Engineered «Lactoccus lactis» live vaccines against «Leishmania major»

Abstract

The neglected tropical disease leishmaniasis affects over 12 million individuals worldwide and causes high morbidity and significant mortality. Treatments against the parasitic disease are limited by cost, severe side-effects and emerging resistance against treatment. While vaccination provides the most cost-effective means to combat infectious diseases, there is currently no human vaccine available against Leishmania infections. Lactococcus lactis is a non-pathogenic, non-colonizing Gram-positive lactic acid bacteria commonly used in the dairy industry. Recently, L. lactis was used for the expression and delivery of biologically active molecules and was shown to be safe and well tolerated in humans after oral administration. We report the successful engineering of L. lactis strains expressing the protective Leishmania antigen, LACK, at three different subcellular locations: cytoplasmically, secreted, and cell-wall-anchored, and a strain of L. lactis secreting biologically active mouse IL-12. We further generated strains of L. lactis co-expressing LACK and IL-12. These live vaccine strains were then tested for their efficacy in the mouse model of cutaneous leishmaniasis. We found that subcutaneous immunization with L. lactis expressing LACK anchored to the cell wall and L. lactis secreting IL-12 protected BALB/c mice against Leishmania major infection. Further, oral immunization with L. lactis, secreting both LACK and IL-12 protected to a similar level as the subcutaneous immunization against parasite challenge. Both subcutaneous and oral immunization induced LACK-specific humoral responses, systemically or at the mucosa, respectively. Further, a systemic antigen-specific Th1 immune response was detectable in oral and subcutaneous immunized animals pre-challenge. Protection in these animals correlated in both cases with a local and systemic anti-Leishmania Th1 immune response post-challenge. Taken together, these findings demonstrate the use of L. lactis as a live vaccine against L. major infection in BALB/c mice. The L. lactis strains generated provide the basis for the development of a safe live vaccine against the human parasite Leishmania.La leishmaniose est une maladie tropicale orpheline qui affecte plus de 12 millions de personnes dans le monde et est associée à une forte morbidité ainsi qu'une importante mortalité. Les traitements disponibles contre cette maladie d'origine parasitaire sont limités part leurs coûts, leurs effets secondaires sévères et l'émergence de résistance envers ceux-ci. De plus, bien que la vaccination soit de nos jours la méthode la moins dispendieuse afin de combattre les maladies infectieuses, aucun vaccin contre les infections causées par Leishmania n'est présentement disponible. Lactococcus lactis est une bactérie lactique Gram positive non pathogène et non colonisante couramment utilisée par l'industrie laitière. L. lactis a récemment été utilisée pour transporter et exprimer des molécules biologiquement actives et il a été démontré que son utilisation par voie orale était sécuritaire et bien tolérée par les humains. Nous sommes parvenus à développer une souche de L. lactis exprimant l'antigène protecteur contre Leishmania LACK dans deux compartiments différents, soit dans le cytoplasme ou ancrée dans la paroi cellulaire et sécrétée, ainsi qu'une souche de L. lactis secrétant une forme active d'IL-12 murin. De plus, nous avons généré des souches de L. lactis co-exprimant LACK et IL-12. Nous avons ensuite testé l'efficacité de ces souches comme vaccins vivants en utilisant le model murin de leishmaniose cutanée. Nous avons trouvé que les souris BALB/c pouvaient être protégées contre les infections à Leishmania major suite à une immunisation sous-cutanée avec les souches de L. lactis exprimant LACK sur la paroi cellulaire ou sécrétant l'IL-12. Par ailleurs, nous avons démontré qu'une immunisation orale avec une souche de L. lactis sécrétant LACK et IL-12 protégeait contre le parasite avec une efficacité similaire à celle observée lors de l'immunisation sous-cutanée. Tant les immunisations sous-cutanées qu'orales ont permis d'induire une réponse humorale spécifique à LACK, respectivement systémique et mucosale. De plus, une réponse Th1 systémique et antigène-spécifique est détectée, pour les deux types d'immunisation, chez les animaux immunisés avant une exposition au parasite. Dans les deux cas, cette protection corrèle à une réponse Th1 anti-Leishmania locale et systémique suite à une nouvelle exposition. Ces nouvelles observations démontrent l'efficacité de l'emploi de L. lactis comme vaccin vivant contre les infections à Leishmania major dans des souris BALB/c. Ainsi, ces nouvelles souches générées pourraient fournir la base au développement d'un vaccin sécuritaire contre Leishmania chez l'humain