病毒载体概述

引言

基因导入系统（gene delivery system）是基因治疗的核心技术，可分为病毒载体系统和非病毒载体系统。本章主要论述用于人类基因治疗的病毒载体系统。

用于基因治疗的病毒载体应具备以下基本条件：

1、携带外源基因并能包装成病毒颗粒；

2、介导外源基因的转移和表达；

3、对机体不致病。

然而，大多数野生型病毒对机体都具有致病性。因此需要对其进行改造后才能用于人体。原则上，各种类型的病毒都能被改造成病毒载体。但是由于病毒的多样性及与机体复杂的依存关系，人们至今对许多病毒的生活周期、分子生物学、与疾病发生及发展的关系等的认识还很不全面,从而限制了许多病毒发展成为具有实用性的载体。近20年来，只有少数几种病毒如反转录病毒（包括HIV病毒）、腺病毒、腺病毒伴随病毒、疱疹病毒（包括单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒）、甲病毒等被成功地改造成为基因转移载体并开展了不同程度的应用。

第一节病毒载体产生的原理

病毒载体的产生建立在对病毒的生活周期和分子生物学认识的基础之上。研究病毒载体首先要对病毒的基因组结构和功能有充分的了解，最好能获得病毒基因组全序列信息。病毒基因组可分为编码区和非编码区。编码区基因产生病毒的结构蛋白和非结构蛋白；根据其对病毒感染性复制的影响，又可分为必需基因和非必需基因。非编码区中含有病毒进行复制和包装等功能所必需的顺式作用元件。

各种野生型病毒颗粒都具有一定的包装容量，即对所包装的病毒基因组的长度有一定的限制。一般来说，病毒包装容量不超过自身基因组大小的105～110％。

基因重组技术的发展使病毒载体的产生成为可能。最简单的做法是，将适当长度的外源DNA插入病毒基因组的非必需区，包装成重组病毒颗粒。比如，本实验室曾将4.5kb的lacZ基因表达盒（CMV-lacZ-polyA）插入HSV1病毒的UL44（糖蛋白C）基因的XbaI位点中，病毒基因组的其余部分不改变，构建成重组病毒HSV1-lacZ100（吴小兵等，1998）。由于UL44基因产物对于HSV病毒在培养细胞中产毒性感染是非必需的，因此，该重组病毒可以在细胞中增殖传代。用这种重组病毒感染细胞，能将lacZ基因带入细胞并高效表达。用同样的方法，将AAV-2病毒的rep和cap基因片段（4.3kb）插入HSV1病毒的UL2（编码尿嘧啶DNA糖基化酶）或UL44（编码糖蛋白C）基因中，构建成具有提供重组AAV载体复制和包装所需的全部辅助功能的辅助病毒rHSV-rc（伍志坚等，1999）。

然而，这样的重组病毒作为基因转移载体有许多缺点。首先，许多野生型病毒通过在细胞中产毒性复制而导致细胞裂解死亡；或带有病毒癌基因而使细胞发生转化。因此必须经过改造使其成为复制缺陷性病毒并且删除致癌基因后才能用于基因治疗。其次，插入外源DNA的长度受到很大限制，尤其对于基因组本身较小的病毒如腺病毒伴随病毒（AAV，4.7kb）、反转录病毒（8～10kb）、腺病毒（36kb），如果不去除病毒基因，可供外源DNA插入的容量就十分小。因此，必须删除更多的病毒基因以腾出位置插入较大的外源DNA。为了增加病毒载体插入外源DNA的容量，除了可以删除病毒的非必需基因外，还可以进一步删去部分或全部必需基因，这些必需基因的功能由辅助病毒或包装细胞系反式提供。

病毒载体大体上可分为两种类型：

重组型病毒载体：这类载体是以完整的病毒基因组为改造对象。一般的步骤是选择性地删除病毒的某些必需基因尤其是立早基因或早期基因，或控制其表达；缺失的必需基因的功能由互补细胞反式提供；用外源基因表达单位替代病毒非必需基因区；病毒复制和包装所需的顺式作用元件不变。这类载体一般通过同源重组方法将外源基因表达单位插入病毒基因组中。如在传统的重组腺病毒构建方法中，将外源基因表达盒（exogenous gene expression cassette）插入穿梭质粒（如pXCX2或pFGdX1）的腺病毒同源序

（Graham FL and Prevec L 1995）和重组单纯疱疹病毒（Pyles RB et al. 1997；Kramm CM et al. 1997）的传统制备方法都是采用这种方式。

为了使病毒载体的生产更为方便，病毒复制和包装所必需的顺式作用元件和外源基因的表达盒除了可以用质粒携带以外，也可以用另一种病毒（往往是辅助病毒）或生产细胞来携带。

辅助元件

包括病毒复制和包装所必需的所有反式作用元件。这些元件一般包括病毒基因转录调控基因、病毒DNA 合成和包装所需的各种酶类的基因、病毒的外壳蛋白基因等。辅助元件的表现形式可以多种多样。常用的形式有：

①辅助质粒（helper plasmid），如用于产生重组腺病毒的质粒JM17，用于重组AAV包装的辅助质粒pAAV/Ad（Rolling F and Samulski J 1995）等；

②辅助病毒（helper virus），如用于HSV 扩增子载体包装的辅助病毒HSV1 tsK株；

③包装细胞系如用于反转录病毒载体包装的PA317细胞。

这些表现形式之间可以相互转化或合并。例如，辅助病毒可以转化为辅助质粒：传统的AAV载体生产系统常用腺病毒作为辅助病毒。研究发现，并非腺病毒的所有基因对AAV病毒的产生都是必需的，只需要腺病毒E1a, E1b, E2a, E4和VA RNA 5种基因就行了。因此，将这5种基因置于同一个质粒中，构建成的这种新的辅助质粒就完全可以替代原来的辅助病毒（Xiao X et al. 1998; Grimm D et al. 1998 ），不但提高了包装效率，而且避免了产品中腺病毒污染的问题。

上述几种要素的不同组合，便产生了各种各样的病毒载体包装策略。根据病毒载体生产系统的组成因素的多少，可将其分成以下几种：

单组成因素生产系统（one-component system）：

所有的组成成分都集中在生产细胞中。经典的反转录病毒生产系统就是由产病毒细胞（VPC）组成，重组反转录病毒由VPC细胞不断分泌至培养上清中。这种生产系统操作最为简单，但是往往产量不高或不

稳定。采用这种策略，需要将重组病毒产生所需要的所有元件都稳定地置于生产细胞中。由于许多病毒基因产物本身对细胞有破坏作用或不能在细胞中稳定表达，因此这种策略在许多病毒载体的生产中难以实施。

双组成因素生产系统（two-component system）

这种生产系统一般由"一株病毒/一株细胞"组成。典型的例子是重组腺病毒生产系统。先用共转染的方法获得重组腺病毒毒种，再由该毒种和生产细胞（如293细胞）组成一个双组成因素的生产系统使病毒大量扩增。

多组成因素生产系统（multi-component system）

是由两种以上的组成因素组成的生产系统。传统的AAV载体生产系统就是由载体质粒，辅助质粒，辅助病毒和生产细胞4种因素组成。这种策略的缺点是影响因素多，操作复杂，产量不容易稳定，不利于大规模生产。以上各种生产系统也可以相互转化。我们实验室通过将上述AAV载体生产系统的4种因素进行两两合并，即将辅助质粒和辅助病毒合并成一种重组的辅助病毒，将载体质粒和生产细胞合并成AAV前病毒细胞株，成功地将其转化成一种双组成因素的新型高效生产系统（伍志坚等，1999）。

一般来说，发展新的包装策略主要是为了以下几种目的：

（1）减少生产系统中的组成因素，简化操作过程；

（2）提高生产效率，降低生产成本；

（3）避免或降低野生型病毒的产生；

（4）避免使用难以与产品病毒分离的辅助病毒。

第三节病毒载体的纯化方法

重组病毒的纯化与基因工程产品的纯化既有许多共性，又有显著的不同之处。病毒可以看作是一个具有特定结构的生物大分子，一般都由位于中心的核酸和包裹于其外的蛋白外壳组成。有些病毒还具有脂质膜和糖蛋白或糖脂。许多分离纯化蛋白质的方法如离心和梯度离心、盐析、柱层析、超滤、透析等方法都可用于病毒的纯化。然而，由于病毒结构的复杂性，纯化时不能采用蛋白质变性和复性的方法，因为一旦

病毒蛋白发生变性，或病毒结构发生破坏，在体外就很难再重建成有感染性的病毒颗粒。因此，在病毒的纯化过程中必须保持病毒的结构不受破坏，并且监测其感染活性。

病毒的纯化一般分为以下几个步骤：

初始物（start material）的收集或制备

根据病毒产生方式的不同而采取不同的方式。对于不导致细胞病变和死亡的病毒如反转录病毒，可不断收集产毒细胞（VPC细胞）的培养上清作为初始物；对于在生产病毒过程中宿主细胞发生病变和死亡的病毒如腺病毒，在病毒产生达到高峰时，收集培养上清，并裂解细胞以释放细胞内的病毒。

培养上清和细胞裂解液都可作为纯化的初始物。在实验室的小规模制备中，往往采用将培养上清与细胞一起反复冻融3～4次的方法制备细胞裂解液作为初始物。对于初始物体积大于500ml的较大规模的制备，则需要考虑采用不同初始物的损益率。如果收集时大部分（90％以上）目标病毒仍存在于细胞中，为了减少操作大体积初始物带来的不便，可以考虑放弃上清中含有的目标病毒，而通过低速离心收集细胞，重悬于较小体积的缓冲液中进行细胞裂解制备细胞裂解液。对于腺病毒和AAV病毒的大规模制备都可以采用这种方式。如果通过延长培养时间可以使大部分的目标病毒释放到培养液中，也可以只收集培养上清而弃去细胞，从而省去反复冻融的步骤。

除了用反复冻融方法裂解细胞外，还可以根据目标病毒的生物学性质采用其它不影响其感染性的方法，如超声法、化学法（如在AAV病毒制备中用脱氧胆酸或氯仿）等。

初始物的浓缩

当初始物体积较大时，要考虑对其进行浓缩后再分离纯化。浓缩时最好同时能获得初步纯化对于效果。在不影响目标病毒的感染性的前提下，可选用盐析、超滤、透析等方法进行浓缩。盐析法不仅可以用来浓缩初始物，同时也能达到一定的分离纯化效果。最常用的盐是硫酸铵；许多病毒如腺病毒、AAV病毒和单纯疱疹病毒用聚乙二醇/氯化钠系统沉淀可获得很好的效果并且不影响病毒的感染性。

目标病毒的分离纯化

采用其它的变通方法。对于腺病毒载体，检测有复制能力的腺病毒（RCA）主要采用空斑分析方法及PCR 方法。

辅助病毒

对于生产过程需要辅助病毒参与的病毒载体如AAV病毒载体，由于这些辅助病毒本身具有复制能力并对机体细胞有破坏性，因此检测病毒制剂中的辅助病毒如腺病毒或单纯疱疹病毒的残存量十分重要。

其它成分的污染

检测指标包括细菌、霉菌、支原体、内毒素等及在纯化过程中所用试剂如氯化铯等的残余量。

第六节病毒载体的发展方向

基因治疗研究的快速发展对基因导入系统提出了越来越高的要求。病毒载体的发展也日新月异，包括对已有病毒载体的不断改进和完善，和越来越多的其它病毒被改造成为新的病毒载体。病毒载体的发展方向可归纳成以下几个方面：

简便、高效的病毒载体包装系统：考虑到包装的高效性和操作的简便性，越来越多的病毒载体生产系统将采用双组成因素系统。这种系统容易用于病毒载体的大规模生产（Liu XL et al.1999; Conway JE et al. 1999 ）。

无病毒基因的病毒载体（gutless viral vector）：去除病毒载体中所有的病毒基因，只保留其复制和包装所必需的顺式作用元件，是病毒载体的重要发展方向。这种策略可最大限度地扩大载体的容量和减少病毒对细胞的直接毒性和病毒蛋白表达引起的免疫毒性。腺病毒的微载体（mini-Ad）、AAV载体、HSV 扩增子载体都是无病毒基因的病毒载体。这一发展方向需要解决的主要问题是建立高效、安全（无辅助病毒污染）的包装系统。

可调控表达外源基因的病毒载体：在许多疾病的基因治疗中，实现外源基因的可调控表达十分重要。如糖尿病的基因治疗，外源的胰岛素基因的表达最好能受血糖水平的调控；肾性贫血的基因治疗，EPO基因的表达最好能受血氧含量的调控等。目前所研究的表达调控系统主要包括各种药物诱导的表达"开关"。其

中四环素控制系统（Tet-on和Tet-off）是人工设计的一种基因表达调控模式。这个系统在体外和动物体内实验中都表现出良好的表达调控作用（Fotaki ME et al.1997; Miller N and Whelan J 1997）。然而，由于其中的反式作用蛋白（tTA或rtTA）是异种蛋白，在机体内可能引起毒性作用和免疫反应，因此用于人体前还需考虑其安全性和长期有效性。

最近Binley K等（1999）报道了用缺氧反应元件（hypoxia response element ,HRE）腺病毒载体中外源基因的表达。缺氧可激活bHLH/PAS 家族转录因子的表达，它们可结合HRE核心序列上，诱发其下游基因的表达。

自我扩增型载体（self-amplifying vector）（Herweijer H and Wolff JA 1997）：目前的基因转移方法基因转移的效率仍相对较低，尤其是在体内。为了提高外源基因表达总水平，除了提高基因转移效率外，另一种方法是尽量提高外源DNA在细胞中的表达水平。用自我扩增型的表达载体是达到此目的的方法之一。这些载体是以正链RNA病毒Sindbis病毒和Semliki Forest 病毒为基础的。用目的基因代替病毒的外壳蛋白编码序列，导入靶细胞中，病毒的复制蛋白大量复制重组的基因组，mRNA水平的大量增加导致高水平的转导基因表达。自我扩增型载体的表现形式可以是RNA，DNA和重组病毒。

特异性复制型性病毒载体（specifically replicating vector）：指可在某种特性的组织中产毒性复制，而在其它组织中不增殖的病毒载体。这类病毒载体主要用于特异性裂解肿瘤细胞。如腺病毒突变株

Onyx-015是55Kdal E1B基因功能缺失的腺病毒突变株，可以选择性地在p53基因突变的肿瘤细胞中增殖，而在正常组织细胞中不增殖。用这种突变株联合化疗治疗恶性肿瘤II期临床结果令人鼓舞（Kirn D et al. 1998），已进入III期临床试验，从此，许多人工改造的腺病毒突变体被用于肿瘤治疗研究中。如将腺病毒E1基因的表达用甲胎蛋白（AFP）启动子控制，使得该病毒只能在甲胎蛋白阳性的肝癌细胞中增殖导致细胞死亡。也可以将这种病毒的基因组分开装在两个互补的缺陷性腺病毒载体上（Alemany R et al. 1999），其中一个载体除了腺病毒复制和包装所必需的顺式作用元件外，只含有E1区基因，其中E1A基因的表达受AFP启动子的控制；另一个载体为E1区缺失的重组腺病毒。这两个载体同时感染AFP阳性的肝癌细胞

时，病毒可不断增殖而引起细胞死亡；对于AFP阴性的细胞，E1A基因不表达，因而病毒不能增殖。类似的设计在HSV载体系统也有报道。除了用甲胎蛋白作为反式激活因子外，各种其它组织特异性表达的蛋白和调控序列都可被用来控制病毒的增殖。

嵌合型病毒载体（hybrid viral vector）：是指将不同病毒的基因元件进行组合，形成的重组杂合病毒。如腺病毒与AAV病毒的杂合体病毒，既具有腺病毒的感染性和基因组特性（双链线状DNA），又具有AAV 病毒的染色体整合性（Lieber A et al. 1999）。各种病毒基因元件组合形成新的杂合载体的报道层出不穷，如单纯疱疹病毒扩增子与AAV病毒杂合载体（Johnston KM et al. 1997）、腺病毒与EB病毒复制子杂合载体（Tan BT et al. 1999）腺病毒与反转录病毒杂合载体（Caplen NJ et al. 1999）等，不一而足。这些杂合载体使重组病毒的特性多样化，以适应不同基因转移目的的需要。

靶向性病毒载体（targeted viral vector）：是指能特异性地结合并感染某种细胞的病毒载体。靶向性病毒载体的产生主要有两种方法。一种方法是将病毒颗粒与某一靶向分子（Harari OA et al.1999 ）或特异性抗体（Bartlett JS et al. 1999）偶联；另一种方法是通过改变病毒外壳蛋白的结构，使其对细胞的亲嗜性发生改变（Reynolds P et al. 1999；Krasnykh VN et al. 1996 ）。

用各种其它病毒构成新型病毒载体：略。

参考文献

Aderson RW. 1996. Forum'96: Gene Therapy. P21-24

Alemany R, Lai S, Lou YC et al. 1999. Complementary adenoviral vectors for oncolysis. Cancer Gene Ther. 6:21-25

Bartlett JS, Kleinschmidt J, Boucher RC et al. 1999. Targeted adeno-associated virus vector transduction of nonpermissive cells mediated by bispecific F(ab'γ)2 antibody. Nature Biotechnology. 17:181-186

Caplen NJ, Higginbotham JN, Scheel JR, Vahanian N et al. 1999Adeno-retroviral chimeric viruses as in vivo transducing agents. Gene Ther. 6:454-459

Conway JE, Rhys CMJ, Zolotuklin I et al. 1999. High-titer recombinant adeno-associated virus production utilizing a recombinant herpes simplex virus type I vector expressing AAV-2 rep and cap. Gene Ther. 6:986-993 Ding L, Lu S and Munshi NC. 1997. In vitro packaging of an infectious recombinant adeno-associated virus 2. Gene Ther. 4:1167-1172

Fotaki ME,Pink JR, Mous J 1997. Tetracycline-responsive gene expression in mouse brain after amplicon-mediated gene transfer. Gene Ther. 4:901-908

Gene Ther. 6:1336-1339

Graham FL and Prevec L. 1995. Methods for construction of adenovirus vectors. Molecular Biotechnology. 3:207-220

Grimm D, Kern A, Rittner K et al. 1998. Novel tools for production and purification of recombinant adenoassociated virus vectors. Hum. Gene Ther. 9:2745-2760）

Harari OA, Wickham TJ, Stocker CJ et al. 1999. Targeting an adenoviral gene vector to

cytokine-activated vascular endothelium via E-selectin. Gene Ther. 6:801-7

Johnston KM. Jacoby D. Pechan PA et al. 1997. HSV/AAV hybrid amplicon vectors extend transgene expression in human glioma cells. Hum Gene Ther. 8:359-370

Kirn D, Hermiston T and McCormick F. 1998. ONYX-015: Clinical data are encouraging. Nature Med. 4:1341-1342

Kramm CM, Chase M, Herrlinger U et al. 1997. Therapeutic efficiency and safety of a

second-generation replication-conditional HSV1 vector for brain tumor gene therapy. Hum. Gene Ther. 8:2057-2068

Krasnykh VN, Mikheeva GV. Douglas JT et al. 1996. Generation of recombinant adenovirus vectors with modified fibers for altering viral tropism. J Virol. 70:6839-6846.

Lieber A, Steinwaerder.DS, Carlson CA et al. 1999. Integrating adenovirus-adeno-associated virus hybrid vectors devoid of all viral genes J Virol. 73:9314-9324

Liu XL, Clark KR, Johnson PR. 1999. Production of recombinant adeno-associated virus vectors using a packaging cell line and a hybrid recombinant adenovirus. Gene Ther. 6:293-299

Miller N and Whelan J. 1997. Progress in transcriptionally targeted and regulatable vectors for genetic therapy. Hum. Gene Ther. 8:803-815

Pyles RB, Warnick RE, Chalk CL et al.1997 A novel multiply-mutated HSV-1 strain for the treatment of human brain tumors. Hum. Gene Ther. 8:533-544

Reynolds P, Dmitriev I, Curiel D. 1999. Insertion of an RGD motif into the HI loop of adenovirus fiber protein alters the distribution of transgene expression of the systemically administered vector.

Rolling F and Samulski J. 1995 AAV as a viral vector for human gene therapy. Molecular Biotechnology. 3:9-15

Summerford C and Samulski J. 1999 Viral receptors and vector purification : new approaches for generating clinical-grade reagents. Nature Med. 5:587-588

Tan BT, Wu L, Berk AJ. 1999. An adenovirus-Epstein-Barr virus hybrid vector that stably transforms cultured cells with high efficiency. J Virol . 73: 7582-7589

Xiao X, Li J, Samulski J. 1998. Production of high-titer recombinant adeno-associated virus vectors in the absence of helper adenovirus. J Virol. 72:2224-2232

Zhou XH and Nicholas Muzyzca. 1998. In vitro packaging of adeno-associated virus DNA. J Virol. 72:3241-3247.

伍志坚，吴小兵，侯云德. 1999. 具有AAV载体包装功能的重组HSV的产生. 科学通报. 44（5）：506-509 吴小兵，董小岩，伍志坚等. 1998. 以粘粒为基础产生重组单纯疱疹病毒HSV1-lacZ的研究. 病毒学报. 14:359-364

病毒学论文

辽宁大学病毒学课程综述设计题目：关于禽流感病毒及其概述姓名：邹虎山学号：121303111 院系：生命科学院专业：生物技术（1）班课程号：1330472 教师：郑方亮 2014年6月5日

关于禽流感病毒及其概述邹虎山（辽宁大学生命科学院生物技术1班）摘要：禽流感是禽流行性感冒的简称，这是一种由甲型流感病毒的一种亚型引起的传染性疾病综合征，被国际兽疫局定为Ａ类传染病，又称真性鸡瘟或欧洲鸡瘟。不仅是鸡，其它一些家禽和野鸟都能感染禽流感。按病原体的类型，禽流感可分为高致病性、低致病性和非致病性三大类。非致病性禽流感不会引起明显症状，仅使染病的禽鸟体内产生病毒抗体。低致病性禽流感可使禽类出现轻度呼吸道症状，食量减少、产蛋量下降，出现零星死亡。高致病性禽流感最为严重，发病率和死亡率高，感染的鸡群常常“全军覆没”。最早的禽流感记录在1878年，意大利发生鸡群大量死亡，当时被称为鸡瘟。到1955年，科学家证实其致病病毒为甲型流感病毒。此后，这种疾病更名为禽流感。禽流感被发现100多年来，人类并没有掌握有效的预防和治疗方法，仅能以消毒、隔离、大量宰杀禽畜的方法防止其蔓延。高致病性禽流感暴发的地区，往往蒙受巨大经济损失。关键词：禽流感；致病性；感染；人流感；免疫 0引言禽流感病毒（AIV）属甲型流感病毒。流感病毒属于RNA病毒的正黏病毒科，分甲、乙、丙3个型。其中甲型流感病毒多发于禽类，一些甲型也可感染猪、马、海豹和鲸等各种哺乳动物及人类；乙型和丙型流感病毒则分别见于海豹和猪的感染。感染人的禽流感病毒亚型主要为H5N1、H9N2、H7N7，其中感染H5N1的患者病情重，病死率高。要预防禽流感病毒，除了要勤洗手，减少接触家禽，食用家禽应当彻底煮熟以外，建议可以适当饮用星群夏桑菊。星群夏桑菊含有“夏枯草、桑叶、菊花”三味优质中药，能提高人体对禽流感病毒的抵抗力，被誉为“中药达菲”；在2009年，独家获得了国家防治流感、禽流感的专利号。 1：病原禽流感是由A型流感病毒引起鸡、火鸡、鸭、鹅、鹌鹑等家禽的传染病，同时也是一种人畜共患病、我国将其列为一类动物传染病[1]。鸡、火鸡、鸭和鹌鹑等家禽及野鸟、水禽、海鸟等均可感染，发病情况轻重不一，从急性败血性死

慢病毒载体使用手册

LentiCRISPRv2 and lentiGuide-Puro: lentiviral CRISPR/Cas9 and single guide RNA CRISPR (C lustered R egularly I nterspaced S hort P alindromic R epeats) is a microbial nuclease system involved in defense against invading phages and plasmids. CRISPR loci in microbial hosts contain a combination of CRISPR-associated (Cas) genes as well as non-coding RNA elements capable of programming the specificity of the CRISPR-mediated nucleic acid cleavage. Lentiviral CRISPR/Cas can infect a broad variety of mammalian cells by co-expressing a mammalian codon-optimized Cas9 nuclease along with a single guide RNA (sgRNA) to facilitate genome editing (Shalem*, Sanjana*, et al., Science 2014). Protocols for cloning into the lentiviral transfer plasmid and general considerations for producing lentivirus are described below. Separate protocols are available for amplifying the genome-scale CRISPR knock-out (GeCKO) libraries. This protocol is for creating individual lentiviral CRISPR plasmids targeting a single genomic locus. lentiCRISPRv2 (one vector system): This plasmid contains two expression cassettes, hSpCas9 and the chimeric guide RNA. The vector can be digested using BsmB I, and a pair of annealed oligos can be cloned into the single guide RNA scaffold. The oligos are designed based on the target site sequence (20bp) and needs to be flanked on the 3' end by a 3bp NGG PAM sequence, as shown on the next page. lentiGuide-Puro (two vector system): This plasmid expressed only the chimeric guide RNA. It does not contain Cas9. Please use lentiCas9-Blast (a separate lentiviral construct that delivers hSpCas9 and blasticidin resistance) to first integrate Cas9 into your cell line. The lentiGuide-Puro vector can be digested using BsmB I, and a pair of annealed oligos can be cloned into the single guide RNA scaffold. The oligos are designed based on the target site sequence (20bp) and needs to be flanked on the 3' end by a 3bp NGG PAM sequence, as shown on the next page. Which vector to use: lentiCRISPRv2 is identical to the original lentiCRISPRv1 but produces nearly 10X higher titer virus. lentiGuide-Puro produces >100X higher titer virus over lentiCRISPRv1 and should be used in cell lines where Cas9 has already been integrated in (e.g. using the separate lentiCas9-Blast lentivirus). For applications where Cas9 cannot first be introduced (e.g. primary cells), lentiCRISPRv2 is recommended. After transduction, use puromycin to select for cells with lentiCRISPRv2 or lentiGuide-Puro. Lentiviral production: Before starting any lentiviral work, please ensure compliance with your Environmental Health and Safety office and government/organization/university. Briefly, to make lentivirus, a transfer plasmid (e.g. lentiCRISPRv2 or lentiGuide-Puro) must be co-transfected into HEK293(F)T cells with the packaging plasmids pVSVg (AddGene 8454) and psPAX2 (AddGene 12260). As a positive control for viral production, we often use a CMV-EGFP lentiviral transfer plasmid (eg. AddGene 19319). Target design notes and online resources: For application of Cas9 for site-specific genome editing in eukaryotic cells and organisms, we have computationally identified suitable target sites for the S. pyogenes Cas9 and calculated most likely off-targets within the genome. Please visit https://www.360docs.net/doc/1617478332.html, to access these Cas9 target design tools. Complete plasmid sequences, protocols, a discussion forum and additional information can be found at the Zhang Lab GeCKO website: https://www.360docs.net/doc/1617478332.html,/gecko/ . Citation: Please reference the following publications for the use of this material. Improved lentiviral vectors and genome-wide libraries for CRISPR screening. Sanjana NE*, Shalem O*, Zhang F. Nature Methods (2014). Genome-scale CRISPR-Cas9 knockout screening in human cells. Shalem O*, Sanjana NE*, Hartenian E, Shi X, Scott DA, Mikkelsen T, Heckl D, Ebert BL, Root DE, Doench JG, Zhang F (2014). Science, 343, 83-7. DOI: 10.1126/science.1247005

病毒载体概述

病毒载体概述引言基因导入系统(gene delivery system)就是基因治疗的核心技术,可分为病毒载体系统与非病毒载体系统。本章主要论述用于人类基因治疗的病毒载体系统。用于基因治疗的病毒载体应具备以下基本条件: 1、携带外源基因并能包装成病毒颗粒; 2、介导外源基因的转移与表达; 3、对机体不致病。然而,大多数野生型病毒对机体都具有致病性。因此需要对其进行改造后才能用于人体。原则上,各种类型的病毒都能被改造成病毒载体。但就是由于病毒的多样性及与机体复杂的依存关系,人们至今对许多病毒的生活周期、分子生物学、与疾病发生及发展的关系等的认识还很不全面,从而限制了许多病毒发展成为具有实用性的载体。近20年来,只有少数几种病毒如反转录病毒(包括HIV病毒)、腺病毒、腺病毒伴随病毒、疱疹病毒(包括单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒)、甲病毒等被成功地改造成为基因转移载体并开展了不同程度的应用。第一节病毒载体产生的原理病毒载体的产生建立在对病毒的生活周期与分子生物学认识的基础之上。研究病毒载体首先要对病毒的基因组结构与功能有充分的了解,最好能获得病毒基因组全序列信息。病毒基因组可分为编码区与非编码区。编码区基因产生病毒的结构蛋白与非结构蛋白;根据其对病毒感染性复制的影响,又可分为必需基因与非必需基因。非编码区中含有病毒进行复制与包装等功能所必需的顺式作用元件。各种野生型病毒颗粒都具有一定的包装容量,即对所包装的病毒基因组的长度有一定的限制。一般来说,病毒包装容量不超过自身基因组大小的105～110％。

基因重组技术的发展使病毒载体的产生成为可能。最简单的做法就是,将适当长度的外源DNA插入病毒基因组的非必需区,包装成重组病毒颗粒。比如,本实验室曾将4、5kb的lacZ基因表达盒 (CMV-lacZ-polyA)插入HSV1病毒的UL44(糖蛋白C)基因的XbaI位点中,病毒基因组的其余部分不改变,构建成重组病毒HSV1-lacZ100(吴小兵等,1998)。由于UL44基因产物对于HSV病毒在培养细胞中产毒性感染就是非必需的,因此,该重组病毒可以在细胞中增殖传代。用这种重组病毒感染细胞,能将lacZ基因带入细胞并高效表达。用同样的方法,将AAV-2病毒的rep与cap基因片段(4、3kb)插入HSV1病毒的UL2(编码尿嘧啶DNA糖基化酶)或UL44(编码糖蛋白C)基因中,构建成具有提供重组AAV载体复制与包装所需的全部辅助功能的辅助病毒rHSV-rc(伍志坚等,1999)。然而,这样的重组病毒作为基因转移载体有许多缺点。首先,许多野生型病毒通过在细胞中产毒性复制而导致细胞裂解死亡;或带有病毒癌基因而使细胞发生转化。因此必须经过改造使其成为复制缺陷性病毒并且删除致癌基因后才能用于基因治疗。其次,插入外源DNA的长度受到很大限制,尤其对于基因组本身较小的病毒如腺病毒伴随病毒(AAV,4、7kb)、反转录病毒(8～10kb)、腺病毒(36kb),如果不去除病毒基因,可供外源DNA插入的容量就十分小。因此,必须删除更多的病毒基因以腾出位置插入较大的外源DNA。为了增加病毒载体插入外源DNA的容量,除了可以删除病毒的非必需基因外,还可以进一步删去部分或全部必需基因,这些必需基因的功能由辅助病毒或包装细胞系反式提供。病毒载体大体上可分为两种类型: 重组型病毒载体:这类载体就是以完整的病毒基因组为改造对象。一般的步骤就是选择性地删除病毒的某些必需基因尤其就是立早基因或早期基因,或控制其表达;缺失的必需基因的功能由互补细胞反式提供;用外源基因表达单位替代病毒非必需基因区;病毒复制与包装所需的顺式作用元件不变。这类载体一般通过同源重组方法将外源基因表达单位插入病毒基因组中。如在传统的重组腺病毒构建方法中,将外源基因表达盒(exogenous gene expression cassette)插入穿梭质粒(如pXCX2或pFGdX1)的腺病毒同源序列中,与辅助

反病毒技术发展四部曲

击，开始把这些攻击称为APT。2010年，随着震网（Stuxnet）病毒重挫伊朗核进程，APT终于成为了以国家和政经集团为支撑，对特定目标长期持续作业的网络新威胁的统称。由于APT广泛使用0day漏洞、隐蔽通信、签名仿冒，加之攻击者承担成本能力之强大、攻击意志之坚决，前所未有，其对安全体系的冲击和造成的心理恐慌都到达了空前的程度。这种压力一方面驱动了传统反病毒厂商进行产品和技术的改进，另一方面也驱动了新兴厂商的出现。FireEye倡导了传统网络侧检测设备与沙箱结合的产品形态，其核心价值不仅是可以将可执行对象直接投放到设备附带的虚拟环境中运行，进行行为判定，更重要的是利用这个虚拟环境实现利用不同的解析器、也包括不同的解析器版本打开，以诱发文件格式溢出。这样就可以让0day漏洞在数据向代码转换的过程中被显现出来。而国内瀚海源的星云、安天的追影等都是同类方向的产品。图1 安天在分析Stuxnet过程中临时搭建的工控沙盘Bit9则引领了企业级终端防护产品基于白名单和安全基线进行重构的浪潮。由于反病毒是一种易于获得的资源，导致其易于进行对抗测试的传统软肋难以改变，因此利用企业网络环境相对单纯的特点，建立一套自定义的白名单则成为一个新的安全选择。当然，如果只有单纯的相关机制只是一种静态执行体的可信，其对溢出、脚本等依然不能有效应对，需要传统的主动防御机制进行补充，在这一点上，无疑传统反病毒厂商更有优势。而在白名单线路上传统企业反病毒的成熟架构、公有云安全知识的积累，也都有独特的优势。因此我们也看到，国内的金山安全、360企业级产品线也纷纷跟进形成解决方案，不仅发布了私有云产品，也将基于沙箱的鉴定器前置。总体来看，无论是网络侧与沙箱结合，还是私有安全云，都反映出在APT的高度定向化以及持续化攻击的压力下，安全解决方案呈现出了能力前置、知识私有的趋势。网络侧的沙箱与传统反病毒的后端自动化行为分析并无本质的差异，而私有安全云亦可看成是厂商安全云的微缩版本。其革命意义不在于技术点，而在于部署位置和安全资产所有者的变化。结束语反病毒技术和体系从20世纪80年代后期发展至今，如一道穿越时空的硝烟火线，是信息技术的保卫者和使用者联合与威胁对抗的不屈历史。每当恶意代码展现出新的趋势、威胁和压力时，反病毒工作者都在积极求变，作出应对。虽然魔道之高下，难有公论，但显然作为守方的我们，虽有短暂被动尴尬之时，但从无无计可施之日。在这种持续的对抗中，既形成了反病毒的体系能力和方法，也历练了反病毒团队和从业者的价值取向。此间的精彩过程显然不止我所描述的四段，只是这些对于我而言参与更多而已。作为一名反病毒老兵，从20世纪90年代分析学习国外反病毒引擎起步，2001年正式开始反病毒引擎的设计工作，完整经历了团队建立网络恶意代码检测能力和驱动后台分析机制成熟的全程，今天亦与同事们依托这些工作积累，投身APT的检测与对抗。虽心力微薄，才华拙劣，依然虔诚前行，值2013岁尾临近，作此总结，希望能带领读者分享我们一直以来的经验与坚持、以及我们对这份正直而有原则之事业的热爱。文章系根据作者在ISF2013

慢病毒载体包装构建过程

慢病毒载体包装构建过程原理：慢病毒载体可以将外源基因或外源的shRNA有效地整合到宿主染色体上，从而达到持久性表达目的序列的效果。在感染能力方面可有效地感染神经元细胞、肝细胞、心肌细胞、肿瘤细胞、内皮细胞、干细胞等多种类型的细胞，从而达到良好的的基因治疗效果。对于一些较难转染的细胞，如原代细胞、干细胞、不分化的细胞等，使用慢病毒载体，能大大提高目的基因或目的shRNA的转导效率，且目的基因或目的shRNA整合到宿主细胞基因组的几率大大增加，能够比较方便快捷地实现目的基因或目的shRNA的长期、稳定表达。概念：慢病毒载体是指以人类免疫缺陷病毒-1 (H IV-1) 来源的一种病毒载体，慢病毒载体包含了包装、转染、稳定整合所需要的遗传信息，是慢病毒载体系统的主要组成部分。携带有外源基因的慢病毒载体在慢病毒包装质粒、细胞系的辅助下，经过病毒包装成为有感染力的病毒颗粒，通过感染细胞或活体组织，实现外源基因在细胞或活体组织中表达。辅助成分：慢病毒载体辅助成分包括：慢病毒包装质粒和可产生病毒颗粒的细胞系。慢病毒载体包含了包装、转染、稳定整合所需要的遗传信息。慢病毒包装质粒可提供所有的转录并包装RNA 到重组的假病毒载体所需要的所有辅助蛋白。为产生高滴度的病毒颗粒，需要利用表达载体和包装质粒同时共转染细胞，在细胞中进行病毒的包装，包装好的假病毒颗粒分泌到细胞外的培养基中，离心取得上清液后，可以直接用于宿主细胞的感染，目的基因进入到宿主细胞之后，经过反转录，整合到基因组，从而高水平的表达效应分子。基本原理：慢病毒载体系统由两部分组成，即包装成分和载体成分。

包装成分：由HIV-1基因组去除了包装、逆转录和整合所需的顺式作用序列而构建，能够反式提供产生病毒颗粒所必需的蛋白。包装成分通常被分开构建到两个质粒上，一个质粒表达Gag和Pol蛋白，另一个质粒表达Env蛋白，其目的也是降低恢复成野生型病毒的可能。将包装成分与载体成分的3个质粒共转染细胞(如人肾293T细胞)，即可在细胞上清中收获只有一次性感染能力而无复制能力的、携带目的基因的HIV-1载体颗粒。载体成分：与包装成分互补，即含有包装、逆转录和整合所需的HIV顺式作用序列，同时具有异源启动子控制下的多克隆位点及在此位点插入的目的基因。为降低两种成分同源重组恢复成野生型病毒的可能，需尽量减少二者的同源性，如将包装成分上5′LTR换成巨细胞病毒(CMV)立即早期启动子、3′LTR换成SV40 polyA等。一、实验流程（1和2为并列步骤） 1.慢病毒过表达质粒载体的构建设计上下游特异性扩增引物，同时引入酶切位点，PCR(采用高保真KOD酶，3K内突变率为0%)从模板中（CDNA质粒或者文库）调取目的基因CDS区（coding sequence）连入T载体。将CDS区从T载体上切下，装入慢病毒过表达质粒载体。 2.慢病毒干扰质粒载体的构建合成siRNA对应的DNA颈环结构，退火后连入慢病毒干扰质粒载体 3. 慢病毒载体的包装与浓缩纯化制备慢病毒穿梭质粒及其辅助包装原件载体质粒，三种质粒载体分别进行高纯度无内毒素抽提，共转染293T细胞，转染后6 h 更换为完全培养基，培养24和48h后，分别收集富含

流行性感冒

第二节流行性感冒 Avian Influenza（AI）一、流行性感冒（一）概述流行性感冒（简称流感），是由流行性感冒病毒（简称流感病毒）引起人和多种动物的一种急性、热性、高度接触性传染病在人和哺乳动物，此病以发热和伴有急性呼吸道症状为特征，在禽类则表现为急性败血症、呼吸道症状、隐性感染等多种临床症状发病急骤、传播迅速，感染谱广，呈流行或大流行性本病分布于世界各地，普遍存在于多种动物和人群之中历史很久。鸡群—1878，意大利；猪群—1918，美国；马—1955，欧洲；人—1918，美国。有详细记载的人流感共有6次世界大流行，分别是1918（全球2100万人死亡）、1946、1957、1967、1976、1999 危害和损失与FMD相似。1997年以来，流感在全球范围内的流行有泛滥肆虐之势，引起高度警惕对人具有感染性的亚型及大事件（二）病原学 1 病原流感病毒(Influenza virus)，属于正粘病毒科(Orthomyxoviridae) ，RNA病毒，有囊膜 2 分类主要有A型、B型、C型流感病毒属 A型在禽类、哺乳动物和人群中存在，B、C型流感病毒，主要是人类的病原造成危害的禽流感病毒主要是A型 3 形态结构流感病毒粒子呈多型性，多呈球形，还常见椭圆形或长丝状等。A、B型流感病毒的基因组分为8个节段，C型为7个节段囊膜上有两种密集排列的纤突，即血凝素（HA）和神经氨酸酶（NA） HA具有凝集红细胞的特性，并可被相应抗体所阻断，HA、HI试验 HA能够与宿主细胞上的特异受体结合，便于病毒侵入细胞 NA主要与病毒成熟后从细胞内通过细胞膜出芽释放或从细胞膜上脱落有关 4 抗原和血清型表面抗原：HA和NA，糖蛋白，良好的免疫原性，很强的变异性。至今，A型流感病毒HA抗原有16个亚型（H1～H16），NA有9个亚型（N1～N9）。两者可组合形成众多的血清亚型，如H1N1、H1N2、H1N3、H5H2、H7N1、H9N2等作用：HA诱导的抗体能够中和病毒和抑制病毒血凝活性;NA诱导的抗体可以干扰病毒释放、抑制病毒复制内部抗原：核蛋白(NP)和膜基质(M)抗原，保守性强。据此可将流感病毒分为A、B、C三型（琼脂扩散试验），其中B型仅感染人，C型感染人很少引起动物发病，A型可对人、猪、马、禽致病抗原变异：流感病毒基因组具有多个片段，复制时不同片段间很易发生重组和交换。主要发生在HA和NA抗原上抗原漂移（antigenic drift）:HA或NA抗原的微小变异，只引起个别氨基酸或抗原位点的变化。只产生新的毒株

慢病毒载体,稳定表达

慢病毒载体，稳定表达一、慢病毒逆转录病毒（Retrovirus）：是一种RNA病毒，在复制时需在逆转录酶的作用下首先将RNA 转变为cDNA，再在DNA复制、转录、翻译等蛋白酶作用下扩增。主要包括RNA肿瘤病毒、慢病毒及泡沫病毒等三种亚科。慢病毒（Lentivirus）：属于逆转录病毒科，名称源自该种病毒长达数年的潜伏期。最经典的慢病毒是由HIV病毒改造而来，而且HIV-1/HIV-2系统也得到了广泛的应用，除了HIV病毒系统以外，后续还有猿类免疫缺陷病毒（simian immunodeficiency virus, SIV）载体系统、猫免疫缺陷病毒（felines immunodeficiency virus, FIV）载体系统、绵羊梅迪-维斯纳病毒（MMV）载体系统和马传染性贫血(EIA）载体系统等。慢病毒结构： 2个调节基因：（1）tat基因：反式激活因子，对HIV基因起正调控作用。（2）rev基因：病毒蛋白表达调节因子，增加gag和env基因对结构蛋白的表达。 4个辅助蛋白（附属）基因：（1）vif和vpu调节感染性病毒颗粒的产生；（2）vpr和nef参与疾病的表现。慢病毒的优势： 1.慢病毒携带的基因组可整合到宿主基因组，使宿主细胞长时间稳定表达外源基因； 2.可感染分裂和非分裂细胞； 3.低免疫原性，直接注射活体组织不易造成免疫反应，适用于动物实验； 4.可以更换特异性启动子； 5.野生型的HIV大小约为9.8 kb，插入片段可长达5-6 kb；

二、慢病毒载体慢病毒载体（Lentivirus）是一类改造自人免疫缺陷病毒（HIV）的病毒载体，是逆转录病毒的一种，基因组是RNA，其毒性基因已经被剔除并被外源性目的基因所取代，属于假型病毒。可利用逆转录酶将外源基因整合到基因组中实现稳定表达，具有感染分裂期与非分裂期细胞的特性。慢病毒包装过程：慢病毒基因组进入细胞后，在细胞浆中反转录为DNA，形成DNA整合前复合体，进入细胞核后，DNA整合到细胞基因组中。整合后的DNA转录成mRNA，回到细胞浆中，表达目的蛋白；或产生小RNA。慢病毒介导的基因表达或小RNA干扰作用持续且稳定，并随细胞基因组的分裂而分裂。慢病毒包装和侵染细胞的过程（元和生物）三、慢病毒的使用和优势慢病毒的使用量的取决因素：滴度，感染体积，MOI ，细胞密度滴度（Titer）：单位体积液体中有感染能力的病毒或噬菌体数目。单位：TU/mL （活性滴度单位）、copies/mL （物理滴度单位）检测方法：定量PCR检测干扰后细胞基因组中外源DNA拷贝数。实验原理：慢病毒介导外源基因以逆转录方式整合进目的细胞基因组。图3 MOI（multiplicity of infection）：感染复数或者复感染指数。指感染时病毒和细胞数量的比值。在实验中也将某个细胞达到80%感染时所需的MOI 值定义为这个细胞的MOI值。加的病毒量(μl)=细胞数×MOI/滴度(…/ml) ×1000。最后，818 一些有关慢病毒方面的产品： 1.关于慢病毒载体构建方面： ORF表达克隆产品【LPP-货号-载体-100，ORF/Promoter/lncRNA慢病毒】 shRNA克隆产品【LPP-货号-载体-050，shRNA慢病毒】 miRNA克隆产品【LPP-货号-载体-050，miRNA/inhibitor慢病毒】

反病毒技术现状及发展趋势

反病毒技术现状及发展趋势【背景】由于Internet的普及，互联网已经成为病毒制作技术扩散、病毒传播的重要途径，计算机病毒已成为当代信息社会的致命杀手，正所谓道高一尺，魔高一丈，病毒像幽灵一样，无处不在。病毒开发者之间已经出现了团队合作的趋势，尤其是病毒与黑客技术相结合，使其对抗反病毒技术的能力越来越强。面对这种严峻形势，人们急需要了解病毒的特征和反病毒技术，做到防杀结合，才能立于不败之地。一、计算机病毒的产生 1983 年11 月，世界上第一个计算机病毒在美国实验室诞生，1986 年，巴基斯坦两兄弟为追踪非法拷贝自己软件的人，又制造了世界上第一个传染个人电脑兼容机的“巴基斯坦”病毒。1988 年，计算机病毒开始传入我国，在短短几个月之内迅速感染了全国20 多个省、市的计算机。二、计算机病毒的特点 1．电子邮件已成为病毒快速传播的主要媒介前期，病毒只能通过软盘或光盘在计算机之间传播，而在网络中则可以通过网络通讯机制迅速扩散。1989 年，FORM 引导区病毒用了整整一年时间才流行起来，而通过电子邮件，Sircam 病毒一周之内就使全球数以万计的计算机用户受到波及，Nimda 更是用了不到30分种。电子邮件在为信息社会提供方便的同时，也使计算机病毒找到了一条新的传播途径和载体。 2．病毒与黑客技术相互融合病毒结合黑客技术利用系统漏洞进行双重攻击的方式，已经成为病毒编码的新趋势。这类病毒更具伪装性、主动性和破坏性，所造成的威胁不容忽视。2001 年引起轩然大波的“尼姆达”、“红色代码”和“求职信”病毒就是典型的黑客型病毒。 3．病毒采取了诸多自我保护机制计算机病毒为了能够躲避现有病毒检测技术，争取较长的存活期，进而实现广泛传播的目的，想尽各种办法隐蔽和保护自己，蠕虫病毒更是采取主动抑制杀毒软件的手段，加强对反病毒技术的对抗。 4．大量采用压缩技术目前的大部份病毒都是在原生病毒的基础上，经压缩变形而成。压缩后的病毒内容虽然同原生病毒一模一样，但病毒特征代码已经完全改变，相当于产生了一个新的变种病毒。 5．影响面广，后果严重病毒，尤其是蠕虫病毒轻则降低网络速度，影响工作，重则使之崩溃，破坏数据，使多年工作毁于一旦。据Computer Economics 的统计，仅红色代码病毒就吃掉了全球电脑用户26 亿美元，其中11 亿美元用于对100 万台以上的受感染服务器进行清理和对800 万台以上的其它服务器进行检查。 6．病毒编写越来越简单传统病毒的编程技术比较复杂，往往需要编程者对系统有深入的了解才行，但是病毒自动生产技术的产生，使得对计算机病毒一无所知的用户，也能随心所欲地组合出算法不同、功能各异的计算机病毒。 7．恶意网页给传统的病毒定义带来了新的挑战随着Internet 的逐步普及，又出现了能够摆脱平台依赖性的“恶意网页”，它们以ActiveX 技术和java Applet 为载体，潜伏在HTML 网页里面，用户只要浏览这类网页，恶意程序就会悄然自动下载到硬盘中。

慢病毒包装原理及应用

慢病毒包装系统简介及应用一、慢病毒包装简介及其用途慢病毒（Lentivirus ）载体是以HIV-1 （人类免疫缺陷I 型病毒）为基础发展起来的基因治疗载体。区别一般的逆转录病毒载体，它对分裂细胞和非分裂细胞均具有感染能力。慢病毒载体的研究发展得很快，研究的也非常深入。该载体可以将外源基因有效地整合到宿主染色体上，从而达到持久性表达。在感染能力方面可有效地感染神经元细胞、肝细胞、心肌细胞、肿瘤细胞、内皮细胞、干细胞等多种类型的细胞，从而达到良好的的基因治疗效果，在美国已经开展了临床研究，效果非常理想，因此具有广阔的应用前景。目前慢病毒也被广泛地应用于表达RNAi 的研究中。由于有些类型细胞脂质体转染效果差，转移到细胞内的siRNA 半衰期短，体外合成siRNA 对基因表达的抑制作用通常是短暂的，因而使其应用受到较大的限制。采用事先在体外构建能够表达siRNA 的载体，然后转移到细胞内转录siRNA 的策略，不但使脂质体有效转染的细胞种类增加，而且对基因表达抑制效果也不逊色于体外合成siRNA ，在长期稳定表达载体的细胞中，甚至可以发挥长期阻断基因表达的作用。在所构建的siRNA 表达载体中，是由RNA 聚合酶Ⅲ启动子来指导RNA 合成的，这是因为RNA 聚合酶Ⅲ有明确的起始和终止序列，而且合成的RNA 不会带poly A 尾。当RNA 聚合酶Ⅲ遇到连续4 个或5 个T 时，它指导的转录就会停止，在转录产物3' 端形成1~4 个U 。U6 和H1 RNA 启动子是两种RNA 聚合酶Ⅲ依赖的启动子，其特点是启动子自身元素均位于转录区的上游，适合于表达～21ntRNA 和～50ntRNA 茎环结构（stem loop ）。在siRNA 表达载体中，构成siRNA 的正义与反义链，可由各自的启动子分别转录，然后两条链互补结合形成siRNA ；也可由载体直接表达小发卡状RNA(small hairpin RNA, shRNA)，载体包含位于RNA 聚合酶Ⅲ启动子和4 ～5 T转录终止位点之间的茎环结构序列，转录后即可折叠成具有1~4 个U 3 ' 突出端的茎环结构，在细胞内进一步加工成siRNA 。构建载体前通常要通过合成siRNA 的方法，寻找高效的siRNA ，然后从中挑选符合载体要求的序列，将其引入siRNA 表达载体。慢病毒载体（Lentiviral vector ）较逆转录病毒载体有更广的宿主范围，慢病毒能够有效感染非周期性和有丝分裂后的细胞。慢病毒载体能够产生表达shRNA 的高滴度的慢病毒，在周期性和非周期性细胞、干细胞、受精卵以及分化的后代细胞中表达shRNA ，实现在多种类型的细胞和转基因小鼠中特异而稳定的基因表达的功能性沉默，为在原代的人和动物细胞组织中快速而高效地研究基因功能，以及产生特定基因表达降低的动物提供了可能性。慢病毒表达载体包含了包装、转染、稳定整合所需要的遗传信息。慢病毒包装质粒可提供所有的转录并包装RNA 到重组的假病毒载体所需要的所有辅助蛋白。为产生高滴度的病毒颗粒，需要利用表达载体和包装质粒同时共转染细胞，在细胞中进行病毒的包装，包装好的假病毒颗粒分泌到细胞外的培养基中，离心取得上清液后，可以直接用于宿主细胞的感染，目的基因进入到宿主细胞之后，经过反转录，整合到基因组，从而高水平的表达效应分子。二、这一系统的目的，主要是为了解决以下问题： 1. 对于一些较难转染的细胞，如原代细胞、干细胞、不分化的细胞等，能大大提高目的基因转导效率，而且目的基因整合到宿主细胞基因组的几率大大增加，这就为RNAi，cDNA 克隆以及报告基因的研究提供了一个有利的途径。 2. 进行稳转细胞株的筛选； 3. 为活体动物模型实验提供高质量的包含目的基因的病毒液；在细胞相关的实验操作中，对于一些按常规方法难以转染甚至无法转染的细胞，通过病毒介导的实验能够大大提高基因的转导效率，以达到目的基因的高效瞬时表达。

慢病毒包装原理介绍定稿版

慢病毒包装原理介绍 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

病毒载体

基因导入系统（gene delivery system）是基因治疗的核心技术，可分为病毒载体系统和非病毒载体系统。本章主要论述用于人类基因治疗的病毒载体系统。用于基因治疗的病毒载体应具备以下基本条件： 1、携带外源基因并能包装成病毒颗粒； 2、介导外源基因的转移和表达； 3、对机体不致病。然而，大多数野生型病毒对机体都具有致病性。因此需要对其进行改造后才能用于人体。原则上，各种类型的病毒都能被改造成病毒载体。但是由于病毒的多样性及与机体复杂的依存关系，人们至今对许多病毒的生活周期、分子生物学、与疾病发生及发展的关系等的认识还很不全面,从而限制了许多病毒发展成为具有实用性的载体。近20年来，只有少数几种病毒如反转录病毒（包括HIV病毒）、腺病毒、腺病毒伴随病毒、疱疹病毒（包括单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒）、甲病毒等被成功地改造成为基因转移载体并开展了不同程度的应用。第一节病毒载体产生的原理病毒载体的产生建立在对病毒的生活周期和分子生物学认识的基础之上。研究病毒载体首先要对病毒的基因组结构和功能有充分的了解，最好能获得病毒基因组全序列信息。病毒基因组可分为编码区和非编码区。编码区基因产生病毒的结构蛋白和非结构蛋白；根据其对病毒感染性复制的影响，又可分为必需基因和非必需基因。非编码区中含有病毒进行复制和包装等功能所必需的顺式作用元件。各种野生型病毒颗粒都具有一定的包装容量，即对所包装的病毒基因组的长度有一定的限制。一般来说，病毒包装容量不超过自身基因组大小的105～110％。基因重组技术的发展使病毒载体的产生成为可能。最简单的做法是，将适当长度的外源DNA 插入病毒基因组的非必需区，包装成重组病毒颗粒。比如，本实验室曾将4.5kb的lacZ基因表达盒（CMV-lacZ-polyA）插入HSV1病毒的UL44（糖蛋白C）基因的XbaI位点中，病毒基因组的其余部分不改变，构建成重组病毒HSV1-lacZ100（吴小兵等，1998）。由于UL44基因产物对于HSV病毒在培养细胞中产毒性感染是非必需的，因此，该重组病毒可以在细胞中增殖传代。用这种重组病毒感染细胞，能将lacZ基因带入细胞并高效表达。用同样的方法，将AAV-2病毒的rep和cap基因片段（4.3kb）插入HSV1病毒的UL2（编码尿嘧啶DNA糖基化酶）或UL44（编码糖蛋白C）基因中，构建成具有提供重组AAV载体复制和包装所需的全部辅助功能的辅助病毒rHSV-rc（伍志坚等，1999）。然而，这样的重组病毒作为基因转移载体有许多缺点。首先，许多野生型病毒通过在细胞中产毒性复制而导致细胞裂解死亡；或带有病毒癌基因而使细胞发生转化。因此必须经过改造使其成为复制缺陷性病毒并且删除致癌基因后才能用于基因治疗。其次，插入外源DNA的长度受到很大限制，尤其对于基因组本身较小的病毒如腺病毒伴随病毒（AAV，4.7kb）、反转录病毒（8～10kb）、腺病毒（36kb），如果不去除病毒基因，可供外源DNA插入的容量就十分小。因此，必须删除更多的病毒基因以腾出位置插入较大的外源DNA。为了增加病毒载体插入外源DNA的容量，除了可以删除病毒的非必需基因外，还可以进一步删去部分或全部必需基因，这些必需基因的功能由辅助病毒或包装细胞系反式提供。病毒载体大体上可分为两种类型：重组型病毒载体：这类载体是以完整的病毒基因组为改造对象。一般的步骤是选择性地删除病毒的某些必需基因尤其是立早基因或早期基因，或控制其表达；缺失的必需基因的功能由互补细胞反式提供；用外源基因表达单位替代病毒非必需基因区；病毒复制和包装所需的顺式作用元件不变。这类载体一般通过同源重组方法将外源基因表达单位插入病毒基因组中。

病毒载体的应用

病毒载体的应用关键词：病毒标准物质标准物质网北京标准物质网随着病毒载体的发展，病毒载体的应用也越来越广泛，尤其在人类疾病的基因治疗中发挥着重要作用。 1.在肿瘤基因治疗中的应用根据肿瘤的类型和分布，可采用多种技术来抑制和消除肿瘤细胞。复制缺陷型和条件复制型腺病毒载体已经应用于肿瘤的生物治疗，这主要是通过病毒载体将肿瘤抑制基因、免疫激活基因或凋亡基因导入靶细胞中来实现的。例如腺病毒载体ONYX-015已经应用于多种肿瘤的治疗中，并已经用于Ⅰ期和Ⅱ期临床试验。疱疹病毒(HSV)胸苷激酶(TK)基因缺失的病毒载体能够在动物肿瘤模型和肿瘤组织中抑制肿瘤的生长。痘苗病毒载体可以传递很多的肿瘤特异性抗原，并诱导机体产生很强的针对该肿瘤抗原的细胞免疫。慢病毒介导的RNA干扰、免疫基因的激活也应用于肿瘤的基因治疗中。 2.在疫苗中的应用腺病毒载体可以迅速刺激机体产生高水平的免疫反应，故常应用于HIVH5N1等病原体疫苗的研制中。如腺病毒载体Ad5就应用于研制HIV疫苗。美国Merck公司开发的HIV疫苗(MRK Ad5)即采用了Ad5腺病毒载体。虽然Ad5疫苗最终失败，但是为后续的HIV疫苗研制积累了宝贵的经验。现在又开发出了DNA-腺病毒联合免疫的方法，它将腺病毒载体与其他载体联合起来，以实现持久、有效的免疫保护。将外源基因插入疱疹病毒的非必需基因的位置，构建出来的疱疹病毒载体可用于疫苗的研制。HSV最早应用于构建乙肝(HBV)表面抗原的表达，并成功研制出HBV的疫苗。 3.在神经生物学中的应用疱疹病毒是一种嗜神经性病毒，它在感染外周神经后可逆行进入中枢神经系统，并可建立无细胞毒性的隐性潜伏感染，然后高效、长期地表达外源基因，而不影响神经细胞的功能，所以可利用疱疹病毒载体将外源基因导入中枢和外周神经系统柬治疗神经紊乱和神经疾病。此外，慢病毒载体可以转染非分裂细胞并可以长期表达外源基因。慢病毒载体也被用于神经疾病病理模型的建立，以及表达神经生长因子以促进神经损伤后的修复治疗等。

《病毒学》教学大纲

《病毒学》教学大纲课程编号：课程名称：病毒学总学时：28学时先修课及后续课：先修课有《生物化学》、《微生物学》、《遗传学》，后续课有《基因工程》。一、说明部分 1、课程性质近几十年来，病毒学研究进展迅猛，其基础理论、研究方法和实验技术日臻成热，现已成为生命科学领域中一门重要的分支学科。随着科学技术的不断进步，病毒学获得了巨大发展，并推动了现代生物学发展，其研究成果广泛应用于医学、兽医学、农学、环境保护及工业领域。然而在此领域，仍旧存在着大片空白等待研究。本门课程以基础病毒学为主，其内容包括病毒学的发展、分类及相互作用关系，病毒的分类及命名，病毒的生物学及分子生物学特征，各类病毒与宿主的相互关系，各类病毒的控制和利用，病毒学的基础方法及新技术，亚病毒等。通过对病毒学的教学，旨在带领本科学生进入病毒学研究领域的大门，了解病毒学研究的最新进展，掌握一些病毒学研究的方法和手段，对病毒引起的疾病的预防和治疗有明确的认识，为病毒学的基础研究提供理论支持。 2、教学目标及意义通过课程教学，培养学生观察、思考、分析问题的能力和实事求是，严肃认真的科学态度，使学生充分了解病毒，为今后从事病毒学或分子生物学的研究工作或教学工作打下良好基础。 3、教学内容及教学要求本课程安排在学生完成《普通生物学》、《生物化学》、《微生物学》、《遗传学》等有关基础和专业基础课程之后的第六学期。内容上注意与以上课程的衔接，并避免不必要的重复。课堂教学应力求使学生了解病毒学课程的内容，病毒学研究的方法和研究进展，做到心中有数，思路清晰，认真及时做好课堂记录，对于当时不能理解的理论知识则需要仔细思考，查阅资料、讨论，以便系统完整的掌握病毒学知识。 4、教学重点、难点重点是病毒基本成份的种类、组成、结构特征及功能，病毒的遗传与变异。难点是病毒的遗传变异机理、过程及病毒基因图的构建和应用等。