Cloning and expression of Neospora caninum rhoptry 2 and its potential as an immunobiological for neosporosis control

ABSTRACT: The protozoan Neospora caninum is known worldwide as one of the main causes of abortion in cattle. During infection, rhoptry proteins present in the apical complex of the parasite play important roles in adhesion and parasitophorous vacuole formation. The use of N. caninum ROP2 in experimental vaccines has shown promising protective results. In our study we performed cloning and expression in Escherichia coli of an antigenic portion of N. caninum ROP2. The recombinant protein (rROP2) was obtained in insoluble form, and the purified protein showed a size of approximately 18kDa. Even being a small truncate NcROP2 region, it was possible to conserve the antigenic epitopes which were recognized by bovine serum naturally infected with N. caninum. Vaccination with rROP2 on aluminum hydroxide adjuvant induced high levels of rROP2-specific IgG antibodies capable of recognizing native protein in tachyzoite lysates. In conclusion, our approaches were effective in obtaining the rROP2 protein, which induced specific mouse immune response and was also recognized by sera from N. caninum naturally infected cattle. These results suggest that it is a promising antigen for the development of neosporosis subunit vaccines as well as a suitable antigen for use in immunodiagnosis.

RESUMO: O protozoário Neospora caninum é conhecido mundialmente como uma das principais causas de aborto em bovinos. Durante a infecção, as proteínas rhoptry presentes no complexo apical do parasita desempenham papel importante na adesão e formação de vacúolos parasitóforos. O uso de ROP2 de N. caninum em vacinas experimentais tem mostrado resultados de proteção promissores. Em nosso estudo, realizamos a clonagem e expressão em Escherichia coli de uma porção antigênica de N. caninum ROP2. A proteína recombinante (rROP2) foi obtida na forma insolúvel, e a proteína purificada apresentou tamanho aproximado de 18kDa. Mesmo sendo uma pequena região truncada de NcROP2, foi possível conservar os epítopos antigênicos que foram reconhecidos pelo soro de bovinos naturalmente infectados com N. caninum. A vacinação com rROP2 adsorvida no adjuvante de hidróxido de alumínio induziu altos níveis de anticorpos IgG anti-rROP2, capazes de reconhecer a proteína nativa em lisados de taquizoítos. Em conclusão, nossas abordagens foram eficazes na obtenção da proteína rROP2, que induziu resposta imune específica em camundongos e também foi reconhecida por soros de bovinos naturalmente infectados com N. caninum. Estes resultados sugerem que rROP2 é um antígeno promissor para o desenvolvimento de vacinas de subunidades de neosporose, bem como um antígeno adequado para uso em imunodiagnóstico.

Cloning and expression of Neospora caninum rhoptry 2 and its potential as an immunobiological for neosporosis control / Clonagem e expressão de rhoptry 2 Neospora caninum e seu potencial como um imunobiológico para o controle de neosporose

The protozoan Neospora caninum is known worldwide as one of the main causes of abortion in cattle. During infection, rhoptry proteins present in the apical complex of the parasite play important roles in adhesion and parasitophorous vacuole formation. The use of N. caninum ROP2 in experimental vaccines has shown promising protective results. In our study we performed cloning and expression in Escherichia coli of an antigenic portion of N. caninum ROP2. The recombinant protein (rROP2) was obtained in insoluble form, and the purified protein showed a size of approximately 18kDa. Even being a small truncate NcROP2 region, it was possible to conserve the antigenic epitopes which were recognized by bovine serum naturally infected with N. caninum. Vaccination with rROP2 on aluminum hydroxide adjuvant induced high levels of rROP2-specific IgG antibodies capable of recognizing native protein in tachyzoite lysates. In conclusion, our approaches were effective in obtaining the rROP2 protein, which induced specific mouse immune response and was also recognized by sera from N. caninum naturally infected cattle. These results suggest that it is a promising antigen for the development of neosporosis subunit vaccines as well as a suitable antigen for use in immunodiagnosis.(AU)

O protozoário Neospora caninum é conhecido mundialmente como uma das principais causas de aborto em bovinos. Durante a infecção, as proteínas rhoptry presentes no complexo apical do parasita desempenham papel importante na adesão e formação de vacúolos parasitóforos. O uso de ROP2 de N. caninum em vacinas experimentais tem mostrado resultados de proteção promissores. Em nosso estudo, realizamos a clonagem e expressão em Escherichia coli de uma porção antigênica de N. caninum ROP2. A proteína recombinante (rROP2) foi obtida na forma insolúvel, e a proteína purificada apresentou tamanho aproximado de 18kDa. Mesmo sendo uma pequena região truncada de NcROP2, foi possível conservar os epítopos antigênicos que foram reconhecidos pelo soro de bovinos naturalmente infectados com N. caninum. A vacinação com rROP2 adsorvida no adjuvante de hidróxido de alumínio induziu altos níveis de anticorpos IgG anti-rROP2, capazes de reconhecer a proteína nativa em lisados de taquizoítos. Em conclusão, nossas abordagens foram eficazes na obtenção da proteína rROP2, que induziu resposta imune específica em camundongos e também foi reconhecida por soros de bovinos naturalmente infectados com N. caninum. Estes resultados sugerem que rROP2 é um antígeno promissor para o desenvolvimento de vacinas de subunidades de neosporose, bem como um antígeno adequado para uso em imunodiagnóstico.(AU)

Cloning and expression of Neospora caninum rhoptry 2 and its potential as an immunobiological for neosporosis control / Clonagem e expressão de rhoptry 2 Neospora caninum e seu potencial como um imunobiológico para o controle de neosporose

The protozoan Neospora caninum is known worldwide as one of the main causes of abortion in cattle. During infection, rhoptry proteins present in the apical complex of the parasite play important roles in adhesion and parasitophorous vacuole formation. The use of N. caninum ROP2 in experimental vaccines has shown promising protective results. In our study we performed cloning and expression in Escherichia coli of an antigenic portion of N. caninum ROP2. The recombinant protein (rROP2) was obtained in insoluble form, and the purified protein showed a size of approximately 18kDa. Even being a small truncate NcROP2 region, it was possible to conserve the antigenic epitopes which were recognized by bovine serum naturally infected with N. caninum. Vaccination with rROP2 on aluminum hydroxide adjuvant induced high levels of rROP2-specific IgG antibodies capable of recognizing native protein in tachyzoite lysates. In conclusion, our approaches were effective in obtaining the rROP2 protein, which induced specific mouse immune response and was also recognized by sera from N. caninum naturally infected cattle. These results suggest that it is a promising antigen for the development of neosporosis subunit vaccines as well as a suitable antigen for use in immunodiagnosis.(AU)

O protozoário Neospora caninum é conhecido mundialmente como uma das principais causas de aborto em bovinos. Durante a infecção, as proteínas rhoptry presentes no complexo apical do parasita desempenham papel importante na adesão e formação de vacúolos parasitóforos. O uso de ROP2 de N. caninum em vacinas experimentais tem mostrado resultados de proteção promissores. Em nosso estudo, realizamos a clonagem e expressão em Escherichia coli de uma porção antigênica de N. caninum ROP2. A proteína recombinante (rROP2) foi obtida na forma insolúvel, e a proteína purificada apresentou tamanho aproximado de 18kDa. Mesmo sendo uma pequena região truncada de NcROP2, foi possível conservar os epítopos antigênicos que foram reconhecidos pelo soro de bovinos naturalmente infectados com N. caninum. A vacinação com rROP2 adsorvida no adjuvante de hidróxido de alumínio induziu altos níveis de anticorpos IgG anti-rROP2, capazes de reconhecer a proteína nativa em lisados de taquizoítos. Em conclusão, nossas abordagens foram eficazes na obtenção da proteína rROP2, que induziu resposta imune específica em camundongos e também foi reconhecida por soros de bovinos naturalmente infectados com N. caninum. Estes resultados sugerem que rROP2 é um antígeno promissor para o desenvolvimento de vacinas de subunidades de neosporose, bem como um antígeno adequado para uso em imunodiagnóstico.(AU)

Rhipicephalus (Boophilus) microplus aquaporin as an effective vaccine antigen to protect against cattle tick infestations.

BACKGROUND: Vaccination as a control method against the cattle tick, Rhipicephalus (Boophilus) microplus has been practiced since the introduction of two products in the mid-1990s. There is a need for a vaccine that could provide effective control of R. microplus in a more consistent fashion than existing products. During our transcriptome studies of R. microplus, several gene coding regions were discovered to encode proteins with significant amino acid similarity to aquaporins. METHODS: A cDNA encoding an aquaporin from the cattle tick, Rhipicephalus microplus, was isolated from transcriptomic studies conducted on gut tissues dissected from fully engorged adult female R. microplus. RESULTS: Bioinformatic analysis indicates this aquaporin, designated RmAQP1, shows greatest amino acid similarity to the human aquaporin 7 family. Members of this family of water-conducting channels can also facilitate the transport of glycerol in addition to water. The efficacy of this aquaporin as an antigen against the cattle tick was explored in cattle vaccine trials conducted in Brazil. A cDNA encoding a significant portion of RmAQP1 was expressed as a recombinant protein in Pichia pastoris, purified under native conditions using a polyhistidine C-terminus tag and nickel affinity chromatography, emulsified with Montanide adjuvant, and cattle vaccinated intramuscularly. The recombinant protein provided 75% and 68% efficacy in two cattle pen trials conducted in Campo Grande, Brazil on groups of 6 one year old Holstein calves. CONCLUSION: The effectiveness of this vaccine in reducing the numbers of adult female ticks shows this aquaporin antigen holds promise as an active ingredient in cattle vaccines targeted against infestations of R. microplus.

The first report of Rickettsia spp. in Amblyomma nodosum in the State of Mato Grosso do Sul, Brazil.

Ticks are vectors of various pathogens, including Rickettsia spp., which are responsible for causing an emerging disease of global significance. In the present study, an epidemiological survey was performed to identify Rickettsia spp. of the spotted fever group (SFG) in ticks and wild hosts in a native forest adjacent to livestock farming activity. The ticks and blood were evaluated by a hemolymph test and by PCR using the primers CS78 and CS323, which target a partial sequence of the enzyme citrate synthase (gltA) gene. Positive samples by PCR were further tested with the primers Rr190.70p and Rr190.602n, which target a 532-bp fragment of the rickettsial 190-kDa outer membrane protein gene (ompA). In addition, an indirect immunofluorescence assay (IFA) was performed to detect antibodies against Rickettsia spp. in horses that inhabited the same area. From the 43 animals that were captured, 192 ticks were collected; the ticks belonged to the species Amblyomma cajennense, A. ovale, and A. nodosum. All blood samples and hemolymph tests were negative. Four samples of A. nodosum that were collected from Tamandua tetradactyla were positive for Rickettsia spp. by PCR, and 8 samples of horse serum displayed titers greater than or equal to 1:64 by IFA. The phylogenetic analysis based on the DNA sequence of the ompACG gene demonstrated that Rickettsia spp. CG (the canadensis group) segregate in the same cluster as Rickettsia parkeri strain COOPERI, with a bootstrap value of 78%. These results indicate that Rickettsia spp. CG circulate among the tick population in the study area, which has a constant presence of livestock and humans. This may be the same species of Rickettsia that was recorded in A. nodosum throughout the Atlantic forest.

Antigenic and immunogenic properties of the canine distemper virus nucleocapsid protein expressed in Escherichia coli employing codon optimized synthetic gene / Propriedades antigênicas e imunogênicas da proteína do nucleocapsídeo do virus da cinomose canina expressa em Escherichia coli empregando gene sintético com codons otimizados

Despite common occurrence and importance of canine distemper disease the majority of tests currently available for diagnosis are hampered by either low sensitivity or specificity. In this study it was evaluated antigenic and immunogenic characteristics of a conserved region of nucleocapsid protein of canine distemper virus (rCDV NP) expressed in Escherichia coli employing a codon optimized synthetic gene. The expression of rCDVNP in Star strain (mean 300μg/mL, purified) was confirmed by SDS-PAGE and Western blot analysis by using His-Tag monoclonal antibodies. Western blot and ELISA, employing positive and negative control dog sera, demonstrated the rCDVNP antigenicity. The rCDVNP was inoculated in hens and immunoglobulin Y (IgY) was purified from the egg yolk. The mean yield of IgY was 28.55mg/mL. IgY reacted with the recombinant protein as demonstrated by Western blot and ELISA assays. In summary, our findings demonstrated that rCDVNP is antigenic since CDV positive dog sera recognized the protein in vitro. Additionally, the rCDVNP proved to be immunogenic in hens being possible to isolate a high concentration of specific IgY antibodies from the egg yolk. Taken together, these results indicate that the rCDVNP along with the specific IgY could be useful tools for development of the canine distemper immunodiagnostic assays.(AU)

Apesar da ocorrência comum e importância da cinomose canina, a maioria dos testes atualmente disponíveis para diagnóstico são prejudicados pela baixa sensibilidade ou especificidade. Neste estudo foram avaliadas características antigênicas e imunogênicas de uma região conservada da proteína do nucleocapsídeo do virus da cinomose canina (rCDV NP) expressa em Escherichia coli empregando um gene sintético e codons otimizados. A expressão na cepa Star (média de 300μg/mL, purificada) foi confirmada por SDS-PAGE e Western blot utilizando anticorpos monoclonais anti-His-Tag. A antigenicidade da rCDVNP foi demonstrada por western blot e ELISA empregando soros de cães positivos e negativos. A rCDVNP foi inoculada em galinhas e imunoglobulina Y (gY) foi obtida e purificada a partir da gema. A produção média de IgY foi 28.55mg/mL. Anticorpos IgY reagiram com a proteína recombinante, quando analisados por Western blot e ELISA. Em resumo, nossos achados demonstram que a rCDVNP produzida é antigênica, uma vez que os anticorpos de soro de cães positivos para CDV reconheceram a proteína in vitro. Além disso, a rCDVNP foi imunogênica em galinhas, sendo possível isolar anticorpos IgY específicos a partir da gema do ovo em altas concentrações. Tomados em conjunto, estes resultados indicam que a rCDVNP juntamente com a IgY específica podem ser ferramentas úteis para elaborar ensaios de imunodiagnóstico de cinomose canina.(AU)

Antigenic and immunogenic properties of the canine distemper virus nucleocapsid protein expressed in Escherichia coli employing codon optimized synthetic gene / Propriedades antigênicas e imunogênicas da proteína do nucleocapsídeo do virus da cinomose canina expressa em Escherichia coli empregando gene sintético com codons otimizados

Despite common occurrence and importance of canine distemper disease the majority of tests currently available for diagnosis are hampered by either low sensitivity or specificity. In this study it was evaluated antigenic and immunogenic characteristics of a conserved region of nucleocapsid protein of canine distemper virus (rCDV NP) expressed in Escherichia coli employing a codon optimized synthetic gene. The expression of rCDVNP in Star strain (mean 300μg/mL, purified) was confirmed by SDS-PAGE and Western blot analysis by using His-Tag monoclonal antibodies. Western blot and ELISA, employing positive and negative control dog sera, demonstrated the rCDVNP antigenicity. The rCDVNP was inoculated in hens and immunoglobulin Y (IgY) was purified from the egg yolk. The mean yield of IgY was 28.55mg/mL. IgY reacted with the recombinant protein as demonstrated by Western blot and ELISA assays. In summary, our findings demonstrated that rCDVNP is antigenic since CDV positive dog sera recognized the protein in vitro. Additionally, the rCDVNP proved to be immunogenic in hens being possible to isolate a high concentration of specific IgY antibodies from the egg yolk. Taken together, these results indicate that the rCDVNP along with the specific IgY could be useful tools for development of the canine distemper immunodiagnostic assays.(AU)

Apesar da ocorrência comum e importância da cinomose canina, a maioria dos testes atualmente disponíveis para diagnóstico são prejudicados pela baixa sensibilidade ou especificidade. Neste estudo foram avaliadas características antigênicas e imunogênicas de uma região conservada da proteína do nucleocapsídeo do virus da cinomose canina (rCDV NP) expressa em Escherichia coli empregando um gene sintético e codons otimizados. A expressão na cepa Star (média de 300μg/mL, purificada) foi confirmada por SDS-PAGE e Western blot utilizando anticorpos monoclonais anti-His-Tag. A antigenicidade da rCDVNP foi demonstrada por western blot e ELISA empregando soros de cães positivos e negativos. A rCDVNP foi inoculada em galinhas e imunoglobulina Y (gY) foi obtida e purificada a partir da gema. A produção média de IgY foi 28.55mg/mL. Anticorpos IgY reagiram com a proteína recombinante, quando analisados por Western blot e ELISA. Em resumo, nossos achados demonstram que a rCDVNP produzida é antigênica, uma vez que os anticorpos de soro de cães positivos para CDV reconheceram a proteína in vitro. Além disso, a rCDVNP foi imunogênica em galinhas, sendo possível isolar anticorpos IgY específicos a partir da gema do ovo em altas concentrações. Tomados em conjunto, estes resultados indicam que a rCDVNP juntamente com a IgY específica podem ser ferramentas úteis para elaborar ensaios de imunodiagnóstico de cinomose canina.(AU)

Rhipicephalus (Boophilus) microplus: expression and characterization of Bm86-CG in Pichia pastoris / Rhipicephalus (Boophilus) microplus: expressão e caracterização da Bm86-CG em Pichia pastoris

The cattle tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus is responsible for great economic losses. It is mainly controlled chemically, with limitations regarding development of resistance to the chemicals. Vaccines may help control this parasite, thereby reducing tick pesticide use. In this light, we performed subcloning of the gene of the protein Bm86 GC, the homologue protein that currently forms the basis of vaccines (GavacTM and TickGardPLUS) that have been developed against cattle ticks. The subcloning was done in the pPIC9 expression vector, for transformation in the yeast Pichia pastoris. This protein was characterized by expression of the recombinant Mut+ strain, which expressed greater quantities of protein. The expressed protein (rBm86-CG) was recognized in the Western-blot assay using anti Gavac, anti-TickGard, anti-larval extract and anti-rBm86-CG polyclonal sera. The serum produced in cattle vaccinated with the antigen CG rBm86 presented high antibody titers and recognized the native protein. The rBm86-GC has potential relevance as an immunogen for vaccine formulation against cattle ticks.(AU)

O carrapato-do-boi Rhipicephalus (Boophilus) microplus é responsável por grandes perdas econômicas. Seu controle é principalmente químico e apresenta limitações quanto ao desenvolvimento de resistência aos princípios ativos. As vacinas podem auxiliar no controle deste parasita diminuindo as aplicações de carrapaticidas. Considerando isso, foi realizada a subclonagem do gene da proteína Bm86-CG, proteína homologa a que atualmente é a base das vacinas desenvolvidas (GavacTM e TickGardPLUS) contra o carrapato-do-boi, no vetor de expressão pPIC9, para ser transformado em levedura, Pichia pastoris. Esta proteína foi caracterizada pela expressão da cepa recombinante Mut+ que expressou maior quantidade de proteína. A proteína expressa, rBm86-CG, foi reconhecida no ensaio de Western-blot pelos soros policlonais anti-Gavac, anti-TickGard, anti-Extrato de larva e anti-rBm86-CG. O soro produzido em bovinos vacinados com o antígeno rBm86-CG apresentou altos títulos de anticorpo e reconheceu a proteína nativa. A rBm86 CG possui potencial relevância como imunógeno para formulação vacinal contra o carrapato de bovinos.(AU)

Association between seropositivity for Neospora caninum and reproductive performance of beef heifers in the Pantanal of Mato Grosso do Sul, Brazil / Associação entre soropositividade para Neospora caninum e o desempenho reprodutivo de novilhas de corte no Pantanal Sul-Mato-Grossense, Brasil

Neospora caninum is an obligate intracellular parasite that can infect domestic and wild canids, ruminants, and horses. he purpose of this study was to evaluate the association between the presence of antibodies to N. caninum and reproductive loss in beef heifers in the South Pantanal region of Mato Grosso, Brazil. A total of 1098 heifers were evaluated from breeding to calving with regard to reproductive performance, and serology for neosporosis was assayed by indirect immunoluorescence reaction. he prevalence of N. caninum in cows that had failed to conceive was 22.13% higher than in those that had conceived (p < 0.0001), indicating a signiicant correlation between non-conception and presence of anti-N. caninum antibodies. he extraction rates for seropositive and seronegative heifers were 28.24 and 50.12%, respectively, with a statistically signiicant value (p < 0.0001) that showed a decrease of 44% in the extraction rate of seropositive animals. he results emphasize the importance of diagnosis for monitoring of neosporosis in primiparous cows, and indicators of seropositive females as a factor in strategies for culling the beef cattle herd.(AU)

Neospora caninum é um parasita intracelular obrigatório que pode infectar canídeos domésticos e selvagens, ruminantes e equídeos. Neste trabalho estudou-se a associação entre soropositividade para Neospora caninum e perda reprodutiva em novilhas de corte na região do Pantanal Sul-Mato-Grossense. Foram avaliadas 1098 novilhas da estação de reprodução ao nascimento dos bezerros com relação ao desempenho reprodutivo e realizada a sorologia para N. caninum através da reação de imunofluorescência indireta. A soroprevalência de N. caninum nas vacas que falhara na concepção foi 22,13% maior que nas que conceberam (p < 0,0001), indicando que há uma correlação significativa entre a não concepção e a presença de anticorpos anti-N. caninum. As taxas de desfrute para as novilhas soropositivas e soronegativas para neosporose foram de 28,24 e 50,12%, respectivamente, mostrando uma redução de 44% na taxa de desfrute de novilhas soropositivas para N. caninum. Ressalta-se a importância do monitoramento do diagnóstico da neosporose em primíparas, e o indicador de fêmeas soropositivas como um fator nas estratégias de descarte no rebanho bovino de corte.(AU)