Botulinum neurotoxins (BoNTs) produced by Clostridium botulinum are highly potent bacterial exotoxins responsible for the disease 'botulism'. They are composed of light chain (50 kDa) and heavy chain (100 kDa). In the present study, it was determined that various recombinant BoNT heavy chain fragments can be used for protective antigens. For this purpose, each C- and N-terminal region of BoNT/A and B (BoNT/B) heavy chain was expressed. Also, the C-terminal regions of BoNT/A and BoNT/B heavy chain genes and N-terminal regions of them were fused and expressed separately. These expressed proteins were purified by affinity chromatography and those were used to immunize female BALB/c mice. In order to determine whether the immunized mice were able to produce antibodies specific to the toxins, the sera from the immunized mice were analyzed by immunoblotting and ELISA. All of these recombinant proteins were able to elicit an antibody response to specific types of toxins. Furthermore, the antiserum from heavy chain N-terminal region of BoNT/A showed cross-reactivity with BoNT/B. Sixteen days after last immunization, the mice were challenged with 10-fold of $LD_50$ of BoNT/A and BoNT/B. All immunized mice were protected or partially protected from the death, which was caused by botulinum intoxication.
These results suggested that some parts of the BoNT heavy chain C-terminal and N-terminal region elicit protective immune response, and therefore the vaccine for botulism include these fragments can be more effective.
클로스트리디움 보튜리눔에 의하여 분비되는 신경 독소들은 '중 사슬'과 '경 사슬'의 이중 사슬 구조로 되어 있으며, 사람을 비롯한 동물들에게 치명적 효과를 지니고 있다. 이번 실험을 통하여 독소의 '중 사슬' 일부에 해당하는 재조합 단백질이 보튜리눔 독소 중독에 대하여 보호적 항원으로 작용할 수 있는지를 알아보았다. 이들 독소 중에서 사람에게 독성을 지니는 A형과 B형 독소 유전자의 일부를 대장균 내로 도입시켜 독소 '중 사슬'의 카르복시 말단 및 아미노 말단에 해당하는 부분들을 대량으로 발현시키고 정제하였다. 이와 함께, A형 독소와 B형 독소의 카르복시 말단 혹은 아미노 말단이 융합된 단백질들을 각각 유전자 조작을 통해 제조하여 발현 및 정제하였다.
정제된 독소의 절편들 각각을 복강주사를 통하여 각 그룹의 생쥐에 면역시켰을 때 이들 모두가 생체 내에서 독소에 대한 항체 반응을 일으킬 수 있었다. 이와 함께, 독소 절편 중 A형 독소 '중 사슬'의 아미노 말단에 해당하는 부위는 A형 독소와 B형 독소에 대한 교차 반응성을 나타낼 수 있음도 확인할 수 있었다. 융합된 단백질의 경우에도 따로 발현된 단백질들을 섞어 면역 시킨 경우와 비교하였을 때와 유사한 항원성을 가지고 있었다. 또한 독소절편으로 면역된 생쥐들은 치명적인 투여량의 독소 $(10 LD_50)$가 주사 되었을 때에도 살아남을 수 있었다.
이와 같은 결과들은 독소의 '중 사슬' 양쪽 말단 부위가 보튜리눔 독소 중독의 방어에 중요한 위치이며 이 절편에 해당하는 부분을 포함하는 백신이 개발되면 보다 효과적인 백신으로 쓰일 수 있음을 보여주고 있다.
