BackgroundBCG vaccination provides incomplete protection against tuberculosis in infants. A new vaccine, modified Vaccinia Ankara virus expressing antigen 85A (MVA85A), was designed to enhance the protective efficacy of BCG. We aimed to assess safety, immunogenicity, and efficacy of MVA85A against tuberculosis and Mycobacterium tuberculosis infection in infants.MethodsIn our double-blind, randomised, placebo-controlled phase 2b trial, we enrolled healthy infants (aged 4–6 months) without HIV infection who had previously received BCG vaccination. We randomly allocated infants (1:1), according to an independently generated sequence with block sizes of four, to receive one intradermal dose of MVA85A or an equal volume of Candida skin test antigen as placebo at a clinical facility in a rural region near Cape Town, South Africa. We actively followed up infants every 3 months for up to 37 months. The primary study outcome was safety (incidence of adverse and serious adverse events) in all vaccinated participants, but we also assessed efficacy in a protocol-defined group of participants who received at least one dose of allocated vaccine. The primary efficacy endpoint was incident tuberculosis incorporating microbiological, radiological, and clinical criteria, and the secondary efficacy endpoint was M tuberculosis infection according to QuantiFERON TB Gold In-tube conversion (Cellestis, Australia). This trial was registered with the South African National Clinical Trials Register (DOH-27-0109-2654) and with ClinicalTrials.gov on July 31, 2009, number NCT00953927FindingsBetween July 15, 2009, and May 4, 2011, we enrolled 2797 infants (1399 allocated MVA85A and 1398 allocated placebo). Median follow-up in the per-protocol population was 24·6 months (IQR 19·2–28·1), and did not differ between groups. More infants who received MVA85A than controls had at least one local adverse event (1251 [89%] of 1399 MVA85A recipients and 628 [45%] of 1396 controls who received the allocated intervention) but the numbers of infants with systemic adverse events (1120 [80%] and 1059 [76%]) or serious adverse events (257 [18%] and 258 (18%) did not differ between groups. None of the 648 serious adverse events in these 515 infants was related to MVA85A. 32 (2%) of 1399 MVA85A recipients met the primary efficacy endpoint (tuberculosis incidence of 1·15 per 100 person-years [95% CI 0·79 to 1·62]; with conversion in 178 [13%] of 1398 infants [95% CI 11·0 to 14·6]) as did 39 (3%) of 1395 controls (1·39 per 100 person-years [1·00 to 1·91]; with conversion in 171 [12%] of 1394 infants [10·6 to 14·1]). Efficacy against tuberculosis was 17·3% (95% CI −31·9 to 48·2) and against M tuberculosis infection was −3·8% (–28·1 to 15·9).InterpretationMVA85A was well tolerated and induced modest cell-mediated immune responses. Reasons for the absence of MVA85A efficacy against tuberculosis or M tuberculosis infection in infants need exploration.FundingAeras, Wellcome Trust, and Oxford-Emergent Tuberculosis Consortium (OETC).

The authors devise an algorithm that can cluster T cell receptor (TCR) sequences sharing the same specificity, predict the HLA restriction of these TCR clusters on the basis of subjects’ genotypes and help to identify specific peptide major histocompatibility complex ligands. T cells have a critical role in the immune system, using receptors to recognize and respond to specific antigens. T cell receptors form in unique sequences during T cell development, resulting in a huge diversity of sequences. Mark Davis and colleagues address the challenging question of how T cell receptor sequences relate to antigen specificity. They start with T cells of defined specificity and a structural knowledge of the interaction of different T cell receptors with their major histocompatibility complex (MHC) in complex with cognate peptides. They use this to devise an algorithm that predicts the human leukocyte antigen (HLA) restriction of the T cell receptor targets and helps to identify specific peptide MHC ligands. Elsewhere in this issue, Paul Thomas and colleagues use molecular genetic tools to analyse the diversity of epitope-specific T cell repertoires to extract features that enable the prediction of T cell epitope specificity immunity based on sequence analysis. T cell receptor (TCR) sequences are very diverse, with many more possible sequence combinations than T cells in any one individual1,2,3,4. Here we define the minimal requirements for TCR antigen specificity, through an analysis of TCR sequences using a panel of peptide and major histocompatibility complex (pMHC)-tetramer-sorted cells and structural data. From this analysis we developed an algorithm that we term GLIPH (grouping of lymphocyte interactions by paratope hotspots) to cluster TCRs with a high probability of sharing specificity owing to both conserved motifs and global similarity of complementarity-determining region 3 (CDR3) sequences. We show that GLIPH can reliably group TCRs of common specificity from different donors, and that conserved CDR3 motifs help to define the TCR clusters that are often contact points with the antigenic peptides. As an independent validation, we analysed 5,711 TCRβ chain sequences from reactive CD4 T cells from 22 individuals with latent Mycobacterium tuberculosis infection. We found 141 TCR specificity groups, including 16 distinct groups containing TCRs from multiple individuals. These TCR groups typically shared HLA alleles, allowing prediction of the likely HLA restriction, and a large number of M. tuberculosis T cell epitopes enabled us to identify pMHC ligands for all five of the groups tested. Mutagenesis and de novo TCR design confirmed that the GLIPH-identified motifs were critical and sufficient for shared-antigen recognition. Thus the GLIPH algorithm can analyse large numbers of TCR sequences and define TCR specificity groups shared by TCRs and individuals, which should greatly accelerate the analysis of T cell responses and expedite the identification of specific ligands.

Background Identification of blood biomarkers that prospectively predict progression of Mycobacterium tuberculosis infection to tuberculosis disease might lead to interventions that combat the tuberculosis epidemic. We aimed to assess whether global gene expression measured in whole blood of healthy people allowed identification of prospective signatures of risk of active tuberculosis disease. Methods In this prospective cohort study, we followed up healthy, South African adolescents aged 12–18 years from the adolescent cohort study (ACS) who were infected with M tuberculosis for 2 years. We collected blood samples from study participants every 6 months and monitored the adolescents for progression to tuberculosis disease. A prospective signature of risk was derived from whole blood RNA sequencing data by comparing participants who developed active tuberculosis disease (progressors) with those who remained healthy (matched controls). After adaptation to multiplex quantitative real-time PCR (qRT-PCR), the signature was used to predict tuberculosis disease in untouched adolescent samples and in samples from independent cohorts of South African and Gambian adult progressors and controls. Participants of the independent cohorts were household contacts of adults with active pulmonary tuberculosis disease. Findings Between July 6, 2005, and April 23, 2007, we enrolled 6363 participants from the ACS study and 4466 from independent South African and Gambian cohorts. 46 progressors and 107 matched controls were identified in the ACS cohort. A 16 gene signature of risk was identified. The signature predicted tuberculosis progression with a sensitivity of 66·1% (95% CI 63·2–68·9) and a specificity of 80·6% (79·2–82·0) in the 12 months preceding tuberculosis diagnosis. The risk signature was validated in an untouched group of adolescents (p=0·018 for RNA sequencing and p=0·0095 for qRT-PCR) and in the independent South African and Gambian cohorts (p values <0·0001 by qRT-PCR) with a sensitivity of 53·7% (42·6–64·3) and a specificity of 82·8% (76·7–86) in the 12 months preceding tuberculosis. Interpretation The whole blood tuberculosis risk signature prospectively identified people at risk of developing active tuberculosis, opening the possibility for targeted intervention to prevent the disease. Funding Bill & Melinda Gates Foundation, the National Institutes of Health, Aeras, the European Union, and the South African Medical Research Council.

Recent Mycobacterium tuberculosis infection confers a predisposition to the development of tuberculosis disease, the leading killer among global infectious diseases. H4:IC31, a candidate subunit vaccine, has shown protection against tuberculosis disease in preclinical models, and observational studies have indicated that primary bacille Calmette–Guérin (BCG) vaccination may offer partial protection against infection.

Abstract We investigated whether the proinflammatory T cell cytokines IL-17 and IL-22 are induced by human mycobacterial infection. Remarkably, &gt;20% of specific cytokine-producing CD4+ T cells in peripheral blood of healthy, mycobacteria-exposed adults expressed IL-17 or IL-22. Specific IL-17- and IL-22-producing CD4+ T cells were distinct from each other and from Th1 cytokine-producing cells. These cells had phenotypic characteristics of long-lived central memory cells. In patients with tuberculosis disease, peripheral blood frequencies of these cells were reduced, whereas bronchoalveolar lavage fluid contained higher levels of IL-22 protein compared with healthy controls. IL-17 was not detected in this fluid, which may be due to suppression by Th1 cytokines, as PBMC IL-17 production was inhibited by IFN-γ in vitro. However, Th1 cytokines had no effect on IL-22 production in vitro. Our results imply that the magnitude and complexity of the anti-mycobacterial immune response have historically been underestimated. IL-17- and IL-22-producing CD4+ T cells may play important roles in the human immune response to mycobacteria.

Results of an earlier analysis of a trial of the M72/AS01E candidate vaccine against Mycobacterium tuberculosis showed that in infected adults, the vaccine provided 54.0% protection against active pulmonary tuberculosis disease, without evident safety concerns. We now report the results of the 3-year final analysis of efficacy, safety, and immunogenicity.

Rationale: Immunogenicity of new tuberculosis (TB) vaccines is commonly assessed by measuring the frequency and cytokine expression profile of T cells.Objectives: We tested whether this outcome correlates with protection against childhood TB disease after newborn vaccination with bacillus Calmette-Guérin (BCG).Methods: Whole blood from 10-week-old infants, routinely vaccinated with BCG at birth, was incubated with BCG for 12 hours, followed by cryopreservation for intracellular cytokine analysis. Infants were followed for 2 years to identify those who developed culture-positive TB—these infants were regarded as not protected against TB. Infants who did not develop TB disease despite exposure to TB in the household, and another group of randomly selected infants who were never evaluated for TB, were also identified—these groups were regarded as protected against TB. Cells from these groups were thawed, and CD4, CD8, and γδ T cell–specific expression of IFN-γ, TNF-α, IL-2, and IL-17 measured by flow cytometry.Measurements and Main Results: A total of 5,662 infants were enrolled; 29 unprotected and two groups of 55 protected infants were identified. There was no difference in frequencies of BCG-specific CD4, CD8, and γδ T cells between the three groups of infants. Although BCG induced complex patterns of intracellular cytokine expression, there were no differences between protected and unprotected infants.Conclusions: The frequency and cytokine profile of mycobacteria-specific T cells did not correlate with protection against TB. Critical components of immunity against Mycobacterium tuberculosis, such as CD4 T cell IFN-γ production, may not necessarily translate into immune correlates of protection against TB disease.

Summary Antigen classes other than proteins can be presented to T cells by near-monomorphic antigen-presenting molecules such as CD1, MR1, and butyrophilin 3A1. We sought to define the roles of donor unrestricted T (DURT) cells, including MR1-reactive MAIT cells, CD1b-reactive glucose monomycolate (GMM)-specific T cells, CD1d-reactive NKT cells, and γδ T cells, in vaccination against Mycobacterium tuberculosis . We characterized DURT cells following primary bacille Calmette-Guerin (BCG) vaccination in infants or BCG-revaccination in adults. BCG (re)vaccination did not modulate peripheral blood frequencies, T cell activation or memory profiles of MAIT cells, CD1b-restricted GMM-specific and germline-encoded mycolyl-reactive (GEM) cells or CD1d- restricted NKT cells. By contrast, BCG vaccination was associated with increased frequencies of γδ T cells as well as a novel subset of IFN-γ-expressing CD4 + T cells with a CD26 + CD161 + TRAV1-2 − phenotype in infants. More studies are required to understand the full potential of DURT cells in new TB vaccine strategies.

Abstract Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ) causes tuberculosis (TB) and remains one of the leading causes of mortality due to an infectious pathogen. Host immune responses have been implicated in driving the progression from infection to severe lung disease. We analyzed longitudinal RNA sequencing (RNAseq) data from the whole blood of 74 TB progressors whose samples were grouped into four six-month intervals preceding diagnosis (the GC6-74 study). We additionally analyzed RNAseq data from an independent cohort of 90 TB patients with positron emission tomography-computed tomography (PET-CT) scan results which were used to categorize them into groups with high and low levels of lung damage (the Catalysis TB Biomarker study). These groups were compared to non-TB controls to obtain a complete whole blood transcriptional profile for individuals spanning from early stages of M.tb infection to TB diagnosis. The results revealed a steady increase in the number of genes that were differentially expressed in progressors at time points closer to diagnosis with 278 genes at 13–18 months, 742 at 7–12 months and 5,131 detected 1–6 months before diagnosis and 9,205 detected in TB patients. A total of 2,144 differentially expressed genes were detected when comparing TB patients with high and low levels of lung damage. There was a large overlap in the genes upregulated in progressors 1–6 months before diagnosis (86%) with those in TB patients. A comprehensive pathway analysis revealed a potent activation of neutrophil and platelet mediated defenses including neutrophil and platelet degranulation, and NET formation at both time points. These pathways were also enriched in TB patients with high levels of lung damage compared to those with low. These findings suggest that neutrophils and platelets play a critical role in TB pathogenesis, and provide details of the timing of specific effector mechanisms that may contribute to TB lung pathology. Author summary Mycobacterium tuberculosis ( M.tb ) causes tuberculosis (TB) and remains one of the leading causes of mortality due to an infectious pathogen. Human immune responses must be balanced to inhibit disease progression while limiting self-damage, however in defense against M.tb host responses have been implicated in lung damage and in driving progression of M.tb infection to severe lung disease. The identification of immune responses that are activated during the development of TB could provide potential targets for interventions that might suppress disease progression, and possibly limit tissue damage. Here we identify a subset of genes that function in several biological processes that are strongly activated in the late stages of TB development and in TB patients. The proteins encoded by these genes are known to degrade lung tissue and contribute to severe lung disease.

ABSTRACT Chromatin remodeling through post-translational modifications of histone tails (HPTM) is fundamental for regulation and maintenance of DNA-centered processes. Systems level understanding of coordination and interactions between HPTMs and their impact on the functional state of the immune cells remain unexplored due to the technical reasons. We leveraged large biologically heterogeneous data (>27 million cells), comprising of primary human immune cells profiled for 33 HPTMs and 4 histone variants at the single-cell level using high-dimensional mass cytometry (EpiTOF), to discover and map relations between HPTMs at the systems level. Briefly, we elucidated a comprehensive epigenetic network of HPTM interactions, discovered a novel subset of hematopoietic progenitors with distinct epigenetic profile, and revealed hitherto undescribed associations between a decrease in global methylations, modulation of one-carbon metabolism, and immune cell life span. Ultimately our work lays a foundation for future studies aimed at understanding complexity of HPTM interactions in immune response in infectious or autoimmune diseases, cancers, and vaccination.