Expression of a pertussis toxin S1 fragment by inducible promoters in oral Streptococcus and the induction of immune responses during oral colonization in mice

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Abstract

Previous work aimed at developing a live oral vaccine expressing pertussis toxin S1 fragment on the surface of the bacterium Streptococcus gordonii elicited a lower than expected antibody response, perhaps because of low antigen expression. In this study, in-frame promoter fusions were constructed to investigate whether an increase in antigen production by the streptococcal vaccine strain results in a better antibody response. The promoters tested were (i) the Streptococcus mutans sucrose-inducible fructosyltransferase (ftf) promoter and (ii) the Bacillus subtilis/Escherichia coli chimeric tetracycline-inducible xyl/tetO promoter. Each of these two promoters was placed upstream of the spaP/s1 fusion gene to drive its expression. The constructs were introduced into S. gordonii DL1 and S. mutans 834. The inducibility of the promoters was confirmed through the determination of SpaP/S1 production via Western blottings. Induced production of SpaP/S1 was observed in S. gordonii and S. mutans with each of the promoters, but the level of expression was the highest in S. mutans, using the xyl/tetO promoter. Thus, S. mutans carrying the xyl/tetO/spaP/s1 construct (S. mutans PM14) was used in oral colonization studies in BALB/c mice. Streptococccus mutans PM14 was able to colonize the animals for the 14-week duration of experimentation. A mucosal IgA response was observed in all the treatment groups but was highest in mice receiving tetracycline induction. In the mouse model of Bordetella pertussis respiratory infection, animals colonized with S. mutans PM14 showed a decreased in B. pertussis lung colony count (P = 0.03) on day 3 compared with control mice colonized by the parent S. mutans 834.

Les travaux antérieurs qui ont tenté de concevoir un vaccin oral vivant exprimant le fragment S1 de la toxine pertussis à la surface de la bactérie Streptococcus gordonii ont suscité une réponse d'anticorps inférieure aux attentes, peut-être à cause d'une basse expression de l'antigène. Dans cette étude, des fusions de promoteurs en phase ont été construites afin d'examiner si une augmentation de la production d'antigène par la souche streptococcale vaccinale pourrait entraîner une meilleure réponse d'anticorps. Les promoteurs mis à l'épreuve furent: (i) le promoteur de la fructosyltransferase (ftf) induit par le sucrose de Streptococcus mutans, et (ii) le promoteur chimérique xyl/tetO induit à la tétracycline de Bacillus subtilis/Escherichia coli. Chacun de ces deux promoteurs fut placé en amont du gène de fusion spaP/s1 pour contrôler son expression. Les constructions furent introduites dans S. gordonii DL1 et S. mutans 834. L'inductibilité des promoteurs fut confirmée par la mesure de la production de SpaP/S1 par immunobuvardages de type Western. La production induite de SpaP/S1 fut observée chez S. gordonii et S. mutans avec chacun des promoteurs mais les niveaux d'expression étaient supérieurs chez S. mutans utilizant le promoteur xyl/tetO. Ainsi, S. mutans renfermant la construction xyl/tetO/spaP/s1 (S. mutans PM14) fut utilizé dans les études de colonization orale chez des souris BALC/c. Streptococcus mutans PM14 fut capable de colonizer les animaux pour l'expérience d'une durée de 14 semaines. Une réponse mucosale d'IgA fut observée dans tous les groupes traités mais était supérieure chez les souris recevant l'induction à la tétracycline. Dans le modèle murin d'infection respiratoire par Bordetella pertussis, les animaux colonizés avec S. mutans PM14 ont démontré une diminution des comptes de colonies pulmonaires de B. pertussis (P = 0,03) au jour 3 comparativement aux souris témoins colonizées avec le S. mutans 834 parental.

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