Efeito protetor do BCG intradérmico em contatos de pacientes de hanseníase : estudo de caso-controle

O presente estudo se propôs a determinar o efeito protetor da vacinação intradérmica com BCG (bacilo e Calmette-Guérin) em contatos de pacientes de hanseníase através do desenho de estudo caso-controle. Selecionou-se 65 casos e 904 controles, de zero a 29 anos de idade, provenientes de uma população base de contatos de pacientes de hanseníase residentes no Município e Área Metropolitana do Rio de Janeiro (área endêmica de hanseníase). De ambos os grupos obteve-se informações quanto a exposição ao BCC (presença ou ausência de cicatriz vacinal), idade, sexo, tipo de contato, parentesco e forma clínica do caso primário. Informações adicionais do caso são acessíveis tais como: forma clínica, bacterioscopia, Mitsuda e grau de incapacidade. Realizou-se análise não pareada dos dados onde a presença de cicatriz de BCG mostrou-se negativamente associada com hanseníase indicando uma eficácia protetora de 59% (95% I.C. = 29 k -77%). A análise estratificada não revelou que as variáveis idade, sexo, tipo de contato, parentesco e forma clínica do caso primário introduziram confusão na avaliação da eficácia vacinal. Discute-se a adequação do desenho de estudo tipo caso-controle para a avaliação de eficácia vacinal em doença crônica, as implicações dos resultados e sua importância para a atividade de vigilância de contatos no Programa de Controle da Hanseníase.

Efeito da desnutrição experimental na resposta imune induzida por BCG e DNAhsp65

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A prime-boost immunisation regimen using recombinant BCG and Pr55 gag virus-like particle vaccines based on HIV type 1 subtype C successfully elicits Gag-specific responses in baboons

Mycobacterium bovis BCG is considered an attractive live bacterial vaccine vector. In this study, we investigated the immune response of baboons to a primary vaccination with recombinant BCG (rBCG) constructs expressing the gag gene from a South African HIV-1 subtype C isolate, and a boost with HIV-1 subtype C Pr55 gag virus-like particles (Gag VLPs). Using an interferon enzyme-linked immunospot assay, we show that although these rBCG induced only a weak or an undetectable HIV-1 Gag-specific response on their own, they efficiently primed for a Gag VLP boost, which strengthened and broadened the immune responses. These responses were predominantly CD8+ T cell-mediated and recognised similar epitopes as those targeted by humans with early HIV-1 subtype C infection. In addition, a Gag-specific humoral response was elicited. These data support the development of HIV-1 vaccines based on rBCG and Pr55 gag VLPs. © 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

M. bovis BCG induced expression of COX-2 involves nitric oxide-dependent and -independent signaling pathways

In a multifaceted immunity to mycobacterial infection, induced expression of cyclooxygenase-2 (COX-2) by Mycobacterium bovis bacillus Calmette-Guerin (BCG) may act as an important influencing factor for the effective host immunity. We here demonstrate that M. bovis BCG-triggered TLR2-dependent signaling leads to COX-2 and PGE2 expression in vitro in macrophages and in vivo in mice. Further, the presence of PGE2 could be demonstrated in sera or cerebrospinal fluid of tuberculosis patients. The induced COX-2 expression in macrophages is dependent on NF-kappa B activation, which is mediated by inducible NO synthase (iNOS)/NO-dependent participation of the members of Notch1-PI-3K signaling cascades as well as iNOS-independent activation of ERK1/2 and p38 MAPKs. Inhibition of iNOS activity abrogated the M. bovis BCG ability to trigger the generation of Notch1 intracellular domain (NICD), a marker for Notch1 signaling activation, as well as activation of the PI-3K signaling cascade. On the contrary, treatment of macrophages with 3-morpholinosydnonimine, a NO donor, resulted in a rapid increase in generation of NICD, activation of PI-3K pathway, as well as the expression of COX-2. Stable expression of NICD in RAW 264.7 macrophages resulted in augmented expression of COX-2. Further, signaling perturbations suggested the involvement of the cross-talk of Notch1 with members with the PI-3K signaling cascade. These results implicate the dichotomous nature of TLR2 signaling during M. bovis BCG-triggered expression of COX-2. In this perspective, we propose the involvement of iNOS/NO as one of the obligatory, early, proximal signaling events during M. bovis BCG-induced COX-2 expression in macrophages.

MicroRNA-155 Is Required for Mycobacterium bovis BCG-Mediated Apoptosis of Macrophages

Pathogenic rnycobacteria, including Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium bovis, cause significant morbidity and mortality worldwide. However, the vaccine strain Mycobacterium bovis BCG, unlike virulent strains, triggers extensive apoptosis of infected macrophages, a step necessary for the elicitation of robust protective immunity. We here demonstrate that M. bovis BCG triggers Toll-like receptor 2 (TLR2)-dependent microRNA-155 (miR-155) expression, which involves signaling cross talk among phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), protein kinase C delta (PKC delta), and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and recruitment of NF-kappa B and c-ETS to miR-155 promoter. Genetic and signaling perturbations presented the evidence that miR-155 regulates PKA signaling by directly targeting a negative regulator of PKA, protein kinase inhibitor alpha (PKI-alpha). Enhanced activation of PKA signaling resulted in the generation of PKA C-alpha; phosphorylation of MSK1, cyclic AMP response element binding protein (CREB), and histone H3; and recruitment of phospho-CREB to the apoptotic gene promoters. The miR-155-triggered activation of caspase-3, BAK1, and cytochrome c translocation involved signaling integration of MAPKs and epigenetic or posttranslational modification of histones or CREB. Importantly, M. bovis BCG infection-induced apoptosis was severely compromised in macrophages derived from miR-155 knockout mice. Gain-of-function and loss-of-function studies validated the requirement of miR-155 for M. bovis BCG's ability to trigger apoptosis. Overall, M. bovis BCG-driven miR-155 dictates cell fate decisions of infected macrophages, strongly implicating a novel role for miR-155 in orchestrating cellular reprogramming during immune responses to mycobacterial infection.

Sonic hedgehog-Dependent Induction of MicroRNA 31 and MicroRNA 150 Regulates Mycobacterium bovis BCG-Driven Toll-Like Receptor 2 Signaling

Hedgehog (HH) signaling is a significant regulator of cell fate decisions during embryogenesis, development, and perpetuation of various disease conditions. Testing whether pathogen-specific HH signaling promotes unique innate recognition of intracellular bacteria, we demonstrate that among diverse Gram-positive or Gram-negative microbes, Mycobacterium bovis BCG, a vaccine strain, elicits a robust activation of Sonic HH (SHH) signaling in macrophages. Interestingly, sustained tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) secretion by macrophages was essential for robust SHH activation, as TNF-alpha(-/-) macrophages exhibited compromised ability to activate SHH signaling. Neutralization of TNF-alpha or blockade of TNF-alpha receptor signaling significantly reduced the infection-induced SHH signaling activation both in vitro and in vivo. Intriguingly, activated SHH signaling downregulated M. bovis BCG-mediated Toll-like receptor 2 (TLR2) signaling events to regulate a battery of genes associated with divergent functions of M1/M2 macrophages. Genome-wide expression profiling as well as conventional gain-of-function or loss-of-function analysis showed that SHH signaling-responsive microRNA 31 (miR-31) and miR-150 target MyD88, an adaptor protein of TLR2 signaling, thus leading to suppression of TLR2 responses. SHH signaling signatures could be detected in vivo in tuberculosis patients and M. bovis BCG-challenged mice. Collectively, these investigations identify SHH signaling to be what we believe is one of the significant regulators of host-pathogen interactions.

The Glycosylated Rv1860 Protein of Mycobacterium tuberculosis Inhibits Dendritic Cell Mediated TH1 and TH17 Polarization of T Cells and Abrogates Protective Immunity Conferred by BCG

We previously reported interferon gamma secretion by human CD4(+) and CD8(+) T cells in response to recombinant E. coli-expressed Rv1860 protein of Mycobacterium tuberculosis (MTB) as well as protection of guinea pigs against a challenge with virulent MTB following prime-boost immunization with DNA vaccine and poxvirus expressing Rv1860. In contrast, a Statens Serum Institute Mycobacterium bovis BCG (BCG-SSI) recombinant expressing MTB Rv1860 (BCG-TB1860) showed loss of protective ability compared to the parent BCG strain expressing the control GFP protein (BCG-GFP). Since Rv1860 is a secreted mannosylated protein of MTB and BCG, we investigated the effect of BCG-TB1860 on innate immunity. Relative to BCG-GFP, BCG-TB1860 effected a significant near total reduction both in secretion of cytokines IL-2, IL-12p40, IL-12p70, TNF-alpha, IL-6 and IL-10, and up regulation of co-stimulatory molecules MHC-II, CD40, CD54, CD80 and CD86 by infected bone marrow derived dendritic cells (BMDC), while leaving secreted levels of TGF-beta unchanged. These effects were mimicked by BCG-TB1860His which carried a 6-Histidine tag at the C-terminus of Rv1860, killed sonicated preparations of BCG-TB1860 and purified H37Rv-derived Rv1860 glycoprotein added to BCG-GFP, but not by E. coli-expressed recombinant Rv1860. Most importantly, BMDC exposed to BCG-TB1860 failed to polarize allogeneic as well as syngeneic T cells to secrete IFN-gamma and IL-17 relative to BCG-GFP. Splenocytes from mice infected with BCG-SSI showed significantly less proliferation and secretion of IL-2, IFN-gamma and IL-17, but secreted higher levels of IL-10 in response to in vitro restimulation with BCG-TB1860 compared to BCG-GFP. Spleens from mice infected with BCG-TB1860 also harboured significantly fewer DC expressing MHC-II, IL-12, IL-2 and TNF-alpha compared to mice infected with BCG-GFP. Glycoproteins of MTB, through their deleterious effects on DC may thus contribute to suppress the generation of a TH1- and TH17-dominated adaptive immune response that is vital for protection against tuberculosis.

Mycobacterium bovis BCG promotes tumor cell survival from tumor necrosis factor-alpha-induced apoptosis

Background: Increased incidence of lung cancer among pulmonary tuberculosis patients suggests mycobacteria-induced tumorigenic response in the host. The alveolar epithelial cells, candidate cells that form lung adenocarcinoma, constitute a niche for mycobacterial replication and infection. We thus explored the possible mechanism of M. bovis Bacillus Calmette-Guerin (BCG)-assisted tumorigenicity in type II epithelial cells, human lung adenocarcinoma A549 and other cancer cells. Methods: Cancer cell lines originating from lung, colon, bladder, liver, breast, skin and cervix were treated with tumor necrosis factor (TNF)-alpha in presence or absence of BCG infection. p53, COP1 and sonic hedgehog (SHH) signaling markers were determined by immunoblotting and luciferase assays, and quantitative real time PCR was done for p53-responsive pro-apoptotic genes and SHH signaling markers. MTT assays and Annexin V staining were utilized to study apoptosis. Gain-and loss-of-function approaches were used to investigate the role for SHH and COP1 signaling during apoptosis. A549 xenografted mice were used to validate the contribution of BCG during TNF-alpha treatment. Results: Here, we show that BCG inhibits TNF-alpha-mediated apoptosis in A549 cells via downregulation of p53 expression. Substantiating this observation, BCG rescued A549 xenografts from TNF-alpha-mediated tumor clearance in nude mice. Furthermore, activation of SHH signaling by BCG induced the expression of an E3 ubiquitin ligase, COP1. SHH-driven COP1 targeted p53, thereby facilitating downregulation of p53-responsive pro-apoptotic genes and inhibition of apoptosis. Similar effects of BCG could be shown for HCT116, T24, MNT-1, HepG2 and HELA cells but not for HCT116 p53(-/-) and MDA-MB-231 cells. Conclusion: Our results not only highlight possible explanations for the coexistence of pulmonary tuberculosis and lung cancer but also address probable reasons for failure of BCG immunotherapy of cancers.

The adenylyl cyclase Rv2212 modifies the proteome and infectivity of Mycobacterium bovis BCG

All organisms have the capacity to sense and respond to environmental changes. These signals often involve the use of second messengers such as cyclic adenosine monophosphate (cAMP). This second messenger is widely distributed among organisms and coordinates gene expression related with pathogenesis, virulence, and environmental adaptation. Genomic analysis in Mycobacterium tuberculosis has identified 16 adenylyl cyclases (AC) and one phosphodiesterase, which produce and degrade cAMP, respectively. To date, ten AC have been biochemically characterized and only one (Rv0386) has been found to be important during murine infection with M. tuberculosis. Here, we investigated the impact of hsp60-driven Rv2212 gene expression in Mycobacterium bovis Bacillus Calmette-Guerin (BCG) during growth in vitro, and during macrophage and mice infection. We found that hsp60-driven expression of Rv2212 resulted in an increased capacity of replication in murine macrophages but an attenuated phenotype in lungs and spleen when administered intravenously in mice. Furthermore, this strain displayed an altered proteome mainly affecting proteins associated with stress conditions (bfrB, groEL-2, DnaK) that could contribute to the attenuated phenotype observed in mice.

Sonic hedgehog-Dependent Induction of MicroRNA 31 and MicroRNA 150 Regulates Mycobacterium bovis BCG-Driven Toll-Like Receptor 2 Signaling

Hedgehog (HH) signaling is a significant regulator of cell fate decisions during embryogenesis, development, and perpetuation of various disease conditions. Testing whether pathogen-specific HH signaling promotes unique innate recognition of intracellular bacteria, we demonstrate that among diverse Gram-positive or Gram-negative microbes, Mycobacterium bovis BCG, a vaccine strain, elicits a robust activation of Sonic HH (SHH) signaling in macrophages. Interestingly, sustained tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) secretion by macrophages was essential for robust SHH activation, as TNF-alpha(-/-) macrophages exhibited compromised ability to activate SHH signaling. Neutralization of TNF-alpha or blockade of TNF-alpha receptor signaling significantly reduced the infection-induced SHH signaling activation both in vitro and in vivo. Intriguingly, activated SHH signaling downregulated M. bovis BCG-mediated Toll-like receptor 2 (TLR2) signaling events to regulate a battery of genes associated with divergent functions of M1/M2 macrophages. Genome-wide expression profiling as well as conventional gain-of-function or loss-of-function analysis showed that SHH signaling-responsive microRNA 31 (miR-31) and miR-150 target MyD88, an adaptor protein of TLR2 signaling, thus leading to suppression of TLR2 responses. SHH signaling signatures could be detected in vivo in tuberculosis patients and M. bovis BCG-challenged mice. Collectively, these investigations identify SHH signaling to be what we believe is one of the significant regulators of host-pathogen interactions.

Impacto da campanha de vacinação para influenza em uma empresa

A influenza é uma das doenças respiratórias agudas mais prevalentes e importante causa de absenteísmo e presenteísmo. Entretanto, a eficácia vacinal para influenza pode alcançar 80% quando há elevada correspondência entre cepas vacinais e circulantes. Por este motivo, a empresa há anos promove campanha de vacinação, contudo, sem estimar sua efetividade (eficácia na redução da carga da doença) e o impacto econômico (produtividade) para o aprimoramento de sua política de saúde ocupacional. Considerou-se que a efetividade da campanha seria determinada pela eficácia vacinal previamente demonstrada em estudos randomizados, pelo grau de acurácia diagnóstica ou de triagem dos casos, pelo nível de adesão do profissional de saúde ao registro no prontuário e do paciente ao informar a ocorrência dos sintomas e pela cobertura vacinal alcançada. Com os objetivos de avaliar a efetividade e impacto econômico da campanha de vacinação para influenza, optou-se por um desenho estudo observacional de coorte histórico com características de estudo de intervenção baseado em dados históricos da campanha de 2008 e informações individuais sobre a frequência de sintomas respiratórios e absenteísmo, idade, gênero, função (administrativa e operacional) e renda, comorbidades relevantes e tabagismo, obtidas mediante revisão de prontuário dos 12 meses subsequentes, comparadas entre os grupos de vacinados e não-vacinados (qui-quadrado e test t) e analisadas por regressão logística, e estimada a fração prevenível (proporção de episódios potenciais de influenza evitados pela vacinação). Foram analisados os prontuários de 2.425 trabalhadores (1.651 não-vacinados e 754 vacinados) correspondendo à cobertura de 31,1%. A prevalência de influenza observada foi de 10,4% e a vacinação foi efetiva entre os trabalhadores (RR=0,51; IC95% 39-67), quando considerados os sintomas de alta probabilidade de influenza. A fração prevenível foi 0,09 (9 casos evitados a cada 100 trabalhadores vacinados). A campanha de vacinação foi mais efetiva e provocou maior impacto econômico entre os trabalhadores em regime operacional.

Avaliação da resposta imunológica após vacinação ou infecção por Neisseria meningitidis

A doença meningocócica (DM) é, ainda hoje, um sério problema de saúde pública, estando associada a elevadas taxas de morbidade e letalidade no mundo. A DM evoca proteção imunológica persistente contra a doença em pessoas com sistema imunológico normal. Em contraste, a proteção induzida por vacinas meningocócicas sempre requer a administração de doses reforço (booster) da vacina. No Brasil, Neisseria meningitidis dos sorogrupos C (MenC) e B (MenB) são as principais causas de DM durante os últimos anos. Atualmente, não existe uma vacina universal contra o meningococo B (MenB). A infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV) tem sido apontada como um fator de risco para a mortalidade da DM. Um dos pilares do tratamento do HIV é a utilização de vacinas para doenças imuno-preveníveis. A vacina conjugada anti-MenC é frequentemente recomendada para crianças e adolescentes infectados pelo HIV no Brasil e em muitos outros países. Poucos estudos têm abordado os mecanismos pelos quais as vacinas meningocócicas geram e sustentam a memória imunológica. Os objetivos deste estudo foram: 1) avaliar a resposta de anticorpos bactericidas e de linfócito T (LT) CD4 de memória contra o meningococo após a infecção; 2) avaliar a resposta de anticorpos bactericidas e de LT CD4 de memória e linfócito B de memória (LBm) contra o meningococo após o booster da vacina cubana VA-MENGOC-BC em voluntários imunizados há aproximadamente 17 anos; 3) investigar a resposta de anticorpos funcionais (bactericidas e opsonizantes) após imunização com a vacina conjugada anti-MenC (CRM197) em indivíduos infectados pelo vírus HIV. Após a infecção, 83% dos pacientes diagnosticados como tendo DM pelo teste de látex e/ou cultura tiveram títulos de anticorpos bactericidas protetores, mas não houve uma associação entre os títulos de anticorpos bactericidas e a concentração de imunoglobulina total específica. Houve aumento na frequência de linfócitos T de memória central (TCM) (mediana de 15%) ativados, principalmente após estímulo com a cepa MenC. Nos voluntários pré-vacinados, 3 de 5 indivíduos soroconverteram 7 ou 14 dias após a administração da dose booster. Houve um aumento importante da população TCM 14 dias após o booster, mas sem ativação celular diferenciada dos grupos controles. Observamos resposta positiva de LBm na maioria dos voluntários, mas sem correlação com os anticorpos bactericidas. Em relação aos pacientes HIV positivos, os resultados mostraram a necessidade de uma segunda dose da vacina, já que apenas 15% soroconverteram a uma única dose e a segunda dose resultou em soroconversão de cerca de 55% dos indivíduos. Observamos correlação positiva (r= 0,43) e significativa (P= 0,0007) entre os anticorpos opsonizantes e bactericidas após a vacinação. Não observamos diferenças significativas quando relacionamos os títulos de anticorpos bactericidas com o número absoluto de LT CD4 P= 0,051) e LT CD4 nadir (P= 0,09) entre os pacientes que soroconverteram (n= 43) ou não soroconverteram (n= 106) após a primeira dose. Desta forma, os resultados desta tese indicaram que: 1) os pacientes convalescentes da DM adquirem anticorpos bactericidas após infecção por N. meningitidis; 2) nos voluntários vacinados, a dose booster da vacina anti-MenB não foi plenamente eficaz em ativar a memória imunológica através da produção de anticorpos bactericidas ou ativação de LTm; 3) os pacientes HIV positivos necessitam de uma dose booster da vacina conjugada anti-MenC.

Construção, clonagem e expressão do fragmento B da toxina diftérica de Corynebacterium diphtheriae (cepa PW- 8) em Mycobacterium bovis BCG sub-cepa Moreau

A vacina anti-diftérica de uso corrente no Brasil (DTP), embora de alta eficácia na prevenção da difteria, está associada com episódios de toxicidade e reatogenicidade no recipiente vacinal, resultantes de proteínas residuais derivadas do processo de produção ou detoxificação. Estratégias para o desenvolvimento de vacinas menos reatogênicas e ao mesmo tempo mais eficazes e economicamente viáveis contra a difteria têm sido alvo de intensa investigação. A alternativa proposta por nosso grupo é a utilização da vacina contra a tuberculose (Mycobacterium bovis BCG sub-cepa Moreau), como vetor do gene que codifica o fragmento B da toxina diftérica (dtb) de 58,3 kDa. Neste trabalho o dtb foi clonado no vetor micobacteriano bifuncional (pUS977) de expressão citoplasmática e os clones recombinantes (pUS977dtbPW8), após a transformação do BCG, foram testados com relação a expressão do DTB em BCG e quanto a antigenicidade frente a anticorpos policlonais anti-toxóide diftérico por Immunobloting. A integridade do gene dtb e a identidade das sequências de DNA da construção plasmidial pUS977dtbPW8 foram confirmadas por sequenciamento de DNA e análise de similaridade. A imunogenicidade do BCGr pUS977dtbPW8 expressando o DTB foi investigada em camundongos BALB/c, os resultados obtidos revelaram uma soroconversão específica (IgG). A infectividade e atividade microbicida do BCGr pUS977dtbPW8 no ambiente intracelular foi avaliada através da infecção de linhagens de células de monócitos humano (THP-1), os dados obtidos indicaram que houve sobrevivência intracelular em até 12 dias. Nesse contexto, esplenócitos dos camundongos imunizados com 30 e 60 dias foram extraídos, mostrando que o BCGr pUS977dtbPW8 persistiu até 60 dias na ausência de pressão seletiva e a viabilidade celular não sofreu alteração significativa durante o período testado. Por outro lado, o BCGr pUS977dtbPW8, quando submetido a seis sub-cultivos consecutivos in vitro não apresentou diferença significativa na capacidade de expressar o DTB, demonstrando portanto a persistência da estabilidade funcional da linhagem recombinante. A estabilidade estrutural da construção pUS977dtbPW8 também foi avaliada por PCR confirmando a presença do gene dtb em colônias do BCGr pUS977dtbPW8 . Adicionalmente, foi possível avaliar preliminarmente in vitro a capacidade soroneutralizante dos soros de camundongos imunizados com BCGr pUS977dtbPW8 após 30 e 60 dias em células VERO. A ação citotóxica da toxina diftérica entre as diluições de 1/4 e 1/16 foram neutralizadas com o pool de soros imunes com 60 dias. Finalmente, em nosso estudo foi possível avaliar o potencial da vacina BCG como vetor de expressão de um antígeno de Corynebacterium diphtheriae in vitro e in vivo.

Evaluation of a combined wavelet and a combined principal component analysis classification system for BCG diagnostic problem

Heart disease is one of the main factor causing death in the developed countries. Over several decades, variety of electronic and computer technology have been developed to assist clinical practices for cardiac performance monitoring and heart disease diagnosis. Among these methods, Ballistocardiography (BCG) has an interesting feature that no electrodes are needed to be attached to the body during the measurement. Thus, it is provides a potential application to asses the patients heart condition in the home. In this paper, a comparison is made for two neural networks based BCG signal classification models. One system uses a principal component analysis (PCA) method, and the other a discrete wavelet transform, to reduce the input dimensionality. It is indicated that the combined wavelet transform and neural network has a more reliable performance than the combined PCA and neural network system. Moreover, the wavelet transform requires no prior knowledge of the statistical distribution of data samples and the computation complexity and training time are reduced.