는 rBCG30은 BCG₁₃₃₁의 효능을 획득하지 못했다. 따라서, BCG에서의 항원 과발현으로부터 획득한 몇몇 이점들을 상기 백신 제작 과정의 개시 시에 효능 있는 모 BCG를 선택함으로써 획득할 수 있다. 이러한 해법은 가늠 상 명백한 듯이 보일 수 있지만, 당해 분야의 지식인들은 이러한 보정을 수행할 수 없으며(Horwitz et al., Proc Natl Acad Sci USA 97(25):13853-13858; 2000), 이는 지금까지 모 BCG 균주가 rBCG 백신의 제작을 개시하기 전에 적합한 효능을 나타내었는지의 여부를 먼저 측정하는 것이 통상적이거나 필수적인 것은 아님을 설명한다. 상기와 같은 균주는 BCG 및 TB 항원 또는 외부 항원의 과발현에 매우 적합하다.

효능 있는 모 BCG 균주를 예를 들어 비 제한적으로 BCG₁₃₃₁, BCG 파스퇴르, BCG 토쿄 및 BCG 코펜하겐의 그룹으로부터 선택할 수 있다. 상기 모 BCG 균주는 생육성 마이코박테리움 튜베르큘로시스 시험접종 유기체의 수준을 하기 실시예 1에 나타낸 바와 같이 저 용량 에어로졸 기니 피그 시험접종 모델에서 BCT Tice보다 0.4 x 10¹⁰ 이상까지 감소시켜야 한다.

BCG의 면역원성의 향상

상기 논의된 바와 같이, BCG의 면역원성은 침입성이 아니다. 더욱이, 실시예 1은 BCG 항원의 면역원성을 BCG의 유전자 변형을 통해 향상시킬 수 있지만, 상기와 같은 변형은 기니 피그 시험접종 모델에서 상기 재조합 변화가 수행된 모 BCG 균주에 효능이 결여되는 경우 논의의 여지를 발생시킴을 보여준다. 이러한 교시에 대한 추론은 BCG의 면역원성을 추가로 향상시키는 변형이 상기와 같은 모 균주로부터 유래된 재조합 균주의 면역원성을 추가로 개선시킬 것이라는 것이다.

상기 상세히 개시한 접근법을 rBCG 백신 및 백신 벡터가 유래된 모체로서 작용하도록 적합한 BCG 균주를 선택하는 경우, 목적하는 rBCG 백신 및 백신 벡터를 생성시키는 유전자 변형을 상기 균주에 도입시킨다. 개별적인 rBCG 균주의 제조에 사용되는 방법은 본 발명에 중요하지 않으며 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 임의의 방법 또는 방법들의 조합으로부터 선택할 수 있다(Horwitz et al., PNAS 97(25):13853-13858; 2000; Hess et al., Proc Natl Acad Sci USA, 95:5299-5304; 1998).

더욱이, 상기 rBCG 백신은 감염 후 생체 내에서 활성화되는 프로모터를 사용하여 이익을 얻는다. 예를 들어, 구성적으로 활성인 프로모터, 예를 들어 항원 85B, 항원 85A, Hsp60 또는 Rv1908c(KatG)로부터의 프로모터를 사용하는 것은 상기 항원을 면역 후 생체 내에서 구성적으로 발현할 수 있게 한다. 따라서, 강건한 면역 반응이 감염 과정 동안 각 단계의 감염에 대해 유도된다. 잠복기 활성 프로모터, 예를 들어 유전자 Rv2032, Rv3127, Rv2031c 또는 Rv3030c 등으로부터의 프로모터를 선택하여 rBCG가 선택된 항원을 발현하게 할 수 있지만, rBCG 접종시 특히 잠복기 특이 항원은 면역 후 생체 내에서 잠복기에 들어간다.

발현 벡터

비 항생제 선택 시스템의 개발

상술한 바와 같이, rBCG 균주에서 현재 보호 항원의 과발현에 유용한 플라스미드는 유지를 위한 항생제 내성 유전자에 대한 그의 의존성, 및 상기와 같은 플라스미드의 광범위한 미생물 숙주 배열로의 고유한 전이 능력(이에 의해 항생제 내성 유전자 및 항원 발현 카세트가 주변 유기체로 확산되는 위험이 제기된다)에 기인하여 허용될 수 없다. 이러한 중요한 한계를 극복하기 위해서, 본 발명은 rBCG와 같은 마이코박테리움 숙주 균주에서 발현 벡터의 도입 및 유지를 위한 신규의 비 항생제 선택 시스템 및 일방 셔틀 시스템을 개시한다.

플라스미드의 비 항생제 선택은 발현 플라스미드에서의 숙주 유전자의 작용성 사본을 통합시킴으로써 복제 및 후속의 결실 보완에 필수적인 상기 유전자를 선택적으로 결실시킴으로써 성취된다. 따라서, 상기 세균 숙주는 생존을 위해 발현 플라스미드에 의존하며, 이는 상기 플라스미드를 항생제 선택 부재 하에서 마이코박테리움 숙주 내부에서 유지시키는 기전을 생성시킨다. 바람직한 방법은 영양요구성 표현형을 생성시키는 유전자의 불활성화를 수반한다. 예를 들어 M. tb 및 BCG에서, leuD 유전자(게놈 서열 ID# Mb3011C)의 불활성화는 류신 의존성 표현형을 생성시키며 불활성화된 leuD 유전자를 함유하는 균주는 생존을 위해 류신 보충에 의존한다(Hondalus et al., Infect Immun. 68(5):2888-98, 2000). 또한, 마이코박테리움 ΔleuD 균주는 생체 내에서 복제할 수 없으며(Hondalus et al., 상기, 2000), 따라서 엠 티비 및 rBCG ΔleuD 돌연변이체는 생체 외 및 생체 내에서 leuD⁺ 플라스미드를 유지할 것이다.

영양요구성 돌연변이를 표적 마이코박테리움 균주에 도입시키는 특정한 방법은 본 발명에 중요하지 않으며 당해 분야의 숙련가들에게 널리 공지된 임의의 대립유전자 교환 방법으로부터 선택될 수 있다(Parish et al, Microbiology, 145:3497-3503; 1999). 유사하게, 상기 영양요구 돌연변이의 보완은 상기 불활성화된 유전자(예를 들어 leuD⁺)의 작용성 사본을 발현 벡터 상에 도입시킴으로써 성취된다. 상기 발현 벡터는 또한 표적 엠 티비 및 rBCG 균주에서 복제하기 위해서 마이코박테리움 복제 기원(예를 들어 OriM; Labidi et al., Plasmid, 27(2):130-140; 1992)을 필요로 한다. 상기와 같은 플라스미드를 포함하는 마이코박테리움 균주는 배지로부터 류신을 회수할 때 생존을 위한 플라스미드 암호화된 leuD 유전자의 발현에 의존할 것이다.

신규의 일방 셔틀 벡터의 개발

상기 과정은 엠 티비 및 rBCG에서 발현 벡터의 유지를 위해 선택 시스템을 생성시키기 위한 접근법을 개시한다. 그러나, 상기 벡터 시스템은 마이코박테리움에 도입 전에 상기 플라스미드 구조의 효율적인 조작을 위해서 에스케리키아 콜라이에서 복제할 수 있어야 한다. 더욱 또한, 플라스미드 제작 중에 사용될 수 있는 잠재적인 재조합 이 콜라이 숙주 균주를 확장시켜, 연구자들이 플라스미드 제작을 용이하게 하는 이 콜라이 숙주를 사용할 수 있기 위해서, 상기 발현 벡터에서 항생제 선택 마커(예를 들어 가나마이신 내성) 및 광범위한 숙주 범위 복제 기원(예를 들어 OriE; Halpern et al., Proc Natl Acad Sci, USA 76(12): 6137-6141; 1979; Mosig et al., New Biol 1(2):171-179; 1989)을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 요소들은 독특한 제한 엔도뉴클레아제 절단 부위(예를 들어 NdeI)에 의해 인접하여 상기 플라스미드를 표적 마이코박테리움 균주 내로 도입시키기 전에 항생제 내성 마커 및 이 콜라이 복제 기원의 제거를 가능하게 한다. 또한, 항원 발현 카세트가 도입될 수 있는 독특한 제한 엔도뉴클레아제 부위를 포함시킨다.

일단 상기가 이 콜라에서 성취되고 목적하는 플라스미드가 동정되고 특성화되었으면, 재조합 플라스미드 DNA를 단리하고 상기 항생제 선택 마커 및 OriE를 유리시키는 제한 엔도뉴클레아제로 절단한다. 이어서 상기 절단된 플라스미드 DNA를 T4 DNA 리가제를 사용하여 연결시킨다. 따라서 생성된 플라스미드는 숙주 마이코박테리움의 영양요구성을 보완하고, 항생제 내성을 나타내지 않으며, 그람 음성 세균에서 복제할 수 없는 유전자를 함유한다. 이어서 항원 발현 카세트를 또한 포함할 수 있는 플라스미드를 표준 일렉트로포레이션 과정을 사용하여 표적 마이코박테리움 영양요구 돌연변이체에 도입시킨다. 상기 플라스미드를 포함하는 재조합 균주를 생육에 필요한 대사산물(예를 들어 류신)이 결여된 배지에서 배양시켜 단리시킨다. 상기 시스템의 독특한 이점은 최종 발현 플라스미드가 더 이상 항생제 내성 유전자를 갖지 않는다는 것이다. 따라서 상기는 항생제 내성 유전자를 현재 통상적으로 사용되는 발현 플라스미드와 같은 환경으로 확산시킬 수 없다. 또한, 본 발명의 발현 플라스미드는 상기와 같은 복제를 가능하게 하는 유전자 요소가 결실되어 있으므로 광범위한 숙주 범위에서 더 이상 복제할 수 없다. 상기와 같은 벡터를 따라서 "일방" 셔틀 벡터라 명명한다.

TB 항원의 과발현

본 발명에서, 상기 일방 셔틀 벡터의 발현 카세트에 통합되고 이어서 rBCG에 통합된 유전자는 엠 티비 면역원을 암호화할 수 있다. 상기 엠 티비 면역원은 예를 들어 완전한 길이의 고유 단백질, 2 개 이상의 엠 티비 면역원 또는 유사물질 간의 키메릭 융합물, 또는 마이코박테리움 튜베르큘로시스로부터 기원하는 엠 티비 면역원의 단편 또는 그의 단편일 수 있다.

엠 티비 항원을 생체 내 하나 이상의 마이크로박테리움 감염 단계 중에 활성인 프로모터의 조절 하에서 상기 일방 셔틀 벡터에 의해 발현시킨다. 특정한 프로모터가 본 발명에 중요하지 않지만 구성적으로 활성인 프로모터, 예를 들어 항원 85B, Hsp60, 항원 85A, Rv1908(KatG), 및/또는 유전자 Rv3130C(Florczyk et al., Infect Immun 71(9):5332-5343; 2003; Voskuil et al., J Exr Med 198(5):705-713; 2003), Rv2032, Rv3127 및/또는 Rv2031c에 대한 프로모터와 같이 잠복 감염 중에 활성인 프로모터 중에서 선택될 수 있다. 항원 발현 수준을 증가시키기 위해서, 마이코박테리움 벡터 균주의 미니 세포 생산 유도체를 사용할 수 있다. 마이코박테리움 종의 미니 세포 생산 균주를 FtsZ(게놈 데이터베이스 #Mb2174c)의 과 발현 또는 whiB3의 부위 지향된 불활성화에 의해 생산한다. FtsZ 발현 수준의 변경 또는 whiB3의 불활성화를 당해 분야의 숙련가들에게 널리 공지된 표준 유전자 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, FtsZ 과발현을, ftsZ 유전자를 강한 프로모터, 예를 들어 구성적으로 활성인 프로모터, 예를 들어 항원 85B, 항원 85A, Hsp60, 또는 Rv1908c(KatG), 및/또는 유전자 Rv3130C(Florczyk et al., 상기, 2003; Voskuil et al., 상기, 2003), Rv2032, Rv3127 및 Rv2031c에 대한 프로모터와 같이 잠복 감염 중에 활성인 프로모터의 조절 하에서 일방 셔틀 벡터에 통합시킴으로써 성취한다.

재조합 마이코박테리움에 삽입할 수 있는 외부 항원의 예

본 발명에서, 마이코박테리움 벡터에 의해 운반되는 일방 셔틀 벡터의 발현 카세트는 면역원을 암호화할 수 있으며, 상기 면역원은 바이러스, 세균 및 기생충 병원체로부터의 외부 면역원, 또는 내생 면역원, 예를 들어 비 제한적으로 자가면역 항원 또는 종양 항원일 수 있다. 상기 면역원은 완전 길이 고유 단백질, 외부 면역원과 내생 단백질 또는 유사물질간의 키메릭 융합물, 또는 바이러스, 세균 및 기생충 병원체로부터 기원하는 면역원의 단편 또는 그의 단편일 수 있다.

본 발명에 사용된 바와 같이 "외부 면역원"은 수용 동물 세포 또는 조직에서 통상적으로 발현되지 않는 단백질 또는 그의 단편, 예를 들어 비 제한적으로 바이러스 단백질, 세균 단백질, 기생충 단백질, 사이토킨, 케모킨, 면역조절제, 또는 치료제를 의미한다.

"내생 면역원"은 수용 동물 세포 또는 조직에 천연적으로 존재하는 단백질 또는 그의 일부, 예를 들어 비 제한적으로 내생 세포 단백질, 면역조절제 또는 치료제를 의미한다. 한편으로 또는 또한, 상기 면역원을 합성 유전자에 의해 암호화하고 당해 분야의 숙련가들에게 공지된 통상적인 재조합 DNA 방법을 사용하여 제작할 수 있다.

외부 면역원은 동물 숙주에 들어가거나, 콜로니화하거나, 복제하기 전 또는 도중에 임의의 바이러스, 세균 또는 기생충 병원체에 의해 발현되는 임의의 분자일 수 있다. 상기 rBCG는 바이러스, 세균 및 기생충 병원체로부터 기원하는 면역원 또는 그의 일부를 발현할 수 있다. 이러한 병원체는 인간, 가축 또는 야생 동물 숙주에서 감염성일 수 있다.

상기 바이러스 항원이 유도되는 바이러스 병원체로는 비 제한적으로 오쏘믹소바이러스, 예를 들어 인플루엔자 바이러스(분류 ID: 59771); 레트로바이러스, 예를 들어 RSV, HTLV-1(분류 ID: 39015), 및 HTLV-II(분류 ID: 11909), 파필로마비리다에, 예를 들어 HPV(분류 ID: 337043), 헤르페스바이러스, 예를 들어 EBV 분류 ID: 10295); CMV(분류 ID: 10358) 또는 헤르페스 단순 바이러스(ATCC#: VR-1487); 렌티바이러스, 예를 들어 HIV-1(분류 ID: 12721) 및 HIV-2(분류 ID: 11709); 라브도바이러스, 예를 들어 광견병; 피코르노바이러스, 예를 들어 폴리오바이러스(분류 ID: 12080); 폭스바이러스, 예를 들어 우두(분류 ID: 10245); 로타바이러스(분류 ID: 10912); 및 파르보바이러스, 예를 들어 아데노 관련 바이러스 1(분류 ID: 85106)가 있다.

바이러스 항원의 예를 비 제한적으로 인간 면역결핍 바이러스 항원 Nef(National Institute of Allergy and Infectious Disease HIV Repository 목록 번호 183; Genbank 수탁 # AF238287), Gag, Env(National Institute of Allergy and Infectious Disease HIV Repository 목록 번호 2433; Genbank 수탁 # U39362), Tat(National Institute of Allergy and Infectious Disease HIV Repository 목록 번호 827; Genbank 수탁 # M13137), Tat의 돌연변이 유도체, 예를 들어 Tat-Δ31-45(Agwale et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99:10037; 2002), Rev(National Institute of Allergy and Infectious Disease HIV Repository 목록 번호 2088; Genbank 수탁 # L14572), 및 Pol(National Institute of Allergy and Infectious Disease HIV Repository 목록 번호 238; Genbank 수탁 # AJ237568) 및 gp120의 T 및 B 세포 에피토프(Hanke and McMichael, AIDS Immunol Lett., 66:177; 1999); (Hanke, et al., Vaccine, 17:589; 1999); (Palker et al., J. Immunol., 142:3612-3619; 1989) HIV-1 Env 및 gp120의 키메릭 유도체, 예를 들어 비 제한적으로 gp120과 CD4 간의 융합(Fouts et al., J. Virol. 2000, 74:11427-11436; 2000); HIV-1 env의 불활성화 또는 개질된 유도체, 예를 들어 비 제한적으로 gp140(Stamatos et al., J Virol, 72:9656-9667; 1998) 또는 HIV-1 Env 및/또는 그의 gp140의 유도체(Binley, et al., J Virol, 76:2606-2616; 2002); (Sanders, et al., J Virol, 74:5091-5100(2000)); (Binley, et al., J Virol, 74:627-643; 2000), B형 간염 표면 항원(Genbank 수탁 번호 AF043578); (Wu et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 86:4726-4730; 1989); 로타바이러스 항원, 예를 들어 VP4(Genbank 수탁 # AJ293721); (Mackow et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 87:518-522; 1990) 및 VP7(GenBank 수탁 # AY003871); (Green et al., J. Virol., 62:1819-1823; 1988), 인플루엔자 바이러스 항원, 예를 들어 헤마글루티닌 또는 (GenBank 수탁 # AJ404627); (Pertmer and Robinson, Virology, 257:406; 1999); 핵단백질(GenBank 수탁 # AJ289872); (Lin et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 97:9654-9658; 2000) 헤르페스 단순 바이러스 항원, 예를 들어 티미딘 키나제(Genbank 수탁 # AB047378); (Whitley et al., In: New Generation Vaccines, pages 825-854; 2004)의 그룹에서 찾을 수 있다.

세균 항원이 유도되는 세균 병원체로는 비 제한적으로 마이코박테리움 스페시즈, 헬리코박터 파이로리, 살모넬라 스페시즈, 시겔라 스페시즈, 이 콜라이, 리켓차 스페시즈, 리스테리아 스페시즈, 레지오넬라 뉴모니아에, 슈도모나스 스페시즈, 비브리오 스페시즈 및 보렐리아 부르그도르페리가 있다.

세균 병원체의 보호 항원의 예로는 장독성 이 콜라의 체 항원, 예를 들어 CFA/I 가는털 항원(Yamamoto et al., Infect. Immun., 50:925-928; 1985) 및 열 불안정성 독소의 무독성 B-서브유닛(Klipstein et al., Infect. Immun., 40:888-893; 1983); 보르데텔라 페루투시스(Roverts et al., Vacc., 10:43-48; 1992), 비 페르투시스의 아데닐레이트 사이클라제-헤모리신(Guiso et al., Micro. Path., 11:423-431; 1991), 클로스트리듐 테타니의 테타누스 독소의 단편 C(Fairweather et al., Infect. Immun., 58:1323-1326; 1990), 보렐리아 부르그도르페리의 OspA(Sikand et al., Pediatrics, 108:123-128; 2001); (Wallich et al., Infect Immun, 69:2130-2136; 2001), 리켓차 프로와제키 및 리켓차 타이피의 보호성 파라결정성-표면층 단백질(Carl et al., Proc Natl Acad Sci USA, 87:8237-8241; 1990), 리스테리오리신(또한 "Llo" 및 "Hly"로서 공지됨) 및/또는 리스테리아 모노사이토젠의 초산화 디스뮤타제(또한 "SOD" 및 "p60"으로서 공지됨)(Hess, J., et al., Infect. Immun. 65:1286-92; 1997); Hess, J. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 93:1458-1463; 1996); (Bouwer et al., J. Exp. Med. 175:1467-71; 1992), 헬리코박터 파이로리의 우레아제(Gomez-Duarte et al., Vaccine 16, 460-71; 1998); (Corthesy-Theulaz, et al., Infection ＆ Immunity 66, 581-6; 1998), 및 바실러스 안트라시스 보호 항원 및 치사 인자 수용체 결합 도메인(Price, et al., Infect. Immun. 69, 4509-4515; 2001)이 있다.

기생충 병원체가 유도되는 기생충 병원체로는 비 제한적으로 플라스모듐 스페시즈, 예를 들어 플라스모듐 팔시파룸(ATCC# 30145); 트립파노솜 스페시즈, 예를 들어 트립파노소마 크루지(ATCC# 50797); Giardia 스페시즈, 예를 들어 지아르디아 인테스티날리스(ATCC# 30888D); 부필루스 스페시즈, 바베시아 스페시즈, 예를 들어 바베시아 미크로티(ATCC# 30221); 엔타모에바 스페시즈, 예를 들어 엔타모에바 히스톨리티카(ATCC# 30015); 에이메리아 스페시즈, 예를 들어 에이메리아 막시마(ATCC# 40357); 레이슈마니아 스페시즈(분류 ID: 38568); 치스토솜 스페시즈, 브루지아 스페시즈, 파치다 스페시즈, 디로필라리아 스페시즈, 우체레리아 스페시즈 및 온코세레아 스페시즈가 있다.

기생충 병원체의 보호 항원의 예로는 플라스모듐 스페시즈의 써큠스포로조아이트 항원(Sadoff et al., Science, 240:336-337; 1988), 예를 들어 피 베르제리의 써큠스포로조아이트 항원 또는 피 팔시파룸의 써큠스포로조아이트 항원; 플라스모듐 스페시즈의 메로조아이트 표면 항원(Spetzler et al., Int. J. Pept. Prot. Res., 43:351-358; 1994); 엔타모에바 히스톨리티카의 갈락토스 특이성 렉틴(Mann et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 88:3248-3252; 1991), 레이슈마니아 스페시즈의 gp63(Russell et al., J. Immunol., 140:1274-1278; 1988); (Xu and Liew, Immunol., 84:173-176; 1995), 레이슈마니아 메이저의 gp46(Handman et al., Vaccine, 18:3011-3017; 2000) 브루지아 말라이의 파라미오신(Li et al., Mol. Biochem. Parasitol., 49:315-323; 1991), 치스토소마 만소니의 트리오스-포스페이트 아이소머라제(Shoemaker et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 89:1842-1846; 1992); 트리코스트론질루스 콜루브리포르미스의 분비된 글로빈형 단백질(Frenkel et al., Mol. Biochem. Parasitol., 50:27-36; 1992); 프라시올라 헤파티카의 글루타치온-S-트랜스퍼라제(Hillyer et al., Exp. Parasitol., 75:176-186; 1992), 치스토소마 보비스 및 에스 자포니쿰(Bashir et al., Trop. Geog. Med., 46:255-258; 1994); 및 치스토소마 보비스 및 에스 자포니쿰의 KLH(Bashir et al., 상기, 1994)가 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 rBCG 백신은 내생 면역원을 암호화할 수 있으며, 상기 면역원은 임의의 세포 단백질, 면역조절제, 또는 치료제 또는 그의 일부일 수 있고, 수용 세포, 예를 들어 비 제한적으로 종양, 이식 및 자가면역 면역원, 또는 종양, 이식 및 자가면역 면역원의 단편 및 유도체에서 발현될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 rBCG는 종양, 이식편, 또는 자가면역 면역원, 또는 그의 일부 또는 유도체를 암호화할 수 있다. 한편으로, 상기 rBCG는 합성 유전자를 암호화할 수 있으며(상술한 바와 같이), 상기 유전자는 종양 특이적이거나, 이식편 또는 자가면역 항원 또는 그의 일부를 암호화한다.

종양 특이 항원의 예로는 전립선 특이 항원(Gattuso et al., Human Pathol., 26:123-126; 1995), TAG-72 및 CEA(Guadagni et al., Int. J. Biol. Markers, 9:53-60; 1994), MAGE-1 및 티로시나제(Coulie et al., J. Immunothera., 14:104-109; 1993)가 있다. 최근에, 마우스에서 종양 항원을 발현하는 비 악성 세포에 의한 면역화가 백신 효과를 제공하며, 또한 동일한 항원을 나타내는 악성 종양 세포를 제거하는 면역 반응을 상기 동물에게 제공하는데 일조하는 것이 입증되었다(Koeppen et al., Anal. N.Y. Acad. Sci., 690:244-255; 1993).

이식 항원의 예로는 T 세포 상의 CD3 분자가 있다(Alegre et al., Digest. Dis. Sci., 40:58-64; 1995). CD3 수용체에 대한 항체 처리는 순환하는 T 세포를 신속히 제거하고 세포 매개된 이식 거부를 역전시키는 것으로 나타났다(Alegre et al., 상기, 1995).

자가면역 항원의 예로는 IAS β 쇄가 있다(Topham et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 91:8005-8009; 1994). IAS β 쇄로부터의 18 개 아미노산 펩타이드에 의한 마우스의 백신화는 실험적인 자가면역 뇌척수염이 있는 마우스에게 보호 및 치료를 제공하는 것으로 나타났다(Topham et al., 상기, 1994).

항원보강제를 발현하는 rBCG의 개발

면역원 및 항원보강제를 암호화하는 rBCG를 제작하고, 상기 rBCG에 대한 숙주 반응을 증가시키는데 사용할 수 있다. 한편으로, 상대 rBCG에 의해 암호화된 면역원에 대한 숙주 반응을 증가시키기 위해 다른 rBCG와 혼합하여 투여되는, 항원보강제를 암호화하는 rBCG를 제작할 수 있다.

상기 rBCG에 의해 암호화된 특정한 항원보강제는 본 발명에 중요하지 않으며 콜레라 독소의 A 서브유닛(즉 CtxA; GenBank 수탁 번호 X00171, AF175708, D30053, D30052) 또는 그의 일부 및/또는 돌연변이 유도체(예를 들어 Ctx의 A 서브유닛의 A1 도메인(즉, CtxA1; GenBank 수탁 번호 K02679), 임의의 전통적인 비브리오 콜레라에(예를 들어 브이 콜레라에 균주 395, ATCC# 39541) 또는 E1 Tor 브이 콜레라에(예를 들어 브이 콜레라에 균주 2125, ATCC# 39050) 균주일 수 있다. 한편으로, 세균 아데노신 다이포스페이트-비로실화 외독소 계열의 일원인 임의의 세균 독소(Krueger and barbier, Clin. Microbiol. Rev., 8:34; 1995)를 CtxA 대신에 사용할 수 있으며; 예를 들어 장독성 에스케리키아 콜라이(GenBank 수탁# M35581)의 열 불안정성 독소의 A 서브유닛, 페르투시스 독소 S1 서브유닛(예를 들어 ptxS1, GenBank 수탁# AJ007364, AJ007363, AJ006159, AJ006157 등)이 있으며; 추가의 대안으로서, 상기 항원보강제는 보르데텔라 페르투시스(ATCC# 8467), 보르데텔라 브론치셉티카(ATCC# 7773) 또는 보르데텔라 파라페르투시스(ATCC# 15237)의 아데닐레이트 사이클라제 헤모리신 중 하나, 예를 들어 비 페르투시스(GenBank 수탁 번호 X14199), 비 파라페르투시스(GenBank 수탁 번호 AJ249835) 또는 비 브론치셉티카(GenBank 수탁 번호 Z37112)의 cyaA 유전자일 수 있다.

면역조절제를 발현하는 rBCG의 개발

면역원 및 사이토킨을 암호화하는 rBCG를 제작하고, 상기 rBCG에 대한 숙주 반응을 증가시키는데 사용할 수 있다. 한편으로, 상대 rBCG에 의해 암호화된 면역원에 대한 숙주 반응을 증가시키기 위해 다른 rBCG와 혼합하여 투여되는, 상기 사이토킨만을 암호화하는 rBCG를 제작할 수 있다.

상기 rBCG에 의해 암호화된 특정한 사이토킨은 본 발명에 중요하지 않으며, 비 제한적으로 인터류킨-4(본 발명에서 "IL-4"라 칭한다; GenBank 수탁 번호 AF352783(쥐 IL-4) 또는 NM_000589(인간 IL-4), IL-5(GenBank 수탁 번호 NM_010558(쥐 IL-5) 또는 NM_000879(인간 IL-5), IL-6(GenBank 수탁 번호 M20572(쥐 IL-6) 또는 M29150(인간 IL-6), IL-10(GenBank 수탁 번호 NM_010548(쥐 IL-10) 또는 AF418271(인간 IL-10), IL-12_p40(GenBank 수탁 번호 NM_008532(쥐 IL-12 p40) 또는 AY008847(인간 IL-12 p40), IL-12_p-70(GenBank 수탁 번호 NM_008351/NM_008352(쥐 IL-12 p35/40) 또는 AF093065/AY008847(인간 IL-12 p35/40), TGFβ(GenBank 수탁 번호 NM_011577(쥐 TGFβ1) 또는 M60316(인간 TGFβ1), 및 TNFα Genbank 수탁 번호 X02611(쥐 TNFα) 또는 M26331(인간 TNFα)를 포함한다.

세포자멸은 프로그램화된 세포사이며 그의 유도 및 결과의 면에서 괴사성 세포사와 대단히 상이하다. 외부 항원을 함유하는 세포의 세포자멸은 상기와 같은 항원에 대한 세포 면역의 강력한 공지된 자극인자이다. 항원 함유 세포의 세포자멸이 세포 면역성을 유도하는 과정을 때때로 교차 프라이밍이라 칭하였다(Heath et al., G.T. Belz, G.M. Behrens, C.M. Smith, S.P. Forehan, I.A., Parish, G.M. Davey, N.S. Wilson, F.R. Carbone, and J.A. Villandangos. 2004. 교차 표시, 수지상 세포 서브셋, 및 세포 항원에 대한 면역성의 발생. Immunol Rev 1999:9; Gallucci, S., M. Lolkema, and P, Matzinger. 1999. 천연 항원보강제: 수지상 세포의 내생 활성제. Nature Biotechnology. 5:1249; Albert, M.L., B. Sauter, and N. Bhadrdwaj. 1998. 수지상 세포는 세포자멸 세포로부터 항원을 획득하고 제 I 형 제한된 CTL을 유도한다. Nature 392:86). 항원 특이적인 세포 매개된 면역성을 증가시키는 세포자멸의 유도 기전이 여러 가지 존재한다. 카스파제 8 매개된 세포자멸은 항원 특이적인 세포 면역 보호를 유도한다. rBCG에 의한 카스파제 8의 생산, 및 BCG 및 rBCG에 의해 과발현된 다른 결핵 항원뿐만 아니라 BCG 자체의 항원에 대한, 상기 rBCG에 의해 발현된 외부 항원과 관련하여 rBCG에 의한 진핵 세포 세포질 중의 분비는 높은 수준의 항원 특이적 세포 면역성을 도출할 것이다. 사망 수용체-5(DR-5)(또한 TRAIL-R2(TRAIL 수용체 2) 또는 TNFR-SF-10B(종양 괴사 인자-상과 구성원 10B)로서도 공지됨)가 또한 카스파제 8 매개된 세포자멸을 매개한다(Sheridan, J.P. S.A. Marsters, R.M. Pitti, A. Gruney, M. Skutbatch, D. Baldwin, L. Ramakrishnan, C.L. Gray, K. Baker, W.I. Wood, A.D. Goddard, P. Godowski, and A. Ashkenazi. 1997. 자취의 조절은 신호 계열 및 유인 수용체에 의해 세포자멸을 유도하였다. Science 277:818). 리오바이러스 유도된 세포자멸은 TRAIL-DR5에 의해 매개되어 상기 바이러스의 후속적인 제거를 발생시킨다(Clake, P., S. M. Meintzer, S. Gibson, C. Widmann, T.P. Garrington, G.L. Johnson, and K.L. Tyler. 2000. 리오바이러스 유도된 세포자멸은 TRAIL에 의해 매개된다. J. Virol. 74:8135. 재조합 BCG에 의한 DR-5의 발현은 rBCG 발현된 항원에 대한 항원 특이적 세포 면역성의 유도에 강력한 항원보강 효과를 제공할 것이다. 또한, 항원 발현 세포는 항원 특이적인 세포 면역 반응의 유도에 강력한 자극인자인 Fas 연결을 통해 세포자멸을 겪도록 유도할 수 있다(Chattergoon, M.A., J.J. Kim, J.S. Yang, T.M. Robbinson, D.J. Lee, T. Dentchev, D.M. Wilson, V. Ayyavoo, and D.B. Weiner. 2000. 가공된 Fas-매개된 세포자멸에 의한 수지상 세포를 포함한 항원 제공 세포로의 표적화된 항원 전달. Nat Biotechnology 18:974). Fas 또는 Fas 세포질 도메인/CD4 외부도메인 융합 단백질을 발현하는 재조합 BCG는 세포자멸 및 증대된 항원 특이적인 세포 면역 반응을 유도할 것이다.

상술한 바와 같이 세포자멸의 증강인자를 생산하는, rBCG에 의한 세포 면역성의 향상은 rBCG 항원 또는 rBCG에 의한 과발현을 특이적으로 암호화하는 항원으로 국한되지 않고 상기 rBCG가 침입할 수 있는 진핵 세포 중의 임의의 항원을 포함한다. 일례로서, 상기와 같은 rBCG가 세포자멸을 유도하는 종양 세포로 전달되는 경우, 중요한 종양 항원에 대한 세포 면역성이 상기 종양 및/또는 전이의 제거, 감소 또는 예방과 함께 유도될 것이다. 이러한 항종양 효과는 방광암의 경우와 같이 국소적으로 제공되는 경우 BCG가 생성시키는 일반적인 항종양 효과 이외의 것일 것이다.

본 발명의 추가의 실시태양에서, 세포자멸의 특정한 매개체의 생산에 의해 향상되고, 종양 또는 다른 세포 내부로 전달되는 rBCG(이때 상기와 같은 rBCG는 또한 강한 세포 면역 반응이 실리는 외부 항원을 생산한다)는 상기 외부 항원을 함유하는 세포들에 대해 강한 세포 반응의 생성을 유도할 것이다. 이러한 세포 반응은 후속적인 종양 및/또는 전이의 제거, 감소 또는 예방과 함께 면역 매개된 종양 세포 파괴, 추가로 상기 종양 또는 다른 중요한 항원에 대한 세포 면역성의 교차 프라이밍 및 유도를 도출할 것이다. 상기와 같은 외부 항원의 예는 강한 이종 세포 반응이 실리는 숙주 세포 HLA와 상이한 HLA 항원이다.

세포자멸을 유도하는 성질이 또한 특정 종양 항원을 발현하는 세포자멸의 특정한 매개체의 발현에 의해 향상되는 rBCG는 상기 항원에 대한 일부 허용성을 파괴하여 상기 rBCG의 상기 종양 자체로의 직접적인 전달의 필요없이 종양 및/또는 전이를 제거, 감소 또는 예방함을 포함한, 상기 종양 항원에 대한 강한 항원 특이적 세포 반응을 유도할 것이다.

DNA 손상에 이은 세포자멸 또는 카스파제 9는 몇몇 항원에 대한 허용성을 유도한다(Hugues, S., E. Mougneau, W. Ferlin, D. Jeske, P. Hofman, D. Homann, L. Beaudoin, D. Schrike, M. Von Herrath, A. Lehuen, and N. Glaichenenhaus. 2002. 섬 항원에 대한 허용성 및 췌장 베타 세포의 제한된 세포자멸에 의해 유도된 당뇨병의 예방. Immunity 16:169). 허용성의 유도는 자가면역 질병, 예를 들어 비 제한적으로 당뇨병, 류마티스성 관절염, 크론병, 염증성 장 질환 및 다발성 경화증의 억제 또는 예방에 중요하다. 세포, 예를 들어 비 제한적으로 β 췌장 세포, 결장직장 및 신경 세포에서 rBCG에 의한 카스파제 9 또는 다른 세포자멸 매개된 허용성 유도 단백질의 생산은 제한된 세포자멸을 유도할 것이며 이는 상기 세포에서 자가면역성의 항원 표적에 대한 허용성을 유도하여 자가면역 질병 증상을 치료 또는 예방할 것이다. 자가면역 반응에 관련된 특이 항원의 동정은 상기 항원 및 카스파제 9 또는 세포자멸 매개된 허용성을 유도할 수 있는 다른 분자의 엔도솜 이탈 rBCG의 생산을 통해 상기 자가면역 표적 항원에 대한 허용성을 유도할 것이다. 상기와 같은 rBCG는 상기 자가면역 질병을 치료하고/하거나 예방할 것이다.

진핵 세포 또는 조직에서 면역조절제를 발현할 수 있는 rBCG를 생성시키기 위해 작용성 발현 카세트를 도입하는 재조합 DNA 및 RNA 과정을 하기에 개시한다.

하기의 실시예는 본 발명의 다양한 태양들의 예시로서 간주되어야 하며 본 발명의 실시를 제한하고자 하는 것은 아니다. 당해 분야의 통상의 숙련가들은 또 다른 물질, 조건 및 과정이 다양할 수 있으며 이는 명세서에 교시된 바와 같은 본 발명의 일반적인 범위로부터 이탈됨 없이 통상적인 숙련가의 기술 내에 있음을 알 것이다.

방법

마이코박테리움 균주의 배양

선택된 BCG 균주를 액체 배지, 예를 들어 미들브룩(Middlebook) 7H9 또는 셜튼(Saulton) 합성 배지에서, 바람직하게는 37 ℃에서 배양한다. 상기 균주를 정적 또는 교반된 배양물로서 유지시킬 수 있다. 또한, BCG의 증식율을 올레산(0.06％ v/v; Research Diagnostics 목록 번호 01257) 및 세제, 예를 들어 타이록사폴(0.05％ v/v; Research Diagnostics 목록 번호 70400)을 첨가하여 향상시킬 수 있다. BCG 배양물의 정제를 인산염 완충 염수(본 발명에서 PBS라 칭함)로 연속 희석한(예를 들어, 순수-10^-8에서 10 배 단계) BCG 배양물의 100 mcl 분액을 25 내지 30 ㎖의 고체 배지, 예를 들어 미들브룩 7H10을 함유하는 3.5 in 플레이트 상에 균일하게 확산시켜 평가할 수 있다. 또한, 상기 배양물의 정제를 상업적으로 입수할 수 있는 키트, 예를 들어 티오글리콜레이트 배지(Science Lab, 목록 번호 1891) 및 대두-카제인 배지(BD, 목록 번호 211768)를 사용하여 추가로 평가할 수 있다.

BCG 시드 로트를 -80 ℃에서 0.1-2 x 10⁷ cfu/㎖로 보관한다. 전형적으로는, 상기 액체 배양물을 멸균 대조군에 비해 0.2 내지 4.0의 광학 밀도(600 ㎚)에서 수확하고; 배양물을 적합한 크기의 원심분리기 튜브에 넣고 유기체를 8,000 x g에서 5 내지 10 분간 원심분리시킨다. 상등액을 버리고 유기체를 10 내지 30％(v/v) 글리세롤을 함유하는 미들브룩 7H9를 0.1-2 x 10⁷ cfu/㎖의 밀도로 포함하는 저장 용액에 재현탁시킨다. 상기 현탁액을 멸균 1.5 ㎖ 붕소 실리케이트 냉동기 바이알에 1 ㎖ 분액으로 분배하고 이어서 -80 ℃에서 보관한다.

일반적인 분자 생물학 기법

제한 엔도뉴클레아제(본 발명에서 "RE"; New England Biolabs Beverly, MA), T4 DNA 리가제(New England Biolabs, Beverly, MA) 및 Taq 폴리머라제(Life Technologies, Caithersburg, MD)를 제조사의 프로토콜에 따라 사용하고; 플라스미드 DNA를 소규모(Qiagen Miniprep(등록상표) 키트, Santa Clarita, CA) 또는 대규모((Qiagen Maxiprep(등록상표) 키트, Santa Clarita, CA) 플라스미드 DNA 정제 키트를 제조사의 프로토콜(Qiagen, Santa Clarita, CA)에 따라 사용하여 제조하고; 뉴클레아제-비 함유 분자 생물 등급 밀리-Q 수, 트리스-HCl(pH 7.5), EDTA pH 8.0, 1M MgCl, 100％(v/v) 에탄올, 초순수 아가로스 및 아가로스 젤 전기영동 완충제를 라이프 테크놀로지스(Caithersburg, MD)로부터 구입하였다. RE 절단, PCR, DNA 연결 반응 및 아가로스 젤 전기영동을 널리 공지된 과정에 따라 수행하였다(Sambrook, et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 1,2,3; 1989); (Straus, et al., Proc Natl Acad Sci USA. Mar; 87(5):1889-93; 1990). 하기 섹션에 개시된 각 재조합 플라스미드의 DNA 서열을 확인하기 위한 뉴클레오타이드 서열화를 어플라이드 바이오시스템스 자동화된 서열화기, 모델 373A를 사용하여 통상적인 자동화된 DNA 서열화 기법에 의해 수행하였다.

PCR 프라이머를 상업적인 판매자, 예를 들어 시그마(St. Louis, MO)로부터 구입하거나, 또는 어플라이드 바이오시스템스 DNA 합성기(모델 373A)를 사용하여 합성하였다. PCR 프라이머를 150 내지 250 μM의 농도로 사용하고 PCR 반응에 대한 어닐링 온도를 클론 매니저 소프트웨어 버전 4.1(Scientific and Educational Software Inc., Durham, NC)을 사용하여 측정하였다. PCR을 스트라타진 로보사이클러(Strategene Robocycler), 모델 400880(Strategene, La Jolla, CA)에서 수행하였다. 증폭용 PCR 프라이머를 클론 매니저 소프트웨어 버전 4.1(Scientific and Educational Software Inc., Durham, NC)을 사용하여 디자인하였다. 상기 소프트웨어는 PCR 프라이머의 디자인을 가능하게 하며 조작하려는 특정 DNA 단편들과 상용성인 RE 부위를 식별한다. PCR을 열사이클러 장치, 예를 들어 스트라타진 로보사이클러, 모델 400880(Strategene)에서 수행하고, PCR에서 프라이머 어닐링, 연신 및 변성 시간을 표준 과정에 따라 설정하였다(Straus et al. 상기 1990). 상기 RE 절단 및 PCR을 후속적으로 표준 과정을 사용하는 아가로스 젤 전기영동에 의해 분석하였다(Straus et al., 상기 1990; and Sambrook et al., 상기 1989). 양성 클론을 적합한 RE 패턴 및/또는 PCR 패턴을 나타내는 것으로서 정의한다. 상기 과정을 통해 식별된 플라스미드를 상기 개시한 바와 같이 표준 DNA 서열화 과정을 사용하여 추가로 평가하였다.

에스케리키아 콜라이 균주, 예를 들어 DH5α 및 Sable2(등록상표)를 라이프 테크놀로지스(Bethesda, MD)로부터 구입하고 재조합 플라스미드의 초기 숙주로서 사용하였다. 재조합 플라스미드를 개시한 바와 같이, 고전압 전기펄스 장치, 예를 들어 진 펄서(Gene Pulser, BioRad Laboratories, Hercules, CA)를 100 내지 200 Ω, 15 내지 25 μF 및 1.0 내지 2.5 kV에서 사용하는 일렉트로포레이션에 의해 이 콜라이 균주에 도입시켰다. 최적 일렉트로포레이션 조건을 최대 형질전환율/mcg DNA/세균을 생성시킨 세팅을 사용하여 확인하였다.

세균 균주를 제조사의 지시에 따라 제조한 트립신 간장 아가(Difco, Detroit, MI) 또는 트립신 간장 브로쓰(Difco, Detroit, MI) 상에서 증식시켰다. 달리 나타내지 않는 한, 모든 세균을 서서히 교반하면서 5％(v/v) CO₂ 중에서 37 ℃에서 증식시켰다. 배지에 필요에 따라 항생제(Sigma, St. Louis, MO)를 보충하였다. 세균 균주를 30％(v/v) 글리세롤을 함유하는 트립신 간장 브로쓰(Difco)(Sigma, St Louis, MO)에 약 10⁹ 콜로니-형성 단위(본 발명에서 "cfu"라 칭함)/㎖에서 -80 ℃에서 보관하였다.

BCG에서 대립유전자 교환

종래 기술은 변경된 대립유전자를 마이코박테리움 균주에 도입하는 방법을 교시하며 당해 분야의 숙련가들은 상기 방법을 해석하고 실행할 수 있다(Parish et al., Microbiology, 146:1969-1975; 2000). 대립유전자 교환 플라스미드를 생성시키는 신규의 방법은 합성 DNA의 사용을 포함한다. 상기 접근법의 이점은 플라스미드 산물이 매우 한정된 역사를 가지며 연방 규제에 순응성인 반면, 이전에 사용된 방법은 유효하더라도 실험실 배양 기록이 불충분하게 문헌에 보고되어 있으며 따라서 연방 규제에 순응성이지 않을 듯하다는 것이다. 이러한 규제에 대한 순응성은 생성물이 미국 및 유럽 규제 당국에 의해 인간에 사용을 허용받으려면 필수적이다.

마이코박테리움에서 대립유전자 교환용 자살 벡터는 이 콜라이 균주에서 복제하는 능력을 갖지만 마이코박테리움 스페시즈, 예를 들어 엠 티비 및 BCG에서는 복제할 수 없는 플라스미드이다. 본 발명의 대립유전자 교환 과정에 사용하기 위한 특정 자살 벡터는 중요하지 않지만 학회(Parish et al., 상기, 2000) 및 상업적인 출처로부터 입수할 수 있는 것들 중에서 선택될 수 있다. 대립유전자 교환용 자살 플라스미드의 바람직한 디자인을 도 1에 나타낸다. 상기 플라스미드는 하기의 DNA 구획들로 구성된다: 플라스미드가 이 콜라이에서 복제하는 oriE 서열(Genebank 수탁 # L09137), 이 콜라이 및 마이코박테리움 모두에서 선택을 위한 가나마이신 내성 서열(Genebank 수탁 # AAM97345), 및 추가적인 항생제 선택 마커, 예를 들어 제오신 내성 유전자(Genebank 수탁 # AAU06610)(이는 마이코박테리움 프 로모터(예를 들어 hsp60 프로모터)의 조절 하에 있다). 상기 두 번째 항생제 선택 마커는 필수적이지 않지만 대립유전자 교환 과정 동안 자발적인 가나마이신 내성 단리물의 성장을 방지하기 위해 이중 선택을 할 수 있도록 포함시킬 수 있다(Garbe et al., Microbiology 140:133-138; 1994).

상기와 같은 자살 벡터의 제작을 표준 재조합 DNA 기법을 사용하여 수행할 수 있다. 그러나, 현행 규제 기준(예를 들어 연방 규제)은 BSE-감염된 물질을 함유하는 소 생성물에 노출된 생성물로부터 획득된 프리온 입자의 도입 망령을 제기하였다. 따라서, 물질(예를 들어 DNA 서열)이 미지 기원의 표적 균주에 도입되는 것을 피하기 위해서, 상기 자살 벡터 중의 모든 DNA를 상업적인 출처(예를 들어 Picoscript, Inc.)에 의해 합성적으로 제조하는 것이 바람직하다. 따라서, 자살 벡터를 제작하기 위한 바람직한 방법은 DNA 소프트웨어(예를 들어 클론 매니저)를 사용하여 DNA 서열의 플랜을 정리하고, 이어서 상기와 같은 서비스를 제공하는 임의의 상업적인 출처(예를 들어 Picoscript Inc.)에 의해 행위별 수가제에 준하여 DNA를 합성하는 것이다. 이러한 방법을 사용하여 자살 벡터, pAF100(도시 안됨)을 제조하였으며, 이어서 이를 본 발명의 특정한 용도를 위해 추가로 변형시켰다(pAF103, 도 1에 도식적으로 나타내었으며 표 1에 추가로 개시하였다).

[표 1]

상기와 같은 자살 벡터는 예를 들어 2 개의 항생제 선택 마커를 함유하고, 따라서 하나의 항생제에 대한 내성(세대당 약 1/10⁸으로 발생함)을 나타내는 자발적인 돌연변이체의 선택을 최소화하므로 유리하다. 2 개의 항생제에 대한 자발적인 내성은 매우 드물며 단지 세대당 약 1/10¹⁶으로 발생한다. 따라서, 상기 대립유전자 교환 과정을 실행하는데 사용되는 배양물 중에서 이중 내성 균주가 나타날 확률은 1/10⁶ 미만이다.

대립유전자 교환 과정 동안 음성 선택을 위해서, 슈크로스 감수성 표현형을 부여하는 sacB 유전자(Genebank 수탁 # NT01BS4354)를 포함시켜 최종 DNA 재조합 단계를 겪고 대립유전자 교환을 완성한 균주를 배양물에 농축시킬 수 있다.

제형화 및 백신화 전략

백신 제형에 대한 전략은 제조 과정 전체를 통한 최대 생육력 및 안정성을 측정하는 연구를 기본으로 한다. 여기에는 글리세롤, 당, 아미노산 및 세제 또는 염의 첨가를 포함하는 마이코박테리움 배양물에 통상적으로 사용되는 다양한 배지를 사용하여 배양 중에 최대 유기체 생육력(생존율 대 치사율)을 측정함이 포함된다. 배양 후, 세포를 원심분리 또는 접선 유동 여과에 의해 수확하고 동결 또는 동결 건조 동안 세포를 보호하는 안정화 배지에 재현탁시킨다. 통상적으로 사용되는 안정화제에는 나트륨 글루타메이트, 아미노산 또는 아미노산 유도체, 글리세롤, 당 및 통상적으로 사용되는 염이 포함된다. 최종 제형은 분배 및 사용 동안 적합한 저장 수명을 유지하기에 충분한 안정성으로 피 내, 경피 주사, 주입 또는 경구 전달에 의해 전달되기에 충분한 생육 가능한 유기체를 제공할 것이다.

TB 백신의 임상 전 평가

일반적인 안전성 시험

6 개 그룹 중의 BALB/c 마우스를 관심 rBCG 균주(들) 및 유사한 모 균주 2 x 10⁶ CFU로 복강 내 감염시킨다. 상기 동물들을 감염 후 14 일간 일반적인 건강 및 체중에 대해 모니터한다. BCG 및 rBCG 균주를 제공한 동물은 여전히 건강하며, 관찰 기간 동안 체중 손실이나 명백한 질병 징후를 보이지 않는다.

면역적격 마우스에서 신규의 rBCG 균주의 독성

15 마리의 면역적격 BALB/c 마우스 그룹을 각각 2 x 10⁶ rBCG 및 BCG 모 균주로 정맥 내 감염시킨다. 감염 후 1 일째에, 각 그룹의 3 마리의 마우스를 죽이고 비장, 폐 및 간의 CFU를 분석하여 각 동물이 동등한 감염 용량을 가짐을 확실히 한다. 감염 후 4, 8, 12 및 16 주째에, 각 그룹 중 3 마리의 마우스를 죽이고 비장, 간 및 폐의 CFU를 획득하여 모 BCG 균주에 대한 rBCG 균주의 생체 내 생육을 평가한다. rBCG 균주는 모 BCG의 경우와 유사한 독성을 나타낼 것으로 예상된다.

면역타협된 마우스에서 엄격한 안전성 시험

10 개 그룹 중의 SCID(중증 합병 면역결핍증) 표현형을 갖는 면역타협된 마우스를 2 x 10⁶ cfu rBCG 및 모 BCG 균주로 정맥 내 감염시킨다. 감염 후 1 일째에 각 그룹 중 3 마리의 마우스를 죽이고 비장, 간 및 폐의 cfu를 평가하여 접종 용량을 확인한다. 각 그룹의 나머지 7 마리 마우스를 일반적인 건강 및 체중에 대해 모니터한다. 이들 마우스의 생존을 추적하며 성공적인 결과는 rBCG-감염된 마우스의 생존이 전체 관찰 기간 동안 모 균주 감염된 동물보다 더 악화되지 않은 경우이다.

기니 피그 안전성 시험

rBCG 균주의 안전성을 또한 모 BCG 백신(인간에서 안전성 프로파일이 잘 확립되어 있다)과 비교하여 기니 피그 모델에서 평가한다. 먼저, 체중 증가를 포함하여, 동물의 일반적인 건강 상태에 대한 상기 백신의 효과를 검사한다. 기니 피그를 재조합 및 모 균주 10⁷(100 x 백신 용량) CFU로 근육 내 면역시키고 상기 동물을 6 주간 일반적인 건강 및 체중에 대해 모니터한다. 상기 6 주전에 죽은 동물에 대해 검시를 수행한다. 모든 동물을 감염 후 6 주의 끝에서 죽이고 전체 병리를 수행한다. 체중 손실 및 비정상적인 양상이 관찰되지 않으며, 모든 기관은 6 주 부검에서 정상으로 보인다. 성공적인 결과는 rBCG-ProA 백신에 대해 부정적인 건강 효과가 관찰되지 않으며, 동물들이 상기 모 균주 접종된 동물에 비해 체중이 정상적인 속도로 증가하는 경우이다.

동시에, 동물 기관에서 세균 수준을 모니터한다. 상기 모 또는 재조합 백신으로 면역시킨 기니 피그를 접종 후 다양한 간격으로 안락사시키고, 그 후 폐, 비장 및 국소(서혜부) 림프절을 BCG 또는 rBCG의 cfu에 대해 분석한다.

독성 시험

rBCG 균주의 독성을 평가하기 위해서, 기니 피그(각 그룹에서 12 마리)를 인 간 용 rBCG 균주, BCG 모균주 또는 염수의 1 회 용량보다 4 배 더 많거나 4 배 더 적은 1 회 용량으로 피 내 예방접종한다. 예방접종 후 3일째에, 6 마리의 동물을 죽여 상기 동물에 대한 상기 배신의 급성 효과를 평가한다. 예방접종 후 28일째에, 나머지 6 마리의 동물을 죽여 상기 동물에 대한 만성 효과를 평가한다. 상기 두 시점 모두에서, 각 동물의 체중을 획득하고, 전체 병리 및 주사 부위의 외관을 검사한다. 혈액 화학을 위해 채혈하고 내부 기관 및 주사 부위의 조직병리를 수행한다.

보호를 측정하기 위한 연구:

쥐 보호 연구

13 개 그룹 중의 C57B1/6 마우스(암컷, 5 내지 6 주된 것)를 10⁶ CFU의 rBCG, 모 BCG 또는 염수로 피하 면역시킨다. 또 다른 그룹의 마우스를 건강한 대조군으로서 사용한다. 면역화 후 8주째에, 앞서 개시한 바와 같이, 마우스를 총 10⁷ CFU의 시험접종 균주를 함유하는 10 ㎖ 단일 세포 현탁액으로부터 생성된 에어로졸에 의해 각 동물의 폐에 ∼100 개의 생 세균을 전달하는 용량으로 엠 티비 에드만 균주(또는 H37Rv Kan-내성 균주)로 시험접종한다. 상기 실험 동물을 시험접종하지 않은 동물과 함께 생존에 대해 모니터한다. 상기 시험접종에 이어서, 동물들을 체중 손실 및 일반적인 건강에 대해 모니터한다. 시험접종 후 1일째에, 각 그룹의 3 마리 마우스를 폐 cfu를 위해 죽여 시험접종 용량을 확인하고 비장 및 폐 조직병리에 대해 한 마리의 동물을 죽인다. 시험접종 후 5주째에, 각 그룹의 9 마리의 동물을 죽이고 상기 동물의 조직병리 및 미생물학적 분석을 수행한다. 6 마리의 마우스로부터 폐 및 비장 조직을 CFU 수에 대해 평가한다(선택된 보충물이 있는 플레이트를 사용하여 상기 시험접종 균주로부터 백신 균주를 식별한다). H37Rv-kan 내성 균주로 시험접종하는 경우, Kan 또는 TCH(티오펜-2-카복실산 하이드라지드)를 사용하여 상기 백신 균주로부터 시험접종 균주를 식별한다. 상기 엠 티비 에드만 균주를 사용하여 시험접종하는 경우, TCH를 사용하여 상기 시험접종 균주로부터 백신 균주를 식별한다(BCG는 민감성이지만 엠 티브는 천연 내성이다).

피부의 지연된 유형의 과민성(DTH)의 유도

특정한 병원체 비 함유(SPF) 기니 피그를 10³ rBCG 또는 BCG 모균주로 피 내 면역시킨다. 면역 후 9주째에, 동물의 등을 면도하고 100 ㎕의 포스페이트 완충된 염수 중의 PPD(단백질 정제된 유도체) 10 ㎍으로 피 내 주입한다. 24 시간 후에, 단단한 경화부(DTH)의 직경을 측정할 것이다. rBCG 균주는 모 BCG 균주에 의해 유도된 것 이상의 DTH를 유도한다.

기니 피그 시험접종 연구

엠 티비 시험접종에 대한 rBCG 백신의 효능을 측정하기 위해서, 기니 피그(초기 성숙한 것, SPF Hartley, 250 내지 300 g, 수컷)를 12 개의 그룹에서 면역화한다(각각 rBCG, 모BCG 균주 또는 염수로). 상기 백신 및 대조군을 10⁶ cfu로 피 내 투여한다. 면역 후 10 주째에, rBCG-, BCG- 및 모의-면역된 동물을 총 10⁷ cfu의 엠 티비를 함유하는 10 ㎖ 단일 세포 현탁액으로부터 10 ㎖ 단일 세포 현탁액으 로부터 생성된 에어로졸에 의해 엠 티비를 갖는 에어로졸로 시험접종하며; 상기 과정은 앞서 개시한 바와 같이(Brodin et al., J Infect Dis. 190(1), 2004), 각 동물의 폐에 ∼100 개의 생 세균을 전달한다. 상기 시험접종에 이어서, 상기 동물들을 예방접종하지 않고, 시험접종하지 않은 동물의 건강한 그룹과 함께 생존, 체중 손실 및 일반적인 건강에 대해 모니터한다. 시험접종 후 10 주째에, 각 그룹의 6 마리 동물을 죽이고 각 그룹의 나머지 6 마리의 동물은 장기 평가를 위해 시험접종 후 70 주째에 죽인다. 상기 두 시점 모두에서, 상기 동물의 조직병리 및 미생물학적 분석을 수행한다. 폐 및 비장 조직을 조직병리학 및 CFU 수에 대해 평가한다(선택된 보충물이 있는 플레이트를 사용하여 상기 시험접종 균주로부터 백신 균주를 식별한다). H37Rv-kan 내성 균주로 시험접종하는 경우, Kan 또는 TCH를 사용하여 상기 백신 균주로부터 시험접종 균주를 식별한다. 상기 엠 티비 에드만 균주를 사용하여 시험접종하는 경우, TCH를 사용하여 상기 시험접종 균주로부터 백신 균주를 식별한다(BCG는 민감성이지만 엠 티브는 천연 내성이다). 성공은, 모의 면역된 동물이 시험접종 후 가장 빠르게 죽은 반면 rBCG-면역된 동물은 BCG 모 균주 면역된 동물보다 더 오래 생존하는 경우를 가리킨다.

영장류 안전성 및 시험접종 연구

보다 최근에, 키노몰구스 원숭이를 엠 티비에 대한 백신의 평가를 위해 사용하였다. 인간과 비인간 영장류간의 진화 관계 및 이들 중에서 결핵의 유사한 임상 및 병리학적 표현은 상기 비인간 영장류 모델을 TB 질병 및 백신 효능의 실험 연구에 매력적으로 만들었다.

폐 공동의 발생을 특징으로 하는 상기 모델은 인간 TB에 적용가능한 것으로 보인다. 감염 및 질병 과정을 X-선 및 체중 손실뿐만 아니라, 각종 혈액 시험, 예를 들어 적혈구 침전율(ESR), 말초 혈액 단핵세포(PBMC) 증식 및 사이토킨 생산, 세포독성 T 림프구(CTL) 활성 및 항체 반응에 의해 추적한다. 감염에 이어서, 키노몰구스 원숭이는 특징적인 병변을 갖는 폐 병리상태를 나타내며, 시험접종 용량에 따라, 급성 호흡기 감염으로부터의 사망이 감염 후 4 내지 6 개월 내에 일어난다. 보다 낮은 감염 용량은 질병 없이 만성 감염을 유도할 수 있으며, 이는 인간에서 훨씬 더 그럴 것이다.

연구 디자인

상기 연구는 BCG 모 균주의 다양한 용량을 단독으로 투여되는 재조합 BCG 또는 rBCG 구조물에서 과 발현되는 서열을 포함하는 백신에 의한 2 회의 후속 추가접종과 비교한다. 후자를 임의의 다수의 공지된 수단에 의해, 예를 들어 비 제한적으로 적합한 항원보강제 제형에 기초한 재조합 단백질, DNA 또는 Ad35 구조물로서 전달한다.

상기 첫 번째 연구는 추가 접종 없이 모 BCG 대 rBCG 구조물의 보호 효능을 평가한다. 상기 연구는 각 그룹에 10 마리 동물을 갖는 3 개 그룹을 포함한다: 하나의 그룹은 각각 BCG, rBCG 및 염수를 포함한다. 각 그룹으로부터 2 마리의 동물을 rBCG 구조물 중의 과발현된 항원뿐만 아니라 표준 PPD 및 대조용으로서 염수로 피부 시험한다. BCG와 비교한 rBCG 그룹에서의 양성 및 보다 큰 경화부는 생체 내 백신 흡수 및 면역 반응의 유도를 가리킨다. 각 그룹으로부터의 나머지 8 마리의 동물을 저 용량의 엠 티비 에드만 균주로 에어로졸 시험접종하고 보호를 시험접종 후 16 주째 세균 부하의 감소 또는 종점으로서 생존에 의해 측정한다.

후속의 BCG 프라임 프로토콜은 동물들을 먼저 BCG, rBCG 및 염수로 예방접종한 다음 과발현된 항원으로 2 회 추가접종함을 제외하고 상기와 필수적으로 동일하다.

비인간 영장류 모델에서 면역원성 및 보호 연구는 rBCG 구조물에 대한 효능 연구를 위해 짧은 꼬리 원숭이에서 결핵의 면역생물학 및 면역병리학적 태양을 조사한다. 상기 동물들은 실험 시작 전에 철저히 처리한 2 내지 3 ㎏의 평균 중량을 갖는 사로잡혀 사육된 초기 성숙한 것이다. 접종 전 연구는 통상적인 조혈 연구 및 적혈구 침전 속도뿐만 아니라 림프구 증식 분석을 포함하는 기준선 혈액 시험을 포함한다. 피부 시험을 PPD를 사용하여 수행하여 튜베르큘린에 대한 감수성의 결여를 보장하고 가슴 x-선을 감염 전 프로파일의 일부로서 획득한다. 면역화 기간은 총 21 주간 지속되며, 이는 0 주째 BCG 또는 rBCG, 및 12 및 16 주째 항원 추가접종에 의한 1 차 예방접종을 포함한다. 항원 특이성 면역성을 림프구 자극 시험에서 증식 및 인터페론 γ(IFN γ)를 측정함으로써 평가한다. IFN γ 생산 림프구의 회수를 효소 결합된 면역흡수 분석(ELISPOT) 또는 형광 활성화된 세포 분류기(FACS)에 의해 측정한다. 이 때문에, 혈액 샘플을 1 차 예방접종에 비해 0, 4, 8, 12, 16 및 20 주째에 채혈한다.

최종 면역화 후 4 내지 6 주째에, 동물들을 같은 날 같은 제제로 엠 튜브레큘로시스 에드만 균주 3 ㎖(1,000 cfu)을 기관지 내 설치에 의해 시험접종한다. 감염 과정을 체중 손실, 발열, 상승된 적혈구 침전율(ESR), DTH 대 PPD, PPD로 자극한 PBMC의 생체 외 증식 반응 및 rBCG에서의 항원 과발현에 대해 평가한 다음 IFN-g 생산 수준을 측정한다. 가슴 x-선을 수행하여 폐 TB와 일치하는 이상을 검출하고 최종적으로 시험접종 후 12 내지 16 주째에 검시한다.

TB 벡터 및 백신의 임상 평가

안전성 및 독성 연구

연방 규제에 의해 위임된 임상 전 안전성 및 독성 연구를 상술한 바와 같이 임산 전 독성학 및 안전성 연구에 따라 수행한다. 이러한 연구에 이어서, 인간 안전성 연구를 수행한다. 이들 연구를 처음에는 건강한 콴티페론 음성 성인에서 수행한 다음 아동 및 신생아로 연령 감소시켜 수행한다.

면역원성 연구:

마우스 및 영장류에서 면역원성 연구를 사용하지만 상기 연구는 세포 면역성을 평가하는 표준 방법, 예를 들어 INFγ, ELISPOT, 단기 및 장기 항원 또는 펩타이드 자극을 사용하는 유식 세포측정 등으로 제한되지 않는다. 유사한 방법을 인간 반응의 평가에 사용한다. 사량체 연구를 인간의 예방접종에 이어서 CD4 및 CD8 반응의 평가에 사용한다.

1차-추가 접종 전략의 최적화:

rBCG는 TB 또는 관련 트랜스유전자를 발현하도록 가공된 다른 질병에 대한 독립 백신으로서 잘 수행한다. 본 발명에 사용된 바와 같은 "트랜스유전자"는 마이코박테리아 프로모터에 작용적으로 연결되고 관심 단백질을 발현하는 DNA 구획이 다. 다른 질병에 대한 보호를 위해 트랜스유전자를 발현하거나 또는 TB에 대한 백신으로서 본 명에 개시된 바와 같은 rBCG는 또한 항원보강제 또는 바이러스 또는 세균 벡터화된 항원과 혼합된 재조합 단백질에 의한 추가 면역화를 위한 면역 시스템을 시동하는 것을 매우 잘 수행한다. 동물 임상 전 연구 및 인간 연구 모두에서, 상기 BCG는 1 차 접종에 이어서 재조합 단백질/항원보강제 또는 벡터 추가접종을 섭생 및 용량 면에서 최적화한다. 이러한 1 차 추가 접종 전략은 본 발명에 포함된 BCG 1차 접종의 효능으로 인해 인간에서 면역성을 유도하고, 이어서 재조합 단백질 또는 벡터에 의해 상기 면역계의 추가접종 반응을 집중하고 향상시키는데 가장 효능 있는 수단이다.

동물에서 노출 후 치료 백신 연구:

C57BL/6 마우스를 잠재적인 감염의 확립에 사용할 것이며; 치료 백신을 단지 무시할 정도의 엠 티비 특이적 면역성이 저 용량 감염에 의해 유도되는 시점 및 엠 티비 특이적 면역성이 유도되고 기억 T 세포에 의해 진정되고 지배되는 나중 시점에서 마우스에게 제공할 것이다. 이어서, 상기 백신의 치료 이점을 개별적인 마우스의 폐 및 비장에서의 cfu 카운트 측정에 의해 최종 치료 백신 전달 후 2 및 5 개월째에 마우스에서 평가할 것이다. 상기 cfu 카운트를 마우스의 그룹에서 표준 통계학적 방법에 의해 분석할 것이며, 상기 결과를 사용하여 치료학적 예방접종이 마우스에서 잠재적인 엠 티비 감염을 현저하게 감소시키는 지의 여부를 다룰 것이다. 유사한 방법을 필요에 따라 다른 동물들의 반응을 평가하는데 사용한다.

BCG 벡터의 임상 평가: rBCG 백신의 경구 투여

본 발명의 rBCG에 의한 표적 동물의 경구 예방접종을 앞서 개시한 방법을 사용하여 수행한다(Miller et al., Can Med Assoc J. 121(1):45-54; 1979). 경구 투여되는 본 발명의 rBCG 양은 환자의 종뿐만 아니라 치료하려는 질병 또는 증상에 따라 변할 것이다. 일반적으로, 사용되는 투여량은 약 10³ 내지 10¹¹ 생육성 유기체, 및 바람직하게는 약 10⁵ 내지 10⁹ 생육성 유기체이다.

rBCG를 일반적으로는 약학적으로 허용 가능한 담체 또는 희석제와 함께 투여한다. 사용되는 특정한 약학적으로 허용 가능한 담체 또는 희석제는 본 발명에 중요하지 않다. 희석제의 예로는 인산염 완충 염수, 위의 위산 완충용 완충제, 예를 들어 슈크로스를 함유하는 시트레이트 완충제(pH 7.0), 바이카보네이트 완충제(pH 7.0) 단독(Levine et al., J. Clin. Invest., 79:888-902; 1987); (Black et al., J. Infect. Dis., 155:1260-1265; 1987), 또는 아스코브산, 락토오스 및 임의로 아스파탐을 함유하는 바이카보네이트 완충제(pH 7.0)(Levine et al., Lancet, II: 467-470; 1988)가 있다. 담체의 예에는 단백질, 예를 들어 탈지유에서 발견되는 바와 같은 단백질, 설탕, 예를 들어 슈크로스, 또는 폴리비닐피롤리돈이 있다. 전형적으로는 상기 담체를 약 0.1 내지 90％(w/v)의 농도, 바람직하게는 1 내지 10％(w/v)의 범위로 사용할 수 있다.

실시예

실시예 1. 기니 피그에서 모 BCG 균주의 효능: rBCG30을 사용하는 기니 피그 보호 연구

기존 rBCG30 백신을 사용하여 수행한 연구의 예로서, 큰 기니 피그 연구를 인간에서 세계적으로 사용되는 모 BCG Tice 균주 자체 및 또 다른 상업적으로 입수할 수 있는 BCG 백신(SSI-1331 균주)을 사용하는 2 개의 rBCG30 로트의 보호 효능을 비교할 목적으로 수행하였따. 상기 2 개의 rBCG30 로트를 실험실 조건(rBCG30-UCLA) 하에서 생산하거나 또는 인간 용도를 위해 GMP 조건(rBCG30-KIT) 하에서 제조하였다.

기니 피그(그룹당 10 마리의 동물)를 각각의 BCG 백신 10³ cfu의 단일 용량으로 피하 경로를 통해 면역시켰다. 음성 대조군(염수 면역된 것)을 상기 연구에 포함시켰다. 백신화 후 8 주째에, 동물들을 미들브룩 공수 감염 장치의 분무기 구획을 눈금화하여 폐에 대략 10 내지 15 마리의 세균을 전달함으로써 에어로졸 경로를 통해 독성 에드만 균주로 시험감염시켰다. 부검 시, 폐 및 비장을 동물로부터 제거하고 일련의 10 배 희석된 폐엽 및 비장 균질물을 영양 미들브룩 7H11 상에 도말함으로써 생육성 세균의 수를 측정하였다. 세균 콜로니 형성을 5％(v/v) CO₂ 하에 37 ℃에서 21 일 배양 후 카운트하였다. 데이터를 회수된 세균의 평균 수의 로그 10으로서 나타낸다.

결과(도 2)는 상기 백신들이 모두 음성의 염수 대조군과 비교 시 엠 티비 시험접종에 대해 보호성이었으며, 상기 백신들간의 차이는 하기 2 개의 그룹으로 기운다:

1) rBCG30(UCLA) 및 BCG 데니쉬 1331이 보다 보호성이고;

2) BCG(모 Tice 균주) 및 rBCG30(KIT)이 덜 보호성이다.

따라서 GMP 등급은 아닌, 실험 실 조건 하에서 생성된 rBCG30(UCLA)은 모 Tice 균주보다 더 보호를 잘 유도하는 것으로 보이지만, 기껏해야 상기 보호 효능은 단지 상업적으로 입수할 수 있는 BCG SSI에 필적할 뿐이다. 따라서, BCG 데니쉬 1331에 대한 개선은 신규의 rBCG 백신을 생성시키는 것이 목적이어야 한다.

실시예 2. 항생제 내성 마커가 없는 발현 벡터의 담체로서 숙주의 제작

BCG 데니쉬 1331 균주에서 녹아웃 leuD 유전자에 대한 플라스미드 제작:

leuD 유전자의 좌측 및 우측 1 kb 인접 부분들을 DNA 합성(DNA2.0, CA)에 의해 함께 조립하여 양쪽 단부에 pacI 부위를 갖는 2kb DNA 구획을 형성시켰다. 상기 DNA 단편을 PacI 제한 효소 절단을 사용하여 상기 언급한 대립유전자 교환 플라스미드 내로 클로닝한 다음 연결하여 IeuD 녹아웃 플라스미드를 제조하였다.

leuD 유전자의 대립유전자 교환 불활성화:

leuD 유전자의 불활성화를, 류신 50 ㎍/㎖을 leuD 유전자 녹아웃을 갖는 균주에 대한 배양 배지에 보충함을 제외하고 개시한 바와 같이 수행한다. 상기 과정의 주요 단계들에 대한 흐름도를 도 4에 나타낸다.

LeuD 녹아웃의 확인:

표현형 시험: 수득된 균주를 생육을 위한 류신 보충에 대한 의존성에 대해 시험한다. 구체적으로, 상기 세균을 류신 50 ㎍/㎖의 존재 또는 부재 하에서 10％ OADC 및 0.05％(v/v) 틸록사폴이 보충된 7H9 배지에서 배양하고, 상기 세균의 생육을 OD₆₀₀ 값을 측정하여 모니터한다.

게놈 부분 서열 분석: 상기 제작된 균주의 게놈 DNA를 앞서 개시한 바와 같이 제조한다. 표적화된 유전자의 왼쪽 및 오른쪽 1kb 측면 모두에 상보적인 프라이머 쌍을 PCR 증폭에 사용하여 염색체로부터 대략 2kb 단편을 수득한다. 상기 PCR 산물을 서열화하여 상기 부분에서 leuD 유전자의 부재를 확인한다.

실시예 3. rBCG 균주에서 엠 티비 항원의 과발현

DNA 조작:

엠 티비 항원 TB10.4(Rv0288), Ag85B(Rv1886c) 및 Ag85A(Rv3804c)를 Ag85B + Rv3130으로부터의 프로모터를 사용하여 개시된 순서로 폴리시스트론에 의해 발현한다(Florczyk et al., 상기, 2003). 서열 KDEL을 갖는 펩타이드를 암호화하는 DNA 서열을 소포체 유지 신호로서 각 항원의 끝에 두어 각 항원에 대한 항원 표시를 개선시킨다. 또한, 5'-루프 구조 및 3'-전사 종결자 서열을 놓아 전사된 폴리시스트론 mRNA의 안정성을 보장한다. 최종적으로, 제한 효소 PacI 서열을 사용하여 상기 발현 카세트의 발현 벡터 내로의 클로닝을 용이하게 하기 위해 양쪽 단부를 인접시킨다. 상기 발현 카세트 중의 모든 DNA는 유전자 합성에 의해 제조된다(Picoscript Inc, TX). 상기 발현 카세트를 PacI 부위를 사용하여 상기 발현 벡터 내에 클로닝한다. 이 콜라이에서 증폭 후, 상기 플라스미드를 NdeI로 절단하여 oriE 및 가나마이신 내성 유전자를 제거한 다음, 연결시켜 일방 셔틀 시스템을 생성시키고, 이어서 이를 표준 일렉트로포레이션 과정을 사용하여 마이코박테리움 leuD 영양요구 돌연변이체 내에 도입시킨다(Parish et al., Microbiology, 145:3497-3503; 1999). 도 3은 예시적인 비 항생제 발현 벡터를 도식적으로 도시한다.

비 항생제 선택 시스템을 사용하는 엠 티비 항원의 발현:

BCG 데니쉬 1331(비 항생제 선택 시스템에 대한 숙주로서 사용된다)의 류신 독립영양물을 10％ OAD(올레산-알부민-덱스트로스-카탈라제), 0.05％(v/v) 틸록사폴 및 50 ㎍/㎖의 류신이 보충된 7H0 배지에서 배양한다. 일렉트로포레이션 후, 항원 발현 플라스미드를 갖는 재조합 균주를 류신 부재의 7H10 플레이트(BD Difco) 상에 도말하여 단리한다. 상기 세균의 생존은 상기 플라스미드에 의한 leuD 유전자의 항원 발현에 의존하며, 이는 차례로 세포 중에 상기 플라스미드를 유지시키는 기전으로서 작용한다. 생성된 개별 콜로니들을 단리하고, 류신 보충이 없음을 제외하고 상기와 같이 7H0 배지에서 배양한다.

발현의 확인:

각 항원의 발현을 웨스턴 블럿 분석에 의해 검출한다. 구체적으로, 배양 상등액을 수거하고 앞서 개시한 바와 같이 가공한다(Harth et al., Infect Immun 65(6):2321-2328; 1997). 이어서 상기 발현된 항원을 SDS-PAGE 젤상에서 분리시키고 항원 84A, 85B 및 10.4에 대한 항체로 블럿팅한다. 각 항원의 발현 수준을, 각 특정 밴드의 강도를 발현 플라스미드 음성 숙주 세균에 의해 생산된 경우와 비교하여 정량적으로 측정함으로써 평가한다.

실시예 4. 항생제 선택 없이 마이코박테리움에서 선택된 항원의 발현

물질 및 방법:

일렉트로포레이션을 위한 플라스미드 및 마이코박테리움 제조:

재조합 플라스미드 DNA를 단리하고 제한 엔도뉴클레아제 NdeI(New England Biolabs)로 절단하여 항생제 선택 마커(예를 들어 가나마이신 내성) 및 이 콜라이 복제 기원(OriE) 부분을 유리시킨다. 이어서, 상기 절단된 플라스미드 DNA 단편을 제조사의 지시에 따라 T4 DNA 리가제(New England Biolabs)를 사용하여 환상으로 만들었다. 생성된 플라스미드(마이코박테리움 복제 기원 및 선택된 항원을 함유하며 그람 음성 세균에서 복제할 수 없다)를 선택된 마이코박테리움 내로 도입시켰다. 일렉트로포레이션을 위한 마이코박테리움을 제조하기 위해서, BCG 데니쉬 1331 세균을 10％ OADC가 보충된 미들브룩 7H9 배지(BD Biosciences)에서 37 ℃에서 지수 증식기로 배양하였다. 틸록사폴(0.05％ v/v, Research Diagnostics 목록 번호 70400)을 사용하여 상기 세균을 분산시켰다. 이어서 세포를 10％ 글리세롤 + 0.05％ 틸록사폴로 3 회 세척하여 일렉트로포레이션 전에 배양 배지를 제거하였다. 각각의 일렉트로포레이션을 위해, 1.6 ㎍의 플라스미드를 각각의 1.25 x 10⁸ 세균 세포에 사용하였다. 일렉트로포레이션을 2.2 kV, 25 μF의 용량 및 1.0 kΩ의 저항에서 수행하였다. 상기 일렉트로포레이션 후에 세포를 미들브룩 7H10 아가(BD Bioscience) 플레이트 상에 10 배 연속 희석으로 즉시 도말하고 37 ℃에서 배양하였다.

발현 플라스미드를 포함하는 세균 콜로니의 PCR 선별:

재조합 균주를 먼저 순방향 프라이머 GTTAAGCGACTCGGCTATCG(서열식별번호: 1) 및 역방향 프라이머 ATGCCACCACAAGCACTACA(서열식별번호: 2)를 사용하여 발현 플라스미드 중의 oriM 부분의 DNA 서열을 증폭시키는 PCR에 의해 선별하였다. PCR 매개변수는 다음과 같았다: 단계 1: 95 ℃ 4 분 1 주기; 단계 2: 총 30 주기 동안 95 ℃ 1 분, 60 ℃ 1 분 및 이어서 72 ℃ 1 분; 단계 3: 1 주기로 72 ℃ 10 분; 단계 4: 4 ℃ 보관. 생성된 PCR 산물을 아가로스 젤 전기영동에 의해 분석하여 상기 세포 중의 플라스미드의 존재를 확인하였다.

결과

플라스미드의 복제 기원(OriM)을 증폭하도록 디자인된 PCR을 수행하여 상기 과발현 플라스미드를 포함시키기 위한 생성된 콜로니들을 선별하였다. 상기 부분은 세균 염색체 상에 존재하지 않으므로, 세포 중의 상기 부분의 존재는 상기 플라스미드가 상기 세포 내에 도입된 것을 확실히 가리킨다. 선별된 rBCG 콜로니들 중에서, 일부 콜로니는 PCR 산물을 생산하였으며, 이는 젤 전기영동에 의해 분석 시 플라스미드 양성 대조용 반응의 경우와 크기가 유사하다. 대조적으로, 모 BCG 세균은 도 5에 나타낸 바와 같이 어떠한 PCR 산물도 생산하지 않았다. 상기 실험은 상기 플라스미드가 마이코박테리움 내로 성공적으로 도입되었고 상기 플라스미드를 함유하는 세균 클론이 항생제 선택의 사용 없이 단리되었다는 명백한 증거를 제공한다.

논의

재조합 마이코박테리움 균주에 사용하기에 통상적인 플라스미드는 재조합 DNA 실험에 사용되는 필수 플라스미드 요소들로서 복제 부분 및 선택 마커(통상적으로 항생제 내성 유전자, 예를 들어 가나마이신 내성 또는 대사 결함을 보완하는 유전자, 예를 들어 leuD 또는 asd(Galan et al., Gene, 94:29; 1990))를 함유한다. 전형적으로는, 항생제를 사용하여 재조합 플라스미드를 포함하는 클론들을 선택한다. 그러나, 상기는 항생제 내성 유전자 변형된 유기체를 실험실 오염 밖에서 사용하고자 하는 경우 항생제 내성 유전자의 고의적인 확산 위험성을 제기한다.

상기 연구에서, 우리는 세균에 oriE 부분도 항생제 선택 마커도 함유하지 않는, 항원을 발현할 수 있는 재조합 플라스미드를 도입하였고 선택 없이 플라스미드를 함유하는 클론들을 성공적으로 단리하였다. 현행 실험은 플라스미드 복제 부분으로서 oriM을 사용하였지만, 다른 플라스미드 복제 부분들이 치환체, 예를 들어 pMF1의 복제 부분으로서 작용할 것임을 구상한다(Bachrach et al., Microbiol., 146:297; 2000). 상기 시스템의 독특한 이점은 재조합 플라스미드가 더 이상 항생제 내성 유전자를 갖지 않는다는 것이다. 따라서, 통상적으로 사용되는 발현 플라스미드의 경우와 같이, 주변 환경에 항생제 내성이 우연하게 확산될 수는 없다. 또한, 본 발명의 일방 셔틀 벡터 발현 플라스미드는, 상기와 같은 복제를 가능하게 하는 유전자 요소가 결실되므로, 더 이상 광범위한 숙주 범위의 복제를 할 수가 없다. 이는 상기 재조합 플라스미드에 대한 2 차 수준의 억제를 가하며, 이에 의해 유전자 변형된(GMO) 유기체가 환경 내로 방출되는 것과 관련된 위험이 실질적으로 감소한다.

현재의 결과는 재조합 플라스미드를 선택 없이 감독된 마이코박테리움 균주 내로 도입시킴을 보이지만, 다른 인자들이 마이코박테리움에 선택 마커 부재 플라스미드의 안정성에 한 역할을 할 수 있다. 따라서, 상기 복제 부분은 플라스미드 복제를 촉진하고 플라스미드를 자매세포 내로 분리하는 것을 매개하는 유전자를 함유하며, 이는 선택 없이 상기 플라스미드를 포함하는 클론들을 동정하는 능력에 기여한다.

상기 선택 없이 플라스미드를 함유하는 클론들의 단리를 가능하게 하는 가능한 인자는 현행 접근법에 사용되는 세포 비보다 더 높은 플라스미드이다. 더 높은 플라스미드 대 세포 비의 사용은 세포가 플라스미드 중에 흡수되고, 플라스미드 없이 상기 세포의 수를 감소시키는 확률을 증가시킨다. 이 연구에서, 상기 플라스미드 대 세포 비는 선택 시스템을 사용하는 통상적인 접근법에 전형적으로 사용되는 것보다 약 10 배 더 높았다. 이론상, 훨씬 더 높은 플라스미드 대 세포 비는 플라스미드 포화 점에 도달할 때까지 상기 플라스미드를 포함하는 훨씬 더 많은 클론들을 생성시킬 것이며, 이는 일렉트로포레이션된 세포에 의한 상기 플라스미드 DNA의 흡수를 억제할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시태양에서, 상기 플라스미드 대 세균의 비는 약 0.5 내지 약 10 ㎍의 플라스미드 DNA 대 약 1.25 x 10⁸ 세균 세포의 범위이며, 바람직하게는 약 1 내지 약 5 ㎍의 플라스미드 DNA 대 약 1.25 x 10⁸ 세균 세포의 범위이다.

또한, 플라스미드 pAF105에 의해 과발현된 TB 항원은 플라스미드 안정화에 중요한 역할을 할 수 있다. 상기 플라스미드는 항원 85 복합체(Ag85A(Rv3804c) 및 Ag85B(Rv1886c)의 2 개 단백질을 과발현하며, 이들은 모두 마이코실트랜스퍼라제 활성을 가지며, 세포벽 보전을 유지하는데 필요한 우세한 구조물인 트레할로즈 다이마이콜레이트의 생합성에 필요하다. 따라서, 이들 항원 중 하나 이상의 과발현은 플라스미드를 함유하는 세포에 생육 이점을 부여함으로써 선택 부재 플라스미드의 안정성에 기여하는 것이 가능하며, 따라서 이는 선택 없이 상기 플라스미드를 함유하는 클론들을 동정할 수 있게 한다.

<110> Aeras Global TB Vaccine Foundation <120> Electroporation of Mycobacterium and Overexpression of Antigens in Mycobacteria <130> 08560015ta <150> US 60/631,977 <151> 2004-12-01 <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> synthetic oligonucleotide forward primer <400> 1 gttaagcgac tcggctatcg 20 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> synthetic oligonucleotide reverse primer <400> 2 atgccaccac aagcactaca 20

Claims

외부 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손으로, 상기 외부 뉴클레오타이드 서열이 상기 세균 또는 그의 자손을 복제하고 상기 중에서 발현되며, 선택 마커에 결합되지 않는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 1 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 플라스미드 상에 존재하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 2 항에 있어서, 플라스미드가 생존에 필요한 유전자를 암호화하고, 이때 상기 생존에 필요한 유전자가 형질전환된 세균의 세균 게놈으로부터 결실된 상기 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 2 항에 있어서, 플라스미드가 엔도솜 이탈을 암호화하는 유전자를 함유하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 4 항에 있어서, 엔도솜 이탈을 암호화하는 유전자가 pfo인 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 2 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 엔도솜 이탈을 암호화하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 6 항에 있어서, 뉴클레오타이드 서열이 pfo를 암호화하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 2 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 항원 85a, 항원 85b, 또는 항원 85a/85b를 암호화하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 2 항에 있어서, 플라스미드가 상기 플라스미드를 유지하고/하거나 안정화하는 단백질을 암호화하는 유전자를 함유하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 9 항에 있어서, 단백질을 암호화하는 유전자가 항원 85a, 항원 85b 또는 항원 85a/85b를 암호화하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 1 항에 있어서, 마이코박테리움인 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 1 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 세포자멸을 암호화하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 2 항에 있어서, 플라스미드가 세포자멸을 암호화하는 유전자를 함유하는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 1 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 그람 음성 세균에서 복제될 수 없는 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 1 항에 있어서, 영양요구성인 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
제 1 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 일방 셔틀 벡터(one-way shuttle vector)의 적어도 일부인 형질전환된 세균 또는 그의 자손.
세균의 형질전환 방법으로, 상기 세균을 복제하고 상기 중에서 발현되는 외부 뉴클레오타이드 서열을 통합시키는 단계를 포함하며, 이때 상기 외부 뉴클레오타이드 서열이 선택 마커에 결합되지 않는 방법.
제 17 항에 있어서, 통합 단계를 일렉트로포레이션에 의해 수행하는 방법.
제 17 항에 있어서,

외부 뉴클레오타이드 서열이 플라스미드 상에 있고 일렉트로포레이션을 하기의 조건 하에서 수행하는 방법:

1 내지 5 ㎍의 플라스미드 DNA 대 1.25 x 10⁸ 세균 세포 범위의 플라스미드 DNA 대 세균 세포의 비.
제 4 항에 있어서, 비가 대략 1.6 ㎍의 플라스미드 대 대략 1.25 x 10⁸ 세균 세포인 방법.
제 20 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 그람 음성 세균에서 복제될 수 없는 방법.
제 17 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 일방 셔틀 벡터의 적어도 일부인 방법.
제 17 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열을 플라스미드 상에 위치시키고 상기 서열이 세균의 세균 게놈으로부터 결실된, 생존에 필요한 유전자를 암호화하는 방법.
관심 유전자를 암호화하는 외부 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 하기의 조건들 중 하나 이상이 존재하는 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손:

a) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 그람 음성 세균에서 복제할 수 없는 플라스미드를 포함하고;

b) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 항생제 내성을 나타내지 않고;

c) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 영양요구성이고;

d) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 일방 셔틀 벡터를 함유한다.
제 24 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 플라스미드의 일부인 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 25 항에 있어서, 플라스미드에 선택 가능한 마커가 결여된 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 25 항에 있어서, 외부 뉴클레오타이드 서열이 생존에 필요한 유전자를 암호화하고, 상기 생존에 필요한 유전자가 형질전환된 마이코박테리움의 세균 게놈으로부터 결실된 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 27 항에 있어서, 생존에 필요한 유전자가 leuD인 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 27 항에 있어서, 생체 내에서 활성화된 프로모터 서열을 추가로 포함하는 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 24 항에 있어서, 감독된 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 30 항에 있어서, BCG인 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
제 31 항에 있어서, BCG가 하기 균주 BCG1331, BCG 파스퇴르, BCG 토쿄, 및 BCG 코펜하겐 중에서 선택되는 형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손.
형질전환된 마이코박테리움 또는 그의 자손을 포함하는 백신으로, 관심 유전자를 암호화하는 외부 뉴클레오타이드 서열을 포함하고, 하기의 조건들 중 하나 이상이 존재하는 백신:

a) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 그람 음성 세균에서 복제할 수 없는 플라스미드를 포함하고;

b) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 항생제 내성을 나타내지 않고;

c) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 영양요구성이고;

d) 상기 형질전환된 마이코박테리움이 일방 셔틀 벡터를 함유한다.