Streptococcus mutans é considerado o principal agente etiológico da cárie dental humana, uma doença crônica e de caráter infeccioso. A doença apresenta uma ampla incidência e é considerada um importante problema de saúde pública mundial. A adesão inicial de S. mutans à superfície dental é dependente da interação da proteína de superfície P1 e a aglutinina salivar adsorvida ao dente. Sendo assim, a proteína P1 e seus fragmentos são considerados importantes alvos em novas estratégias vacinais contra a cárie dental. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar estratégias vacinais de mucosa contra S. mutans, em que empregamos como antígeno modelo a proteína P139-512, um fragmento N-terminal derivado da proteína P1. Para esse fim, empregamos esporos não recombinantes de Bacillus subtilis e um mutante atóxico da toxina termo-lábil (LTK63) de Escherichia coli enterotoxigência (ETEC) como adjuvantes vacinais. A proteína P139-512 foi obtida por meio de sistema de expressão baseado em linhagem recombinante de B. subtilis. As formulações vacinais foram baseadas na coadministração da proteína P139-512 com os esporos e/ou LTK63 pela via sublingual. Os resultados obtidos demostraram as propriedades imunomoduladoras dos dois adjuvantes sobre as respostas de anticorpos. No entanto, o adjuvante LTK63 foi capaz de induzir maiores títulos de anticorpos antígeno-específicos e desencadear respostas de mucosa com a indução de anticorpos IgA secretores (S-IgA) em amostras de saliva. Além disso, a formulação com esse adjuvante induziu repostas de anticorpos mais eficientes na capacidade de reconhecer a proteína P1 nativa, expressa na superfície de linhagens de S. mutans. A estratégia utilizando os dois adjuvantes não foi capaz de aumentar a magnitude das respostas de anticorpos sistêmicos e de S-IgA quando comparada à administração da P139-512 + LTK63. Em conclusão, os resultados abrem perspectivas para o desenvolvimento de estratégias vacinais de mucosa direcionadas para o controle da cárie dental baseadas na coadministração de antígenos de S. mutans com o adjuvante LTK63. / Streptococcus mutans is considered the major etiological agent of human dental caries, a chronic and infectious disease. The disease has a broad incidence and is considered an important worldwide public health problem. The initial adhesion of S. mutans to the tooth surface depends on the interaction of the surface-exposed P1 protein and the salivary agglutinin adsorbed to the tooth. Therefore, the P1 protein and fragments derived from it are considered important targets in vaccine strategies to prevent dental caries. The present work aimed to develop and characterize new mucosal vaccine strategies against S. mutans, using as antigen model the protein P139-512, a N-terminal fragment derived from the P1 protein. For this purpose, we used non-recombinant Bacillus subtilis spores and a non-toxic mutant of the enterotoxigenic Escherichia coli (ETEC) heat-labile toxin (LTK63) as vaccine adjuvants. The P139-512 protein was obtained using a recombinant B. subtilis strain. Vaccine formulations were based on the co-administration of the P139-512 protein with spores and/or LTK63 via sublingual route. The results demonstrated that both adjuvants showed immunomodulatory properties on antibody responses. However, the LTK63 adjuvant was capable to induce the highest antigen-specific antibody titers and elicited mucosal responses with the induction of secretory IgA (S-IgA) antibodies in saliva samples. In addition, the formulation using this adjuvant induced enhanced responses mediated by effector antibodies capable to recognize the native P1 protein expressed on the surface of S. mutans strains. The combination of both adjuvants did not increase the magnitude of systemic antibody and S-IgA responses when compared to the administration of P139-512 + LTK63. In conclusion, the results open perspectives for the development of vaccination strategies for the control of dental caries based on the co-administration of S. mutans antigens and LTK63.

Streptococcus mutans é o principal agente etiológico da cárie dental humana, uma doença infecciosa para a qual não há vacina disponível. A influência dos sistemas de transporte ABC na virulência bacteriana suporta seu uso como alvos vacinais. Em S. mutans a proteína ligadora de fosfato (PstS) influencia a expressão de fatores de virulência. A proposta deste trabalho foi caracterizar uma estratégia vacinal de mucosa anti-cárie baseada na proteína PstS como antígeno alvo. Inicialmente, a forma recombinante da proteína foi obtida em E. coli. A caracterização biofísica revelou uma estrutura secundária estável, semelhante a outras proteínas ligadoras e capaz de interagir com seu ligante. Epítopos antigênicos conservados foram identificados na proteína recombinante pela reatividade com soro anti-S. mutans. A proteína rPstS foi imunogênica por via sublingual, combinada ou não à LTK4R e anticorpos rPstS-específicos interferiram na colonização oral in vivo por S. mutans. Os resultados indicam que a proteína rPstS pode ser explorada em estratégias vacinais contra a cárie. / Streptococcus mutans is the main etiological agent of human dental caries, an infectious disease for which there is no vaccine available. The influence of ABC transport systems in bacterial virulence supports its use as vaccine targets. In S. mutans the phosphate binding protein (PstS) influences the expression of virulence traits. The purpose of this work was characterizing an anti-caries mucosal vaccine based on the PstS protein as target antigen. First, a recombinant form of the protein was obtained in E. coli. The biophysical characterization showed a stable secondary structure, similar to other binding proteins and able to interact with its ligand. Conserved antigenic epitopes were identified in the recombinant protein by reactivity with anti- S. mutans serum. The rPstS protein was immunogenic by the sublingual route in combination or not with LTK4R and rPstS-specific antibodies interfered with S. mutans oral colonization in vivo. The results indicated that the recombinant PstS protein can be exploited in vaccine strategies against dental caries.

Streptococcus mutans é o principal agente etiológico da cárie dental humana, uma doença infecciosa para a qual não há vacina disponível. A influência dos sistemas de transporte ABC na virulência bacteriana suporta seu uso como alvos vacinais. Em S. mutans a proteína ligadora de fosfato (PstS) influencia a expressão de fatores de virulência. A proposta deste trabalho foi caracterizar uma estratégia vacinal de mucosa anti-cárie baseada na proteína PstS como antígeno alvo. Inicialmente, a forma recombinante da proteína foi obtida em E. coli. A caracterização biofísica revelou uma estrutura secundária estável, semelhante a outras proteínas ligadoras e capaz de interagir com seu ligante. Epítopos antigênicos conservados foram identificados na proteína recombinante pela reatividade com soro anti-S. mutans. A proteína rPstS foi imunogênica por via sublingual, combinada ou não à LTK4R e anticorpos rPstS-específicos interferiram na colonização oral in vivo por S. mutans. Os resultados indicam que a proteína rPstS pode ser explorada em estratégias vacinais contra a cárie. / Streptococcus mutans is the main etiological agent of human dental caries, an infectious disease for which there is no vaccine available. The influence of ABC transport systems in bacterial virulence supports its use as vaccine targets. In S. mutans the phosphate binding protein (PstS) influences the expression of virulence traits. The purpose of this work was characterizing an anti-caries mucosal vaccine based on the PstS protein as target antigen. First, a recombinant form of the protein was obtained in E. coli. The biophysical characterization showed a stable secondary structure, similar to other binding proteins and able to interact with its ligand. Conserved antigenic epitopes were identified in the recombinant protein by reactivity with anti- S. mutans serum. The rPstS protein was immunogenic by the sublingual route in combination or not with LTK4R and rPstS-specific antibodies interfered with S. mutans oral colonization in vivo. The results indicated that the recombinant PstS protein can be exploited in vaccine strategies against dental caries.

A cárie dental é uma doença bacteriana infecciosa considerada como um dos principais problemas de saúde pública. O principal agente etiológico para o desenvolvimento da doença é o Streptococcus mutans. A proteína P1, também conhecida como antígeno I/II, do S. mutans é fundamental para a etapa inicial de adesão à superfície dental (sacarose-independente), sendo, portanto, considerada essencial para o processo de colonização deste patógeno. Algumas regiões dessa proteína vêm sendo empregadas como antígenos em estratégias vacinais contra a cárie, entre elas a região A, localizada na porção N-terminal, conhecida como região de ligação à saliva Saliva Binding Region (SBR). No entanto, apesar dos avanços, não existe vacina para a prevenção da cárie licenciada para uso em humanos. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento e caracterização de uma nova estratégia vacinal contra o S. mutans baseada em esquema de dose-reforço heterólogo, utilizando o fragmento P139-512, na forma de proteína purificada, expressa a partir de linhagens recombinantes de Bacillus subtilis. A proteína P139-512 compreende os aminoácidos 39-512 da proteína nativa, o que corresponde a toda região A e uma pequena porção da região variável da proteína P1. Utilizamos esporos de B. subtilis 1012, modificados para expressar o antígeno P139-512 (LDV702). A linhagem LDV704, além de expressar o antígeno, foi modificada para expressar uma invasina (InvA) com capacidade de se ligar a epitélios de mucosa. Camundongos da linhagem BALB/c foram imunizados por via sublingual com uma dose de esporos de B. subtilis (linhagens 1012, LDV702, LDV704 ou PBS) seguidos por dois reforços com a proteína P139-512, associada ou não com o adjuvante LTK63. Níveis significativos de anticorpos séricos foram induzidos pelas formulações em associação com o adjuvante após a terceira dose, e mostraram-se capazes de reconhecer os epítopos em diferentes linhagens de S. mutans. No entanto, nenhuma das formulações mostrou-se capaz de ativar respostas de mucosa (S-IgA). Porém, observamos que o adjuvante LTK63 empregado na estratégia dose-reforço heterólogo potencializou a resposta sérica de anticorpos IgG, sendo capaz de modular e melhorar qualitativamente as respostas induzidas. Assim, a administração das formulações na presença do adjuvante representa uma alternativa promissora para o controle do S. mutans. / Dental caries is an infectious bacterial disease considered as one of the main public health problems. The main etiological agent for the development of the disease is the Streptococcus mutans. The P1 protein, also known as S. mutans Ag I / II antigen, is essential for the initial stages of adhesion to the dental surface (sucrose-independent) and is, therefore, considered essential for the colonization process of this pathogen. Some regions of this protein have been used as antigens in vaccine strategies against caries, among them the A region, located at the amino terminal region also known as the Saliva Binding Region (SBR). However, despite the advances, there is no licensed anti-caries vaccine for human use. Therefore, the present work aims to develop and characterize a new vaccine strategy against S. mutans based on a heterologous priming/boost immunization regimen using the recombinant P139-512 fragment, expressed and purified from a Bacillus subtilis strain. The P139-512 protein comprises amino acids that encompasses the entire A region and a small portion of the variable region of the P1 protein. We used spores of B. subtilis 1012 (wild-strain) and recombinants that were modified to express the antigen P139-512 (LDV702). In addition to express the antigen, the LDV704 strain was modified to express a surface-exposed bacterial invasin (InvA) capable of binding to the mucosal epithelia. BALB/c mice were primed via the sublingual route with a dose of B. subtilis spores (1012, LDV702, or LDV704 strains) followed by two boosting doses with the purified protein P139-512, associated or not with the LTK63 adjuvant, by the same administration route. Significant serum antibody levels were induced by the formulations with the adjuvants after the third dose and the antibodies were shown to recognize epitopes exposed on the surface of different S. mutans strains. However, none of the formulations were capable to activate mucosal responses (S-IgA). Nevertheless, we observed that the LTK63 enhanced the serum IgG responses and qualitatively improved the induced antibody response. Thus, the administration of the formulations in the presence of the adjuvant represents a promising alternative for the control of S. mutans.