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Identification and characterization of Borrelia antigens as potential vaccine candidates
Albina Poljak
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Alexander von Gabain
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29274.12894.240155-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Lyme-Borreliose (LB) ist eine durch Zecken übertragene Zoonose, die in Europa, Nord Amerika und dem Fernen Osten weit verbreitet ist. Die Krankheit wird durch pathogene Borrelia sp. ausgelöst, wobei für die überwiegende Mehrheit der Fälle B. afzelii, B. garinii and B. burgdorferi s.s. verantwortlich sind. Durch Umweltveränderungen, welche die Verbreitung von Zecken fördern, steigt die Anzahl der Infektionen stetig. Die Inzidenzrate beläuft sich derzeit, abhängig von der geographischen Region, auf 0.3 bis 130 Fälle pro 100.000 Einwohner pro Jahr. Der einzige jemals zugelassene Impfstoff enthielt rekombinantes OspA und schützte vor B. burgdorferi s.s. Infektionen. Dieser Impfstoff wurde allerdings 2002 vom Markt genommen. Ziel der Arbeit war die Identifizierung von hochkonservierten Impfstoffkandidaten, welche vor Infektionen mit B. afzelii, B. garinii und B. burgdorferi s.s. schützen sollen. Dazu wurden in E. coli Genombibliotheken hergestellt, die an der Oberfläche Borrelia Peptide exprimieren, und mit hochtitrigen Seren von Borreliose Patienten gescreent wurden. Ungefähr 150 Impfstoffkandidaten wurden so identifiziert, wobei darunter auch die aus der Literatur bekannten Antigene OspC und DbpA zu finden waren. Die weitere Selektion und in vitro Validierung der identifizierten Antigene umfasste die Untersuchung der Genkonservierung in einer Sammlung pathogener B. burgdorferi sensu lato (s.l.) Stämme, die Untersuchung der Expression der Antigene an der Oberfläche mit Hilfe von Durchflusszytometrie und Immunogenizitätsstudien, wobei dazu einzelne Humanseren verwendet wurden. 25 vielversprechende Antigene wurden anschließend in rekombinanter Form hergestellt und im Mausmodell getestet, wobei zwei dieser Antigene eine Schutzwirkung zeigten und weiter charakterisiert werden.
Parallel zur beschriebenen Antigenidentifizierung (AIP) wurde die Oberflächenexpression der Borrelia Proteine mit Hilfe von Proteomics untersucht. Zu diesem Zweck wurden Membranfraktionen der drei Borrelia Genospezies B. burgdorferi (Stamm B31), B. afzelii (Stamm K78) und B. garinii (Stamm PBi) hergestellt und deren Zusammensetzung mit Hilfe von nano-HPLC MS/MS analysiert. Darüber hinaus wurden Proteinextrakte von intakten Bakterien, die mit Trypsin behandelt (partieller Oberflächenverdau) und mit Hilfe von Biotin gefärbt wurden, hergestellt und anschließend mit Massenspektroskopie untersucht. Mit Hilfe beider Methoden (AIP® und Proteomics) konnten somit konservierte Oberflächenproteine der drei pathogenen Borrelia Genospezies identifiziert werden.
Abstract
(Englisch)
Lyme borreliosis (LB) is the most prevalent tick-borne zoonosis and an important emerging infectious disease in Europe, North America and Far Eastern countries. The causative agents of LB are pathogenic Borrelia species. B. afzelii, B. garinii and B. burgdorferi s.s. are responsible for the vast majority of cases and can cause different disease manifestations. Due to changes in ecological conditions that favor tick propagation the number of infections increases steadily. Incidence rates show great geographical variations and range from 0.3 to 130 cases per 100,000 inhabitants per year. The first and only vaccine against LB, which was based on the recombinant OspA protein and provided protection against B. burgdorferi s.s. infections, was withdrawn from the market in 2002. Our aim was to identify novel highly conserved vaccine candidates that could protect against the three major pathogenic Borrelia species causing human disease. In search for such antigens human sera obtained from patients with borreliosis and containing high levels of anti-borrelial antibodies were used in conjunction with bacterial surface display libraries that express Borrelia peptides on the surface of E. coli. Approximately 150 candidate antigens were selected using this antigen identification approach, among which were also the antigens previously reported as antigenic and protective, such as OspC and DbpA. For further selection of the most promising candidates for vaccine development, all antigens were subjected to an in vitro validation procedure consisting of gene conservation analysis with a collection of pathogenic B. burgdorferi sensu lato (s.l.) strains, surface expression analysis, and immunogenicity studies to determine the reactivity with individual human sera. Subsequently, 25 antigens selected with this validation procedure were expressed in recombinant form and tested for protection in a murine challenge model. The animal studies resulted in the selection of two protective vaccine candidates that are considered for further studies.
In parallel with this antigen validation approach, proteomics analyses were applied in order to determine the surface localization of Borrelia proteins. Membrane fractions of three Borrelia genospecies, B. burgdorferi (strain B31), B. afzelii (strain K78) and B. garinii (strain PBi) were prepared and analyzed by nano-HPLC MS/MS to identify the composition of the membranome. In addition, we also performed partial trypsin digest and biotin labeling of intact bacteria followed by protein extraction and peptide analysis by mass spectroscopy. This combined approach allowed a comprehensive identification of conserved surface proteins of the three main human pathogenic Borrelia genospecies.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Lyme disease Borrelia vaccine antigens
Schlagwörter
(Deutsch)
Lyme-Borreliose Borrelia Impfstoff Antigene
Autor*innen
Albina Poljak
Haupttitel (Englisch)
Identification and characterization of Borrelia antigens as potential vaccine candidates
Paralleltitel (Deutsch)
Identifizierung und Charakterisierung von Borrelia Antigenen als potenzielle Impfstoffkandidaten
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
170 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Alexander von Gabain ,
Sven Bergström
Klassifikationen
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie ,
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie
AC Nummer
AC08540064
Utheses ID
11409
Studienkennzahl
UA | 091 | 441 | |