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2021 Fiscal Year Research-status Report

Development of anthrax vaccine based on structural information of toxins

Research Project

Project/Area Number 18K19436
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

東 秀明  北海道大学, 人獣共通感染症国際共同研究所, 教授 (20311227)

Project Period (FY) 2018-06-29 – 2023-03-31
Keywordsタンパク質分子立体構造 / 人工分子
Outline of Annual Research Achievements

炭疽の予防法として、無莢膜弱毒炭疽菌の芽胞懸濁液が動物用炭疽生ワクチンとして世界で広く利用されている。このワクチンは、動物では炭疽予防に一定の効果を示す一方、ヒトに対しては重篤な副作用を示す。一部の国では、炭疽菌毒素の一つProtective antigen(PA)を利用した無細胞炭疽ワクチンをヒトに使用しているが毒性を有することから実用性に乏しい。本研究では、新規ヒト炭疽ワクチン開発を目的として、炭疽菌毒素PAの多量体構造情報を基にin silico 分子計算手法を用い、ワクチン抗原候補分子を人工分子として設計した。これまでに、組換え体タンパク質として大腸菌内に産生させた人工分子を高度精製し、約2 mgの精製人工分子を調製した。さらに精製分子をin vitroで2量体化させた多量体化人工分子を用い、メルボルン大学においてマウス免疫試験を実施した。マウスを用いた免疫試験で得られた血清において、人工分子は全長PAとほぼ同等の抗原性を示し、かつ同等以上の毒素中和活性を示すことが示された。免疫原性の強さに関しては全長PAと大きな差はみられなかったが、人工分子においてはPA毒性発現に関わる細胞膜結合領域が欠失していることから、現行のワクチンで問題となっている毒性問題を解決できる抗原であると予想された。免疫効果を高めるため、メルボルン大学で開発されたアジュバントが人工分子抗原のワクチン効果に与える影響を検討する計画だが、COVID-19感染拡大により実施を見合わせている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本研究においては、動物を用いた免疫試験を行うことが必要であり、設計された人工分子の大量かつ高度に精製された試料が必須である。この点においては、当初の目標をはるかに上回る試料の調製に成功した。また、人工分子の試験管内多量体化反応においても、予想された結果を得ることができた。加えて、人工分子の免疫原性がマウスにおいて確認され、2020年よりタンパク質構造を基盤とした人工抗原分子の作成及び評価を完了する予定であった。メルボルン大学で採取された免疫血清を用い、炭疽毒素の中和試験を計画しているが、COVID-19感染拡大のため共同研究者の活動がロックダウンにより大きく制限され、加えて日豪間の移動が認められず共同研究を延期せざるなかった

Strategy for Future Research Activity

・人工抗原により誘導された抗体の評価を継続する(毒素中和試験等)。
・ In silico 分子計算によって作出された人工抗原分子の立体構造を、高分子NMR解析、X線構造解析の手法によって決定し、in silico 分子設計の妥当性を検証する。得られた検証結果を基にin silico分子設計の精度向上を試みるとともに、抗原性の増強を図る。

Causes of Carryover

当初、共同研究先であるメルボルン大学で使用する試薬及び消耗品は、本学で購入、負担する予定であったが、平成30年度は先方が所有していた物品により研究が実施されたため、予算の執行額が予定より少額となり、残額を次年度使用とした。

  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 4 results) Presentation (1 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] メルボルン大学(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      メルボルン大学
  • [Journal Article] Complete Genome Sequences of 24 Strains of Bacillus cereus Isolated from Nosocomial Infection and Bacteremia Cases in Japan2022

    • Author(s)
      Furuta Yoshikazu、Tsujinouchi Mai、Shawa Misheck、Zorigt Tuvshinzaya、Miyajima Yuya、Paudel Atmika、Suzuki Satowa、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      Microbiology Resource Announcements

      Volume: 11 Pages: e0120321

    • DOI

      10.1128/mra.01203-21

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Clonal relationship between multidrug-resistant Escherichia coli ST69 from poultry and humans in Lusaka, Zambia2022

    • Author(s)
      Shawa Misheck、Furuta Yoshikazu、Paudel Atmika、Kabunda O'Brian、Mulenga Evans、Mubanga Maron、Kamboyi Harvey、Zorigt Tuvshinzaya、Chambaro Herman、Simbotwe Manyando、Hang'ombe Bernard、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      FEMS Microbiology Letters

      Volume: 368 Pages: fnac004

    • DOI

      10.1093/femsle/fnac004

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A GCDGC-specific DNA (cytosine-5) methyltransferase that methylates the GCWGC sequence on both strands and the GCSGC sequence on one strand2022

    • Author(s)
      Furuta Yoshikazu、Miura Fumihito、Ichise Takahiro、Nakayama Shouta M. M.、Ikenaka Yoshinori、Zorigt Tuvshinzaya、Tsujinouchi Mai、Ishizuka Mayumi、Ito Takashi、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 17 Pages: e0265225

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0265225

  • [Journal Article] Detection of revertant mosaicism in epidermolysis bullosa through Cas9‐targeted long‐read sequencing2022

    • Author(s)
      Natsuga Ken、Furuta Yoshikazu、Takashima Shota、Nohara Takuma、Kosumi Hideyuki、Mai Yosuke、Higashi Hideaki、Ujiie Hideyuki
    • Journal Title

      Human Mutation

      Volume: 43 Pages: 529~536

    • DOI

      10.1002/humu.24331

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Leptospira Is an Environmental Bacterium That Grows in Waterlogged Soil2022

    • Author(s)
      Yanagihara Yasutake、Villanueva Sharon Y. A. M.、Nomura Naoki、Ohno Marumi、Sekiya Toshiki、Handabile Chimuka、Shingai Masashi、Higashi Hideaki、Yoshida Shin-ichi、Masuzawa Toshiyuki、Gloriani Nina G.、Saito Mitsumasa、Kida Hiroshi
    • Journal Title

      Microbiology Spectrum

      Volume: 15 Pages: e0215721

    • DOI

      10.1128/spectrum.02157-21

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Cas9‐guided haplotyping of three truncation variants in autosomal recessive disease2022

    • Author(s)
      Natsuga Ken、Furuta Yoshikazu、Takashima Shota、Nohara Takuma、Huang Hsin‐Yu、Shinkuma Satoru、Nakamura Hideki、Katsuda Yousuke、Higashi Hideaki、Hsu Chao‐Kai、Fukushima Satoshi、Ujiie Hideyuki
    • Journal Title

      Human Mutation

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1002/humu.24385

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct Regulons of AtxA, the Master Virulence Regulator of Bacillus anthracis2021

    • Author(s)
      Furuta Yoshikazu、Cheng Cheng、Zorigt Tuvshinzaya、Paudel Atmika、Izumi Shun、Tsujinouchi Mai、Shimizu Tomoko、Meijer Wim G.、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      mSystems

      Volume: 6 Pages: e0029121

    • DOI

      10.1128/mSystems.00291-21

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Pigs as a potential source of emerging livestock-associated Staphylococcus aureus in Africa: a systematic review2021

    • Author(s)
      Samutela Mulemba Tillika、Kwenda Geoffrey、Simulundu Edgar、Nkhoma Panji、Higashi Hideaki、Frey Andrew、Bates Matthew、Hang'ombe Bernard M.
    • Journal Title

      International Journal of Infectious Diseases

      Volume: 109 Pages: 38~49

    • DOI

      10.1016/j.ijid.2021.06.023

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Silkworm model for Bacillus anthracis infection and virulence determination2021

    • Author(s)
      Paudel Atmika、Furuta Yoshikazu、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      Virulence

      Volume: 12 Pages: 2285~2295

    • DOI

      10.1080/21505594.2021.1965830

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of ELISA based on Bacillus anthracis capsule biosynthesis protein CapA for naturally acquired antibodies against anthrax2021

    • Author(s)
      Zorigt Tuvshinzaya、Furuta Yoshikazu、Simbotwe Manyando、Ochi Akihiro、Tsujinouchi Mai、Shawa Misheck、Shimizu Tomoko、Isoda Norikazu、Enkhtuya Jargalsaikhan、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 16 Pages: e0258317

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0258317

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Risk factors and spatio-temporal patterns of livestock anthrax in Khuvsgul Province, Mongolia2021

    • Author(s)
      Zorigt Tuvshinzaya、Ito Satoshi、Isoda Norikazu、Furuta Yoshikazu、Shawa Misheck、Norov Natsagdorj、Lkham Baasansuren、Enkhtuya Jargalsaikhan、Higashi Hideaki
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 16 Pages: e0260299

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0260299

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 炭疽の克服を目指して -途上国における炭疽の実状-2021

    • Author(s)
      東 秀明
    • Organizer
      第70回日本感染症学会東日本地方会学術集会
    • Invited

URL: 

Published: 2022-12-28  

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