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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
von Diphtherie-Toxin
oder CRM-Protein, das kreuzreaktiv mit Diphtherie-Toxin ist, ein
Verfahren zum Exprimieren von Diphtherie-Toxin oder CRM-Protein,
das kreuzreaktiv mit Diphtherie-Toxin in einem Wirt ist, und ein
Mikroorganismus der Art Corynebacterium diphtheria Stamm C7, der
mit einem solchen Plasmid transformiert ist.
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Hintergrund
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Das
CRM197-Protein ist eine nicht toxische Form von Diphtherie-Toxin,
doch ist es immunologisch nicht von Diphtherie-Toxin zu unterscheiden.
CRM197 wird durch C. diphtheriae produziert, das durch die nicht toxigene
Phage ß197tox-, erzeugt durch Nitrosoguanidin-Mutagenese der toxigenen
Corynephage ß,
infiziert ist (T. Uchida et al., 1971, Nature New Biology, 233:8–11). Das
CRM197-Protein hat das gleiche Molekulargewicht wie das Diphtherie-Toxin,
unterscheidet sich davon aber durch eine einzige Basenänderung
(Guanin zu Adenin) im Strukturgen. Diese einzige Basenänderung
erzeugt eine Aminosäure-Substitution
(Glutaminsäure
für Glycin)
im ausgereiften Protein und beseitigt die toxischen Eigenschaften
von Diphtherie-Toxin. Das CRM197-Protein ist ein sicherer und wirksamer
T-Zellen-abhängiger
Träger
für Saccharide
und wird derzeit im Haemophilus influenzae Typ b Oligosaccharid-CRM197-Konjugatvaccin (HibTiterTM; Lederle Praxis Biologicals, Rochester,
N.Y.) benutzt.
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Die
Produktion signifikanter Mengen des CRM197-Proteins zum Einsatz
in Vaccinen wurde aufgrund eines geringen Protein-Überflusses
gehindert. Es wurden Techniken entwickelt, um die Produktion von CRM-Proteinen
unter Einsatz von Doppel-Lysogenen (R. Rappuoli, 1983, Applied Eny.
Microbio. 46:560–564;
US-PS 4,925,972 von R. Rappuoli
und R. Rappuoli, 1983, J. Bacteriol. 153:1202-1210) der nicht toxigenen Corynephage ß197 zu
erhöhen.
Rappuoli berichtet Ausbeuten an CRM197 von Doppel-Lysogenen, die
bis zum Dreifachen höher
sind als von den Einzel-Lysogenen. Die Produktions-Niveaus von CRM197
durch Einzel-Lysogene sind angemessen, jedoch wirtschaftlich unbefriedigend
für die
Produktion von Vaccinen, die CRM197-Protein benutzen.
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Die
Einführung
von Mehrfach-Lysogenen der Corynephage ß in Corynebacterium diphtheriae
ist ein arbeitsreiches Screen-Verfahren zum Identifizieren von Stämmen, die
das CRM197-Protein, Diphtherie-Toxin oder andere CRM-Proteine, die
kreuzreaktiv mit Diphtherie-Toxin
sind, stärker
produzieren können.
Außerdem ist
dieses Verfahren in seiner Fähigkeit
zum Manipulieren der Protein-Expression unter Benutzung; standardgemäßer rekombinanter
Techniken beschränkt.
Es wäre
daher nützlich,
ein Verfahren zu entwickeln, das signifikante Menge von Diphtherie-Toxin
und CRM-Proteinen durch Erhöhen
der Genkopienzahl ohne den Einsatz von Corynephage ß oder durch
Erhöhen
der Produktions-Mengen dieser Proteine aus Stämmen erzeugen kann, die für Corynephage ß lysogen
sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein neues Verfahren und Plasmid-System zum Manipulieren
und Einführen
des Gens, das für
CRM197, Diphtherie-Toxin und andere aus dem Diphtherietoxin-Gen abgeleitete CRM-Proteine codiert
ebenso wie Mikroorganismen, die durch diese Mittel transformiert
sind. Ein besonders bevorzugtes DNA-Plasmid, das als pPX 3511 bezeichnet
wird, das das Gen für
CRM197 aus der nicht toxigenen ß-Phage und
das Plasmid pNG2-22 kombiniert, wird beschrieben. Das neue Plasmid-System
ist in der Lage, Stämme von
Corynebacterium diphtheriae in Stämme zu transformieren, die
zum Exprimieren hoher Niveaus des CRM197-Proteins ohne die Benutzung von Mehrfach-Lysogene
in der Lage sind. Die Erfindung liefert ein elegantes Mittel zur
Erhöhung
der Protein-Expression von CRM197, Diphtherie-Toxin und anderen
vom Diphtherietoxin-Gen abgleiteten CRM-Proteinen. Die Gen-Expression
kann auch durch Erhöhen
der Promotor-Stärke oder
durch Entfernen des Promotors aus der Eisen-Regulation manipuliert
werden. In bevorzugten Ausführungsformen
kann das Plasmid-System zum Exprimieren anderer Proteine, wie genetische
Fusionen mit CRM197, Diphtherie-Toxin oder anderen vom Diphtherietoxin-Gen
abgeleiteten CRM-Proteinen benutzt werden. Die Regulations- und
Behandlungs-Sequenz von CRM197, Diphtherie-Toxin und anderen vom
Diphtherie-Gen abgeleiteten
CRM-Proteinen kann zum Exprimieren von Fremdproteinen in Corynebacterium
spp. benutzt werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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1 ist ein rekombinantes
DNA-Plasmid, das als pPX 3511 bezeichnet wird, das das Gen für CRM197,
eine multiple Klonierungsstelle, die abgeleitet ist vom E. coli-Klonierungsvektor
pUC 18, der den Chloramphenicol-Resistenz(CmR)-Marker enthält und einen
Replikationsursprung enthält,
der vom Plasmid pNG2-22 (T.M. Serwold-Davis et al., FEM Microbiol.
Lett. 66:119–124)
abgeleitet ist.
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2 ist ein 12% SDS-PAGE-Gel,
das die Produktion von CRM197 (61,8 Kilodalton) aus verschiedenen
Stämmen
von C. diphtheriae C7 zeigt. Spur A: Standards hohen Molekulargewichtes
(BRL, 200-14,3 Kilodalton); Spur B: Einzel-Lysogen-C7(ß197)tox-; Spur C: Doppel-Lysogen-C7(ß197)tox-;
Spur D: nicht lysogenes C7(-)tox- mit pPX
3511, gezüchtet
ohne Chloramphenicol (Cm2) (2μg/ml);
Spur E: nicht lysogenes C7(-)tox- it pPX 3511,
gezüchtet
mit Chloramphenicol (2μg/ml);
Spur F: Einzel-Lysogen-C7(ß197)tox- mit pPX 3511, gezüchtet ohne Chloramphenicol
(2μg/ml);
Spur G: Einzel-Lysogen-C7(ß197)tox-, gezüchtet
mit Chloramphenicol (2μg/ml).
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3 zeigt die Stabilität von Plasmid
pPX 3511 in C. diphtheriae-C7(ß197)tox- unter Benutzung der Chloramphenicol-Resistenz
als einem Indikator der Plasmid-Retention ohne antibiotische Selektion.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein neues Verfahren und Plasmid-System zum Erzeugen
von Diphtherie-Toxin, CRM197 und anderer von Diphtherietoxin-Gen
abgeleiteter CRM-Proteine in Mengen, die zum Einsatz in Vaccinen
oder für
andere Verwendung genügen,
die angemessene ver arbeitbare Mengen dieser Proteine erfordern.
Das Plasmid-System liefert ein wirksames Mittel zum Einführen und
Vergrößern der
Kopienzahl des Diphtherietoxin-Gens oder CRM-Gens in Corynebacterium
spp. Das Plasmid hat sein eigenes unabhängiges Episom mit seinen eigenen
Replikations-Funktionen, was es dem Plasmid ermöglicht, Extrakopien von Diphtherietoxin- oder CRM-Gen in
Wirtsstämme
einzuführen,
die zu einer solchen Integration nicht in der Lage sind, oder die
vorher nicht durch die Phage ß197tox- infiziert sind. So sind, z.B., die Mengen
an CRM197-Protein, die durch Corynebacterium spp. erzeugt werden,
das das Plasmid dieser Erfindung beherbergt, vergleichbar, wenn
nicht besser, als Ausbeuten an CRM197-Protein, das durch Mehrfach-Lysogene
von C. diphtheriae exprimiert werden, die mit der Corynephage ß197tox- infiziert wurden.
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Die
Plasmide dieser Erfindung mit hohem Produktionsniveau umfassen ein
für Diphtherie-Toxin
oder CRM-Protein kodierendes Gen, das seine Promotor- und Regulations-Signalsequenz
einschließt,
einen Corynebacterium-Replikationsursprung derart, dass das resultierende
Plasmid in Corynebacterium spp. eingeführt werden kann und einen selektierbaren
Marker, der wahlweise mit einer multiplen Klonierungsstelle verknüpft ist.
Dieses Plasmid wird zum Transformieren von Mikroorganismen der Art
Corynebacterium und besonders von Corynebacterium diphtheriae unter
Bedingungen benutzt, die zum Erleichtern der Expression des Diphtherietoxin-
oder CRM-Gens genügen.
Geeignete Wachstums-Bedingungen sind in Abhängigkeit vom Wirtsorganismus
für den
Fachmann leicht zugänglich.
So ist es, z.B., für
die optimale CRM197-, Diphtherie-Toxin- oder andere CRM-Protein-Produktion
aus Corynebacterium spp. erforderlich, den Mikroorganismus in einem Medium
mit wenig Eisen oder einem enteisenten Medium zu halten.
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Das
Plasmid enthält
ein Gen, das für
das Diphtherie-Toxin oder CRM-Protein codiert, das vom Diphtherietoxin-Gen
abgeleitet ist. Beispiele von CRM-Proteinen, d.h., kreuzreagierende
Materialien, die immunologisch kreuzreaktiv mit dem Diphtherie-Toxin
sind, die in den Plasmid-Konstrukten dieser Erfindung eingesetzt werden
können,
schließen
CRM197, CRM45, CRM30, CRM228 und CRM176 ein, sind jedoch darauf
nicht beschränkt.
Das für
das CRM197-Protein
codierende Gen ist von Diphtherie-Toxin (DT) abgeleitet, dessen
Sequenz von Greenfield et al. (L. Greenfield et al., 1983, Proc.
Natl. Acad. Sci. USA, 80:6853-6857) berichtet wurde. Der Unterschied
zwischen dem DT-Gen und dem CRM197-Gen ist eine einzige Basen-Änderung
im Strukturgen. Die Nucleotid-Sequenzen für einige der CRM-Gene wurden
von T. Uchida et al. (J. Biol. Chem., 248:3838-3844, 1975) berichtet.
Das gesamte CRM-Gen, einschließlich
seiner Regulations-Signalsequenz, kann durch Polymerase-Kettenreaktion
(PCR) produziert werden. Zum Erzeugen des CRM197-Gens oder anderer
CRM-Gene können
andere Amplifikations-Techniken oder synthetische Techniken benutzt
werden.
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Die
Regulations-Signalsequenz auf dem für Diphtherie-Toxin und CRM-Protein
codierenden Gen gestattet das Absondern des Proteins in das Medium.
Das abgesonderte Protein kann somit aus dem Medium gewonnen und
unter Benutzung bekannter Techniken, wie Salz-Ausfällung
und Säulenchromatographie,
gereinigt werden.
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Die
Mehrfach-Klonierungsstelle ist vorzugsweise von pUC 18 abgeleitet,
doch können
Mehrfach-Klonierungsstellen, die von anderen Quellen abgeleitet
sind, benutzt werden, z.B. pBluescript oder eine andere synthetische
Mehrfach-Klonierungsstelle. Alternativ kann die mehrfache Klonierungsstelle
vollständig
beseitigt werden, ohne die Betriebsfähigkeit des Plasmids zu beeinträchtigen.
In einem anderen Falle wird ein selektierbarer Marker in das Plasmid
eingebracht. Es kann irgendein antibiotischer Resistenz-Marker als
der auswählbare
Marker benutzt werden, wie Ampicillin, Erythromycin, Chloramphenicol,
Kanamycin, doch ist er darauf nicht beschränkt. Zuerst wird die Emfindlichkeit
des Corynebacter auf das Antibiotikum der Wahl getestet. Chloramphenicol
ist bevorzugt, wenn die exprimierten Proteine für menschliche Verwendung beabsichtigt
sind, da Chloramphenicol für
einen solchen Zweck von der Food and Drug Administration genehmigt
ist. Andere Verfahren der Plasmid-Selektion, wie Schwermetall-Resistenz oder Ernährungs-Anforderungen,
können
als Alternativen für
antibiotische Resistenz-Marker
benutzt werden.
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Replikationsursprünge, die
bei der Konstruktion von Hochproduktions-Plasmiden dieser Erfindung brauchbar
sind, sind solche, die von Corynebacterium spp. abgeleitet sind.
Der Replikationsursprung, der für pPX
3511 ausgewählt
ist, ist vom Corynebacterium diphtheriae abgeleitet. Siehe Beispiel-Abschnitt.
Andere Corynebacter-Replikationsursprünge können benutzt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Expression von CRM197 mit hohem Niveau unter Einsatz eines
neuen rekombinanten DNA-Plasmids, als pPX 3511 bezeichnet, erzielt,
das zum Transformieren von Stämmen
von C. diphtheriae C7 zu Stämmen
in der Lage ist, die hohe Niveaus von CRM197-Protein produzieren.
pPX 3511, gezeigt in 1,
enthält
das von Diphtherie-Toxin abgeleitete CRM197-Gen (L. Greenfield et
al.,1983, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89:6853-6857). Der übrige Abschnitt
des Plasmids ist vom Eltern-Plasmid pNG2-22 abgeleitet, in das das
CRM197-Gen eingeführt
ist.
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Plasmid
pPX 3511 wird produziert, indem man zuerst das CRM197-Gen von C.
diphtheriae durch eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) amplifiziert.
Das CRM197-Gen wird dann in ein C. diphtheriae-Plasmid geklont,
das einen selektierbaren Marker enthält, wie pNG2 (J. Schiller et
al., 1980, Antimicrobial Agents ans Chemotherapy 18:814-821) und
pNG2-22 (T.M. Serwold-Davis et al., 1990, FEM Microbiol. Lett.,
66:119-124). Diese beiden Plasmide haben einen weiten Wirtsbereich
und sie sind zur Replikation in geringer Kopienzahl (5-10 Kopien/Zelle)
in allen bisher getesteten Coryneformen in der Lage.
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Das
Eltern-Plasmid pNG2 ist ein natürlich
vorkommendes C. diphtheriae-Plasmid, das ursprünglich aus gegen Erythromycin
resistenten klinischen Stämmen
isoliert wurde. Der Replikationsursprung für pNG2 ist auf einem 2,6 kb
EcoRI-CIaI-Fragment vorhanden. Dieser Replikationsursprung wurde
zum Erzeugen eines Chloramphenicol-Resistenzvektors benutzt, der
als pNG2-22 (Serwold-Davis et al., a.a.O.) und pCM 2,6 bezeichnet
wird (Schmit, 1991, Infect. Immun. 59:1899-1904).
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Der
Stamm C. diphtheriae C7 wird dann mit dem resultierenden pPX 3511-Plasmid
durch Elektroporation transformiert, was es ermöglicht, dass das Bacterium
CRM197 ohne die Anwesenheit des Phagen ß197tox- produziert.
Andere Transformations-Techniken können benutzt werden, wie bekannte
physiklische und chemische Mittel (Serwold-Davis et al., a.a.O.).
Diese Technik der Elektrotransformation mit pPX 3511 wird auch unter
Benutzung von C. diphtheriae C7(ß197)tox--Einzel-Lysogen
zur Erhöhung
des Produktions-Niveaus von CRM197-Protein ausgeführt. Die Niveaus des durch
die Transformanden exprimierten CRM197-Proteins sind mit Expressions-Niveaus
des Einzel-Lysogen-C. diphtheriae C7(ß197)tox-ATCC
Nr. 5328 und dem Doppel-Lysogen C. diphtheriae C7(ß197)tox-M1, ATCC Nr. 39255 verglichen, das das
pPX 3511-Plasmid nicht beherbergt. Es wird beobachtet, dass, wenn
Plasmid pPX 3511 in einen C. diphtheriae C7-Stam eingeschleust wird,
die Transformanden zur Expression von CRM197 in Niveaus in der Lage
sind, die äquivalent
sind C. diphtheriae-Doppel-Lysogen-Stämmen.
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In
anderen Ausführungsformen
der Erfindung wird der neue Plasmid-Vektor zur Erzeugung einer Reihe
von Plasmid-Vektoren mit verschiedenen Fähigkeiten modifiziert. So kann,
z.B., die Stellen-dirigierte Mutagenese zum Reparieren der einzigen
Basenänderung
in CRM197 benutzt werden, sodass das neue Plasmid Diphtherie-Toxin
exprimieren würde.
Andere Änderungen
können
an der geklonten CRM197-Gensequenz vorgenommen werden, um andere
bekannte CRM-Proteine von Diphtherie-Toxin, wie CRM45, CRM30, CRM228 und
CRM176, zu exprimieren (T. Uchida et al., 1973, J. Biol. Chem.,
248:3838-3844).
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Unter
Benutzung rekombinanter DNA-Techniken können an den Regulations- oder
Behandlungs-Sequenzen des Diphtherie-Toxins von CRM197 vorgenommen
werden oder es können ähnlich geklonte
Diphtherie-Toxin- oder CRM-Gene benutzt werden, um die Produktion
dieser Proteine weiter zu erhöhen.
So kann, z.B., die tox-Promotorregion modifiziert werden, um den
Promotor von der Eisen-Regulierung zu befreien.
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In
einer anderen Ausführungsform
kann das Plasmidvektor-System unter Einführung von Restriktionsenzym-Klonierungsstellen
in das Aminoende des CRM197-Gens oder ähnlich geklonten Diphtherie-Toxin- oder
CRM-Gens modifiziert werden. Das Klonen der DNA-Sequenzen von anderen
Proteinen in die Klonierungsstellen würde es dann gestatten, dass
der Plasmid-Vektor
andere rekombinante Proteine oder Antigene als Fusionen mit Aminoende
mit dem CRM197-Protein oder ähnlich
geklontem Diphtherie-Protein oder CRM-Protein koexprimiert und all
dies unter Direktion des tox-Promotors und der Signal-Sequenz. Zusätzlich oder
alternativ können
Klonierungsstellen in den Carboxy-Endabschnitt von CRM197, Diphtherie-Toxin
oder ähnlich
geklontem CRM eingeführt
werden, um andere Proteine als Fusionen mit Carboxyende zu exprimieren.
Aufgrund der Anwesenheit der regulierenden CRM197-Signalsequenz
würde das
resultierende Fusionsprotein in das Kulturmedium abgegeben werden.
Alternativ braucht nur die regulierende Signalsequenz von CRM197
als ein Mittel zum Exprimieren anderer ins Kulturmedium ausgeschiedener
Formen von Proteinen benutzt zu werden.
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Geeignete
Proteine und Antigene, die bei der Produktion des Plasmids nach
der Erfindung brauchbar sind, schließen teilchenförmige Antigene,
wie solche von Bakterien, Viren, Parasiten oder Pilzen, und Mikrokomponenten
von Zellen und lösliche
Antigene, wie Proteine, Peptide, Hormone und Glycoproteine, ein.
Antigene von speziellem Interesse sind virale, Pilz-, Parasiten-
oder bakterielle Antigene, Allergene oder zur Autoimmunität in Beziehung
stehende Antigene oder mit Tumoren in Verbindung stehende Antigene.
Die Antigene können
aus natürlichen
Quellen erhalten werden oder sie können durch rekombinante DNA-Technologie oder
andere künstliche
Mittel produziert werden.
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Zu
den interessierenden bakteriellen Antigenen gehören solche, die mit menschlichen
bakteriellen Pathogenen assoziiert sind, einschließlich, z.B.,
typisierbare und nicht typisierbare Haemophilus influenzae, Escherichia
coli, Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus
pyogenes, Branhamella catarrhalis, Vibrio cholerae, Neisseriagonorrhoeae,
Bordetella pertussis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus,
Klebsiella pneumoniae und Clostridium tetani. Einige spezifische
bakterielle Antigene schließen
bakterielle Oberflächen-
und äußere Membran-Proteine
(z.B. von Haemophilus influenzae, Neisseria meningitidis, Neisseriagonorrhoeae
oder Branhamella catarrhalis) und bakterielle Oberflächen-Proteine
(z.B. das M-Protein von Streptococcus pyogenes oder das 37 Kilodalton-Oberflächen-Protein
von Streptococcus pneumoniae) ein.
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Virale
Antigene von pathogenen Viren schließen menschliches Immundef-izienz-Virus
(Typen I und II), menschliches T-Zellen-Leukämievirus (Typen I, II und III),
RS-Virus, Hepatitis A-, Hepatitis B-, Hepatitis C-, nicht-A- und
nicht-B-Hepatitisvirus, Herpes simplex-Virus (Typen I und II), Cytomegalovirus,
Influenza-Virus, Parainfluenza-Virus, Poliovirus, Rotavirus, Coronavirus,
Rubella-Virus, Masern-Virus, Varicella, Epstein Barr-Virus, Adenovirus,
Papilloma-Virus und Gelbfieber-Virus ein, doch sind sie darauf nicht
beschränkt.
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Mehrere
spezifische virale Antigene dieser pathogenen Viren schließen das
F-Protein (speziell Antigene, die das F-Peptid 283-315 enthalten,
das in W089/02935 mit dem Titel "Respiratory
Syncytial Virus (RS-Virus): Vaccines and Diagnostic Assays" von P. Paradiso
et al. beschrieben ist), und die N- und G-Proteine des RS-Virus
(RSV), VP4- (früher
als VP3 bekannt), VP6- und VP7-Polypeptide von Rotavirus, Hüllen-Glycoproteine
des menschlichen Immundefizienz-Virus und die Oberflächen- und
Voroberflächen-Antigene
von Hepatitis und Herpes-Glycoproteine
B und D ein.
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Pilz-Antigene
können
solche sein, die von Pilzen abgeleitet sind, einschließlich Candida
spp. (speziell albicans), Cryptococcus spp. (speziell neoformans),
Blastomyces spp. (z.B, dermatitidis), Histoplasma spp. (speziell
capsudatum), Coccidroides spp. (speziell immitis), Paracoccidroides
spp. (speziell brasiliensis) und Aspergillus spp., doch sind sie
darauf nicht beschränkt.
Beispiele von Parasiten-Antigenen schließen Plasmodium spp., Eimeria
spp., Schistosoma spp., Trypanosoma spp., Babesia spp., Leishmania
spp., Cryptosporidia spp., Toxoplasma spp. und Pneumocystis spp.
ein, doch sind sie darauf nicht beschränkt.
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Die
Erfindung wird weiter durch die folgenden nicht einschränkenden
Beispiele veranschaulicht:
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Beispiel 1: Konstrukte
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Bakterienstämme
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E.
coli DH5α (BRL,
Gaithersburg, MD) wird für
alle Klonierungs-Prozeduren benutzt. Stämme von nicht toxigenem, nicht
lysogenem C. diphtheriae-C7(-)tox-, nicht
toxigenem Einzel-Lysogen-C.
diphtheriae-C7(ß197)tox- ATCC Nr. 5328 werden sowohl als Plasmid-Wirte
als auch als Kontrollen bei CRM197-Protein-Expressions-Untersuchungen
benutzt. Das nicht toxigene Doppel-Lysogen C. diphtheriae-C7(ß197)tox- ATCC Nr. 39255 wird als eine Kontrolle
in CRM197-Protein-Expressions-Experimenten benutzt.
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Medien und Bedingungen
für die
Züchtung
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E.
coli DH5α wird
routinemäßig auf
superoptimalem Brühe(SOB)-Agarmedium
und in SOB-Flüssigkeit bei
37°C gezüchtet (J.
Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold
Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY). C. diphtheriae-C7
Stämme
werden routinemäßig auf
SOC-Agar (J. Sambrook et al., a.a.O.) und -Flüssigkeit gezüchtet. Osmotisches
ET-Agarmedium (G.R. Best und M.L. Britz, 1986, Appl. Microbiol.
Biotech., 23:288-293) wird beim Plattieren elektroporierter Zellen
benutzt. Enteisentes CY-Medium (R. Rappuoli et al., 1983, J. Bacteriol.,
153:1202) wird für
Experimente bei der Expression von CRM197 benutzt. Chloramphenicol
wird in einer Menge von 34 μg/ml
für E.
coli DH5α und
von 2 μg/ml
für C.
diphtheriae C7-Stämme
hinzugegeben, die Plasmid pPX 3511 enthalten.
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Klonen des CRM197-Gens
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Das
CRM197-Gen wird durch PCR(Polymerase-Kettenreaktion)-Amplifikation
der Gensequenz von C. diphtheriae C7(ß197)tox--Einzellysogen-DNA
unter Einsatz von Oligonucleotid-Primern
auf der Grundlage der publizierten Sequenz von Diphtherie-Toxin
(L. Greenfield et al., 1983, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89:6853-6857)
geklont. Die Primer sind derart gebildet, dass ein Primer eine SaII/HincII-Restriktionsstelle
zu Beginn des funktionalen Gens und der andere eine XbaI-Stelle
nach dem Gen-Stopcodon des strukturellen Gens erzeugen würde. Diese
und ähnliche
Primer werden zum Amplifizieren und Klonen des CRM197-Gens, des
Diphtherietoxin-Gens
oder irgendeines CRM-Gens ähnlich
dem Diphtherietoxin-Gen benutzt, das durch die Corynephage ß codiert
wird.
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Die
CRM197-PCR-Produkte werden mit HincII und XbaI verdaut und in von
SmaI/Xbal verdautem pNG2-22, einem Chloramphenicol-Resistenzvektor
mit breitem Wirtsbereich mit der Fähigkeit, sowohl in Escherichia
coli als auch Corynebacterium spp. zu replizieren, ligiert. Die
Ligation wird benutzt, um E. coli DH5α zu transformieren und rekombinante
Kolonien werden durch Restriktionsanalyse auf die Anwesenheit des
CRM197-Gens gescreent. Ein Isolat, pPX 3511, wird unter Benutzung überlappender
Primer sequenziert, um irgendwelche Änderungen am CRM197-Gen zu überprüfen. Die
Oligonucleotid-Primer, die in PCR und dem Sequenzieren eingesetzt
werden, werden auf einer DNA-Synthetisier-Vorrichtung 380B von Applied
Biosystems synthetisiert. PCR wird mit einem thermischen DNA-Zyklisierer
Cetus von Perkin-Elmer
ausgeführt. Das
Sequenzieren erfolgt unter Benutzung einer Sequenzier-Vorrichtung
373A von Applied Biosystems. Das resultierende Plasmid (pPX 3511)
wird durch Elektroporation in den nicht toxigenen, nicht lysogenen
Stamm C. diphtheriae C7(-)tox- und den nicht
toxigenen Stamm C. diphtheriae C7(ß197)tox-,
ATCC Nr. 5328, transferiert.
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Elektroporation von C.
dightheriae C7
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C.
diphtheriae C7 wird mit Plasmid pPX 3511-DNA durch Elektroporation
unter Benutzung eines Protokolls transformiert, das für die Transformation
von Corynebacterium gluta micum und Brevibacterium lactofermentum
entwickelt wurde (J.A. Hayes und M.L. Britz,1989, FEMS Microbiol.
Lett., 61:329-334), mit der Ausnahme, dass das mit 0,2% Tween-80
ergänzte
SOC-Medium benutzt wurde. BTX-Transfektor 100 mit Power Plus und
Optimizor Graphic Pulse Analyzer und Küvetten mit 1 mm Spalt wurden
für die
Elektroporation benutzt. Die Anwesenheit des Plasmids pPX 3511 in
den transformierten C. diphtheriae C7-Stämmen wird durch Plasmid-Gewinnungs-
und Restriktions-Analyse geprüft.
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Beispiel 2: Expression
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Quantitative CRM197-Expressions-Untersuchungen
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Der
Vergleich der CRM197-Produktion wurde durch Züchten von Stämmen von
C. diphtheriae C7 unter ähnlichen
Bedingungen und Vergleichen der Menge von CRM197 im Überstehenden
der Kultur vorgenommen. Bei einem quantitativen Vergleich der Stämme wurden
4 ml Übernacht-Kulturen
zu einem OD600=0,1 in enteisentem CY-Medium
(30 ml Endvolumen in 250 ml Erlenmeyerkolben) verdünnt und
unter Schütteln
für 20 Stunden
bei 37°C
gezüchtet.
pPX 3511 enthaltende Stämme
wurden sowohl mit als auch ohne antibiotische Selektion (2 μg/ml Choramphenicol)
gezüchtet.
Nach der Inkubation wurden die Kulturen dann zentrifugiert, um die
Zellen zu entfernen, und 20 μl
des Überstehenden
der Kulturen wurden auf ein 12% SDS-PAGE-Gel gegeben. Das Gel wurde
mit Coomassie gefärbt
und ein quantitativer Vergleich wurde unter Benutzung eines Durchlässigkeits/Reflexions-Abtast-Dichtemessgerät von Bio-Rad
Modell 1650 mit einer Analyse-Packung GS 370 von Hoefer Scientific
ausgeführt.
Ein Vergleich der antigenen Eigenschaften des rekombinanten CRM197-Proteins
und des lysogenen ß197tox--CRM197-Proteins wurde durch Immunoblotten
des Gels und unter Einsatz von monoklonalen Antikörpern auf
CRM197 vorgenommen. Durch pPX 3511 erzeugtes CRM197 ist antigenmäßig identisch
dem durch lysogene Stämme
erzeugten CRM197.
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Stabilitäts-Experimente
an Plasmid pPX 3511
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Die
Stabilität
von Plasmid pPX 3511 wurde unter Beibehaltung der Chloramphenicol-Resistenz, als einem
Indikator der Plasmid-Beibehaltung, ohne antibiotische Selektion
untersucht. Kulturen von C. diphtheriae C7(ß197)tox--pPX
3511 wurden in SOC-Brühe,
die mit 0,1% Tween-80 ergänzt
war, um das Zellklumpen zu verhindern, für 18 Stunden (14 – 17 Generationen)
bei 37°C
gezüchtet.
Die Kulturen wurden dann zum Zählen der
Kolonien auf SOC-Agar plattiert und auf 1/10 für die nächste Generation verdünnt. Die
SOC-Agarplatten wurden wiederholt aus SOC-Agar mit 2 μg/ml Chloramphenicol
plattiert und der Prozentsatz der Kolonien, der Chloramphenicol-Resistenz
beibehielt, errechnet. Dieses Verfahren wurde bis zu 60 Generationen
wiederholt.
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Beispiel 3: Biologische
Resultate
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Der
quantitative Vergleich der CRM197-Produktion durch die verschiedenen
C. diphtheriae C7-Stämme
durch Dichtemessung der mit Coomassie gefärbten Gele (2) zeigt, dass die Stämme mit pPX 3511 etwa zweimal
soviel CRM197 erzeugen wie das Einzellysogen und ebensoviel wie
das Doppellysogen (Tabelle 1). Die Stabilität von Plasmid pPX 3511 über 60 Generationen
ist in 3 gezeigt.
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TABELLE 1
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Produktion
von CRM197 durch C. diphtheriae C7-Stämme, ausgedrückt durch
das Mehrfache der des Einzellysogens (ß197)
tox- | Mehrfaches
des Einzellysogens (ß197)tox- |
Doppellysogen
(ß197)tox- | 2,2 |
pPX
3511(-)tox-, kein Cm2 | 2,8 |
pPX
3511(-)tox-,Cm2 | 1,9 |
pPX
3511 (ß197)tox-, kein Cm2 | 2,0 |
pPX
3511 (ß197)tox-,Cm2 | 2,4 |
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Biologische Hinterlegung
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Plasmid
pPX 3511 wurde unter den Bedingungen des Budapester Vertrages bei
der American Type Culture Collection (ATCC), 12301 Parklawn Drive,
Rockville, Maryland 20852 am 12. Februar 1993 hinterlegt und erhielt
die ATCC-Eingangsnummer 75415. Alle Beschränkungen über die Erhältlichkeit des hinterlegten Materials
durch die Öffentlichkeit
werden nach Erteilung eines Patentes auf diese Anmeldung unwiderruflich zurückgezogen.
Die Hinterlegung erfolgt in einer öffentlichen Hinterlegungsstelle
für eine
Dauer von mindestens 30 Jahren vom Zeitpunkt der Hinterlegung oder
für die
Lebensdauer des Patentes oder für
die Dauer von 5 Jahren nach dem letzten Antrag auf Lieferung einer
Probe des biologischen Materials für den längeren Zeitraum statt. Die
Hinterlegung wird ersetzt, falls sie nicht lebensfähig oder
nicht replizierbar sein sollte.
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Der
Fachmann kennt viel Äquivalente
der hier spezifisch beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung
oder ist in der Lage solche zu finden, ohne mehr als Routine-Experimente
auszuführen.
Solche Äquivalente
sollen vom Umfang der folgenden Ansprüche mit umfasst werden.