В новом исследовании ведущий автор Карен Бреннеман и ее коллеги из Института биодизайна Университета штата Аризона предлагают улучшенный метод скрининга вакцин против сальмонеллы в исследованиях на мелких животных и повышения их эффективности на людях.Новое исследование демонстрирует систему улучшения способности штаммов вакцины против сальмонеллы выживать во враждебной среде желудка, где высокие концентрации кислоты обычно смертельны для инвазивных бактерий.
Данные показывают 10-кратное улучшение выживаемости сальмонелл на мышиной модели, модифицированной для имитации кислотного состояния желудка у людей.Исследовательская группа, в которую входили Кристал Уиллингем, Жаклин А. Килбурн, Кеннет Роланд и Рой Кертисс III (директор Центра инфекционных заболеваний и вакцинологии Biodesign), недавно опубликовала свои результаты в журнале PLOS ONE.«За прошедшие годы модель на мышах научила нас многому о том, как сальмонелла взаимодействует с млекопитающими-хозяевами. Однако оказалось, что модель на мышах не может предоставить релевантную информацию о том, как сальмонелла может справляться с чрезвычайно низким уровнем pH человека. желудка ", — говорит Роланд, автор-корреспондент нового исследования.
В вакцине RASV используется сальмонелла — возбудитель желудочно-кишечных расстройств, в том числе обычных пищевых отравлений. Исследователи из лаборатории Curtiss модифицируют сальмонеллу, удаляя факторы вирулентности, вызывающие болезнь, и снабжая бактерии ключевыми антигенами, связанными с вакциной-мишенью.
Вакцины на основе сальмонеллы способны мощно стимулировать слизистый, гуморальный и клеточный иммунитет против инвазивных патогенов, но для того, чтобы быть эффективными, корабли, перевозящие вакцины — сальмонеллы — должны выдерживать неблагоприятные условия в желудке.Хотя результаты RASV на мышах были обнадеживающими, испытания на людях оказались менее благоприятными. Авторы предполагают, что высокая кислотность (низкий pH) желудка человека по сравнению с мышами может частично быть причиной несоответствия.Существует много типов сальмонелл, и форма, поражающая людей, — Salmonella enterica серотипа Typhi, — видоспецифична.
Для тестирования вакцин RASV in vivo перед клиническими испытаниями на людях необходимо использовать Salmonella Typhimurium, близкородственный штамм, поражающий мышей и вызывающий заболевание, подобное тифу человека.Однако одна критическая область, в которой мыши отличаются от людей, — это кислотность их желудков. У людей уровень pH натощак составляет от 1,0 до 3,0, тогда как у мышей он составляет около 4,0.
«Поиск способа временно снизить pH желудка мыши создает основу для дальнейших исследований по разработке более эффективных пероральных вакцин, таких как RASV, и предоставит новое понимание того, как патогенные бактерии дикого типа преодолевают этот барьер. Наша статья также демонстрирует полезность из наших ранее описанных, новых систем кислотостойкости для увеличения выживаемости RASV in vivo при низком pH », — говорит Роланд.
В новом исследовании повышенная кислотность желудка мышей временно вызывалась инъекцией гистамина. Модель мыши с гистамином была способна различать штаммы сальмонелл, показывающие чувствительность к кислотам или устойчивость к кислотам, ранее идентифицированные в лабораторных условиях. Было показано, что наблюдаемые результаты у гистаминовых мышей тесно коррелируют с кислотостойкостью или чувствительностью in vitro.Низкий уровень pH желудочного сока характерен для многих видов хозяев, включая человека, и частично действует как защитный механизм, убивающий большинство проглоченных микробов.
Однако микробы активно разработали стратегии, чтобы попытаться выжить в таких условиях, в своего рода эволюционной гонке вооружений.Однако некоторые микробы лучше других чувствуют себя при низком pH.
S. Typhi — штамм сальмонеллы, используемый для лечения RASV — обычно довольно нетерпим к условиям низкого pH по сравнению со штаммами S. Typhimurium, испытанными на мышах.Еще одним критически важным фактором является различие в биологии желудка мышей у людей. Перед введением вакцины RASV и мышей, и людей обычно не кормят, чтобы опорожнить верхнюю часть желудочно-кишечного тракта. У мышей это приводит к повышению pH примерно с 3,0 до 4,0.
Однако у людей pH натощак снижается и падает ниже 2,0. эффективность.Бактериальные клетки, используемые для RASV, обычно не культивируются на предмет устойчивости к кислоте и поэтому особенно уязвимы к высококислотной среде желудка, что еще больше снижает их эффективность. Одним из распространенных способов обойти уязвимость вакцинных клеток является введение их в сочетании с антацидом или другим агентом, предназначенным для защиты от низкого pH. Этот метод повышает выживаемость, но за свою цену.
Без воздействия низкого pH бактерии вакцины против сальмонеллы теряют ценные позиционные сигналы, которые помогают им колонизировать кишечник и успешно вторгаться в ткани хозяина.В текущем исследовании повышенная устойчивость к желудочной кислоте была придана штаммам RASV с помощью специальной системы с использованием регулируемой рамнозы аргининдекарбоксилазы. Было показано, что система резко увеличивает выживаемость чувствительных к кислоте S. Typhi in vitro при pH 2,5.
Затем исследователи попытались изучить эффективность RASV, содержащих новую систему устойчивости к кислоте, in vivo в условиях низкого pH, индуцированного в модели мыши с гистамином. Результаты показали 10-кратное улучшение способности этих модифицированных штаммов выживать при pH 1,5 в желудке мышей и успешно достигать кишечного тракта.
Подразумевается, что такие модифицированные вакцинные штаммы точно так же будут выживать в аналогичных условиях низкого pH у людей, резко повышая их эффективность.Результаты исследования предполагают, что гистаминовая модель мыши может быть полезным инструментом для оценки не только кандидатов RASV, но и любого перорального микробного лечения (например, пробиотических бактерий).
Для микробов, проявляющих кислотную чувствительность, регулируемая рамнозой система кислотостойкости аргинин-декарбоксилазы может улучшить выживаемость при низком pH и успешный переход в кишечник. Такое улучшение может повысить эффективность вакцины, позволяя снизить дозу.
