Streptococcus pneumoniae (pneumococo) é um importante patógeno humano, responsável por graves infecções das vias respiratórias. O principal fator de virulência desse microrganismo é a cápsula polissacarídica (PS), antígeno das vacinas atuais, que são elaboradas com os PS purificados de cepas de pneumococo prevalentes na população. O objetivo desse trabalho foi desenvolver um processo de purificação do PS do sorotipo 14, responsável por 39% das doenças em crianças de 0-6 anos no Brasil. A metodologia de purificação envolveu separação celular por microfiltração tangencial e concentração do microfiltrado com membrana de ultrafiltração tangencial de 50 kDa. O produto dessa etapa foi diafiltrado com dodecil sulfato de sódio em membrana de ultrafiltração tangencial de 30 kDa, seguido de precipitação com ácido tricloroacético a 5%, precipitação por etanol (20% e 60%) e cromatografia de troca aniônica. A pureza do PS foi avaliada pelo conteúdo de proteínas e ácidos nucleicos remanescentes e o tamanho por cromatografia de exclusão molecular. O PS foi obtido com pureza e tamanho requeridos pelos órgãos regulatórios e o rendimento final do processo foi de 65%. / Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) is an important human pathogen responsible for severe respiratory tract infections. The main virulence factor of this microorganism is the capsular polysaccharide (PS), which is the antigen of all current vaccines, which are prepared with purified PS of pneumococcal strains prevalent in the population. The objective of this work was to develop a new purification process for PS of serotype 14, responsible for 39% of diseases in children of 0-6 years old in Brazil. The purification method involved cell separation by tangential microfiltration and concentration of cell-free culture broth containing PS by tangential ultrafiltration (50 kDa). The product of this step was diafiltrated with sodium dodecyl sulfate by tangential ultrafiltration (30 kDa), following by 5% trichloroacetic acid precipitation, 20% and 60% ethanol precipitation and anion exchange chromatography. The PS purity was evaluated by the content of residual proteins and nucleic acids, and the molecular mass by size exclusion chromatography. The purity and molecular mass requirements were achieved and the process global yield was 65%.

Haemophilus influenzae type b (Hib) é uma importante bactéria Gram-negativa causadora de pneumonia, meningite e septicemia em crianças abaixo dos 5 anos de idade. A prevenção contra a doença pode ser alcançada pela imunização da população com vacina conjugada polissacarídeo-proteína, uma vez que a vacina de polissacarídeo não é eficiente. As vacinas conjugadas disponíveis comercialmente custam para o governo brasileiro cerca de US2,7 a dose, sendo necessárias no mínimo 3 doses para imunização completa. O presente estudo desenvolveu um novo método de conjugação de polissacarídeo capsular de Hib (PRP) com toxóide tetânico (TT). O método hidrazona baseia-se em 3 etapas simples: oxidação e derivatização de PRP com espaçador molecular e conjugação com TT na presença de uma carbodiimida e de um éster amino reativo. Após um estudo detalhado de cada etapa do método hidrazona, o novo processo mostrou excelentes resultados de rendimento mesmo após escalonamento. A imunogenicidade e o índice de avidez do conjugado hidrazona foram avaliados e os resultados encontrados foram comparáveis a vacina comercial Hiberix®. A técnica de HPSEC mostrou-se eficaz e o perfil cromatográfico do conjugado hidrazona foi muito similar ao da vacina Hiberix. Finalmente, o novo processo de conjugação de vacina permitiu o desenvolvimento de uma poderosa tecnologia constituindo uma excelente opção para o governo brasileiro. / Haemophilus influenzae type b (Hib) is an important encapsulated bacteria, which causes pneumonia, meningitis and septicaemia in infants. Prevention against infection is achieved by the currently available polysaccharide protein conjugate vaccine. However, due to its high production costs (around U$ 2,7 per dose) this formulation cannot be used in mass immunization programs in Brazil. In the present study, we developed a new method for the conjugation of Hib polysaccharide (PRP) and tetanus toxoid (TT). The hydrazone method is based on 3 singles steps: PRP oxidation, PRP derivatization with linker spacer and conjugation with TT in the presence of carbodiimide and an amino reactive ester. After detailed study of each step of method, the new process showed very good yield of conjugation even when it was scaled-up. The immunogenicity and the avidity index of hydrazone conjugate were evaluated and the results were comparable with those obtained with the commercial vaccine Hiberix®. The HPLC hydrazone profile was very similar to HPLC Hiberix profile. Finally, the new conjugation process allows the development of a powerful vaccine technology, constituting an excellent choice for the brazilian government.

Streptococcus pneumoniae (pneumococo) é um importante patógeno humano, responsável por graves infecções das vias respiratórias. O principal fator de virulência desse microrganismo é a cápsula polissacarídica (PS), antígeno das vacinas atuais, que são elaboradas com os PS purificados de cepas de pneumococo prevalentes na população. O objetivo desse trabalho foi desenvolver um processo de purificação do PS do sorotipo 14, responsável por 39% das doenças em crianças de 0-6 anos no Brasil. A metodologia de purificação envolveu separação celular por microfiltração tangencial e concentração do microfiltrado com membrana de ultrafiltração tangencial de 50 kDa. O produto dessa etapa foi diafiltrado com dodecil sulfato de sódio em membrana de ultrafiltração tangencial de 30 kDa, seguido de precipitação com ácido tricloroacético a 5%, precipitação por etanol (20% e 60%) e cromatografia de troca aniônica. A pureza do PS foi avaliada pelo conteúdo de proteínas e ácidos nucleicos remanescentes e o tamanho por cromatografia de exclusão molecular. O PS foi obtido com pureza e tamanho requeridos pelos órgãos regulatórios e o rendimento final do processo foi de 65%. / Streptococcus pneumoniae (pneumococcus) is an important human pathogen responsible for severe respiratory tract infections. The main virulence factor of this microorganism is the capsular polysaccharide (PS), which is the antigen of all current vaccines, which are prepared with purified PS of pneumococcal strains prevalent in the population. The objective of this work was to develop a new purification process for PS of serotype 14, responsible for 39% of diseases in children of 0-6 years old in Brazil. The purification method involved cell separation by tangential microfiltration and concentration of cell-free culture broth containing PS by tangential ultrafiltration (50 kDa). The product of this step was diafiltrated with sodium dodecyl sulfate by tangential ultrafiltration (30 kDa), following by 5% trichloroacetic acid precipitation, 20% and 60% ethanol precipitation and anion exchange chromatography. The PS purity was evaluated by the content of residual proteins and nucleic acids, and the molecular mass by size exclusion chromatography. The purity and molecular mass requirements were achieved and the process global yield was 65%.

Haemophilus influenzae type b (Hib) é uma importante bactéria Gram-negativa causadora de pneumonia, meningite e septicemia em crianças abaixo dos 5 anos de idade. A prevenção contra a doença pode ser alcançada pela imunização da população com vacina conjugada polissacarídeo-proteína, uma vez que a vacina de polissacarídeo não é eficiente. As vacinas conjugadas disponíveis comercialmente custam para o governo brasileiro cerca de US2,7 a dose, sendo necessárias no mínimo 3 doses para imunização completa. O presente estudo desenvolveu um novo método de conjugação de polissacarídeo capsular de Hib (PRP) com toxóide tetânico (TT). O método hidrazona baseia-se em 3 etapas simples: oxidação e derivatização de PRP com espaçador molecular e conjugação com TT na presença de uma carbodiimida e de um éster amino reativo. Após um estudo detalhado de cada etapa do método hidrazona, o novo processo mostrou excelentes resultados de rendimento mesmo após escalonamento. A imunogenicidade e o índice de avidez do conjugado hidrazona foram avaliados e os resultados encontrados foram comparáveis a vacina comercial Hiberix®. A técnica de HPSEC mostrou-se eficaz e o perfil cromatográfico do conjugado hidrazona foi muito similar ao da vacina Hiberix. Finalmente, o novo processo de conjugação de vacina permitiu o desenvolvimento de uma poderosa tecnologia constituindo uma excelente opção para o governo brasileiro. / Haemophilus influenzae type b (Hib) is an important encapsulated bacteria, which causes pneumonia, meningitis and septicaemia in infants. Prevention against infection is achieved by the currently available polysaccharide protein conjugate vaccine. However, due to its high production costs (around U$ 2,7 per dose) this formulation cannot be used in mass immunization programs in Brazil. In the present study, we developed a new method for the conjugation of Hib polysaccharide (PRP) and tetanus toxoid (TT). The hydrazone method is based on 3 singles steps: PRP oxidation, PRP derivatization with linker spacer and conjugation with TT in the presence of carbodiimide and an amino reactive ester. After detailed study of each step of method, the new process showed very good yield of conjugation even when it was scaled-up. The immunogenicity and the avidity index of hydrazone conjugate were evaluated and the results were comparable with those obtained with the commercial vaccine Hiberix®. The HPLC hydrazone profile was very similar to HPLC Hiberix profile. Finally, the new conjugation process allows the development of a powerful vaccine technology, constituting an excellent choice for the brazilian government.

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3277.pdf: 7015864 bytes, checksum: 9834075e819d2bb62213cf25d21ce5e5 (MD5) Previous issue date: 2010-08-27 / Haemophilus influenzae type b (Hib) is a Gram negative bacterium responsible for causing meningitis worldwide. The capsular polysaccharide b, a polymer composed by repeating units of ribosyl-ribitol phosphate (PRP), is the major virulence factor and it is used in the formulation of the vaccine against this microorganism. Despite their high efficiency, the conjugated vaccine against Hib is a product of high production cost, which involves fermentation, purification and conjugation processes to obtain a final product within the specifications of the World Health Organization (WHO). The improvement of the culture medium and cultivation conditions can contribute to reduce the cost of this vaccine in order to facilitate its dissemination in developing countries. The main objective of this work was to identify culture conditions that result in higher production of capsular polysaccharide, helping to reduce costs in the steps of purification and conjugation. The experiments were carried out in shake flasks or in bioreactors with 7-13 liters of capacity. The temperature was maintained at 37 °C, pH controlled at 7.5 by adding NaOH 5M and the concentration of dissolved oxygen (CDO) maintained at 30% of air saturation. The specific flow rate of air ranged between 0.2 and 1 VVM. Samples were collected at regular time intervals to measure optical density (DO540nm), biomass concentration, capsular polysaccharide (PRP) production and concentrations of glucose and metabolites. Two possibilities for increasing polysaccharide production were studied: 1) different strategies of fed-batch cultivation consisting of: a) intermittent addition of glucose (FBIG), b) constant feeding (FBCF), c) exponential feeding (FBEF), e d) exponential feeding with cell recycle and perfusion (FBER + P); 2) improvement of culture media composition regarding the carbon/nitrogen ratio through the use of central composite rotational design (CCRD) methodology, having as independent variables: Soy Peptone (S), Yeast Extract (YE) and Glucose (G). Quality parameters were also evaluated to assess the molecular weight profile of the product (PRP) as well as morphological aspects of the microorganism. Economic analysis of different cultivation strategies was used to identify the more economically viable process. The results of the different cultivation strategies together with the outputs of the studied processes cost analysis showed that FBCF, with a cost of U.S.$ 425.50/g PRP and productivity of 88 mg/L.h, showed to be the best alternative among PRP production processes due to its lower cost with a good productivity. In the study of the culture media composition through the statistical analysis of the CCRD results showed that the best culture media composition (BCM) consisted of S 5 g/L; YE 5.5g /L and G of 15.25 g/L. DO540nm and PRP volumetric production values of 8.4 and 410 mg/L, respectively, were attained in validation experiments carried out in shake flasks at the BCM condition. For the bioreactor BCM validation experiment, biomass concentration of 3 g DW/L and polysaccharide production of 600 mg PRP/L were observed. Similar values were reached at validation runs performed in shake flasks and bioreactor for the central point CP condition, showing that both BCM and CP conditions belong to the optimum region. The analysis of quality parameters showed that the cultivation time influences strongly the size of the polysaccharide molecule. The longer the cultivation time, the lower molecular weight was found. The analysis by transmission electron microscopy (TEM) of H. influenzae cells revealed a predominance of round cells in the sixth hour of cultivation, whereas in the twelfth hour of cultivation the cells exhibited a more elongated morphology with the presence of cytoplasmic inclusions in the shape of granules, possibly due to the accumulation of some reserve material. Based on these results, the new composition of the culture medium resulted in an increased of cell growth and capsular polysaccharide production with half of the sources nitrogen (soybean peptone and yeast extract) concentrations, which reduces the production cost. The cultivations that resulted in higher production and productivity of polysaccharide were FBCF (1600 mg PRP/L and 88 mg PRP/(L.h)) and FBER+ P (1800 mg PRP/L and 129 mg PRP/(L.h)). The FBER+P reached 30% higher productivity of polysaccharide than the best result described in the literature (90 mg PRP/(L.h)). However, the FBCF cultivation was economically more viable. / Haemophilus influenzae tipo b (Hib) é uma bactéria Gram negativa responsável por causar meningite em todo o mundo. O polissacarídeo capsular b, um polímero composto por unidades repetidas de ribosil-ribitol-fosfato (PRP) e o principal fator de virulência, sendo utilizado na formulação da vacina contra este microrganismo. Apesar de sua elevada eficiência, a vacina conjugada contra Hib é um produto de alto custo de produção por envolver processos de fermentação, purificação e conjugação para obtenção de um produto final dentro das especificações da Organização Mundial da Saúde (OMS). O melhoramento do meio de cultura e das condições de cultivo pode contribuir para redução do custo desta vacina de forma a facilitar sua difusão nos países subdesenvolvidos. Assim, o principal objetivo deste trabalho foi identificar condições de cultivo que resultem em maior produção de polissacarídeo capsular, contribuindo para reduzir os custos nas etapas de purificação e conjugação. Os ensaios foram conduzidos em frascos agitados ou em biorreatores com 7 a 13 litros de capacidade nominal. A temperatura foi mantida em 37oC, o pH controlado em 7,5 através da adição de NaOH 5M e a concentração de oxigênio dissolvido (COD) mantida em 30 % da saturação do ar. A vazão especifica de ar variou entre 0,2 e 1 VVM. Amostras foram coletadas em intervalos regulares de tempo para mensurar densidade óptica (DO540nm), concentração celular, produção de polissacarídeo capsular (PRP) e concentrações de glicose e metabolitos. Duas possibilidades para aumentar a produção de polissacarídeo foram estudadas: 1) diferentes estratégias de cultivo descontinuo alimentado consistindo por: a) adição intermitente de glicose (CDAIG), b) vazão constante (CDAVC), c) vazão exponencial (CDAVE), e d) reciclo de células seguido de perfusão (CDAVE+P)); e 2) o melhoramento da composição do meio de cultura quanto à relação carbono/nitrogênio através do uso da metodologia de delineamento composto central rotacional (DCCR), tendo como variáveis independentes: Peptona de Soja (S), Extrato de Levedura (EL) e Glicose (G). Parâmetros de qualidade também foram avaliados para verificar o perfil da massa molecular do produto (PRP) e os aspectos morfológicos do microrganismo. Os resultados das diferentes estratégias de cultivo juntamente com os resultados da analise econômica do custo dos processos estudados mostraram que o CDAVC, com custo de US$ 425.50/g PRP por ano e produtividade de 88 mg/(L.h), demonstrou ser a melhor alternativa para o processo de produção de PRP por apresentar menor custo com boa produtividade. Já o estudo da composição do meio de cultura através da analise estatística dos resultados do DCCR mostraram que a melhor composição do meio de cultivo (MMC) consistia em S de 5 g/L, EL de 5,5 g/L e G de 15,25 g/L. Valores de DO540nm de 8,4 e de produção volumétrica de polissacarídeo de 410 mg PRP/L foram alcançados em experimentos de validação na condição MMC realizados em shaker. Para o ensaio de validação da condição MMC em reator, a concentração de biomassa de 3,0 g MS/L e a produção de polissacarídeo capsular de 600 mg PRP/L foram observadas. Valores semelhantes foram obtidos em experimentos de validação realizados em shaker e biorreator na condição CPC, mostrando que tanto a condição CPC como a MMC pertencem a região de ótimo. A analise dos parâmetros de qualidade mostrou que o tempo de cultivo influencia fortemente no tamanho da molécula do polissacarídeo, sendo que quanto maior o tempo de cultivo, menor a sua massa molecular. A analise por microscopia eletrônica de transmissão (MET) das células de H. influenzae mostrou a predominância de células com morfologia arredondada na sexta hora de cultivo, enquanto que, na décima segunda hora de cultivo, as células apresentaram morfologia mais alongada e exibiram a presença de inclusões citoplasmáticas na forma de grânulos, possivelmente devido ao acumulo de algum material de reserva. Diante dos resultados obtidos, a nova composição de meio resultou em maior crescimento celular e produção de polissacarídeo capsular, com metade das concentrações das fontes de nitrogênio (peptona de soja e extrato de levedura), o que reduz o custo de produção. Os cultivos que resultaram em maior produção e produtividade foram o CDAVC (1600 mg PRP/L e 88 mg PRP/L.h) e o CDAVE+P (1800 mg PRP/L e 129 mg PRP/L.h), sendo que este ultimo (CDAVE+P) atingiu produtividade 30 % maior que o melhor resultado ate então descrito na literatura (90 mg PRP/L.h). No entanto, o cultivo CDAVC apresentou maior viabilidade do ponto de vista econômico e de execução e passível de escalonamento.

Streptococcus pneumoniae é uma bactéria encapsulada causadora de doenças infecciosas como pneumonia, bacteremia e meningite, infecções essas que estão entre as principais causas de morte entre crianças, idosos e imunodeprimidos, indivíduos que constituem o grupo de risco para tais infecções. A vacinação tem sido a mais eficaz forma de conter tais infecções. A vantagem das vacinas conjugadas em comparação às polissacarídicas é a capacidade de indução de uma resposta imune T-dependente o que garante proteção mesmo ao grupo de risco para infecções por S. pneumonia. A proposta do projeto foi estabelecer um protocolo para obtenção de um conjugado constituído pelo polissacarídeo capsular de S. pneumonia sorotipo 1 (PS1) e pela proteína de superfície pneumocócica A (PspA). A síntese do conjugado empregou uma metodologia inédita para o sorotipo 1. A avaliação da resposta imune humoral induzida pelo conjugado mostrou a indução de IgG anti-PS1 gerada pelas imunizações com o conjugado PS1-PspA. / Streptococcus pneumoniae is an encapsulated bacteria causing infectious diseases such as pneumonia, bacteremia and meningitis, these infections are among the leading causes of death among children, elderly and immunocompromised, who constituting individuals of risk group. The vaccination has been the more effective form to counter these infection. The advantage of conjugated vaccines compared to vaccines polysaccharide, is the ability to induce a T-dependent immune response which provides protection even at risk groups for infection by S. pneumoniae. The project proposal was establish a protocol for obtaining a conjugate consisting of the capsular polysaccharide of S. pneumoniae serotype 1 (PS1) and the pneumococcal surface protein A (PspA). The synthesis of conjugate employed a new methodology for serotype 1. The evaluation of humoral immune response induced by the conjugate showed anti-PS1 IgG induction generated by immunization with the PS1-PspA.

Streptococcus pneumoniae é uma bactéria encapsulada causadora de doenças infecciosas como pneumonia, bacteremia e meningite, infecções essas que estão entre as principais causas de morte entre crianças, idosos e imunodeprimidos, indivíduos que constituem o grupo de risco para tais infecções. A vacinação tem sido a mais eficaz forma de conter tais infecções. A vantagem das vacinas conjugadas em comparação às polissacarídicas é a capacidade de indução de uma resposta imune T-dependente o que garante proteção mesmo ao grupo de risco para infecções por S. pneumonia. A proposta do projeto foi estabelecer um protocolo para obtenção de um conjugado constituído pelo polissacarídeo capsular de S. pneumonia sorotipo 1 (PS1) e pela proteína de superfície pneumocócica A (PspA). A síntese do conjugado empregou uma metodologia inédita para o sorotipo 1. A avaliação da resposta imune humoral induzida pelo conjugado mostrou a indução de IgG anti-PS1 gerada pelas imunizações com o conjugado PS1-PspA. / Streptococcus pneumoniae is an encapsulated bacteria causing infectious diseases such as pneumonia, bacteremia and meningitis, these infections are among the leading causes of death among children, elderly and immunocompromised, who constituting individuals of risk group. The vaccination has been the more effective form to counter these infection. The advantage of conjugated vaccines compared to vaccines polysaccharide, is the ability to induce a T-dependent immune response which provides protection even at risk groups for infection by S. pneumoniae. The project proposal was establish a protocol for obtaining a conjugate consisting of the capsular polysaccharide of S. pneumoniae serotype 1 (PS1) and the pneumococcal surface protein A (PspA). The synthesis of conjugate employed a new methodology for serotype 1. The evaluation of humoral immune response induced by the conjugate showed anti-PS1 IgG induction generated by immunization with the PS1-PspA.