Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Program and abstracts; 1959 meeting, Feb. 25, 26, 27.

Mode of access: Internet.

VaxiJen:a server for prediction of protective antigens, tumour antigens and subunit vaccines

Background - Vaccine development in the post-genomic era often begins with the in silico screening of genome information, with the most probable protective antigens being predicted rather than requiring causative microorganisms to be grown. Despite the obvious advantages of this approach – such as speed and cost efficiency – its success remains dependent on the accuracy of antigen prediction. Most approaches use sequence alignment to identify antigens. This is problematic for several reasons. Some proteins lack obvious sequence similarity, although they may share similar structures and biological properties. The antigenicity of a sequence may be encoded in a subtle and recondite manner not amendable to direct identification by sequence alignment. The discovery of truly novel antigens will be frustrated by their lack of similarity to antigens of known provenance. To overcome the limitations of alignment-dependent methods, we propose a new alignment-free approach for antigen prediction, which is based on auto cross covariance (ACC) transformation of protein sequences into uniform vectors of principal amino acid properties. Results - Bacterial, viral and tumour protein datasets were used to derive models for prediction of whole protein antigenicity. Every set consisted of 100 known antigens and 100 non-antigens. The derived models were tested by internal leave-one-out cross-validation and external validation using test sets. An additional five training sets for each class of antigens were used to test the stability of the discrimination between antigens and non-antigens. The models performed well in both validations showing prediction accuracy of 70% to 89%. The models were implemented in a server, which we call VaxiJen. Conclusion - VaxiJen is the first server for alignment-independent prediction of protective antigens. It was developed to allow antigen classification solely based on the physicochemical properties of proteins without recourse to sequence alignment. The server can be used on its own or in combination with alignment-based prediction methods.

Schistosomal glomerular disease (a review)

In this review paper schistosomal glomerulopathy is defined as an immune-complex disease. The disease appears in 12-15 per cent of the individuals with hepatosplenic schistosomiasis. Portal hypertension with collateral circulation helps the by pass of the hepatic clearance process and the parasite antigens can bind to antibodies in the circulation and be trapped in the renal glomerulus. Chronic membranousproliferative glomerulonephritis is the most commom lesion present and the nephrotic syndrome is the usual form of clinical presentation. The disease can be experimentally produced, and schistosomal antigens and antibodies, as well as complement, can be demonstrated in the glomerular lesions. Specific treatment of schistosomiasis does not seem to alter the clinical course of schistosomal nephropathy.

Microscopia de força atômica aplicada em imunoensaios

Affinity reactions have been used for specific detection of their complementary partners and an enormous variety of enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) formats are used in research and in routine serological tests. With the advent of the atomic force microscopy (AFM) technique, the immune reactions have been monitored by these devices. In the present article we focus on applications of AFM to immunoassays. After introducing the basic concepts of AFM, a brief discussion on the monitoring of the interactions between antigens and antibodies through both topographic image and biosensor systems is presented.

Western blot detection of infectious bursal disease virus infection

In order to evaluate the use of a Western blot methodology for the diagnosis of infectious bursal disease virus (IBDV) infection, chickens were experimentally infected with IBDV strains and tested for the presence of viral antigens and antibodies by a blocking Western blot test (bWB). The viral proteins obtained from the bursa of Fabricius (BF) were transferred to a nitrocellulose membrane after sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and the chicken sera obtained by heart puncture were used for the detection of these proteins. In order to eliminate nonspecific reactions, we used a rabbit anti-chicken serum (blocking tool). By the use of the bWB test, two distinct viral proteins of 43-kDa (VP2) and 32-kDa (VP3) were detected. We suggest the use of this methodology for the detection of IBDV infection in animals suspected of having IBDV reinfection and a chronic subclinical form of the disease. With the use of the rabbit anti-chicken sera for blocking, this method is practical, sensitive and less time consuming

The influence of natural rubber/Au nanoparticle membranes on the physiology of Leishmania brasiliensis

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Microscopia de força atômica aplicada em imunoensaios

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Biological Signatures of Vaccine Responses

The set of host- and pathogen-specific molecular features of a disease comprise its “signature”. We hypothesize that biological signatures enables distinctions between vaccinated vs. infected individuals. In our research, using porcine samples, protocols were developed that could also be used to identify biological signatures of human disease. Different classes of molecular features will be tested during this project, including indicators of basic immune capacity, which are being studied at this instance. These indicators of basic immune response such as porcine cytokines and antibodies were validated using Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). This is an established method that detects antigens by their interaction with a specific antibody coupled to a polystyrene substrate. Serum from naïve and vaccinated pigs was tested for the presence of cytokines. We were able to differentiate the presence of porcine IL-6 in normal porcine serum with or without added porcine IL-6 by ELISA. In addition, four different cytokines were spotted on a grating-coupled surface plasmon resonance imaging system (GCSPRI) chip and antibody specific for IL-8 was run over the chip. Only the presence of IL-8 was detected; therefore, there was no cross-reactivity in this combination of antigens and antibodies. This system uses a multiplexed sensor chip to identify components of a sample run over it. The detection is accomplished by the change in refractive index caused by the interaction between the antibody spotted on the sensor chip and the antigen present in the sample. As the multiplexed GCSPRI is developed, we will need to optimize both sensitivity and specificity, minimizing the potential for cross-reactivity between individual analytes. The next step in this project is to increase the sensitivity of detection of the analytes. Currently, we are using two different antibodies (that recognize a different part of the antigen) to amplify the signal emitted by the interaction of antibody with its cognate antigen. The development of this sensor chip would not only allow to detect FMD virus, but also to differentiate between infected and vaccinated individuals, on location. Furthermore, the diagnosis of other diseases could be done with increased accuracy, and in less time due to the microarray approach.

Use of crude, FML and rK39 antigens in ELISA to detect anti-Leishmania spp. antibodies in Felis catus

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Schistosoma mansoni circulating polysaccharide and protein antigens recognized by sheep antisera in patients with different clinical forms of schistosomiasis before and after treatment

Two sheep antisera, one of which raised against polysaccharide (Po) and other against protein (Pt) components of Schistosoma mansoni adult worms, were assessed by ELISA for their ability to detect circulating parasite antigens in patients with different clinical forms of chronic schistosomiasis mansoni. The former antiserum detected parasite antigens in liver granulomata and the latter in renal glomeruli from schistosomiasis patients and mice experimentally infected with S. mansoni. In general, the levels and/or positivity rate of circulating antigens and specific IgG antibodies were significantly higher in patients with hepatointestinal (HI) and hepatosplenic (HS) forms than in mild intestinal (I) forms. An association between Po antigens and clinical features of the disease was observed, as the level of these antigens was low (137 ng/ml) as well as the positivity rate (7.9%) in patients with I forms; values that were intermediate (593 ng/ml and 33.3%) in those with HI forms, and high (1.563 ng/ml and 50.0%) in more severe HS forms. The Pt antigens were detected in the studied clinical forms not differing statistically but, the positivity rate was significantly higher in HS forms comparatively to I forms. The antisera studied revealed distinct circulating antigen profiles, and the prognostic value of Po and Pt antigens was suggested.

Immunofluorescence assay reactivity patterns of serum samples presenting indeterminate Western blot results for antibodies to HIV-1 and HTLV-I/II in Cordoba, Argentina

Serum samples (n: 110) from blood donors and high risk individuals from Cordoba, Argentina with indeterminate HIV-1 and HTLV-I/II Wb profiles were studied for specific antibodies to HTLV-I/II and HIV-1 by indirect immunofluorescence assay (IFA) and for the presence or absence of HIV-1 and HTLV-I/II specific bands by Wb. This study was carried out in order to characterize their putative reactions with HIV-1 and HTLV-I/II proteins and to resolve the retrovirus infection status of these individuals. Results indicated that blood donors sera displaying indeterminate HIV-1 or HTLV-I/II Wb patterns were not immunoreactive to HTLV-I/II and HIV-1 on IFA. However, a high rate of indeterminate HIV-1 and HTLV-I/II Wb samples from high risk individuals had positive HTLV-I/II and HIV-1 IFA results respectively. Our study supports the growing evidence that HTLV-HIV indeterminate seroreactivity in low risk population is due to a cross reaction against nonviral antigens, and in high risk populations the indeterminate samples show serological cross-recognition between HIV-1 proteins and HTLV-I/II proteins on Wb. These results point out the necessity to investigate the HTLV-I/II reactivity in indeterminate HIV-1 samples and viceversa in order to confirm the diagnosis. Finally, this study shows the potential usefulness of IFA in elucidating the status of HIV-1 and HTLV-I/II infection of individuals with indeterminate Wb profiles, thus enabling resolution of retrovirus infection status.

Shared and non-shared antigens from three different extracts of the metacestode of Echinococcus granulosus

Hydatid cyst fluid (HCF), somatic antigens (S-Ag) and excretory-secretory products (ES-Ag) of Echinococcus granulosus protoscoleces are used as the main antigenic sources for immunodiagnosis of human and dog echinococcosis. In order to determine their non-shared as well as their shared antigenic components, these extracts were studied by ELISA-inhibition and immunoblot-inhibition. Assays were carried out using homologous rabbit polyclonal antisera, human sera from individuals with surgically confirmed hydatidosis, and sera from dogs naturally infected with E. granulosus. High levels of cross-reactivity were observed for all antigenic extracts, but especially for ES-Ag and S-Ag. Canine antibodies evidenced lesser avidity for their specific antigens than antibodies from human origin. The major antigenic components shared by HCF, S-Ag, and ES-Ag have apparent molecular masses of 4-6, 20-24, 52, 80, and 100-104 kDa, including doublets of 41/45, 54/57, and 65/68 kDa. Non-shared polypeptides of each antigenic extract of E. granulosus were identified, having apparent masses of 108 and 78 kDa for HCF, of 124, 94, 83, and 75 kDa for S-Ag, and of 89, 66, 42, 39, 37, and 35 kDa for ES-Ag.