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A recombinant selective drug-resistant M. bovis BCG enhances the bactericidal activity of a second-line anti-tuberculosis regimen - 18/09/21

Doi : 10.1016/j.biopha.2021.112047 
Gift Chiwala a, b, c, d, 1, Zhiyong Liu a, c, 1, Julius N. Mugweru a, b, e, 1, Bangxing Wang a, 1, Shahzad Akbar Khan a, b, c, Petuel Ndip Ndip Bate a, b, c, d, Buhari Yusuf a, b, c, d, H.M. Adnan Hameed a, b, c, d, Cuiting Fang a, b, c, d, Yaoju Tan f, Ping Guan f, Jinxing Hu f, Shouyong Tan f, Jianxiong Liu f, Nanshan Zhong c, d, g, Tianyu Zhang a, b, c, d,
a State Key Laboratory of Respiratory Disease, Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510530, China 
b University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 
c Guangdong-Hong Kong-Macau Joint Laboratory of Respiratory Infectious Diseases, Guangzhou 510530, China 
d Guangzhou National Laboratory, Guangzhou 510320, China 
e Department of Biological Sciences, University of Embu, Embu 60100, Kenya 
f State Key Laboratory of Respiratory Disease, Guangzhou Chest Hospital, Guangzhou 510095, China 
g State Key Laboratory of Respiratory Disease, National Clinical Research Center for Respiratory Diseases, The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University, Guangzhou 510120, China 

Corresponding author at: State Key Laboratory of Respiratory Disease, Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510530, China.State Key Laboratory of Respiratory Disease, Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health, Chinese Academy of SciencesGuangzhou510530China

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Abstract

Drug-resistant tuberculosis (DR-TB) poses a new threat to global health; to improve the treatment outcome, therapeutic vaccines are considered the best chemotherapy adjuvants. Unfortunately, there is no therapeutic vaccine approved against DR-TB. Our study assessed the therapeutic efficacy of a recombinant drug-resistant BCG (RdrBCG) vaccine in DR-TB. We constructed the RdrBCG overexpressing Ag85B and Rv2628 by selecting drug-resistant BCG strains and transformed them with plasmid pEBCG or pIBCG to create RdrBCG-E and RdrBCG-I respectively. Following successful stability testing, we tested the vaccine’s safety in severe combined immune deficient (SCID) mice that lack both T and B lymphocytes plus immunoglobulins. Finally, we evaluated the RdrBCG’s therapeutic efficacy in BALB/c mice infected with rifampin-resistant M. tuberculosis and treated with a second-line anti-TB regimen. We obtained M. bovis strains which were resistant to several second-line drugs and M. tuberculosis resistant to rifampin. Notably, the exogenously inserted genes were lost in RdrBCG-E but remained stable in the RdrBCG-I both in vitro and in vivo. When administered adjunct to a second-line anti-TB regimen in a murine model of DR-TB, the RdrBCG-I lowered lung M. tuberculosis burden by 1 log10. Furthermore, vaccination with RdrBCG-I adjunct to chemotherapy minimized lung tissue pathology in mice. Most importantly, the RdrBCG-I showed almost the same virulence as its parent BCG Tice strain in SCID mice. Our findings suggested that the RdrBCG-I was stable, safe and effective as a therapeutic vaccine. Hence, the “recombinant” plus “drug-resistant” BCG strategy could be a useful concept for developing therapeutic vaccines against DR-TB.

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Graphical Abstract




ga1

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Highlights

The RdrBCG-I overexpressing Ag85B + Rv2628 is stable both in vitro and in vivo.
The RdrBCG-I was safe and nonvirulent even to SCID mice.
The RdrBCG-I enhanced the activity of a second-line regimen in a murine model.
The RdrBCG facilitated lung tissue recovery.

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Keywords : Drug-resistant tuberculosis, Therapeutic vaccine, Recombinant drug-resistant BCG, Ag85B, Rv2628


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Vol 142

Article 112047- octobre 2021 Retour au numéro
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