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Use of Synthetic Carbohydrates as Vaccine Components and Biomedical Research Tools

Tamborrini, M. (2009) Use of Synthetic Carbohydrates as Vaccine Components and Biomedical Research Tools. Doctoral thesis, University of Basel.

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Abstract

Characterization of GPI-specific antibody responses with carbohydrate microarrays. Plasmodium falciparum malaria affects about 500 million people worldwide and is responsible for approximately 2.5 million deaths per year. Drug resistance is a growing problem at a time when there is still no effective vaccine. Glycosylphosphatidylinositol (GPI) is the major anchor for membrane-associated proteins of P. falciparum and there is growing evidence that this glycolipid plays a major role as a toxin in the pathology of malaria. It has been postulated that antibodies against plasmodial GPI mediate anti-toxic and anti-disease immunity against malaria and that GPI could be a suitable component of a malaria vaccine. Lack of a reliable method for the characterization of anti-GPI antibodies has made it difficult to generate strong supportive data for this hypothesis. We have established carbohydrate microarrays based on synthetic P. falciparum GPI glycans to study antibody responses to different structural elements of this complex antigen. Results demonstrated, that only part of the total anti-GPI response in individuals from malaria endemic regions is associated with exposure to malaria. Microarray-based epitope analyses with truncated GPIs demonstrated differences in the fine specificity of anti-GPI antibodies in malariaexposed and non-exposed populations and showed evidence for a correlation between the presence of anti-GPI antibodies with a certain fine specificity and resistance to severe malaria. The GPI microarray was also a valuable screening platform for the selection of GPI specific B cell hybridomas. The monoclonal antibodies (mAbs) generated were used to evaluate biological activities of anti-GPI antibodies in functional assays. These unique mAbs represent new research tools that will facilitate characterisation of the GPI-anchored proteome of protozoan parasites. Use of synthetic oligosaccharide to elicit Bacillus anthracis specific antibodies. Anthrax is an acute zoonotic disease caused by the spore-forming bacterium Bacillus anthracis. The recent use of B. anthracis spores as a biological weapon has stressed the need for efficient vaccines and detection systems. The similarity of spore cell surface antigens to other bacteria of the B. cereus group has made it difficult to create selective antibody-based detection systems. On the surface of B. anthracis spores a tetrasaccharide containing a novel monosaccharide (anthrose) has been discovered recently. Since anthrose was not found in spores of related strains of bacteria, we envisioned the detection of B. anthracis spores based on antibodies against anthrose-containing polysaccharides. Carbohydrate-protein conjugates containing the synthetic tetrasaccharide, an anthrose-rhamnose disaccharide or anthrose alone were employed to immunize mice. All three formulations were immunogenic and elicited IgG responses with different fine specificities. All sera and mAbs derived from tetrasaccharide immunized mice cross-reacted with spores of a panel of virulent B. anthracis strains, but also with some of the B. cereus strains tested. Although not strictly specific for B. anthracis spores, antibodies against the tetrasaccharide may have potential as immuno-capturing components for a highly sensitive spore detection system. Charakterisierung von GPI-spezifischen Antikörper-Antworten mit KohlenhydratMicroarrays. Plasmodium falciparum Malaria betrifft weltweit etwa 500 Millionen Menschen und ist verantwortlich für zirka 2.5 Millionen Todesfälle pro Jahr. Medikamentenresistenz ist ein wachsendes Problem und derzeit gibt es noch keine wirksame Impfung. Membranassoziierte Proteine von P. falciparum werden hauptsächlich durch Glykosylphosphatidylinositol (GPI) verankert und vieles deutet darauf hin, dass dieses Glykolipid eine bedeutende Rolle als Toxin in der Malariapathologie spielt. Es wurde postuliert, dass GPI-spezifische Antikörper antitoxischeund antikrankheits- Immunität gegen Malaria vermitteln und dass GPI eine geeignete Komponente eines Malaria Impfstoffes sein könnte. Das Fehlen einer verlässlichen Methode zur Charakterisierung von anti-GPI Antikörpern hat die Validierung dieser Hypothese erschwert. Wir haben Kohlenhydrat-Microarrays basierend auf synthetischen P. falciparum GPI Glykanen etabliert, um Antikörperantworten gegen die verschiedenen strukturellen Elemente dieses komplexen Antigens zu untersuchen. Die Resultate zeigten, dass nur ein Teil der gesamten AntiGPI Antwort von Individuen aus Malaria endemischen Regionen mit Malariaexposition assoziiert ist. Microarray basierte Epitopanalysen mit verkürzten GPIs demonstrierten Unterschiede in der Feinspezifität von anti-GPI Antikörpern bei malariaexponierten und nicht exponierten Populationen. Die Analysen lieferten Evidenz für eine Korrelation zwischen der Präsenz von antiGPI Antikörpern einer bestimmten Feinspezifität und Resistenz gegen schwere Malaria. Der GPI Microarray fungierte auch als Plattform für die Selektion von GPI-spezifischen B Zell Hybridomen. Die generierten monoklonalen Antikörper (mAk) wurden verwendet um biologische Aktivitäten von anti-GPI Antikörpern in funktionellen Untersuchungen zu evaluieren. Diese mAk repräsentieren neue Forschungsinstrumente, welche die Charakterisierung des GPI verankerten Proteoms von parasitären Protozoen erleichtern werden. Anwendung von synthetischen Oligosacchariden zur Herstellung von Bacillus anthracis spezifischen Antikörpern. Anthrax ist eine akute Zoonose verursacht durch sporenbildende B. anthracis Bakterien. Da B. anthracis Sporen als biologische Waffe benutzt wurden, werden effiziente Vakzine und Detektionsmethoden dringend benötigt. Die Ähnlichkeit von Sporenoberflächenantigenen zu anderen Bakterien der B. cereus Gruppe hat die Entwicklung von selektiven antikörperbasierenden Detektionssystemen erschwert. An der Oberfläche von B. anthracis Sporen wurde kürzlich ein Tetrasaccharid mit einem neuen Monosaccharid (Anthrose) entdeckt. Da Anthrose in Sporen von eng verwandten Bakterien nicht gefunden wurde, haben wir die Detektion von B. anthracis Sporen basierend auf Antikörpern gegen synthetische, anthrosehaltige Polysaccharide anvisiert. Kohlenhydrat-Protein Konjugate mit dem Tetrasaccharid, einem Anthrose-Rhamnose Disaccharid und Anthrose alleine wurden verwendet, um Mäuse zu immunisieren. Alle drei Formulierungen waren immunogen und induzierten IgG Antworten mit unterschiedlichen Feinspezifitäten. Alle Seren und mAk, abgeleitet von einer Tetrasaccharid immunisierten Maus, kreuzreagierten mit Sporen von virulenten B. anthracis Stämmen, aber auch mit einigen getesteten B. cereus Stämmen. Obwohl Antikörper gegen das Tetrasaccharid nicht strikt spezifisch für B. anthracis Sporen sind, haben sie Potenzial als immunologische Komponente für ein hoch sensitives Sporen-Detektionssystems.

Item Type: Thesis (Doctoral)
Keywords: Carbohydrates Microarrays, Vaccine, Biomedical, Plasmodium Falciparum, Malaria, Immunogenic, Drug
Subjects: Malaria > Vaccines
Divisions: Other
Depositing User: Mr Joseph Madata
Date Deposited: 13 Feb 2013 14:24
Last Modified: 13 Feb 2013 14:24
URI: http://ihi.eprints.org/id/eprint/1128

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