Recombinant expression of Streptococcus pneumoniae capsular polysaccharides in Escherichia coli.

Currently, Streptococcus pneumoniae is responsible for over 14 million cases of pneumonia worldwide annually, and over 1 million deaths, the majority of them children. The major determinant for pathogenesis is a polysaccharide capsule that is variable and is used to distinguish strains based on their serotype. The capsule forms the basis of the pneumococcal polysaccharide vaccine (PPV23) that contains purified capsular polysaccharide from 23 serotypes, and the pneumococcal conjugate vaccine (PCV13), containing 13 common serotypes conjugated to CRM197 (mutant diphtheria toxin). Purified capsule from S. pneumoniae is required for pneumococcal conjugate vaccine production, and costs can be prohibitively high, limiting accessibility of the vaccine in low-income countries. In this study, we demonstrate the recombinant expression of the capsule-encoding locus from four different serotypes of S. pneumoniae within Escherichia coli. Furthermore, we attempt to identify the minimum set of genes necessary to reliably and efficiently express these capsules heterologously. These E. coli strains could be used to produce a supply of S. pneumoniae serotype-specific capsules without the need to culture pathogenic bacteria. Additionally, these strains could be applied to synthetic glycobiological applications: recombinant vaccine production using E. coli outer membrane vesicles or coupling to proteins using protein glycan coupling technology

Toxiciteit van pneumolysine en middels recombinant DNA techniek geproduceerde pneumolysine mutanten in de rat

Pneumolysin is the major cytotoxin of Streptococcus pneumoniae . It has membrane toxicity, activates the complement systeme and determines pneumoccal virulence. Pneumolysin is considered as candidate vaccine. However, the pneumolysin toxicity may limit its application. Therefore, single and double mutants of pneumolysin (e.g. PdB and PdBD, respectively) were produced to reduce toxicity with conservation of protective immunity against the wild type pneumolysin. In male rats LD50 values after intravenous administration (IV) for both mutant products were 7 -10 x higher than for pneumolysin (appr. 300 ug/kg and 30-45 ug/kg, respectively), but much lower than expected, based of in vitro studies(haemolytic activity). With regard to the suspected primary targets of toxicity (i.e. blood cells and endothelium), no differences were observed between pneumolysin, PdB and PdBD. In a sub-acute toxicity study pneumolysin administration (5 weeks, 1 administration/ week, 5 or 15 ug/kg, IV or SC) had no effect on organ weights, haematology, bone marrow cell counts, clinical chemistry and immunological assays. Pneumolysin induced major kidney damage as result of membrane toxicity (e.g. for erythrocytes and bloodvessels). Female rats were found to be more susceptible to this nephrotoxicity. Minimal inflammatory reactions at the SC injection sites were observed too. Pneumolysin induced minor immunological changes (increase of serum IgM levels, changes in relative and absolute splenic B- and in T cell counts). Therefore, when using rDNA-derived pneumolysin toxoids in a vaccine, it seems to be warranted to use a product with a minimum of haemolytic activity with conservation of protective immunity.Pneumolysine is het belangrijkste (cyto-) toxine van Streptococcus pneumoniae. Het is toxisch voor celmembranen, activeert het complement-systeem en bepaalt mede de virulentie van pneumococcen. Pneumolysine wordt daarom als kandidaatvaccin gezien. De toxiciteit van pneumolysine zelf beperkt echter de toepasbaarheid. Daarom werden er enkele mutanten en een dubbele mutant (o.a. respectievelijk PdB en PdBD) van pneumolysine gemaakt om de toxiciteit te verminderen met behoud van beschermende immuniteit tegen het wildtype. In mannelijke ratten bleek de LD50 waarde na intraveneuze toediening (IV) voor beide mutant producten 7-10 x hoger te zijn dan voor pneumolysine (ong. 300 ipv 30-45ug/kg), maar veel lager dan verwacht op grond van in vitro vooronderzoek naar haemolytische activiteit. Er werden geen verschillen waargenomen tussen pneumolysine, PdB en PdBD wat betreft de primaire doelorganen van toxiciteit (bloedcellen en -vaten). In een sub-acute toxiciteitonderzoek had pneumolysine toediening (5 weken, 1 maal/week 5 ug of 15 ug pneumolysine /kg intraveneus of subcutaan) geen effect op orgaangewichten, bloed- en beenmergparameters, klinische chemie en immunologische testen. Pneumolysine toediening leidde tot ernstige nierschade vanwege de membraantoxische (dus ook haemolytische) activiteit van pneumolysine. Vrouwelijke ratten bleken gevoeliger voor deze nefrotoxiciteit. Tevens werd een minimale ontstekingsreactie op de SC injectieplaats waargenomen en leidde toediening van pneumolysine tot geringe immunologische veranderingen (verhoging van IgM serumspiegels en veranderingen in absolute of relatieve aantallen B en T-cellen in de milt). Daarom moet bij gebruik van een rDNA geproduceerde pneumolysine mutant in een vaccin gestreefd worden naar een product met minimale haemolytische activiteit waarbij de beschermende immuniteit gehandhaafd blijft

Toxiciteit van pneumolysine en middels recombinant DNA techniek geproduceerde pneumolysine mutanten in de rat

Pneumolysine is het belangrijkste (cyto-) toxine van Streptococcus pneumoniae. Het is toxisch voor celmembranen, activeert het complement-systeem en bepaalt mede de virulentie van pneumococcen. Pneumolysine wordt daarom als kandidaatvaccin gezien. De toxiciteit van pneumolysine zelf beperkt echter de toepasbaarheid. Daarom werden er enkele mutanten en een dubbele mutant (o.a. respectievelijk PdB en PdBD) van pneumolysine gemaakt om de toxiciteit te verminderen met behoud van beschermende immuniteit tegen het wildtype. In mannelijke ratten bleek de LD50 waarde na intraveneuze toediening (IV) voor beide mutant producten 7-10 x hoger te zijn dan voor pneumolysine (ong. 300 ipv 30-45ug/kg), maar veel lager dan verwacht op grond van in vitro vooronderzoek naar haemolytische activiteit. Er werden geen verschillen waargenomen tussen pneumolysine, PdB en PdBD wat betreft de primaire doelorganen van toxiciteit (bloedcellen en -vaten). In een sub-acute toxiciteitonderzoek had pneumolysine toediening (5 weken, 1 maal/week 5 ug of 15 ug pneumolysine /kg intraveneus of subcutaan) geen effect op orgaangewichten, bloed- en beenmergparameters, klinische chemie en immunologische testen. Pneumolysine toediening leidde tot ernstige nierschade vanwege de membraantoxische (dus ook haemolytische) activiteit van pneumolysine. Vrouwelijke ratten bleken gevoeliger voor deze nefrotoxiciteit. Tevens werd een minimale ontstekingsreactie op de SC injectieplaats waargenomen en leidde toediening van pneumolysine tot geringe immunologische veranderingen (verhoging van IgM serumspiegels en veranderingen in absolute of relatieve aantallen B en T-cellen in de milt). Daarom moet bij gebruik van een rDNA geproduceerde pneumolysine mutant in een vaccin gestreefd worden naar een product met minimale haemolytische activiteit waarbij de beschermende immuniteit gehandhaafd blijft.Pneumolysin is the major cytotoxin of Streptococcus pneumoniae . It has membrane toxicity, activates the complement systeme and determines pneumoccal virulence. Pneumolysin is considered as candidate vaccine. However, the pneumolysin toxicity may limit its application. Therefore, single and double mutants of pneumolysin (e.g. PdB and PdBD, respectively) were produced to reduce toxicity with conservation of protective immunity against the wild type pneumolysin. In male rats LD50 values after intravenous administration (IV) for both mutant products were 7 -10 x higher than for pneumolysin (appr. 300 ug/kg and 30-45 ug/kg, respectively), but much lower than expected, based of in vitro studies(haemolytic activity). With regard to the suspected primary targets of toxicity (i.e. blood cells and endothelium), no differences were observed between pneumolysin, PdB and PdBD. In a sub-acute toxicity study pneumolysin administration (5 weeks, 1 administration/ week, 5 or 15 ug/kg, IV or SC) had no effect on organ weights, haematology, bone marrow cell counts, clinical chemistry and immunological assays. Pneumolysin induced major kidney damage as result of membrane toxicity (e.g. for erythrocytes and bloodvessels). Female rats were found to be more susceptible to this nephrotoxicity. Minimal inflammatory reactions at the SC injection sites were observed too. Pneumolysin induced minor immunological changes (increase of serum IgM levels, changes in relative and absolute splenic B- and in T cell counts). Therefore, when using rDNA-derived pneumolysin toxoids in a vaccine, it seems to be warranted to use a product with a minimum of haemolytic activity with conservation of protective immunity.RIV