Refine
Has Fulltext
- yes (4)
Is part of the Bibliography
- yes (4)
Document Type
- Journal article (3)
- Doctoral Thesis (1)
Keywords
- antibodies (3)
- Halogenase (1)
- Mikroorganismus (1)
- N-glycans (1)
- P. falciparum (1)
- PFS25 (1)
- RTS,S/AS01 malaria vaccine (1)
- Rubritalea (1)
- Schwämme (1)
- Sekundärmetabolit (1)
- Sponges (1)
- Streptomyceten (1)
- Streptomycetes (1)
- Verrucomicrobia (1)
- agroinfiltration (1)
- antigen (1)
- balancing selection (1)
- cost-effectiveness (1)
- expression (1)
- falciparum (1)
- gametes (1)
- identification (1)
- immunization (1)
- malaria (1)
- malaria vaccine (1)
- membrane (1)
- plant-made vaccines (1)
- plasmodium falciparum (1)
- plastid targeting (1)
- purification (1)
- recombinant proteins (1)
- sexual stage (1)
- tobacco (1)
- transmission (1)
- vaccines (1)
Institute
- Institut für Molekulare Infektionsbiologie (4) (remove)
Analysis of a multi-component multi-stage malaria vaccine candidate—tackling the cocktail challenge
(2015)
Combining key antigens from the different stages of the P. falciparum life cycle in the context of a multi-stage-specific cocktail offers a promising approach towards the development of a malaria vaccine ideally capable of preventing initial infection, the clinical manifestation as well as the transmission of the disease. To investigate the potential of such an approach we combined proteins and domains (11 in total) from the pre-erythrocytic, blood and sexual stages of P. falciparum into a cocktail of four different components recombinantly produced in plants. After immunization of rabbits we determined the domain-specific antibody titers as well as component-specific antibody concentrations and correlated them with stage specific in vitro efficacy. Using purified rabbit immune IgG we observed strong inhibition in functional in vitro assays addressing the pre-erythrocytic (up to 80%), blood (up to 90%) and sexual parasite stages (100%). Based on the component-specific antibody concentrations we calculated the IC50 values for the pre-erythrocytic stage (17–25 μg/ml), the blood stage (40–60 μg/ml) and the sexual stage (1.75 μg/ml). While the results underline the feasibility of a multi-stage vaccine cocktail, the analysis of component-specific efficacy indicates significant differences in IC50 requirements for stage-specific antibody concentrations providing valuable insights into this complex scenario and will thereby improve future approaches towards malaria vaccine cocktail development regarding the selection of suitable antigens and the ratios of components, to fine tune overall and stage-specific efficacy.
Background: Despite the limited success after decades of intensive research and development efforts, vaccination still represents the most promising strategy to significantly reduce the disease burden in malaria endemic regions. Besides the ultimate goal of inducing sterile protection in vaccinated individuals, the prevention of transmission by so-called transmission blocking vaccines (TBVs) is being regarded as an important feature of an efficient malaria eradication strategy. Recently, Plasmodium falciparum GAP50 (PfGAP50), a 44.6 kDa transmembrane protein that forms an essential part of the invasion machinery (glideosome) multi-protein complex, has been proposed as novel potential transmission-blocking candidate. Plant-based expression systems combine the advantages of eukaryotic expression with a up-scaling potential and a good product safety profile suitable for vaccine production. In this study we investigated the feasibility to use the transient plant expression to produce PfGAP50 suitable for the induction of parasite specific inhibitory antibodies.
Results: We performed the transient expression of recombinant PfGAP50 in Nicotiana benthamiana leaves using endoplasmatic reticulum (ER) and plastid targeting. After IMAC-purification the protein yield and integrity was investigated by SDS-PAGE and Western Blot. Rabbit immune IgG derived by the immunization with the plastidtargeted variant of PfGAP50 was analyzed by immune fluorescence assay (IFA) and zygote inhibition assay (ZIA). PfGAP50 could be produced in both subcellular compartments at different yields IMAC (Immobilized Metal Affinity Chromatography) purification from extract yielded up to 4.1 mu g/g recombinant protein per fresh leaf material for ER-retarded and 16.2 mu g/g recombinant protein per fresh leave material for plasmid targeted PfGAP50, respectively. IgG from rabbit sera generated by immunization with the recombinant protein specifically recognized different parasite stages in immunofluorescence assay. Furthermore up to 55 % inhibition in an in vitro zygote inhibition assay could be achieved using PfGAP50-specific rabbit immune IgG.
Conclusions: The results of this study demonstrate that the plant-produced PfGAP50 is functional regarding the presentation of inhibitory epitopes and could be considered as component of a transmission-blocking malaria vaccine formulation.
Pf38 is a surface protein of the malarial parasite Plasmodium falciparum. In this study, we produced and purified recombinant Pf38 and a fusion protein composed of red fluorescent protein and Pf38 (RFP-Pf38) using a transient expression system in the plant Nicotiana benthamiana. To our knowledge, this is the first description of the production of recombinant Pf38. To verify the quality of the recombinant Pf38, plasma from semi-immune African donors was used to confirm specific binding to Pf38. ELISA measurements revealed that immune responses to Pf38 in this African subset were comparable to reactivities to AMA-1 and \(MSP1_{19}\). Pf38 and RFP-Pf38 were successfully used to immunise mice, although titres from these mice were low (on average 1:11.000 and 1:39.000, respectively). In immune fluorescence assays, the purified IgG fraction from the sera of immunised mice recognised Pf38 on the surface of schizonts, gametocytes, macrogametes and zygotes, but not sporozoites. Growth inhibition assays using \(\alpha Pf38\) antibodies demonstrated strong inhibition \((\geq 60 \% ) \) of the growth of blood-stage P. falciparum. The development of zygotes was also effectively inhibited by \(\alpha Pf38\) antibodies, as determined by the zygote development assay. Collectively, these results suggest that Pf38 is an interesting candidate for the development of a malaria vaccine.
Marine Schwämme (Porifera) stellen eine reichhaltige Quelle für bioaktive Substanzen dar. Oft kommen diese jedoch nur in sehr geringen Mengen im Ausgangsmaterial vor, sodass eine nachhaltige Nutzung für z. B. medizinische Anwendungen nur selten möglich ist. Viele Schwämme sind darüber hinaus mit einer ernormen Biomasse hochgradig Schwamm-spezifischer Mikroorganismen assoziiert, die extrazellulär in der Mesohylmatrix vorliegen. In der vorliegenden Dissertationsarbeit wurden ausgewählte Schwamm-assoziierte Mikroorganismen taxonomisch charakterisiert und auf die Produktion von bioaktiven Sekundärmetaboliten sowie ihr weiteres biotechnologisches Potential hin überprüft. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit gelang die Isolierung und taxonomische Charakterisierung eines neuen, obligat marinen Bakteriums des Phylums Verrucomicrobia. Das Isolat Pol012 repräsentiert aufgrund der niedrigen 16S-rRNA Sequenzhomologie von <83% zu kultivierten Verrucomicrobia den ersten Vertreter einer neuen Gattung dieses Phylums. Die Wachstumsbedingungen sowie zelluläre und biochemische Merkmale des Stammes wurden charakterisiert. Es zeigte sich, dass das Isolat Pol012 wahrscheinlich zur Bildung von Prodigiosinen befähigt ist. Prodigiosine sind als cytotoxische Sekundärmetabolite bereits aus anderen Bakterienarten bekannt. Pol012 wurde unter dem Namen „Rubritalea marina“ als neues Bakterium beschrieben. Durch Anreicherung auf gezielten Agarmedien wurde eine Isolierung von Streptomyceten aus verschiedenen marinen Schwämmen erzielt. Die Bakterien wurden auf die Produktion antimikrobiell wirksamer Substanzen hin untersucht. Es konnten vor allem Wirksamkeiten gegen Gram-positive Bakterien, wie S. aureus, nachgewiesen werden. Die antimikrobiellen Aktivitäten des Stammes Aer003 wurden auf die gesättigten Fettsäuren Palmitinsäure und Docosansäure zurückgeführt (T. Gulder AG Bringmann, Universität Würzburg). Die Auswertung des Sekundärmetabolitspektrums des Stammes Pol001 steht noch aus. Isolat Pol001 ist durch eine niedrige Sequenzhomologie des 16S-rRNA Gens von 97,6% zu bereits beschriebenen Vertretern der Gattung Streptomyces charakterisiert und stellt daher vermutlich eine neue Streptomycetenart dar. Die Erstellung und Durchmusterung einer Genbank aus Pol001 auf Sekundärmetabolitoperons führte zur Beschreibung eines neuen Glycopeptidbiosyntheseclusters. Seine Sequenzierung und in silico Analyse weist auf ein strukturell neues Glycopeptid hin, welches Ähnlichkeiten zum Vancomycin besitzt. Weiterhin wurde der Enzymtyp der FADH2-abhängigen Halogenasen in mikrobiellen Konsortien verschiedener mariner Schwämme nachgewiesen. FADH2-abhängige Halogenasen spielen bei der Biosynthese halogenierter Sekundärmetaboliten aus Bakterien eine große Rolle. Unter Nutzung von degenerierten PCR Primern wurden 34 Halogenasegenfragmente in verschiedenen Schwämmen identifiziert. Ein phylogenetischer Vergleich der abgeleiteten Aminosäuresequenzen mit homologen Bereichen bereits bekannter Enzyme ergab, dass die Mehrzahl der aus Schwämmen gewonnenen Gene ein Schwamm-spezifisches Halogenasecluster bildeten, dessen Funktion jedoch noch unbekannt ist. Bei der Durchmusterung einer aus dem mikrobiellen Konsortium des Mittelmeerschwammes Aplysina aerophoba erstellten Metagenombank konnten vier Fosmide identifiziert werden, die unterschiedliche Halogenasegene trugen. Das Insert eines der betreffenden Fosmide wurde komplett sequenziert. Zusätzlich wurden jeweils 7 kb um die Halogenasegene der drei anderen Fosmide analysiert. In den abgeleiteten kompletten Aminosäuresequenzen der vier Enzyme konnten die für FADH2-abhängige Halogenasen typischen Sequenzmotive GxGxxG und WxWxI nachgewiesen werden. Eine phylogenetische Analyse ergab eine eigene Abstammungslinie für drei der Proteine. Die heterologe Expression einer der vier Halogenasen in E. coli war möglich. Die beschriebenen Halogenasen und die sie umgebenden genomischen Bereiche geben erste Einblicke in das halogenierende Potential mikrobieller Konsortien mariner Schwämme. Weiterführende Analysen können hier zu einer biotechnologisch wertvollen Anwendung führen. Weiterhin ist es möglich, dass verschiedene bakterielle Stamme, die während der vorliegenden Arbeit kultiviert werden konnten, in naher Zukunft als Quelle neuartiger Sekundärmetabolite erkannt werden. Dies trifft sowohl auf das Phylum der Verrucomicrobia, als auch auf das Phylum der Actinobacteria zu. Darüber hinaus stellt die Beschreibung von Rubritalea marina einen Ansatzpunkt für die weitere Analyse von marinen Verrucomicrobien dar.