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Genetic engineering of Lactococcus lactis co-producing antigen and the mucosal adjuvant 3′ 5′- cyclic di adenosine monophosphate (c-di-AMP) as a design strategy to develop a mucosal vaccine prototype
Autor
Quintana, Ingrid M.
Espariz, Martín
Villar, Silvina Raquel
González, Florencia Belén
Pacini, María F.
Cabrera, Gabriel
Bontempi, Iván
Prochetto, Estefanía
Stülke, Jörg
Perez, Ana R.
Marcipar, Iván
Blancato, Victor
Magni, Christian
Institución
Resumen
Lactococcus lactis is a promising candidate for the development of mucosal vaccines.
More than 20 years of experimental research supports this immunization approach. In
addition, 30 5
0
- cyclic di-adenosine monophosphate (c-di-AMP) is a bacterial second
messenger that plays a key role in the regulation of diverse physiological functions
(potassium and cellular wall homeostasis, among others). Moreover, recent studies
showed that c-di-AMP has a strong mucosal adjuvant activity that promotes both
humoral and cellular immune responses. In this study, we report the development of
a novel mucosal vaccine prototype based on a genetically engineered L. lactis strain.
First, we demonstrate that homologous expression of cdaA gen in L. lactis is able to
increase c-di-AMP levels. Thus, we hypothesized that in vivo synthesis of the adjuvant
can be combined with production of an antigen of interest in a separate form or jointly
in the same strain. Therefore, a specifically designed fragment of the trans-sialidase
(TScf) enzyme from the Trypanosoma cruzi parasite, the etiological agent of Chagas
disease, was selected to evaluate as proof of concept the immune response triggered
by our vaccine prototypes. Consequently, we found that oral administration of a L. lactis
strain expressing antigenic TScf combined with another L. lactis strain producing the
adjuvant c-di-AMP could elicit a TS-specific immune response. Also, an additional
L. lactis strain containing a single plasmid with both cdaA and tscf genes under the Pcit
and Pnis promoters, respectively, was also able to elicit a specific immune response. Thus, the current report is the first one to describe an engineered L. lactis strain that
simultaneously synthesizes the adjuvant c-di-AMP as well as a heterologous antigen
in order to develop a simple and economical system for the formulation of vaccine
prototypes using a food grade lactic acid bacterium. Para citar este articulo: Quintana I, Espariz M, Villar SR,
González FB, Pacini MF, Cabrera G,
Bontempi I, Prochetto E, Stülke J,
Perez AR, Marcipar I, Blancato V and
Magni C (2018) Genetic Engineering
of Lactococcus lactis Co-producing
Antigen and the Mucosal
Adjuvant 30 5
0
- cyclic di Adenosine
Monophosphate (c-di-AMP) as
a Design Strategy to Develop
a Mucosal Vaccine Prototype.
Front. Microbiol. 9:2100.
doi: 10.3389/fmicb.2018.02100 Fil: Quintana, Ingrid M. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR -CONICET). Laboratorio de Fisiología y Genética de Bacterias Lácticas; Argentina. Fil: Quintana, Ingrid M. Georg-August-Universität Göttingen. Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB). Department of General Microbiology; Germany. Fil: Espariz, Martín. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR -CONICET). Laboratorio de Fisiología y Genética de Bacterias Lácticas; Argentina. Fil: Espariz, Martín. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Laboratorio de Biotecnología e Inocuidad de los Alimentos; Argentina. Fil: Villar, Silvina Raquel. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Inmunología Clínica y Experimental de Rosario (IDICER – CONICET); Argentina. Fil: Villar, Silvina Raquel. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigación y Producción de Reactivos Biológicos; Argentina. Fil: González, Florencia Belén. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Inmunología Clínica y Experimental de Rosario (IDICER – CONICET); Argentina. Fil: Pacini, Maria F. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Inmunología Clínica y Experimental de Rosario (IDICER – CONICET); Argentina. Fil: Cabrera, Gabriel. Universidad Nacional del Litoral. Laboratorio de Tecnología Inmunológica; Argentina. Fil: Cabrera, Gabriel. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ciencias Médicas; Argentina. Fil: Bontempi, Iván. Universidad Nacional del Litoral. Laboratorio de Tecnología Inmunológica; Argentina. Fil: Bontempi, Iván. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ciencias Médicas; Argentina. Fil: Prochetto, Estefanía. Universidad Nacional del Litoral. Laboratorio de Tecnología Inmunológica; Argentina. Fil: Stülke, Jörg. Georg-August-Universität Göttingen. Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB). Department of General Microbiology; Germany. Fil: Perez, Ana R. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Inmunología Clínica y Experimental de Rosario (IDICER – CONICET); Argentina. Fil: Perez, Ana R. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigación y Producción de Reactivos Biológicos; Argentina. Fil: Marcipar, Iván. Universidad Nacional del Litoral. Laboratorio de Tecnología Inmunológica; Argentina. Fil: Marcipar, Iván. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Ciencias Médicas; Argentina. Fil: Blancato, Victor. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR -CONICET). Laboratorio de Fisiología y Genética de Bacterias Lácticas; Argentina. Fil: Blancato, Victor. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Laboratorio de Biotecnología e Inocuidad de los Alimentos; Argentina. Fil: Magni, Christian. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR -CONICET). Laboratorio de Fisiología y Genética de Bacterias Lácticas; Argentina. Fil: Magni, Christian. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Laboratorio de Biotecnología e Inocuidad de los Alimentos; Argentina.