《Science子刊:利用一种活细菌疫苗阻止霍乱弧菌感染》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2018-06-21
  • 在接种任何疫苗后,在它提供保护之前,通常会有一到两周的延迟,在此期间,免疫系统正在加速产生适应性免疫反应。但是,在一项新的研究中,一种潜在的新型霍乱疫苗---通过对一种无毒性的霍乱弧菌(Vibrio cholerae)进行基因改造而开发出来的---经证实发挥着益生菌的作用,仅在接种一天后就保护兔子免受因霍乱弧菌感染引发的一种被称作霍乱的致命性疾病伤害。相关研究结果发表在2018年6月13日的Science Translational Medicine期刊上,论文标题为“A live vaccine rapidly protects against cholera in an infant rabbit model”。

    美国国家过敏与传染病研究所(NIAID)的Robert Hall(未参与这项研究)说,“很多时候我们都以为我们已战胜了霍乱。”他说,尽管现有的疫苗和公共卫生干预措施发挥着作用,但是“霍乱仍然是一个重大的问题. . .因此,科学家们仍然在研究它而且他们观察到霍乱爆发风险并正在制定应急计划,这真是太棒了。这真是一件好事。”

    全世界每年有300万~500万人感染霍乱弧菌并且杀死其中的13万人(主要在低收入国家)。虽然霍乱疫苗已被开发出来,但是当前使用的疫苗具有有限的效果。比如,最常使用的疫苗 ---一种口服给药的灭活霍乱细菌疫苗,分两剂服用,这两剂之间的间隔时间为14天---相当好地保护成年人,但对婴儿和儿童无效,这可能是因为他们的未成熟的免疫系统或因为现有的肠道感染干扰了这种疫苗。在正在持续的霍乱流行期间,如果试图通过接种这种疫苗来给人体提供保护,那么这两剂疫苗接种之间的漫长等待时间也可能会产生问题。基于减毒霍乱弧菌的活疫苗也存在着,但是它是从20世纪中叶分离出的一种霍乱弧菌菌株开发出来的,但是这种菌株已不再在全球范围内占据主导地位。

    美国弗吉尼亚大学传染病与国际卫生研究员William Petri(未参与这项研究)说,总之,“人类需要更好的霍乱疫苗”。

    在这项新的研究中,美国哈佛医学院腹泻病研究员Matthew Waldor和他的同事们如今已迎接这一挑战。因推测活细菌产生最强烈和最持久的免疫反应,Waldor团队利用基因工程技术构建出导致2010年海地爆发霍乱流行病的霍乱弧菌菌株的一种安全版本。

    Waldor解释道,“我们进行了9种不同的基因操纵。”这包括剔除霍乱弧菌毒素基因,并导入一种一旦从宿主体内的野生菌重新获得这些基因就将它们进行破坏的CRISPR系统。

    Hall说,“这是通过采用精湛的基因操纵技术构建出来的,但这并不意味着它要比现有的疫苗更好。迄今为止,这一点尚未得到验证。”

    在将这些经过基因改造的霍乱弧菌注射到幼兔体内后,Waldor团队观察到它们快速地在这些兔子的肠道中定植,但迄今为止没有诱发疾病症状产生,这就表明这种活细菌疫苗是安全的。

    因推断即使在缺乏适应性免疫反应的情况下,这些经过基因改造的霍乱弧菌定殖可能会阻止野生型霍乱弧菌在这些兔子肠道中定植,这些研究人员仅在24小时后便给这些兔子注射致死剂量的野生型霍乱弧菌。这些接受过这种疫苗接种的兔子在接受这种致死剂量注射后的18小时内均未出现疾病症状,相比之下,在相同时间内,未接种这种疫苗的兔子出现严重的症状。到接受这种致死剂量注射后的30小时内,所有未接种这种疫苗的兔子已死亡或即将死亡,然而到观察期结束时,即到接受这种致死剂量注射后的41小时内,超过一半的接种这种疫苗的兔子仍然活着。

    Hall 说,“这项研究表现出这些研究人员具有惊人观察力的地方在于他们很早就让这些小鼠接受致死剂量注射,之前没有人做到这一点。”他补充道,结果就是“这是一项令人着迷的观测结果. . .如果它在人体中也得到证实的话,那么这将是一个重大的进展。”

    Waldor说,希望就是“这种益生菌活性将一直提供保护,直到适应性免疫反应清除这种疫苗并赋予长期的甚至是终身的保护。”然而,这种新的疫苗是否能够赋予这种长期保护尚未接受测试。

    尽管目前仍不清楚针对经过基因改造的霍乱弧菌的研究结果是否会在人体中得到重现,但是这也提出了一个问题:是否还存在其他的疾病,你可能使用益生菌替换抗生素来控制感染?

  • 原文来源:http://stm.sciencemag.org/content/10/445/eaap8423
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    • 编译者:hujm
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    • 武汉市白沙洲市场水产品中检出4份甲鱼样本霍乱弧菌阳性(O139群)。洪山区迅速启动应急响应,开展流调溯源、排查管控、环境采样和终末消杀等处置工作。目前,涉及店铺停业3天,相关产品已进行无害化处理,接触人员采样检测结果均为阴性。人员健康监测和场所检测均未发现异常,市场开展全面消杀,涉及外地的同批次产品已函告目的地追踪处置。本次检出的霍乱弧菌未引发人的感染。经湖北省疾控中心实验室检测,与近日报告的武汉大学学生病例无关联。为何此次霍乱事件又出现在武汉海鲜市场?海鲜水产与霍乱有何关联?原来早在2022年年初就有研究在牛蛙中发现霍乱弧菌,下面对相关研究进行详细梳理。 Epidemiology & Infection:养殖牛蛙中发现霍乱弧菌 近年来,在养殖的牛蛙身上发现一种致命的细菌性疾病,患病牛蛙的临床表现是严重的肠道炎症和肛门脱垂。研究人员从患病的牛蛙肠道中分离出一种细菌病原体,使用形态学、生化和16SrRNA系统发育分析将该细菌鉴定为霍乱弧菌,研究成果以题为“Vibrio cholerae was found in cultured bullfrog”发表在Epidemiology & Infection上。在这项研究中,霍乱弧菌首次在患病牛蛙中分离鉴定,为疾病的诊断和控制提供依据。研究结果表明,人畜共患细菌霍乱弧菌感染牛蛙,是导致牛蛙病害大流行的根源,造成巨大经济损失。 本研究根据分离株对20种抗生素的敏感性,选择新霉素用于临床防控,及时控制疫情蔓延。但是,对于牛蛙脱肛这种难以改善的严重疾病,它并不能产生良好的治疗效果。 霍乱弧菌属于弧菌科,可分为139个血清群,其中O1和O139可引起人类霍乱。O1和O139群引起霍乱主要是因为它们携带霍乱毒素,激活肠上皮细胞中的腺苷酸环化酶,导致Cl-离子的分泌和Na+离子吸收的损害。水与离子一起进入肠腔,导致严重的水样腹泻,从而导致人类死亡。自1817年以来,全球已发生七次霍乱大流行,造成数亿人死亡。然而,非O1和非O139霍乱弧菌携带其他毒力因子,广泛分布于水环境中。它们通常会引起人类胃肠道炎症,有时还会引起肠外感染,例如脑膜炎、败血症和伤口感染。 霍乱弧菌广泛存在于各类水体中。据报道,霍乱弧菌可以感染包括鱼类在内的水生动物、虾和其他水产养殖动物。霍乱流行的原因异常复杂,如何传播尚不清楚,而疫区季节性流行高峰的原因也不清楚。然而,霍乱是由霍乱弧菌引起的,这是不争的事实。 进一步的研究表明,O1和O139在水生动物中已有报道,如在罗非鱼中发现了O1群和在泥鳅和虾中发现了O139组。这些报道表明,水生动物中的霍乱弧菌不全是非O1和非O139群,也可能是O1和O139群,可引起霍乱。因此,霍乱弧菌是一种重要的人畜共患细菌,必须引起重视。 本次研究结果表明,牛蛙很可能通过水产品感染霍乱弧菌。其他研究在牛蛙中发现了沙门氏菌和微孢子虫,它们也是严重的人畜共患病原体。虽然本研究仅在牛蛙中发现了非O1和非O139霍乱弧菌,但在目前牛蛙的开放培养实践下,霍乱弧菌可能通过基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)变异成为O1和O139血清型。因此,需要给予这些发现适当的重视。 BMC:韩国海鲜市场发现霍乱弧菌是交叉污染的载体 2017年之前,韩国的全球鱼类产量一直保持在1.71亿吨的高位水平,鱼类消费量持续增长,但2017年6月从韩国南部海岸收集的潮水中检测到霍乱弧菌(0.1%)且在海水中检测到霍乱弧菌(0.5%)。因此,韩国西海的水产品微生物污染开始受到相关部门监控。相关研究以“Microbial contamination including Vibrio cholerae in fishery auction markets in West Sea, South Korea”为题发表于BioMed Central(BMC)。研究结果表明秋季渔业产品中霍乱弧菌污染的流行率增加,除了食品接触样品这一因素,第二大因素就是霍乱弧菌。 本次研究将水产品(比目鱼、章鱼、鳐鱼、鳕鱼、鲈鱼、蜗牛、安康鱼、比目鱼、梳笔壳、球蚬壳、星鳗、带鱼、黄花鱼和沙丁鱼)和环境样品(收集了来自渔业拍卖市场水箱的样本、来自渔业配送车辆的海水、来自木箱或塑料箱的冰以及来自用于鱼类储存的木箱和塑料箱的表面样本)放入过滤袋中,收集菌群样本。样品中的好氧细菌、大肠杆菌和大肠菌群分别在好氧计数板和大肠杆菌/大肠菌群计数板上计数。对于霍乱弧菌O1和霍乱弧菌非O1定量,进行了最可能数MPN(Most Probabe Nummber)-PCR 分析。   研究结果发现大部分样本检出需氧菌及大肠菌群,但未检出大肠杆菌。木箱在所有季节(春季、夏季和秋季)都被高水平的需氧菌和大肠菌污染。秋季,在蜗牛、带鱼、黄花鱼、比目鱼、沙丁鱼、塑料盒和水样中检测到非O1型霍乱弧菌。   综上所述,霍乱弧菌在秋季被检测到,并且在海鲜产品和渔业交易市场的水和储存箱等环境因素之间交叉污染。因此,应在海鲜交易市场应执行食品安全措施,例如频繁更换和净化储存设施和工具,以防止食源性疾病爆发。总体而言,本研究的结果可能有助于为渔业交易市场建立食品安全规范。   目前武汉白沙洲市场甲鱼样本霍乱弧菌阳性事件最新进展还在跟进中,海产品样本阳性的霍乱弧菌源头相关部门还未下定论,希望以往的研究可以给到本次事件借鉴意义。
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    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2023-03-13
    • mRNA疫苗除了有效性高之外,还有一个巨大优势,就是能够快速开发和迭代。例如,从新冠病毒(SARS-CoV-2)的基因组序列公布到新冠mRNA疫苗进行临床试验,只花了63天时间。 然而,到目前为止,mRNA被认为能够有效预防病毒感染,而对细菌无效。但历史上,除了像流感病毒、新冠病毒等病毒引起的大流行外,还有由鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis)感染引起的鼠疫(也叫作黑死病),曾在在公元1346年至1353年曾席卷整个欧亚大陆,造成数千万人死亡。 开发针对细菌的mRNA疫苗的难点在于,病毒是利用宿主细胞来生产蛋白质,这意味着病毒自身的蛋白和我们通过mRNA疫苗在人体细胞中产生的蛋白是一样的。而细菌则不是,它们在自己的细胞内产生蛋白质,由于细菌和人类在进化上的巨大差异,人类细胞中产生的蛋白会在分泌时发生“翻译后修饰”,这会导致利用mRNA在人体内表达的细菌蛋白质与细菌自身的蛋白质有差异,从而导致其不能很好地诱导免疫保护作用。 2023年3月8日,以色列特拉维夫大学的研究人员在 Science 子刊 Science Advances 上发表了题为:A single-dose F1-based mRNA-LNP vaccine provides protection against the lethal plague bacterium 的研究论文。 我们的研究证明了一种针对致命鼠疫菌的快速、完全保护的mRNA-LNP疫苗。目前的研究结果表明,mRNA-LNP平台可以用于开发针对细菌病原体的有效疫苗。 该研究开发了一种基于鼠疫耶尔森菌的F1荚膜抗原的mRNA-LNP疫苗,通过mRNA序列优化、GC含量设计及抗原设计,该mRNA疫苗能够在小鼠中引发体液免疫和细胞免疫,单剂接种后能对致命的鼠疫耶尔森菌感染提供快速且100%的保护。 据悉,这是世界首个针对人类致命细菌的mRNA候选疫苗,研究团队表示,这项新技术可以快速开发有效的细菌感染疾病的疫苗,考虑到全球正在出现的抗生素耐药性危机以及缺乏有效的常规疗法和候选疫苗,这项研究具有重大意义及应用前景。 对于病毒而言,它们的繁殖必须依赖外部宿主细胞,病毒入侵细胞后,会将宿主细胞作为自己的合成工厂,根据自己的遗传物质生产复制所需的蛋白质和核酸。在mRNA疫苗中,我们在实验室中合成mRNA分子,然后包裹在类似人类细胞膜的脂质纳米颗粒(LNP)中。当这些疫苗被注射到体内后,脂质纳米颗粒(LNP)会与细胞膜融合并将mRNA递送进细胞内,让细胞根据mRNA指令生产病毒蛋白。我们的免疫系统会识别并记住这些病毒蛋白,帮助免疫系统学会在面临真正的病毒感染时保护我们的身体。 病毒是在我们的细胞中生产蛋白质,从病毒基因组翻译的蛋白质和人工合成的mRNA翻译的蛋白质是相似的。而细菌却并不是这样,它们通常可以在自己细胞内完成蛋白质翻译过程。此外,细菌和人类在进化上的差距太大,因此,即使是相同的基因序列,细菌翻译的蛋白质和人类细胞翻译的蛋白质可能并不相同。 研究人员试图在人类细胞中合成细菌的蛋白质,但这些细菌蛋白质诱导的抗体水平很低,普遍缺乏保护性免疫作用。这是因为,尽管基于相同的基因信息,细菌自己翻译的蛋白质和实验室中合成的蛋白质是相同的,但人类细胞中翻译的蛋白质在从细胞中分泌时发生了重大改变,即所谓的“翻译后修饰”,例如糖基化修饰。 为了解决这个难题,研究团队将鼠疫耶尔森菌的F1荚膜蛋白的元和分泌信号替换为真核分泌信号,促进其在哺乳动物系统中的高效表达、易位和分泌,通过绕开了经典分泌途径,免疫系统将疫苗中的蛋白质识别为免疫原性细菌蛋白质。 研究团队对其mRNA序列进行了优化,使用了高GC含量的mRNA结构,高GC含量能够增加mRNA的稳定性和蛋白表达水平。为了增强这种细菌蛋白质的稳定性,并确保它们不会在体内分解得太快,研究团队还在其序列中引入了人类抗体片段(hFc),以增加表达后蛋白的稳定性、半衰期和免疫原性。为进一步增强体液免疫反应,研究团队还在该mRNA中额外引入了两种修饰。 研究团队在小鼠上测试了这种新型mRNA疫苗,一周之内,未接种疫苗的小鼠全部死死于鼠疫耶尔森菌感染,而接种了疫苗的小鼠全部存活得很好,而且,一剂疫苗在接种两周后就提供了充分的保护。只需一剂就能提供完全保护的能力,这对于预防未来可能出现的快速传播的细菌大流行至关重要。 我们生活的世界里有着许多致病细菌,但还没有相应的疫苗。此外,过去几十年里由于抗生素的过度使用,许多细菌产生了抗生素耐药性。耐药细菌如今已成为全世界面临的巨大威胁,开发针对细菌的新型疫苗可能为这一全球性问题提供答案。 研究团队表示,新冠mRNA疫苗之所以研发速度如此之快,得益于多年来科学家们对mRNA技术的研究。如果未来面临某种细菌大流行,这项研究成果将为快速开发细菌mRNA疫苗奠定基础。