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Maria Michelina Raso

GMMA e Glicoconiugati: due approcci a confronto nei topi per lo sviluppo di un vaccino contro Shigella flexneri sierotipo 6

Corso di Dottorato in Biomedicina molecolare

Le infezioni da Shigella sono una delle principali cause di diarrea in tutto il mondo. Lo studio Global Burden of Disease del 2016 stima circa 270 milioni di casi e 212,000 morti totali all’anno, di cui il 30 % sono bambini al di sotto dei cinque anni di età, in particolare nei paesi in via di sviluppo. Esistono quattro diverse specie di Shigella e più di 50 sierotipi diversi; tra queste, S. sonnei e S. flexneri sono quelle predominanti e la loro prevalenza varia da paese a paese, nel tempo e con lo sviluppo economico. Attualmente non ci sono vaccini disponibili e il drammatico aumento della resistenza antibiotica evidenzia la necessità dello sviluppo di vaccini contro Shigella. L’antigene-O (OAg) sierotipo-specifico del lipopolisaccaride di Shigella è il componente chiave per la protezione immunitaria e, di conseguenza, molti vaccini in sviluppo si basano su questa molecola. L’OAg di S. flexneri 6, uno dei sierotipi prevalenti nei paesi poveri, è costituito da un polisaccaride lineare [?2)-a-L-RhapIII-(1?2)-a-L-RhapII-(1?4)-ß-D-GalpA-(1?3)-ß-D-GalpNAc-(1?], con RhaIII variabilmente O-acetilato in posizione 3 o 4. La biosintesi dell’OAg dipende dalla via Wzx/Wzy e comporta una prima fase di polimerizzazione durante la quale la lunghezza della catena dell’OAg è regolata dalle proteine Wzz, responsabili della particolare lunghezza dei polisaccaridi. L’unità ripetitiva dell’OAg può anche essere polimerizzata in una capsula di gruppo 4 (G4C) quando è presente l’operone G4C, oltre al cluster di geni wzx-wzy (Figure1).

Figura 1: OAg espresso sulla superficie della membrana del batterio S. flexneri 6, mostra la presenza del G4C ad alta massa molecolare (HMM) e delle lunghezze a media (MMM) e bassa (LMM) massa molecolare dell’OAg.

La tecnologia meglio conosciuta ed usata per lo sviluppo di vaccini basati sull’OAg si basa sulla sintesi di glicoconiugati. Questa tecnologia consiste nel legare il polisaccaride (PS) ad un’appropriata proteina di trasporto; il glicoconiugato ottenuto modifica il PS da una forma T-indipendente a T-dipendente, in grado di indurre una memoria immunologica e rendere il vaccino efficace anche nei neonati. Recentemente, le tecnologia Generalized Modules for Membrane Antigens (GMMA) è stata proposta come una tecnica alternativa al tradizionale vaccino glicoconiugato. Le GMMA sono vescicole della membrana esterna rilasciate naturalmente da batteri Gram-negativi geneticamente ingegnerizzati, in cui l’OAg è esposto nel suo contesto naturale. I batteri vengono mutati in modo da aumentare la formazione delle vescicole, tramite la delezione del gene tolR, e ridurre la potenziale reattogenicità, solitamente tramite la riduzione delle catene aciliche nella struttura del lipide A attraverso la delezione dei geni htrB, msbB o pagP.

In questo studio, le due tecnologie sono state messe a confronto per la preparazione di un vaccino contro S. flexneri 6. Sono state messe a punto strategie genetiche per la produzione di GMMA, approcci di coniugazione per legare l’OAg alla proteina di trasporto CRM197 e tutti i metodi analitici per la caratterizzazione completa del candidato vaccino. In uno studio di immunogenicità nei topi, è stato dimostrato che le GMMA inducono livelli di IgG anti-OAg più alti rispetto ai glicoconiugati quando somministrati senza l’adiuvante, dati confermati anche dall’abilità dei sieri di uccidere il batterio. In presenza dell’adiuvante, i glicoconiugati inducono livelli di IgG anti-OAg più alti rispetto alle GMMA, ma i rispettivi sieri hanno simile capacità battericida (Figure 2). GMMA e glicoconiugati inducono una risposta persistente nei topi fino a 98 giorni dopo la prima iniezione.

Figura 2: Immunogenicità di glicoconiugati (Conj) e GMMA di S. flexneri 6 che presentano MMM OAg nei topi. Otto topi per gruppo sono stati immunizzati sottocute nei giorni 0 e 28, con una dose di 1 µg di OAg con o senza adiuvante. L’unità geometrica media (barre) e livelli di anticorpi individuali (punti) della risposta specifica Anti-OAg IgG (A); titoli Serum Bactericidal Activity (SBA) dei singoli sieri contro il ceppo S. flexneri sierotipo 6 (B).

I glicoconiugati sono una tecnica ben consolidata per la produzione di vaccini batterici, ma può essere costosa, soprattutto quando sono richieste delle preparazioni con più componenti. Le GMMA sono una strategia molto promettente per lo sviluppo di un vaccino contro Shigella, in quanto hanno simile immunogenicità ma un processo di produzione più semplice e meno costoso (Kis et al., 2019).

Autori ed affiliazioni

Maria Michelina Raso^1,2, Gianmarco Gasperini¹, Renzo Alfini¹, Fabiola Schiavo¹, Maria Grazia Aruta¹, Martina Carducci¹, Maria Concetta Forgione³, Silvia Martini³, Paola Cescutti², Francesca Necchi¹, Francesca Micoli¹

Contatto

Maria Michelina Raso, email: mariamichelina.raso@phd.units.it

Riferimento bibliografico

Maria Michelina Raso, Gianmarco Gasperini, Renzo Alfini, Fabiola Schiavo, Maria Grazia Aruta, Martina Carducci, Maria Concetta Forgione, Silvia Martini, Paola Cescutti, Francesca Necchi, Francesca Micoli
"GMMA and Glycoconjugate Approaches Compared in Mice for the Development of a Vaccine against Shigella flexneri Serotype 6"
Vaccines 8, 160 (2020)
DOI: 10.3390/vaccines8020160