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Streptococcus gordonii, a commensal oral bacterium, is considered a good candidate to function as a live oral vaccine vector. The introduction of vaccine antigen genes into S. gordonii relies on the use of antibiotic resistance genes as selectable markers, which is undesirable. In this study, we used auxotrophic complementation (deletion of an essential gene from the chromosome and insertion into a plasmid) as a means to create an antibiotic marker-free gene delivery system in S. gordonii. S. gordonii ?thyA was created and complemented by an antibiotic marker-free expression plasmid containing the intact thyA gene, pDL276/thyAdelkan. Transformation of pDL276/thyAdelkan into the mutant gave an unexpected 100-fold increase in transformation efficiency as compared to pDL276. The transformants arose from both single and double crossing over. The increase in transformation efficiency suggests that a highly efficient antibiotic marker-free system to deliver genes to the chromosome has been created using thyA complementation.

Made available in DSpace on 2014-08-20T13:32:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_sibele_borsuk.pdf: 16306468 bytes, checksum: 4743a54f442368d81ff802d8290c7cfc (MD5) Previous issue date: 2008-02-28 / Mycobacterium bovis BCG has the potential to be an effective live vector for multivalent vaccines. However, there are two problems regarding the utilization of recombinant BCG as vaccine. The first one is that most mycobacterial cloning vectors rely on antibiotic resistance gene as selectable marker, which is used for genetic transformation. The second one is the limited use of BCG in animals because it interferes in the tuberculosis diagnosis by tuberculin skin test, which elicits delayed type hypersensitivity to the purified protein derivative (PPD). In this work we developed and evaluated the use of auxotrophic complementation as a new selectable marker, characterized the proteins that are present in the bovine and avium PPD and developed a knockout BCG strain by homologous recombination. To test the auxotrophic complementation as selectable marker, an auxotrophic BCG strain for the amino acid leucine was constructed by knocking out the leuD gene by homologous recombination. Expression of leuD on a plasmid acted as a selectable marker in the auxotrophic M. bovis BCG leuD and M. smegmatis mc2144. The auxotrophic complementation selection was similar to selection by antibiotic resistance, but with the advantage of promoting stability of the plasmid. The new system was highly stable even during in vivo BCG growth. The identification of proteins from PPD was archived by LC-MS/MS (Liquid Chromatography/Mass Spectrometry/Mass Spectrometry). A total of 147 proteins among five PPD samples (2 bovine PPD and 3 avium PPD) were identified. The bovine PPD had a considerable higher number of proteins comparing to the avium PPD. We identifying a group of 28 proteins present only in bovine PPD and a group of five proteins deleted in M. bovis BCG vaccinal strain. These two groups are of special interest as they can be used in tests with improved specificity, and potentially able to differentiate vaccinated and infected individuals. A mutant BCG strain with the DPPD antigen deleted was constructed. The Mb0092 coding sequence was knocked out by homologous recombination. The 11 sequences flanking the target gene were cloned into a suicide vector. Double crossovers were selected using sacB. The knockout genotype was determined by PCR and by Southern blot. This mutant BCG strain can be useful in animal vaccination as it will not interfere in the tuberculosis diagnostic test, when performed using recombinant DPPD. The results show alternatives for the problems related to the use of M. bovis BCG as a recombinant vaccine. The auxotrophic complementation system was highly stable, efficient and it is suitable for expressing heterologous antigens in BCG. The identification of proteins present in PPD preparations and the mutant BCG obtained provide the possibility for the development of differential diagnostic test, thus allowing the use of BCG as vaccine also in animals. / Mycobacterium bovis BCG tem o potencial para ser um vetor efetivo para vacinas recombinantes multivalentes. No entanto, existem dois problemas quanto a sua utilização como vetor vacinal. O primeiro é a presença de genes que conferem resistência a antibióticos nos vetores utilizados para transformação genética. O segundo é a limitação de uso de BCG em animais, principalmente por comprometer o teste de tuberculina, utilizado como diagnóstico de tuberculose, o qual se baseia em reação de hipersensibilidade ao PPD (Derivado Protéico Purificado). Neste trabalho desenvolvemos e avaliamos a complementação auxotrófica como novo marcador de seleção, fizemos a caracterização das proteínas componentes de amostras de PPD aviário e bovino e desenvolvemos um mutante de BCG por recombinação homóloga. Para o uso de complementação auxotrófica como marcador de seleção, uma cepa de BCG auxotrófica para o aminoácido leucina foi construída por knockout do gene leuD por recombinação homóloga. A expressão do gene leuD em um plasmídio atuou como marcador de seleção nas cepas auxotróficas de M. bovis BCG leuD e M. smegmatis mc2144. A seleção por complementação de BCG auxotrófica se mostrou equivalente à seleção por resistência a antibiótico, com a vantagem adicional de proporcionar maior estabilidade do vetor plasmidial, já que a pressão seletiva é mantida mesmo durante multiplicação da bactéria in vivo. A identificação das proteínas que compõem o PPD foi feita por espectrometria de massa utilizando-se LCMS/ MS (cromatografia líquida associada à espectrometria de massa em tandem). Foram identificadas 147 proteínas entre 5 amostras de PPD (2 PPD bovino e 3 PPD aviário). O PPD bovino teve um número maior de proteínas comparado ao PPD aviário. Foi identificado um grupo de 28 proteínas presentes em PPD bovino, mas ausentes em PPD aviário. Além disso, 5 proteínas encontradas no PPD estão ausentes em M. bovis BCG. Estes são de 9 especial interesse, pois poderão vir a contribuir para o desenvolvimento de um teste de diagnóstico mais específico, e possivelmente capaz de diferenciar indivíduo vacinado com BCG e infectado com o bacilo da tuberculose. Um mutante de M. bovis BCG Pasteur foi construído. O gene Mb0092 (dppd) foi alvo de inativação gênica por recombinação homóloga. Seqüências que flanqueiam o gene alvo foram clonadas em um vetor suicida. Duplo crossover foi selecionado utilizando sacB. O genótipo mutante foi determinado por PCR e por Southern blot. Esta cepa poderá ser utilizada como vacina em animais, quando o diagnóstico for feito com DPPD recombinante. Os resultados obtidos apresentam alternativas para os problemas envolvidos quanto à utilização de M. bovis BCG como vacina recombinante. O sistema de seleção por complementação auxotrófica foi estável, e pode ser empregado na expressão de antígenos heterólogos em BCG. A identificação dos principais componentes protéicos do PPD e o desenvolvimento da cepa mutante de BCG possibilitam o desenvolvimento de testes diagnósticos diferencias, permitindo a utilização de BCG como vacina também em animas.