Medical Immunology, 2005; 4: 4-4 (más artículos en esta revista)

Diseño de las vacunas contra ántrax: estrategias para lograr la completa protección contra las esporas, bacilo, y la toxina

BioMed Central
Y Julia Wang (julia_wang@rics.bwh.harvard.edu) [1], Michael H Roehrl (michael_roehrl@hms.harvard.edu) [2]
[1] Channing Laboratory, Department of Medicine, Brigham and Women's Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA
[2] Department of Biological Chemistry and Molecular Pharmacology, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA

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Resumen

La utilización con éxito de Bacillus anthracis como arma biológica letal ha impulsado la investigación renovado interés en el desarrollo de vacunas más eficaces contra el ántrax. La enfermedad consta de tres componentes fundamentales: esporas, bacilo, y la toxina, la eliminación de cualquiera de las que le confiere al menos una protección parcial contra el ántrax. Actual de los recursos dependen de postexposición antibióticos para eliminar bacilos y antes de la vacunación postexposición y están destinadas principalmente a las toxinas. Las vacunas eficaces contra la toxina han sido autorizadas para el uso humano, pero necesitan mejorar. Las vacunas contra el bacilo recientemente han sido desarrollados por nosotros y los demás. Vacunas eficaces si se desarrollará en contra de las esporas es todavía una cuestión abierta. Una vacuna ideal tendría que confieren protección simultánea contra las esporas, bacilos, y toxinas. Un paso hacia esta meta es nuestro activo doble vacuna, diseñada para destruir los bacilos y toxinas. Actuales y posibles estrategias hacia potentes y eficaces vacunas contra el ántrax se discuten en esta revisión.

Ántrax como un arma biológica

Bacillus anthracis, el agente etiológico del ántrax, es una atractiva arma biológica debido a su alta letalidad y la facilidad de producción y difusión [1, 2]. B. Anthracis es un Gram-positivas, aerobios, anaerobios facultativos, la forma de vara bacteria 1-1.5 μ m de ancho y 3-10 μ m de largo. Un aspecto importante de B. Anthracis es su capacidad para formar esporas latentes. Esporas de ántrax se presente de forma natural en los suelos en todo el mundo, pueden permanecer viables durante décadas, y son muy resistentes a condiciones adversas como el calor, la sequía, la luz ultravioleta, radiación gamma, y muchos desinfectantes [3]. Esporas de ántrax son alrededor de 1-2 μ m de diámetro, óptimo para la inhalación y la deposición en los espacios alveolares [4]. La inhalación de esporas es casi siempre fatal, a pesar de la terapia antimicrobiana agresiva [5]. Lo bastante robusto como para resistir la detonación de bombas y lo suficientemente pequeña como para aerosolize, esporas de ántrax pueden ser fácilmente grandes poblaciones más dispersas por los misiles, las bombas, y aerosolización de vuelo de los aviones. Un aerosol de inodoro, invisible esporas de ántrax podrían viajar lejos viento abajo desde el punto de lanzamiento y causar la pérdida catastrófica de la vida.

Natural de los casos de ántrax por inhalación de infección humana son raros en la historia reciente. En el siglo anterior el ataque con ántrax en 2001, sólo 18 casos de ántrax por inhalación se reportaron en los EE.UU., con el más reciente en 1976. Sin embargo, varios ataques con ántrax letal han sido documentados. En 1979, esporas de ántrax fueron liberados accidentalmente de un laboratorio militar de la ex Unión Soviética en la ciudad de Sverdlovsk. Sesenta y cuatro personas se reportaron muertos, aunque fuentes de inteligencia de EE.UU. reivindica el peaje podría haber llegado a 1000 [1]. En 2001, a través de la ejecución deliberada de esporas de ántrax en cartas enviadas, 10 casos confirmados de ántrax por inhalación y 12 casos confirmados o sospechosos de ántrax cutáneo en humanos se registraron en los EE.UU. [6]. Si se trata menos competente, este ataque podría haber matado a muchas más personas. Por ejemplo, la carta enviada al senador Daschle informa, que figura 2 g de B. Anthracis en polvo, equivalente a 200 mil millones a 2 billones de esporas [2]. La humanos LD 50 (dosis suficiente para matar el 50% de las personas infectadas) se estima en 2.500 a 55.000 inhalado esporas, y tan pocas como las esporas de 1 a 3, puede ser suficiente para causar la infección. Por lo tanto, un sobre lleno de esporas de ántrax, adecuadamente distribuidos, pueden matar a muchas personas.

Enfermedad y el tratamiento

Ántrax puede afectar a una gran variedad de animales domésticos y silvestres, así como los seres humanos [7]. Los seres humanos pueden llegar a ser infectadas por esporas de ántrax a través de la piel abrasiones, la ingestión, inhalación o [6]. Ántrax cutáneo es leve y puede ser tratada con antibióticos. Gastrointestinales o de ántrax por inhalación, si no se tratan, por lo general lleva a la fatal enfermedad sistémica, con una tasa de mortalidad cercana al 100 por ciento [6]. El ántrax de inhalación es la forma más letal.

Cuando se inhalan las esporas de ántrax, que se depositan en los espacios alveolares y la ingestión de partículas inertes como local por los macrófagos [4, 5]. Las esporas son transportadas por los macrófagos infectados y mediastínicos peribronchial a los ganglios linfáticos, donde germinan en bacilos vegetativos. El bacilo de escapar de los macrófagos y comenzar sin trabas extracelular multiplicación en el sistema linfático, causando regional linfadenitis hemorrágica. Los bacilos entonces propagación en el flujo sanguíneo y continuar la replicación rápida, alcanzando hasta 10 9 microorganismos por mililitro de sangre [8]. Todo el tiempo, el bacilo de secretar altos niveles de exotoxinas intoxicate de acogida. El inicio de los síntomas, tales como malestar, fatiga, tos y, anodino y se asemejan a los de la gripe y otras infecciones comunes del tracto respiratorio superior, lo que hace difícil el diagnóstico precoz específicas. Después de 2 a 5 días, es la aparición súbita de los síntomas agudos, que pueden incluir fiebre, escalofríos, edema subcutáneo de la mejilla y el cuello, la ampliación de la mediastino y derrame pleural, y la meningitis hemorrágico [4, 5]. La muerte generalmente se produce dentro de las 24 horas debido a la insuficiencia respiratoria, con abrumadora frecuencia de bacteriemia asociada a la meningitis y la hemorragia subaracnoidea [9].

En teoría, hay varias formas de ántrax enfoque: (i) la vacunación para prevenir las enfermedades de desarrollo, (ii) la eliminación de las esporas, (iii) los antibióticos para matar bacilos vegetativos antes de que la enfermedad llega a una fase sistémica, y (iv) la terapia contra conjuntivo antitoxina Toxina del ántrax. Actualmente, el tratamiento para el ántrax se basa principalmente en antibióticos. Una combinación de antibióticos y agresivo hospital de atención de apoyo puede tener éxito en la etapa prodrómica, sino porque las bacterias producen enormes cantidades de toxinas que rápidamente las inundaciones y la sangre y el sistema linfático enviar choque en el paciente, la enfermedad es a menudo más allá de tratamiento y una vez inevitablemente fatal La fase sintomática se ha llegado a [4, 10]. Antitoxina terapia también es atractivo, pero si las bacterias continúan creciendo, no será suficiente para detener el ántrax. La recuperación completa de ántrax requiere oportuna administración de los antibióticos y antitoxic recursos, pero el calendario es difícil debido a la no específica inicio de los síntomas. Por lo tanto, una vacuna profiláctica que impide la infección o la infección se detiene en una etapa temprana sería muy conveniente.

Vacunas contra las esporas?

Críticas en B. Anthracis infección incluyen la entrada y la germinación de esporas, bacillar multiplicación y difusión, y la producción de toxinas. La destrucción de las esporas ya sea antes o después de entrar en la célula huésped es una atractiva estrategia para prevenir el desarrollo de enfermedades. Sin embargo, ese enfoque destinado a control o tratamiento hasta ahora no ha sido desarrollado. Esto se debe en parte a nuestra casi total falta de comprensión molecular de esporas de ántrax y de la incapacidad de nuestro sistema inmunológico para desactivar esporas de ántrax. Nuestro conocimiento acerca de las esporas se limita esencialmente a descriptivo de electrones morfología microscópica se remonta principalmente a la década de 1960. Las esporas ántrax consiste de varios morfológicamente distintas capas, de afuera hacia adentro: exosporium, escudo de esporas, corteza, de esporas de membrana y el núcleo principal [11]. Estas estructuras conjuntamente proporcionan un alto grado de protección "Lockbox", la protección de la que se ubica el núcleo de esporas del material genético [12]. Debido a esta arquitectura robusta, esporas de ántrax son de larga vida y extremadamente resistente a ambientes adversos. Una vez dentro de la acogida, las mismas estructuras esporas de ántrax permiten sobrevivir a la defensa inmune del huésped y de germinar.

No está claro qué tipo de respuesta inmune se harán efectivos contra las esporas. En cuanto a la inmunidad humoral lado, se podría desarrollar vacunas que trate de obtener anticuerpos específicos para opsonize esporas. Varios esporas proteínas de superficie se han identificado recientemente [13 - 16]. Sin embargo, puesto que se ingiere, sin esporas germinan en opsonized y no son asesinados por los macrófagos, opsonized esporas a ser consideradas por los macrófagos u otras células fagocíticas y morir [17]? Complementaría poder lyse las esporas? Sobre la inmunidad celular, los linfocitos T citotóxicos pueden destruir la latentes o germinar esporas dentro de los macrófagos? En consecuencia, si una vacuna convencional de diseño con el objetivo de obtener anticuerpos o células T inmunidad sería eficaz contra las esporas es todavía una cuestión abierta. Por el contrario, el desarrollo de vacunas destinadas al ántrax y la exotoxina del bacilo extracelular ha sido mucho más prometedor.

Dos importantes factores de virulencia

La virulencia de B. Anthracis se debe a dos factores principales: una poli-γ-D-ácido glutámico (PGA) y una cápsula de proteínas secretadas tripartito complejo toxina. Totalmente cepas virulentas de B. Anthracis llevar dos grandes plásmidos extracromosómicos, pXO1 y pXO2, que codifican para la toxina y de la cápsula de la AGP [18, 19], respectivamente. La ausencia de cualquiera de plásmido resultados en una notable reducción en la virulencia [7, 20].

La primera descripción de la B. Anthracis cápsula se remonta a 1903 y M'Fadyean del descubrimiento de la relación entre la formación in vivo de la cápsula y la virulencia [21]. La importancia de la cápsula se ha vuelto a destacar en la década de 1950 cuando Bail demostrado que las cepas que han perdido la capacidad de producir una cápsula se avirulent [7]. Wild-tipo bacilo de ántrax en animales es capsuladas anfitriones, pero no en la cultura si no se ofrecen las condiciones adecuadas [7]. Factores que influyen en la formación de la cápsula son importantes para determinar el resultado de la infección. En animales susceptibles, los bacilos permanecen encapsuladas, mientras que en los animales resistentes, la cápsula es derramada [22]. AGP es un aniónico, poco inmunogénica polipéptido que encubra la bacteria de la vigilancia inmune del huésped y, en virtud de sus cargos negativos, inhibe la actividad bactericida por la acogida [7]. Por lo tanto, la cápsula de la AGP permite a los bacilos de ántrax virulento crecer prácticamente sin obstáculos en el huésped infectado.

Toxina del ántrax, el otro importante factor de virulencia de B. Anthracis, fue descubierto en 1954, cuando Smith y Keppie demostrado que estéril plasma de los cerdos infectados experimentalmente guinea fue letal cuando se inyecta en otros animales [8, 23]. Toxina del ántrax y la toxina letal incluye la toxina del edema, que son binarios complejos formados, respectivamente, por el factor letal (LF) y el factor edema (EF) con antígeno protector (PA) [24, 25]. Estas proteínas son puestos en libertad discretamente como monómeros no tóxicos. La característica edema observado en el ántrax cutáneo es el edema producido por la toxina [10, 22]. EF es una calmodulina dependiente adenylate ciclasa y cataliza la producción de AMP cíclico intracelular de ATP de acogida [26]. El aumento de los niveles celulares de AMP cíclico alterar la homeostasis del agua y pueden causar edema masivo. El más grave los síntomas de ántrax, como hipotensión, shock, y la muerte, son causadas por la toxina letal [10, 22]. LF es una de zinc metalloprotease que mitogen-activated inactiva la proteína quinasa quinasa y de los actos específicamente en los macrófagos [27 - 29]. Toxina letal, cuando se administra por vía intravenosa, es relativamente débil en comparación con otras toxinas bacterianas [9]. Ambos edema toxinas letales y se cree que son importantes en el establecimiento de la enfermedad alterando las defensas del huésped.

En conjunto, la cápsula y la toxina actuar conjuntamente a fin de maximizar la supervivencia del bacilo en el país de acogida. Si bien la PGA cápsula pasivamente protege el bacilo de la defensa de acogida, la toxina activa entorpece aún más la acogida a garantizar un ambiente favorable para el crecimiento bacillar.

Veterinaria vacuna: organismos vivos atenuados

Estudios sobre la vacunación de los animales contra el ántrax se remontan a los finales del siglo 19. En la década de 1870, Robert Koch estableció B. Anthracis como el agente etiológico del ántrax. En 1881, Pasteur demostró de protección de inmunización contra el ántrax utilizando una cepa atenuada de calor-, que más tarde fue reconocido como un encapsulado cepa con virulencia [7, 21, 30]. En la década de 1930, Sterne desarrollado una atenuada, toxigénica, pero no encapsulada cepa que demostró ser sumamente eficaz como una vacuna para los animales domésticos y ahora es utilizado en todo el mundo [7]. Aunque eficaz, la espora atenuados vacunas desarrolladas por Pasteur y Sterne sufren de la disminución de la potencia y molesto variaciones en la virulencia que llevó en ocasiones a la muerte de los animales [21, 30]. Debido a la virulencia residual, la espora vacunas atenuadas no se utilizan en los seres humanos.

Existentes vacuna humana: preparación de crudo PA

El desarrollo de vacunas contra el ántrax para uso humano comenzó en el decenio de 1940, motivada por el miedo de la utilización de ántrax como un arma biológica. En 1970, el antígeno protector (PA) basada en células, la vacuna subunidad libre, designado "ántrax vacuna adsorbida" (AVA) o Biothrax, con licencia y se recomienda el uso de un pequeño molino de la población de trabajadores, los veterinarios, los laboratorios científicos, y Otros con riesgo de exposición ocupacional a ántrax [30, 31]. Mayor preocupación por la utilización de ántrax en la guerra llevó al Departamento de Defensa de EE.UU. para vacunar a personal militar en la década de 1990.

AVA es preparado a partir de las culturas de la microaerophilic atenuada, no encapsulada cepa V770-NP1-R de B. Anthracis [9, 31]. Aguas abajo de procesamiento comienza con la filtración, que elimina las células bacterianas junto con algunos de EF y LF. La célula de cultura libre de filtrado, piensa que contienen predominantemente PA, entonces es adsorbido a hidróxido de aluminio [32]. Pequeñas cantidades de formaldehído y cloruro de bencetonio se añaden como preservativos [9]. Aunque PA es por sí misma un inmunógeno eficaz, no está claro si las pequeñas cantidades de LF y EF que pueden estar presentes en algunos lotes contribuir a la eficacia de la vacuna. Una vacuna con licencia en el Reino Unido es preparado por la precipitación de aluminio estéril de la cultura filtrado de un derivado de la cepa atenuada Sterne. Contiene cantidades superiores de LF y EF que AVA [33, 34].

La eficacia de AVA y altamente purificada PA preparativos se han probado en varios modelos animales, incluyendo ratones, hamsters, cobayas, conejos, monos y [31, 32, 35]. Curiosamente, la protección varía ampliamente entre las especies. AVA no protege a todos los hámsters [36]. En ratones, la AGP cápsula parece ser el principal factor de virulencia, y PA-basado vacunas confieren una protección limitada [37]. No existe una correlación directa entre la lucha contra el PA y títulos de protección en ratones y hámsters [36, 37]. En cobayas, AVA ofrece protección parcial [35, 38, 39], pero AVA parece ser más eficaz en modelos de conejo y macacos [35, 40 - 42]. Cabe señalar que la "eficacia", tal como se define en estos estudios, es relativo. Cuando los macacos fueron expuestos experimentalmente a dosis de hasta 900 veces el DL 50, 88-100% de los animales están protegidos [31]. Sin embargo, estudios de simulación sugieren que una persona la apertura de una carta llena de esporas de ántrax y de pie sobre él durante 10 minutos puede inhalar hasta 3000 veces y tal vez hasta el 9000 veces la DL 50 para los seres humanos [2].

Un ensayo controlado humanos se realizó en la década de 1950 con una vacuna similar a AVA, pero derivado de un diferente atenuada, no encapsulada cepa de B. Anthracis crecido aeróbicamente. En una población susceptible de textiles molino de los trabajadores en los estados del nordeste de los EE.UU. que procesan pelo de cabra contaminada en ocasiones, la vacunación siempre y 92,5% de protección contra el ántrax cutáneo [43, 44]. Sin embargo, ninguna evaluación de ántrax por inhalación se podría, porque los casos eran muy pocas.

Hay varias preocupaciones con respecto a AVA: (i) no protege a todos los animales en contra de hosts diferentes cepas de B. Anthracis. AVA-PA o, en general, las vacunas basadas en la toxina de inducir anticuerpos neutralizantes. El mecanismo subyacente a la acción protectora de las vacunas basadas en PA-no está clara. Se cree que las vacunas anti-PA proteger el anfitrión de la intoxicación y, por tanto, permitir que el sistema inmunológico para hacer frente al organismo. Sin embargo, pruebas de que los primates vacunados con vacuna PA AVA o desarrollar episodios de bacteriemia transitoria sugiere que la vacunación no impide el crecimiento de los bacilos. (Ii) La administración de AVA es gravoso, que requiere inyecciones subcutáneas a las 0, 2 y 4 semanas y 6, 12, y 18 meses al año, con la consiguiente Impulsores [31, 32]. En un ensayo de campo de una vacuna similar a AVA, uno de los casos de ántrax cutáneo se produjo 5 meses después de la primera serie de 3 dosis y justo antes de la fecha prevista de 6 meses de refuerzo [9]. Este caso sugiere que la inmunidad no es de larga duración y Impulsores frecuente que sean necesarias. (Iii) La tramitación de AVA preparativa es cruda y carece de coherencia. Además, hay relativamente altas tasas de reacciones adversas locales y sistémicas, probablemente debido a la toxicidad residual en AVA o de otros contaminantes.

Mejora: altamente purificada recombinante PA

Las limitaciones de AVA han suscitado gran interés en el desarrollo de mejores vacunas contra el ántrax que consta de componentes bien caracterizado. Una nueva generación de vacunas, basadas en los altamente purificada PA recombinante se está desarrollando actualmente y evaluado. Ha habido numerosos intentos de establecer de alto nivel PA sistemas de expresión sobre la base de una variedad de organismos, incluyendo cepas atenuadas de B. Anthracis, B. Subtilis, B. Brevis, Salmonella typhimurium, E. Coli, virus, células de insectos, y plantas [45 - 50]. Además, la inmunización con ADN genético codificación de la Autoridad Palestina se está estudiando [51].

El PA vacunas altamente purificada se espera para inducir esencialmente la misma inmunidad que AVA. Aunque algunos inconvenientes de AVA debido a su "sucio" preparación puede ser superada, las limitaciones en la protección y la falta de una respuesta inmune de memoria puede ser intrínseco a la propia Autoridad Palestina.

Se necesitan nuevas estrategias para seguir mejorando. Una posibilidad es que los otros antígenos o inmunidad celular, además de PA-anticuerpos específicos son necesarios para la completa protección de diferentes especies animales. Esta es apoyada por estudios que demuestran que la vacuna veterinaria vivir significativamente proporciona una mayor protección contra el ántrax en animales de experimentación que hace AVA, a pesar de que con frecuencia induce niveles más bajos de anticuerpos frente a la Autoridad Palestina [33, 39, 42, 52, 53]. Después de una infección adquirida naturalmente, y en función de cuando se tomen las muestras, el 68-93% de los casos a desarrollar anticuerpos PA, 42-55% de los casos a desarrollar anticuerpos LF, y los anticuerpos de EF son menos frecuentemente detectado [34, 54 - 56 ]. Curiosamente, los anticuerpos de la cápsula se detectan en el 67-94% de los casos [55, 56], mientras que no responde a la cápsula que se espera en las personas vacunadas que han sido vacunados con AVA o no encapsulados vacunas vivas.

Nuevas mejoras: dos en uno postexposición antitoxic terapia / vacuna

Vacunación post-exposición es el escenario más probable, dada la rareza natural de la infección por ántrax por inhalación. Sin embargo, el uso de la PA como un postexposición de vacunas puede ser limitada. Desde el PA es un componente natural del ántrax y la toxina puede contribuir a la formación de la toxina, puede que no sea seguro para administrar un PA basada en la vacuna a las personas que han sido o son sospechosos de haber sido expuestos al ántrax. Recientemente, hemos propuesto la sustitución de la Autoridad Palestina en las vacunas con una dominante negativa-inhibidor (DNI) de la toxina del ántrax [57]. DNI es una translocación-mutante deficiente desempeño de la Autoridad Palestina doble de mutaciones D425K y K397D y se ha demostrado que interfiere con el proceso de intoxicación, proporcionar protección inmediata contra el ántrax terapéutica de toxina in vivo [58, 59]. Además, cuando se utiliza como una vacuna, el DNI es más inmunogénica que la Autoridad Palestina [57].

El período de incubación y los síntomas de ántrax humano varían en función de la vía de transmisión. El período de incubación informó de ántrax por inhalación, la forma más letal, de 1 a 43 días [60]. Los datos procedentes de estudios en animales sugieren que las esporas de ántrax persisten en el país de acogida durante varias semanas después de la infección y que los antibióticos pueden prolongar el período de incubación para el desarrollo de la enfermedad. Los estudios en primates no humanos indican que la inhalación de esporas no germinan de inmediato dentro de los recesos alveolar, pero residen allí, posiblemente durante semanas, hasta que asumida por los macrófagos alveolares [61]. Desarrollo de ántrax enfermedad se puede prevenir siempre y cuando el nivel terapéutico de los antibióticos se mantiene a matar bacilos germinar. Después de los antibióticos se suspendió, la enfermedad se desarrollará si el resto de las esporas germinan en la ausencia de una respuesta inmunitaria protectora. En anteriores estudios con animales, el tratamiento con antibióticos durante 5 ó 10 días, a partir de un día después de esporas ántrax en aerosol desafío, fue protectora durante la quimioterapia, pero los animales murieron después de que el antibiótico se suspendió [61]. Ya tratamiento con antibióticos, por ejemplo, por 30 días, podría ser necesario para garantizar la plena recuperación. Sin embargo, el tratamiento antibiótico no puede proteger contra la recaída o después de la exposición al ántrax. Protección a largo plazo sólo se logrará mediante la combinación de la terapia con antibióticos después de la exposición de vacunación [62]. En tales situaciones, el tratamiento con antibióticos y la conjuntiva, la vacunación con DNI sería ideal, mientras que la administración de la Autoridad Palestina podría ser potencialmente peligrosa, ya que puede combinar con trazas de EF y LF o causar toxicidad.

Durante el ataque con ántrax en los EE.UU. en 2001, algunos grupos de personas se sometió a un régimen de 60 días de la profilaxis antibiótica. El análisis estadístico demuestra que esta medida preventiva puede haber salvado muchas vidas [63]. En caso de un ataque con ántrax, el período de incubación varía entre las personas. El tiempo posterior a la exposición administración de DNI es a la vez un conjunto de terapia a los antibióticos y una vacuna profiláctica se espera que sea superior, tanto para la salud pública e individual perspectivas.

Aumento de antígeno a través de la transformación "endosomal de captura"?

La mayor inmunogenicidad de DNI no sólo se recomienda como una posible nueva vacuna contra el ántrax, pero también puede apuntar a una importante estrategia general para el futuro diseño de vacunas. Hemos propuesto un "endosomal de captura" que racionaliza mecanismo más eficiente el procesamiento de antígenos de DNI más de PA nativos [57]. Como se ilustra en la Figura 1, PA moléculas someterse a varias transformaciones durante el proceso de intoxicación [24]. Tras la liberación, el 83-kD PA primera molécula se une a un receptor presente en la mayoría de células de mamíferos [25, 64 - 66]. La célula determinada PA es entonces cleaved por furin o un furin-como la proteasa en dos componentes [67]. La disociación de la N-terminal de 20 kDa fragmento PA 20 exponga a un sitio de unión para LF o EF a la célula determinado fragmento de 63 kDa PA 63 y PA 63 también permite reunir en un heptameric, forma anular prepore (AP 63 ) 7 [68]. LF o EF obligar a la competencia (AP 63) 7 con una afinidad muy elevada (K d ~ 1 nM) [69, 70]. El complejo es internalizado por endocitosis mediada por receptores de las víctimas de la trata y en un compartimiento endosomal ácidas. (PA 63) 7 sufre una importante reordenación conformacional tras el cambio de pH y forma una membrana-que abarca β barril, que permite su penetración en el citosol [71, 72]. Por medio de (PA 63) 7, EF y LF trasladar en el citosol, en el que modificar los sustratos y ejercen efectos tóxicos (véase más arriba). Sin embargo, las dos mutaciones en el DNI inhibir requiere de cambio conformacional (DNI 63) 7 o quimérico DNI / PA heptamers de un anillo en forma de núcleo a un barril β y, por tanto, impedir la heptamer de inserción en la membrana endosomal [59]. En consecuencia, estas mutaciones impiden la translocación de LF o EF en el citosol y prevenir la citotoxicidad [58].

Proteína antígenos son comúnmente tratados en el endosomes de células presentadoras de antígeno y obtener células T ayudan en la producción de anticuerpos. Los péptidos de antígenos de proteínas degradadas se cargan en las moléculas MHC de clase II y transportados a la superficie celular. Así, la inserción de PA poros en la membrana endosomal puede perturbar la integridad del endosoma y, por tanto, comprometer su función, tal vez conduzca a alterado el tráfico vesicular de endocítica PA moléculas. Alterado el tráfico vesicular de PA pueden afectar a su entrega a endosomal compartimentos especializados, en donde la transformación de la PA antigénica ocurre. También es posible que la formación de poros PA podría simplemente cambiar el pH o iónico medio ambiente en el interior del lumen del endosoma y, por tanto, afectará a la tramitación y presentación de la maquinaria. Además, la PA puede perturbar o de otra "fuga" del endosoma y simplemente entrar en el citosol (como es el caso de la EF y LF subunidades) y, por tanto, escapar de procesamiento eficiente endosomal. En cambio, DNI heptamers no insertar en la membrana endosomal y bloquear la translocación de LF y EF en el citosol. Así, DNI se espera que sea atrapado en el endosoma y someterse normal tráfico vesicular. Por lo tanto, la translocación de mutantes deficientes DNI pueden concentrarse en el endosoma, es decir, DNI puede ser más propenso a "endosomal de captura" que el PA, y esta diferencia en la localización puede aumentar la generación de péptidos procesados DNI adecuado para su unión a MHC de clase II moléculas. Si este mecanismo de hecho explica la mayor inmunogenicidad de DNI, similar estratégica mutaciones podrían ser introducidas en otros toxina inmunógenos para aumentar su inmunogenicidad a través de este "endosomal captura" mecanismo.

Nueva generación de vacunas: la doble protección contra los bacilos y toxinas

A pesar de la toxicidad directa de la toxina del ántrax, enfermedad sistémica ántrax se amplifica por la masiva extracelular de los bacilos de replicación que lo producen. Directamente dirigidas B. Anthracis en la etapa extracelular es a la vez atractiva y viable. Es preciso reiterar que se trata de los bacilos que están reproduciendo y secretar toxinas, y la eliminación de bacilos se derogue la producción de toxinas en la fuente. Un importante factor de virulencia de B. Anthracis es su lucha contra la fagocitosis PGA cápsula [7, 73]. El papel de una cápsula en la virulencia ha sido bien establecido para numerosas especies de bacterias, como Streptococcus pneumoniae y Haemophilus influenzae tipo b (Hib) [74, 75]. En estas bacterias, la cápsula también confiere resistencia a la fagocitosis por la célula huésped. La función inmunológica de la B. Anthracis PGA cápsula mucho se asemeja a la función de los polisacáridos capsulares en otras bacterias. El débilmente inmunogénico cápsulas no favorecen una respuesta inmune sino más bien permitir que las bacterias encapsuladas a eludir las defensas del huésped inmune. Las vacunas basadas en polisacáridos capsulares han sido de gran éxito en contra de los agentes patógenos, como Hib. La hipótesis de que las vacunas basadas en AGP podría tener un éxito similar en la protección contra la B. Anthracis infección.

Aunque capsular AGP es un prometedor antígeno para una nueva vacuna contra el ántrax, por sí sola, ha PGA uso limitado debido a su escasa inmunogenicidad. Afortunadamente, similares a los polisacáridos, la inmunogenicidad de la PGA puede mejorarse de manera significativa por conjugación a una proteína muy inmunogénica porteador [76, 77]. Funcional estudios han demostrado que los anticuerpos anti-PGA en efecto conferir protección por mediación de opsonophagocytosis B. Anthracis [78, 79].

Debido a que la patogenia de ántrax es atribuible en gran medida a la replicación de bacilos y la liberación de la toxina, se construyó una nueva generación de vacunas contra el ántrax por conjugación química PGA y PA, los dos componentes de virulencia de B. Anthracis. Esta doble vacuna contra el ántrax activo (DAAV) es capaz de inducir altos niveles de anticuerpos específicos para ambas cápsula y la toxina [76]. Prevemos que un PGA-respuesta de anticuerpos dirigidos a lograr la protección contra el ántrax mediante la eliminación de bacterias en la secuencia temprana de la infección, mucho antes de la aparición de bacteriemia y toxemia. El hecho de que las primeras etapas de la enfermedad de ántrax puede tratarse con antibióticos, también apoya la idea de que un anti-bacillar vacuna puede ser eficaz o, al menos, una valiosa adición a las vacunas basadas en la AP solo. Además, los anticuerpos a la AP una paralela línea de defensa contra la toxina residual. DAAVs encarnan el paradigma de la combinación de ambos antibacterianos (es decir, profiláctico) y antitoxic (es decir, terapéutica) componentes en una sola vacuna.

Contribuciones de los autores

Julia Y. Wang y Michael H. Roehrl conjuntamente escribió el documento.

Agradecimientos

Damos las gracias a Paul Guttry del Brigham and Women's Hospital Servicio Editorial de la edición del manuscrito. Reconocemos el apoyo del NIH / NIAID (AI053369 subvenciones R21, R03 AI059500, AI057926 y R01) y el New England Regional Centro de Excelencia para Biodefense y las Enfermedades Infecciosas Emergentes.