Published September 15, 2021 | Version v1
Publication Open

Pertussis Vaccine Candidate Based on Outer Membrane Vesicles Derived From Biofilm Culture

Creators

  • 1. Instituto de Biotecnología y Biología Molecular
  • 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
  • 3. Universidad Nacional de La Plata

Description

Outer membrane vesicles (OMV) derived from Bordetella pertussis— the etiologic agent of the resurgent disease called pertussis—are safe and effective in preventing bacterial colonization in the lungs of immunized mice. Vaccine formulations containing those OMV are capable of inducing a mixed Th1/Th2/Th17 profile, but even more interestingly, they may induce a tissue-resident memory immune response. This immune response is recommended for the new generation of pertussis-vaccines that must be developed to overcome the weaknesses of current commercial acellular vaccines (second-generation of pertussis vaccine). The third-generation of pertussis vaccine should also deal with infections caused by bacteria that currently circulate in the population and are phenotypically and genotypically different [in particular those deficient in the expression of pertactin antigen, PRN(-)] from those that circulated in the past. Here we evaluated the protective capacity of OMV derived from bacteria grown in biofilm, since it was observed that, by difference with older culture collection vaccine strains, circulating clinical B. pertussis isolates possess higher capacity for this lifestyle. Therefore, we performed studies with a clinical isolate with good biofilm-forming capacity. Biofilm lifestyle was confirmed by both scanning electron microscopy and proteomics. While scanning electron microscopy revealed typical biofilm structures in these cultures, BipA, fimbria, and other adhesins described as typical of the biofilm lifestyle were overexpressed in the biofilm culture in comparison with planktonic culture. OMV derived from biofilm (OMVbiof) or planktonic lifestyle (OMVplank) were used to formulate vaccines to compare their immunogenicity and protective capacities against infection with PRN(+) or PRN(-) B. pertussis clinical isolates. Using the mouse protection model, we detected that OMVbiof-vaccine was more immunogenic than OMVplank-vaccine in terms of both specific antibody titers and quality, since OMVbiof-vaccine induced antibodies with higher avidity. Moreover, when OMV were administered at suboptimal quantity for protection, OMVbiof-vaccine exhibited a significantly adequate and higher protective capacity against PRN(+) or PRN(-) than OMVplank-vaccine. Our findings indicate that the vaccine based on B. pertussis biofilm-derived OMV induces high protection also against pertactin-deficient strains, with a robust immune response.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

حويصلات الغشاء الخارجي (OMV) المستمدة من Bordetella pertussis - العامل المسبب لمرض السعال الديكي الناشئ - آمنة وفعالة في منع الاستعمار البكتيري في رئتي الفئران المحصنة. تركيبات اللقاح التي تحتوي على تلك OMV قادرة على إحداث ملف تعريف مختلط Th1/Th2/Th17، ولكن الأهم من ذلك، أنها قد تحفز استجابة مناعية للذاكرة المقيمة في الأنسجة. يوصى بهذه الاستجابة المناعية للجيل الجديد من لقاحات السعال الديكي التي يجب تطويرها للتغلب على نقاط ضعف اللقاحات اللاخلوية التجارية الحالية (الجيل الثاني من لقاح السعال الديكي). يجب أن يتعامل الجيل الثالث من لقاح السعال الديكي أيضًا مع الالتهابات التي تسببها البكتيريا التي تنتشر حاليًا بين السكان وتختلف ظاهريًا وجينيًا [لا سيما تلك التي تعاني من نقص في التعبير عن مستضد البرتاكتين، PRN (-)] عن تلك التي انتشرت في الماضي. هنا قمنا بتقييم القدرة الوقائية لـ OMV المستمدة من البكتيريا المزروعة في الأغشية الحيوية، حيث لوحظ أنه، بالاختلاف مع سلالات لقاحات جمع الثقافة القديمة، تمتلك عزلات B. pertussis السريرية المنتشرة قدرة أعلى على نمط الحياة هذا. لذلك، أجرينا دراسات بعزل سريري بقدرة جيدة على تشكيل الأغشية الحيوية. تم تأكيد نمط حياة الغشاء الحيوي من خلال كل من الفحص المجهري الإلكتروني والمسح البروتيني. بينما كشف الفحص المجهري الإلكتروني عن هياكل بيوفيلم نموذجية في هذه الثقافات، تم التعبير بشكل مفرط عن BipA و fimbria وغيرها من المواد اللاصقة الموصوفة بأنها نموذجية لنمط حياة البيوفيلم في ثقافة البيوفيلم بالمقارنة مع ثقافة العوالق. تم استخدام OMV المستمدة من الأغشية الحيوية (OMVbiof) أو نمط الحياة العوالق (OMVplank) لصياغة اللقاحات لمقارنة قدراتها المناعية والوقائية ضد العدوى بعزلات PRN(+) أو PRN(-) B. pertussis السريرية. باستخدام نموذج حماية الفأر، اكتشفنا أن لقاح OMVbiof كان أكثر مناعة من لقاح OMV من حيث مقاييس الأجسام المضادة المحددة والجودة، لأن لقاح OMVbiof يحفز الأجسام المضادة ذات الشدة العالية. علاوة على ذلك، عندما تم إعطاء OMV بكمية دون المستوى الأمثل للحماية، أظهر لقاح OMVbiof قدرة وقائية كافية بشكل كبير وأعلى ضد PRN(+) أو PRN(-) من لقاح OMV. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن اللقاح القائم على B. pertussis المشتق من الغشاء الحيوي OMV يحفز حماية عالية أيضًا ضد السلالات التي تعاني من نقص البيرتاكتين، مع استجابة مناعية قوية.

Translated Description (French)

Les vésicules membranaires externes (VMO) dérivées de Bordetella pertussis - l'agent étiologique de la maladie résurgente appelée coqueluche - sont sûres et efficaces pour prévenir la colonisation bactérienne dans les poumons des souris immunisées. Les formulations vaccinales contenant ces OMV sont capables d'induire un profil mixte Th1/Th2/Th17, mais plus intéressant encore, elles peuvent induire une réponse immunitaire de la mémoire résidant dans les tissus. Cette réponse immunitaire est recommandée pour la nouvelle génération de vaccins contre la coqueluche qui doit être développée pour surmonter les faiblesses des vaccins acellulaires commerciaux actuels (deuxième génération de vaccins contre la coqueluche). Le vaccin coquelucheux de troisième génération devrait également traiter les infections causées par des bactéries qui circulent actuellement dans la population et qui sont phénotypiquement et génotypiquement différentes [en particulier celles déficientes dans l'expression de l'antigène de la pertactine, PRN(-)] de celles qui ont circulé dans le passé. Nous avons évalué ici la capacité protectrice de l'OMV dérivée de bactéries cultivées en biofilm, puisqu' il a été observé que, par différence avec les souches vaccinales de collection de cultures plus anciennes, les isolats cliniques circulants de B. pertussis possèdent une capacité plus élevée pour ce mode de vie. Par conséquent, nous avons réalisé des études avec un isolat clinique ayant une bonne capacité de formation de biofilm. Le mode de vie du biofilm a été confirmé à la fois par microscopie électronique à balayage et par protéomique. Alors que la microscopie électronique à balayage a révélé des structures de biofilm typiques dans ces cultures, BipA, fimbria et d'autres adhésines décrites comme typiques du mode de vie du biofilm ont été surexprimées dans la culture du biofilm par rapport à la culture planctonique. L'OMV dérivé du biofilm (OMVbiof) ou du mode de vie planctonique (OMVplank) a été utilisé pour formuler des vaccins afin de comparer leur immunogénicité et leurs capacités de protection contre l'infection par les isolats cliniques de PRN(+) ou de PRN(-) B. pertussis. En utilisant le modèle de protection de la souris, nous avons détecté que le vaccin OMVbiof était plus immunogène que le vaccin OMVplank en termes de titres et de qualité des anticorps spécifiques, car le vaccin OMVbiof induisait des anticorps avec une avidité plus élevée. De plus, lorsque OMV était administré en quantité sous-optimale pour la protection, OMVbiof-vaccine présentait une capacité de protection significativement adéquate et supérieure contre PRN(+) ou PRN(-) que OMVplank-vaccine. Nos résultats indiquent que le vaccin à base d'OMV dérivé du biofilm de B. pertussis induit une protection élevée également contre les souches déficientes en pertactine, avec une réponse immunitaire robuste.

Translated Description (Spanish)

Las vesículas de la membrana externa (OMV) derivadas de Bordetella pertussis, el agente etiológico de la enfermedad resurgente llamada pertussis, son seguras y efectivas para prevenir la colonización bacteriana en los pulmones de ratones inmunizados. Las formulaciones de vacuna que contienen esas OMV son capaces de inducir un perfil mixto Th1/Th2/Th17, pero aún más interesante, pueden inducir una respuesta inmune de memoria residente en el tejido. Esta respuesta inmune se recomienda para la nueva generación de vacunas contra la tos ferina que se deben desarrollar para superar las debilidades de las vacunas acelulares comerciales actuales (segunda generación de vacuna contra la tos ferina). La tercera generación de la vacuna contra la tos ferina también debe tratar las infecciones causadas por bacterias que circulan actualmente en la población y son fenotípica y genotípicamente diferentes [en particular las deficientes en la expresión del antígeno pertactina, PRN(-)] de las que circulaban en el pasado. Aquí evaluamos la capacidad protectora de las VME derivadas de bacterias cultivadas en biopelícula, ya que se observó que, por diferencia con las cepas de vacunas de recolección de cultivos más antiguas, los aislados clínicos circulantes de B. pertussis poseen una mayor capacidad para este estilo de vida. Por lo tanto, realizamos estudios con un aislado clínico con buena capacidad de formación de biopelículas. El estilo de vida de la biopelícula se confirmó mediante microscopía electrónica de barrido y proteómica. Si bien la microscopía electrónica de barrido reveló estructuras de biopelícula típicas en estos cultivos, BipA, fimbrias y otras adhesinas descritas como típicas del estilo de vida de la biopelícula se sobreexpresaron en el cultivo de biopelícula en comparación con el cultivo planctónico. Las OMV derivadas de biopelícula (OMVbiof) o estilo de vida planctónico (OMVplank) se utilizaron para formular vacunas para comparar su inmunogenicidad y capacidades protectoras contra la infección con aislados clínicos de B. pertussis PRN(+) o PRN(-). Utilizando el modelo de protección del ratón, detectamos que la vacuna OMVbiof era más inmunogénica que la vacuna OMVplank en términos tanto de títulos de anticuerpos específicos como de calidad, ya que la vacuna OMVbiof inducía anticuerpos con mayor avidez. Además, cuando las OMV se administraron en una cantidad subóptima para la protección, la vacuna OMVbiof mostró una capacidad protectora significativamente adecuada y mayor contra PRN(+) o PRN(-) que la vacuna OMVplank. Nuestros hallazgos indican que la vacuna basada en la VME derivada de la biopelícula de B. pertussis induce una alta protección también contra las cepas deficientes en pertactina, con una respuesta inmune robusta.

Files

pdf.pdf

Files (4.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:604d1e6f4862fa4ea379442d01d06d6e
4.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
مرشح لقاح السعال الديكي بناءً على حويصلات الغشاء الخارجي المستمدة من ثقافة الغشاء الحيوي
Translated title (French)
Vaccin candidat contre la coqueluche basé sur des vésicules membranaires externes dérivées de la culture de biofilm
Translated title (Spanish)
Vacuna candidata contra la tos ferina basada en vesículas de membrana externa derivadas del cultivo de biopelícula

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3200275972
DOI
10.3389/fimmu.2021.730434

Is supplement to
https://openalex.org/W4301486165 (Other)
https://openalex.org/W4249814317 (Other)
https://openalex.org/W2258534665 (Other)
https://openalex.org/W2127972779 (Other)
https://openalex.org/W2124131254 (Other)
https://openalex.org/W2075909846 (Other)
https://openalex.org/W2047034219 (Other)
https://openalex.org/W2046349714 (Other)
https://openalex.org/W1977912042 (Other)
https://openalex.org/W1587062984 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1420029722
  • https://openalex.org/W1577790644
  • https://openalex.org/W1651041382
  • https://openalex.org/W1720992279
  • https://openalex.org/W1730685249
  • https://openalex.org/W1807838469
  • https://openalex.org/W1875345117
  • https://openalex.org/W1965210189
  • https://openalex.org/W1988121517
  • https://openalex.org/W1988976942
  • https://openalex.org/W1991809367
  • https://openalex.org/W2004915062
  • https://openalex.org/W2013147137
  • https://openalex.org/W2031561912
  • https://openalex.org/W2032638170
  • https://openalex.org/W2039236956
  • https://openalex.org/W2041125921
  • https://openalex.org/W2051566056
  • https://openalex.org/W2055613435
  • https://openalex.org/W2056176279
  • https://openalex.org/W2083839992
  • https://openalex.org/W2111082083
  • https://openalex.org/W2113080719
  • https://openalex.org/W2118772463
  • https://openalex.org/W2123209128
  • https://openalex.org/W2131495198
  • https://openalex.org/W2132018091
  • https://openalex.org/W2146200722
  • https://openalex.org/W2147003515
  • https://openalex.org/W2155534524
  • https://openalex.org/W2164441888
  • https://openalex.org/W2167182219
  • https://openalex.org/W2251701011
  • https://openalex.org/W2260237638
  • https://openalex.org/W2323519842
  • https://openalex.org/W2341479591
  • https://openalex.org/W2345337379
  • https://openalex.org/W2347147354
  • https://openalex.org/W2397263404
  • https://openalex.org/W2525900289
  • https://openalex.org/W2538586943
  • https://openalex.org/W2564331919
  • https://openalex.org/W2620381206
  • https://openalex.org/W2756437412
  • https://openalex.org/W2759675522
  • https://openalex.org/W2803787307
  • https://openalex.org/W2903004432
  • https://openalex.org/W2912831784
  • https://openalex.org/W2921479440
  • https://openalex.org/W2940507915
  • https://openalex.org/W2963795624
  • https://openalex.org/W2969517113
  • https://openalex.org/W2969859221
  • https://openalex.org/W2977763812
  • https://openalex.org/W3014757079
  • https://openalex.org/W3030355309
  • https://openalex.org/W3048253297
  • https://openalex.org/W3081265639
  • https://openalex.org/W3143438455