【3.2.1】病毒载体

病毒于 19 世纪后期首次被分离出来,是遗传信息的有力载体。 它们进入细胞并劫持其机器以产生病毒蛋白的能力使它们成为细胞转导的理想系统。 病毒载体是将遗传物质导入细胞的最有效方法之一,但它们在研究中的使用需要平衡多个参数,包括插入片段大小、靶细胞、表达时间和生物安全性。

1983 年首次引入了基于修饰逆转录病毒的病毒载体系统。这些两件式系统(two-piece systems)由包装细胞系和转移载体组成。

  • 包装细胞系( Packaging cell lines)含有突变的逆转录病毒(原病毒),该病毒产生逆转录病毒蛋白但不能包装自身。
  • 表达目的基因的转移载体可以通过将转基因克隆到部分逆转录病毒基因组中来产生。一旦转染到包装线上,转移载体就被有效地包装成病毒颗粒,随后释放到培养基中并可以收集用于实验使用。

重要的是,这些颗粒无法复制,因为包装信息不包含在转移载体中,而是由包装细胞反式表达。这种类型的系统称为无辅助系统(helper-free system),代表了创建病毒载体而不使用野生型病毒的第一种方法,也是创建用户友好型病毒载体的第一步。

1990 年代标志着腺病毒和慢病毒载体系统(adenoviral and lentiviral vector systems)的引入,其设计原理与上文详述的原理类似。 几年后,引入了分离转移载体和包装基因的腺相关病毒 (AAV) 载体系统。 与早期病毒载体系统相关的主要警告是安全性。 在某些系统中,转移载体和辅助基因组之间仅发生一次重组事件就可以产生具有复制能力的病毒,这是一种真正的生物安全危害。 随后,更安全的系统将包装基因拆分到多个质粒中,从而增加了生成具有复制能力的病毒所需的重组事件的数量。 对于基于 HIV 基因组的慢病毒系统,删除了许多不必要的蛋白质以提高这些载体的安全性。

一旦确定了有效的病毒包装方法,注意力就会迅速转向定制这些载体。 相同亚型的病毒具有某些特征,例如衣壳或包膜蛋白,但在每种病毒中发现的特定蛋白会改变病毒的传染性和趋向性,即病毒可以感染的细胞类型。 为了改变趋向性并提高感染率,科学家们开始通过组合来自多种病毒的基因来假型载体。 一个常见的例子是 VSV-G 包膜,今天仍与逆转录病毒和慢病毒载体一起使用,以传达广泛的趋向性和高感染性。 相反,假型也可以在体内用于精确定义一组载体可以感染的细胞类型,就像 AAV 衍生载体的情况一样。

载体具有较大的包装能力,但与其他载体不同,它们只能转导分裂细胞。 慢病毒载体整合到基因组中,可能导致细胞转化。 腺病毒载体非常有效地转导感兴趣的基因,但表达是短暂的并且伴随着大量的免疫反应。 AAV 载体提供持久的基因表达,但其包装容量仅限于约 4.5 kb。

当前的工作重点是优化这些用于研究和临床用途的载体系统。 为了降低免疫反应,一些团体使用去除了大部分病毒基因的载体或杂交载体。 改进靶向是另一个重要目标,正在进行假型分析(pseudotyping)和使用抗体偶联载体优先靶向某些细胞类型的工作。 增加包装能力,特别是在 AAV 方面,将扩大这些载体系统的应用。

最佳的病毒载体将具有较大的遗传容量、较低的免疫反应和较高的传染性。 对转基因表达的趋向性和持续时间/水平的精确控制也是理想的特征。 虽然 目前没有病毒载体系统满足所有这些标准,病毒载体仍然是操纵基因表达的最有用的工具之一,未来的研究可能会进一步提高它们的效用。 如需帮助考虑您应该为特定应用程序使用哪种类型的病毒,请参阅下表:

参考资料

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