A Zebrafish Model for Developing Vaccines against Tuberculosis
Niskanen, Mirja (2021)
Niskanen, Mirja
Tampere University
2021
Lääketieteen, biotieteiden ja biolääketieteen tekniikan tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine, Biosciences and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2021-02-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1783-6
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1783-6
Tiivistelmä
Maailmanlaajuisesti tuberkuloosi on yksi merkittävimmistä kuolemansyistä aiheuttaen vuosittain 1.5 miljoonan ihmisen kuoleman. Maailman terveysjärjestön mukaan, tuberkuloosia aiheuttava patogeeni, Mycobacterium tuberculosis, tartuttaa joka vuosi 10 miljoonaa ihmistä. Sairaus voi olla etenevä tai latentti. Latentissa infektiossa elimistön immuunipuolustus pystyy rajaamaan infektion granuloomarakenteiden sisään. Arviolta 1.7 miljardilla ihmisellä on tälläinen oireeton, latentti tuberkuloosi, ja siten 5-10% elinikäinen riski aktiiviselle sairaudelle. 1920-luvulla kehitetty, ainoa saatavilla oleva tuberkuloosirokote, Bacillus Calmette-Guérin, suojaa ainostaan imeväisikäisiä tuberkuloosin vakavampia tautimuotoja vastaan. Nykyisin ei ole saatavilla rokotetta, mikä antaisi tehokkaan suojan aikuisille tai estäisi latentin infektion uudelleenaktivaation. Viimeaikoina rokotetutkimus on keskittynyt turvallisempiin menetelmiin, kuten alayksikkörokotteisiin, jotka eivät sisällä elävää patogeenia.
Huolimatta tuberkuloositutkimuksen pitkästä historiasta, tuberkuloosin taudinaiheuttamismekanismeja sekä mykobakteerien ja immuunipuolustuksen välistä vuorovaikutusta ei edelleenkään täysin tunneta. Yksi tuberkuloositutkimuksen haasteista on ollut käyttökelpoisten mallieläinten puute. Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin seeprakalamallia (Danio Rerio), jonka Mycobacterium marinum-infektio muistuttaa monilta piirteiltään ihmisen tuberkuloosia. Tiedetään, että laboratorio- olosuhteissa, korkea infektioannos aiheuttaa etenevän sairauden ja matala- annoksinen infektio puolestaan latentin infektion. Tässä tutkimuksessa osoitettiin, että heikentämällä kalan immuunipuolustusta deksametasonilla, latentin infektiot uudelleenaktivoituvat.
Tämän väitöskirjatutkimuksen päätavoitteena oli löytää uusia rokoteantigeeneja tuberkuloosia vastaan. Tavoitteen saavuttamiseksi valitsimme lupaavia M. marinumin geenejä sekä kirjallisuuden että lähetti-RNA-sevensointituloksen perusteella. In vivo- tutkimuksessa testattiin DNA-rokoteantigeeneinä yhteensä 22 eri geeniä. Näistä seitsemän on erityisesti reaktivaatiossa ilmentyvää ja 15 kirjallisuuden perusteella valittua geeniä. 16 eri antigeenin teho testattiin primaari-infektiota vastaan. Testatuista antigeeneistä neljä (cdh, PE5, PE31 ja RpfE) antoivat suojan neljän viikon kuluttua infektiosta bakteerimääritykseen perustuvassa tutkimuksessa. Näistä yksi (RpfE) paransi myös kalojen selviytymistä 12 viikon infektionjälkeisessä serannassa. Lisäksi testattiin 15 eri antigeenin mahdollinen suojavaikutus latentin infetion uudelleen aktivaatiota vastaan deksametasoni-hoitoon perustuvan koemallin avulla. Tutkimuksessa löydettiin kolme antigeenia, RpfB, MMAR_4207 ja MMAR_4110, jotka estivät uudelleenaktivaatiota.
Tässä väitöskirjatutkimukssa osoitetaan, että seeprakalan M. marinum- infektiomalli sekä deksametasoniin perustuva latentin infektion uudelleenaktivaatiomalli ovat käyttökelpoisia testattaessa uusien DNA-rokotteiden tehoa. Johtuen M. tuberculosiksen ja M. marinumin genomien samankaltaisuudesta, löydettyjen lupaavien antigeenien M. tuberculosis-homologit ovat mahdollisilta kohdegeenejä uusien tuberkuloosirokotteiden kehittämiselle.
Huolimatta tuberkuloositutkimuksen pitkästä historiasta, tuberkuloosin taudinaiheuttamismekanismeja sekä mykobakteerien ja immuunipuolustuksen välistä vuorovaikutusta ei edelleenkään täysin tunneta. Yksi tuberkuloositutkimuksen haasteista on ollut käyttökelpoisten mallieläinten puute. Tässä tutkimuksessa hyödynnettiin seeprakalamallia (Danio Rerio), jonka Mycobacterium marinum-infektio muistuttaa monilta piirteiltään ihmisen tuberkuloosia. Tiedetään, että laboratorio- olosuhteissa, korkea infektioannos aiheuttaa etenevän sairauden ja matala- annoksinen infektio puolestaan latentin infektion. Tässä tutkimuksessa osoitettiin, että heikentämällä kalan immuunipuolustusta deksametasonilla, latentin infektiot uudelleenaktivoituvat.
Tämän väitöskirjatutkimuksen päätavoitteena oli löytää uusia rokoteantigeeneja tuberkuloosia vastaan. Tavoitteen saavuttamiseksi valitsimme lupaavia M. marinumin geenejä sekä kirjallisuuden että lähetti-RNA-sevensointituloksen perusteella. In vivo- tutkimuksessa testattiin DNA-rokoteantigeeneinä yhteensä 22 eri geeniä. Näistä seitsemän on erityisesti reaktivaatiossa ilmentyvää ja 15 kirjallisuuden perusteella valittua geeniä. 16 eri antigeenin teho testattiin primaari-infektiota vastaan. Testatuista antigeeneistä neljä (cdh, PE5, PE31 ja RpfE) antoivat suojan neljän viikon kuluttua infektiosta bakteerimääritykseen perustuvassa tutkimuksessa. Näistä yksi (RpfE) paransi myös kalojen selviytymistä 12 viikon infektionjälkeisessä serannassa. Lisäksi testattiin 15 eri antigeenin mahdollinen suojavaikutus latentin infetion uudelleen aktivaatiota vastaan deksametasoni-hoitoon perustuvan koemallin avulla. Tutkimuksessa löydettiin kolme antigeenia, RpfB, MMAR_4207 ja MMAR_4110, jotka estivät uudelleenaktivaatiota.
Tässä väitöskirjatutkimukssa osoitetaan, että seeprakalan M. marinum- infektiomalli sekä deksametasoniin perustuva latentin infektion uudelleenaktivaatiomalli ovat käyttökelpoisia testattaessa uusien DNA-rokotteiden tehoa. Johtuen M. tuberculosiksen ja M. marinumin genomien samankaltaisuudesta, löydettyjen lupaavien antigeenien M. tuberculosis-homologit ovat mahdollisilta kohdegeenejä uusien tuberkuloosirokotteiden kehittämiselle.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4980]