Entwicklung einer In-vitro-Methode zur Detektion von residualer Toxizität in Tetanusimpfstoffen

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Optimierung eines sensitiven, schnellen, immunologischen in-vitro-Nachweises für die Endoprotease Tetanustoxin. Der klassische ELlSA, bei dem an eine Festphase immobilisiertes Antigen detektiert wird, wurde hier um einen endoproteolytischen Schritt erweitert, in dem das gebundene Substrat des Tetanustoxins an der Festphase in das nachzuweisende Antigen gespalten wird. Somit wird die Enzymaktivität des Tetanustoxins indirekt bestimmt. Bei dem Substrat handelt es sich um rekombinantes Synaptobrevin-2 (rSyb2), das von Tetanustoxin spezifisch und selektiv an einer Peptidbindung hydrolysiert wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mit molekularbiologischen Methoden drei unterschiedliche rSyb2 Fragmente in Escherichia coli hergestellt, die einen unterschiedlichen Aufbau des TeNT-Endopeptidase-Assays ermöglichen. Zur Maximierung der Proteinausbeute wurde die Expression in drei verschiedenen E. co/i-Stämmen miteinander verglichen. Der Stamm mit der höchsten Expressionsleistung wurde in 500ml-Schüttelkulturen sowie im 101-Maßstab fermentiert. Es wurde ein Protokoll zur Aufreinigung des rekombinanten Synaptobrevin-2 erstellt und optimiert. Zur immunologischen Detektion des durch Tetanustoxin gespaltenen rSyb2s standen zwei in Eigenarbeit hergestellte Antikörper zur Verfügung. Im Gegensatz zu den kommerziell erhältlichen Antikörpern gegen Synaptobrevin-2, deren Epitope inmitten der rSyb2-Aminosäuresequenz liegen, detektieren die beiden selbst hergestellten Antikörper die Aminosäuresequenzen, die die N- bzw. die C-terminale Seite der Tetanus-Spaltstelle in Synaptobrevin-2 darstellen. Beide Antikörper vermögen zwischen ungespaltenem und gespaltenem rSyb2 zu differenzieren. Besonders der gegen das N-terminale Spaltfragment gerichtete Antikörper ist ein hochspezifisches Werkzeug, das nur die von Tetanustoxin generierte, terminale Aminosäuresequenz an der SpaltsteIle detektiert. Im ELISA wurde zunächst untersucht, in welcher Reihenfolge Spaltung und Immobilisierung an die Festphase durchgeführt werden sollten. Die Immobilisierung des rSyb2s mit anschließender Spaltung durch Tetanustoxin erwies sich als die sensitivere Methode und wurde deshalb weiter optimiert. Dazu gehörte die Wahl der Festphase, die Untersuchung unterschiedlicher Beschichtungsmethoden, der Vergleich verschiedener Umgebungsbedingungen in der enzymatischen Reaktion sowie die Titration der eingesetzten Antikörper und die Auswahl der geeignetsten Pufferzusammensetzungen und Inkubationszeiträume. Zur Optimierung der Beschichtung wurden die drei rSyb2-Fragmente an unterschiedliche Polystyrenoberflächen gebunden. Die gezielte Ausrichtung der Moleküle, mit der nach der Inkubation mit Tetanustoxin nur ein bestimmtes Spaltfragment an der Platte gebunden bleibt und mit dem entsprechenden Antikörper detektiert werden kann, bringt dabei keinen Vorteil gegenüber der ungerichteten Bindung. Insgesamt differiert die Bindung an die Festphase zwischen Plattentypen und rSyb2-Fragmenten und hat einen großen Einfluss auf die Aktivität des Tetanustoxins und auf die Bindung des jeweiligen Antikörpers. Diese binden in Abhängigkeit vom Plattentyp teils stark an ungespaltenes rSyb2; offensichtlich ist das Epitop des jeweils eingesetzten Antikörpers in diesen Fällen also auch vor der Spaltung schon exponiert. Insgesamt zeigen die Versuche, dass die ungerichtete Bindung des Fragments rSyb2(N;1-97) mit der Detektion des N-terminalen Spaltfragments die sensitivste Methode zur Detektion von Tetanustoxin ist. Durch die Optimierung der weiteren InkubationsschriUe konnte die Nachweisgrenze des ELISA auf 0,54ng/ml Tetanustoxin gesenkt werden. Sie liegt damit im Bereich von Literaturdaten für eine Meerschweinchen-LD5o und könnte bereits unter der Nachweisgrenze des Tierversuchs liegen. Der Mangel an Daten zur Toxizität des in der Testentwicklung verwendeten, hochaufgereinigten Toxins lässt keine genauere Einschätzung zu. Der Vergleich mit der Empfindlichkeit von Tieren ist aber relevant, weil der ELiSA die Detektion des Toxins im Tierversuch ersetzen soll und eine vergleichbare Sensitivität aufweisen muss. Eine bessere Einschätzung kann mit einem krudem Tetanustoxin vorgenommen werden, für das die Meerschweinchen-LD5o vom Hersteller bestimmt wurde. Mit diesem Toxin wurde eine Nachweisgrenze des ELISA von 0,049 Meerschweinchen-LD5o ermittelt. Der ELISA scheint somit eine vielversprechende Methode zur Detektion von Tetanustoxin zu sein und könnte sich deshalb zum Ersatz des Tierversuchs eignen