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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、PAの多量体構造情報を基に、in silico 分子計算手法を用い新規ワクチン抗原の設計を試みた。PA多量体の溶媒接触領域から複数の候補分子を選出し、各候補分子の免疫原性予測を実施後、新規合成分子をPAD1を作出した。PAD1分子にはPA多量体構造を再現するため、in vitro二量体化反応を可能とするシステインを含む人工配列がC末端部位に付加されている。大腸菌を利用してPAD1組換え体タンパク質を発現させ、複数のカラムクロマトグラフィーを用いて高度精製し、約5 mgの高純度人工分子を調製した。精製分子をin vitroで2量体化させた後、多量体化人工分子を用い、北海道大学ならびに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しているが、COVID-19感染拡大により最終的な試験が終了しなかった。
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