表达载体的构建
基因治疗中的表达载体构建与优化方法
基因治疗中的表达载体构建与优化方法基因治疗是一种新兴的治疗方法，通过将修饰过的基因导入患者体内，以实现对疾病基因的修复或替代。
在基因治疗中，表达载体的构建和优化是关键的一步，它决定了基因在患者体内的表达效率和稳定性。
本文将介绍基因治疗中常用的表达载体构建与优化方法。
表达载体是将目标基因导入细胞内进行表达的工具。
常见的表达载体主要包括质粒和病毒载体。
质粒是一种双链DNA分子，它可以自主复制和表达携带的基因。
病毒载体是一种利用病毒基因表达机制的表达工具，常见的病毒载体有腺病毒、逆转录病毒和腱病毒等。
表达载体的选择应根据具体的治疗目标、基因大小和细胞类型等因素进行考虑。
表达载体的构建是基因治疗中的关键一步。
首先，需要将目标基因克隆到合适的表达载体中。
这可以通过PCR扩增目标基因，然后利用限制性内切酶进行酶切，并将目标基因与表达载体连接。
常用的连接方法有限制性内切酶切和连接、PCR聚合、Ligase连接等。
连接完成后，需要进行质粒或病毒载体的复制，以获得足够多的表达载体。
表达载体的优化是为了提高基因在患者体内的表达效率和稳定性。
优化的方法有很多种，下面将介绍几种常见的方法。
首先，可以通过调整启动子和增强子的选择来提高基因表达效率。
启动子是调控基因转录的序列，它的选择可以影响基因的表达水平。
常用的启动子有CMV启动子、EF1α启动子和PGK启动子等。
增强子可以增加基因的表达水平，常用的增强子有CMV增强子、SV40增强子和EF1α增强子等。
通过合理选择启动子和增强子的组合，可以提高基因在细胞内的表达水平。
其次，可以通过改变表达载体的拓扑结构来提高基因表达效率。
常用的方法有线性化质粒和环形质粒之间的选择。
线性化质粒在导入细胞内后，可更容易与细胞内的转录因子结合，从而促进基因的表达。
环形质粒则具有更好的稳定性，在不进一步构建的情况下，可以长期保持在细胞内。
此外，还可以通过引入信号序列来优化基因的靶向表达。
信号序列是一段具有特定功能的氨基酸序列，能够促使基因产物在细胞中的定位和分泌。
表达载体的构建
关于表达载体的构建1.表达载体（expression vector）：能使目的基因在宿主细胞中表达的一类载体。
这类载体既有复制子，更要有强启动子；2.大肠杆菌中的表达载体应含有（1）强启动子（2）在启动子下游区和A TG上游区有一个好的SD序列。
（3）在外源基因插入序列下游区要有一个强的转录终止序列，保证外源基因有效转录和质粒的稳定性。
我们实验室常用的就是PBI121的表达型载体，该载体具有35S强启动子，下游有MCS，并且具有T-DNA插入片段和Tet和Kan的抗性位点，有利于作为农杆菌浸染植物的表达载体。
3.载体构建的步骤（1）.设计引物1.引物的长度用于PCR扩增的寡核苷酸引物至少应在16个碱基以上，一般以20—30个碱基为宜，引物过短会使PCR特异性降低，过长则会引起引物间的退火而影响有效扩增。
2. 引物自身序列应位于高度保守区，与非扩增区无同源序列。
引物中碱基分布应尽可能避免嘌呤、嘧啶的连续排列，引物间3’端的互补、二聚体或发夹结构也可能导致PCR反应失败。
3. Tm值引物的Tm值一般控制在55-60度, 尽可能保证上下游引物的Tm值一致,一般不超过2度. 如果引物中的G+C含量相对偏低,则可以使引物长度稍长,而保证一定的退火温度.Tm=2(A+T)+4(C+G)4. 引物的GC含量引物中GC含量应占到45％一60％左右。
在引物设计时应尽量避免引物二聚体和发卡结构，尤其是在引物3，端不应有互补结构。
引物3，端应与目的片段完全配匹，而其5’端碱基可不与模板配匹，故在引物设计时可在其5，端加上限制酶位点或其他短的序列，这些与原初模板并不配对的非互补序列在后续的循环中将被带到双链DNA中去，这样反应产物不仅含有目的序列，同时在目的基因的两侧又有了新的限制酶位点，用相应的限制酶切割后即可将PCR产物定向克隆到载体中。
以基因GhAGP31为例说明，以下是GhAGP31的ORF序列：ATGGGGTTTGCTGTAATAGTACTAGTAGTTAAAGCTGCTTTGCTTGTGCAGCTTTCACT GTTGTTACTGAGCACCTTCACTGTCTCTGCTCCCATTTGGCCTCAGGCTTCTCCTCCTC ATTACCATGCTGTTTCACCTGTAGTCCCGCCTACTCACCCACCAACCCACCACCATCAC CACCACCCTCACCCTCACCCTCACCCCCATCCTCATCCACCCACTAAGCCCCCAACCC CCACTCCTCCTCCAGTTCA TCCACCACCCAAGGCGCCAGTGCAACCACCAACCAAGC CACCAGTTCACCCACCACCCAAGCCACCAGTTCAACCTCCAACTAAGCCACCAACCA AACCTCCAACTCAACCCCCGACTAAGCCACCAACTCAGCCCCCGACTAAGCCACCAA CCAAGCCTCCAACTCAGCCCCCGACGAAGCCACCAACACACCCACCATCTCATCCTC CGGCCAAGCCACCTAAA TCGAGCCAGGTGGCAGTGCAGGGCGTTGTTTATTGCAAGT CA TGCAAGTACGCCGGAGTCGACACCCTTTTGGGAGCTAAACCAATTCTTAGTGCCAC CGTAAGGCTGACA TGCAAAGACGCTAAAAACGAATTAACGGTCCAGTTCAAGACTGA CAAGAATGGTTA TTTCTTCCTGCAAGCACCAATTACCATCTACAATTTTGATCTCCACA ATTGCAGCGTCTCCCTCGTATCTTCACCATTGAAAGCATGCAGCAAGCCA TCTAATCTA AACGGTGGATTGAAGGGCGCCCCCTTGAAGCCTGAGAAACCATCTACTTCAAAGAAG CTCCCATATGTTCTCTACAGCGTTGGGCCCTTCGCTTTCGAACCCACATGTCACAAGAA CTAGGhAGP31Up1: 5’>CTTGGA TCCATGGGGTTTGCTGTAATAGTAC<3’BamHI GhAGP31Dn1: 5’>CTTTCTAGAGTTCTTGTGACA TGTGGGTTCG<3’XbaI 两条引物都有CTT作为保护碱基，同时平衡引物中的G+C含量。
融合蛋白表达载体的构建
融合蛋白表达载体的构建一、概述融合蛋白是把一个蛋白与其他物质混合在一起形成新的融合蛋白。
它们可以用于改善药物的药理学性质，广泛用于药物研究，疾病诊断，以及在医学和生物技术领域的应用。
为了有效地进行融合蛋白表达，科学家们需要设计一种质粒，它既能携带融合蛋白的基因信息，又能使表达的融合蛋白具有理想的性质，因此，构建融合蛋白表达载体就成为了研究者们的重要内容。
二、融合蛋白表达载体的构建1.质粒设计质粒设计是融合蛋白表达载体的核心部分，它能够携带融合蛋白的基因信息，并控制融合蛋白的表达。
一般而言，融合蛋白表达质粒包括表达调控基因、融合基因、保守克隆基因等几部分，其中表达调控基因以及保守克隆基因部分主要用于控制融合蛋白的表达，而融合基因部分则用于携带融合蛋白的基因信息，使其能够表达出想要获得的性质。
2.质粒的合成质粒设计完成之后，下一步就是将其合成成一种可用于融合蛋白表达的质粒。
一般而言，此步骤可以通过化学合成或者基因重组技术完成。
化学合成方法可以可靠地合成出想要获得的质粒，而基因重组技术则可以以更快的速度构建出相似的质粒。
3.表达测试表达测试是质粒构建过程中不可或缺的一部分，它能够检测融合蛋白是否能够正确表达，从而确定质粒是否构建成功并具有较好的表达能力。
表达测试通常包括定量PCR法、流式细胞仪法以及免疫印迹法等几种常见技术，这些技术都可以帮助科学家们及时发现融合蛋白表达存在的问题，从而指导科学家改进构建融合蛋白表达载体的工作。
三、结论融合蛋白表达载体的构建是科学家们针对融合蛋白表达问题所付出的努力，它包括质粒设计、质粒合成以及表达测试等几个步骤，有助于融合蛋白表达的安全、稳定和高效，并且可以提供药物及其他生物技术应用的理想基础。
实验十五、、表达载体的构建
三种不同阅读框架图例
PinPoint Xa-1 图谱
目的基因的表达产物检测
A．重组载体的构建：将目的DNA片段与表达载 重组载体的构建： 重组载体的构建 体连接，产生阅读框架对应的融合. B ． 转 化 ： 将 重 组 后 pGEMEX-1 载 体 转 化 E.coli JMl09，然后涂布于含氨苄青霉素 (100µg/m1) 的LB平板上，在37℃下培养过夜。筛选能在平 板上生长的转化子。 C．转化子鉴定 将转化子挑出后，小批量培养， 转化子鉴定: 转化子鉴定 抽提质粒进行酶切鉴定或者PCR鉴定，确证克 隆片段确为所需目的片段后，进行诱导表达。 D．诱导表达：将含有重组质粒的JM109接入5ml 诱导表达： 诱导表达 含100ug/m1 Amp的LB培养基中培养过夜，第 二 天 取 50ul 培 养 液 接 种 到 另 一 5ml LB( 内 含
一、基因来源： 基因来源： 原核生物 真核生物 二、原核表达系统 原核表达系统： 1、原核表达系统： 遗传背景清楚，易改造，培养容易，费用 低，蛋白质表达水平高。但在原核中表达后所合 成的蛋白无自我修饰如糖基化等，或因折叠的方 式不正确或折叠效率的低下，最后产生的蛋白质 其生物活性很低。 2、真核表达系统
原核表达载体 克隆载体: 克隆载体
通常都带一个松复制子、一个多克隆位点和一个筛选标 记，以便被克隆和筛选的DNA序列能够大量增殖。
表达载体: 表达载体:
除了上述因子外，还需要有强启动子、核糖体结合位 点(核糖体结合位点,又称SD序列，它是指mRNA分子中核糖 体结合的序列，通常位于翻译起始密码子前面3～12个碱基， 该序列与16S rRNA的互补)、转录起始信号、转录信号、翻 译起始密码子(ATG)和终止密码子等一系列调控序列。
基因表达载体的构建方法
基因表达载体的构建方法基因表达载体是一种用来携带外源基因并将其表达的工具，它可以被用于基因工程、基因治疗、蛋白质表达等领域。
构建一个高效的基因表达载体对于生物学研究和应用具有重要意义。
下面将介绍基因表达载体的构建方法。
首先，选择合适的表达载体。
常用的表达载体包括质粒、病毒、原核生物和真核生物等。
质粒是最常见的表达载体，它具有稳定性高、易于操作等优点。
而病毒载体则可以实现高效的基因传递和表达。
根据实验需要和研究对象的特点，选择合适的表达载体非常重要。
其次，设计基因的插入序列。
在构建基因表达载体时，需要将目标基因插入到载体中，并确保基因的正确表达。
为了实现这一目标，需要设计合适的引物，并利用PCR技术扩增目标基因。
此外，还需要考虑基因的启动子、终止子、信使RNA等序列的设计，以确保基因在宿主细胞中能够得到正确的表达。
然后，将目标基因插入载体。
一般来说，可以利用限制性内切酶将目标基因和表达载体进行酶切，然后利用DNA连接酶将两者连接起来。
此外，还可以利用基因克隆技术将目标基因插入到表达载体中。
在这一步骤中，需要注意选择合适的酶切位点、连接方式和连接效率，以确保插入的基因能够稳定地存在于载体中。
接着，进行载体的转化和筛选。
将构建好的基因表达载体导入到宿主细胞中，然后利用抗生素筛选、荧光筛选等方法，筛选出带有目标基因的阳性克隆。
这一步骤需要注意转化效率、筛选条件和筛选方法的选择，以确保获得高效的表达载体。
最后，验证基因表达载体的功能。
构建好基因表达载体后，需要进行功能验证，包括基因的表达水平、蛋白质的表达情况、生物学活性等方面。
通过Western blot、荧光显微镜、活性测定等方法，验证基因表达载体的功能和稳定性，为后续的研究和应用奠定基础。
总之，构建基因表达载体是一个复杂而又关键的过程，需要综合考虑载体的选择、基因的设计、插入、转化和验证等多个环节。
只有在每一个环节都做到严谨和细致，才能获得高效、稳定的基因表达载体，为生物学研究和应用提供有力支持。
表达载体的构建方法及步骤
表达载体的构建方法及步骤【1】一、载体的选择及如何阅读质粒图谱目前，载体主要有病毒和非病毒两大类,其中质粒DNA 是一种新的非病毒转基因载体。
一个合格质粒的组成要素：（1）复制起始位点Ori 即控制复制起始的位点。
原核生物DNA 分子中只有一个复制起始点。
而真核生物DNA 分子有多个复制起始位点。
（2）抗生素抗性基因可以便于加以检测，如Amp+ ,Kan+（3）多克隆位点MCS 克隆携带外源基因片段（4）P/E 启动子/增强子（5）Terms 终止信号（6）加poly（A）信号可以起到稳定mRNA 作用选择载体主要依据构建的目的，同时要考虑载体中应有合适的限制酶切位点。
如果构建的目的是要表达一个特定的基因，则要选择合适的表达载体。
载体选择主要考虑下述3点：【1】构建DNA 重组体的目的，克隆扩增/基因表达，选择合适的克隆载体/表达载体。
【2】.载体的类型：（1）克隆载体的克隆能力－据克隆片段大小（大选大，小选小）。
如<10kb 选质粒。
（2）表达载体据受体细胞类型－原核/真核/穿梭，E.coli/哺乳类细胞表达载体。
（3）对原核表达载体应该注意：选择合适的启动子及相应的受体菌，用于表达真核蛋白质时注意克服4个困难和阅读框错位；表达天然蛋白质或融合蛋白作为相应载体的参考。
【3】载体MCS 中的酶切位点数与组成方向因载体不同而异，适应目的基因与载体易于链接，不能产生阅读框架错位。
综上所述，选用质粒（最常用）做载体的5点要求：（1）选分子量小的质粒，即小载体（1－1.5kb）→不易损坏，在细菌里面拷贝数也多（也有大载体）；（2）一般使用松弛型质粒在细菌里扩增不受约束，一般10个以上的拷贝，而严谨型质粒<10个。
（3）必需具备一个以上的酶切位点，有选择的余地；（4）必需有易检测的标记，多是抗生素的抗性基因，不特指多位Ampr（试一试）。
（5）满足自己的实验需求，是否需要包装病毒，是否需要加入荧光标记，是否需要加入标签蛋白，是否需要真核抗性（如Puro、G418）等等。
1.2-2基因表达载体的构建(共15张PPT)【优秀课件】
1.日本那些再现曲水宴的表演，有着 不少“中 国元素”，但是 由于现 代年轻 人对古 代中国 文化了 解甚少 ，并不 知道哪 些元素 来自中 国。 2.本着保证校车安全的原则，公安机 关将会 同教育 行政等 部门对 校车驾 驶人进 行逐一 审查， 坚决清 退不符 合安全 规定的 校车驾 驶人。 3.山寨文化是一种平民文化、草根文 化，自 然有其 存在的 意义和 价值， 但山寨 产品的 泛滥则 是中国 知识产 权意识 不足的 揭露与 讽刺。
谢谢观赏 4.神舟7号宇宙飞船载着三位航天英雄胜利返回地球，这艘宇宙飞船是我们国家自行研制的，每一个中国人不能不为之骄傲。 5.这家工厂虽然规模不大，但曾两次 荣获省 科学大 会奖， 三次被 授予省 优质产 品称号 ，产品 远销全 国各地 和东南 亚地区 。 6.杭州湾跨海大桥是一座由我国自行 建造、 自行设 计、自 行管理 、自行 投资的 特大型 交通基 础设施 ，是我 国跨海 大桥建 设史上 的一个 重要里 程碑。 7、为防止东南亚地区发生的禽流感 传入我 国，国 家质检 总局和 农业部 今天联 合发出 通知， 自即日 暂行禁 止进口 来自疫 区的禽 类及其 产品。
基因工程的基本操作程序P8
目的基因的获取 方法
目的基因的获取可以从自然界中已有的物种中分离出来，也可以用人工 的方法合成。1.从基因中获取2.利用PCR
技术扩增目 的基因
3.化学方法直
接人工合成
第二步：基因表达载体的构建（核心步骤）
1.基因表达载体构建的
使目的基因在受体细胞中 稳定存在 ，并且可以遗传给下一代 使目的基因能够___表_达____和 发挥作用 。
1.下列有关抗虫基因表达载体的叙述，正确的是（ C ）
构建基因表达载体的步骤
构建基因表达载体的步骤
构建基因表达载体的主要步骤包括：
1.目的基因的获得：即使用限制性核酸内切酶切割质粒，露出黏性末端，再用同一种限制性核酸内切酶切割目的基因，使其产生相同的黏性末端。
2.载体和目的基因的限制性酶切：用相同的限制性酶酶切载体和目的基因，使它们产生相同的黏性末端。
3.连接转化：将切下的目的基因的片段插入质粒的切口处，再使碱基互补配对结合，两个黏性末端吻合在一起，碱基之间形成氢键。
4.加入适量的DNA连接酶，催化两条DNA链之间形成磷酸二酯键，从而将相邻的脱氧核糖核酸连接起来，形成一个重组DNA分子。
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大肠杆菌表达系统 大肠杆菌
融合型原核表达载体 非融合型(天然蛋白质） 非融合型(天然蛋白质）原核表达载体
pGEMEX-1载体图谱（融合型） 载体图谱（融合型） 载体图谱
1. Gene10 reader peptide 260aa; 2. More than 50% cell peoteins, and 10mg/L of induced culture
选择表达载体应考虑的因素
(4).所产生的融合蛋白是否需要切割加工以及如何切割 加工。对需要切割的融合蛋白，在目的基因和载体 序列间应有适当的切割识别序列。 (5).是否需要用强启动子提高表达水平。当需要提高表 达水平时，可选用强启动子。但在某些情况下，由 于被表达蛋白质对宿主有毒或其大量表达对宿主不 利，可选用诱导型载体，只有经诱导后，蛋白质才 能被表达。
原核表达载体 克隆载体: 克隆载体
通常都带一个松复制子、一个多克隆位点和一个筛选标 记，以便被克隆和筛选的DNA序列能够大量增殖。
表达载体: 表达载体:
除了上述因子外，还需要有强启动子、核糖体结合位 点(核糖体结合位点,又称SD序列，它是指mRNA分子中核糖体 结合的序列，通常位于翻译起始密码子前面3～12个碱基， 该序列与16S rRNA的互补)、转录起始信号、转录信号、翻 译起始密码子(ATG)和终止密码子等一系列调控序列。
非融合型(天然蛋白质） 非融合型(天然蛋白质）原核表达载体
通常天然蛋白表达载体（非融合型表达载 体）都含有一个强的可调控的启动子和一个 有效的核糖体结合位点。 大多数原核基因中都带有一个有效的核糖 体结合位点，对这些带有强核糖体结合位点 的原核基因，只须提供一个启动子； 而对被表达的真核基因(或带有弱核糖体结 合位点的原陔基因)，就必须同时提供一个强 启动子和一个有效的核糖体结合位点。
pET-5a载体图谱（非融合型） 载体图谱（非融合型） 载体图谱
融合型原核表达载体 表达融合蛋白有下列优点： 表达融合蛋白有下列优点 (1)转录和翻译起始从正常的 E. coli 序列 开始，故通常可以产生高水平的融合蛋白。 (2)融合蛋白往往比天然的外源蛋白更加稳 定。 (3)产生的融合蛋白较大，因此很容易从蛋 白质凝胶电泳中区别出来。融合蛋白带可以从 凝胶上切下，经冷冻干燥，磨成粉末后即可作 为抗原。 (4)有些融合蛋白带有信号肽，可以分泌到 细胞外，这有助于蛋白质的分离和纯化。
选择表达载体应考虑的因素
(1). 所表达的蛋白质是融合蛋白还是天然蛋白。如果是天然 蛋白，必须考虑如何将目的准确地与载体衔接。如果是融 合蛋白，载体是由一系列3种不同阅读框架的载体组成，当 用同一种限制酶切割载体并与目的DNA片段重组时，则可以 保证其中至少有一种融合蛋白的框架与之吻合. (2). 被表达的基因是原核基因还是真核基因。原核基因一般都 带有核糖体结合位点，只虑它是否带有强启动子。对真核 基因除考虑该基因是否带有启动子、核糖体结合位点外， 考虑该基因是否会产生翻译后加工，以后是否需要转到真 核表达系统中表达等。 (3). 表达蛋白是否分泌到体外。如需要分泌，则必须带有信号 肽序列，故应选择带适当序列的载体。
原核表达系统类型
大肠杆菌表达系统 大肠杆菌
遗传背景很清楚，基因操作的方法非常完善，很容易大 规模培养产生大量的目的蛋白质。 但大肠杆菌表达的蛋白质大多不分泌到细胞体外，如 要使蛋白分泌到细胞外，必需使目的基因带有信号肽。信 号肽(signal peptide)又称前导肽(1eader peptide)，这是一种 位于分泌蛋白质或输出蛋白质N端上长约15～30个氨基酸的 序列，可被细胞的蛋白质加工机制所识别，使蛋白质通过 细胞膜被分泌出来。
枯草杆菌表达系统 枯草杆菌
真核表达系统类型
酵母表达系统 酵母 哺乳动物细胞表达系统 哺乳动物 昆虫杆状病毒表达系统 昆虫杆状病毒 植物细胞表达系统。 植物细胞
真核表达系统类型需要有强启动子、增强子、连接序 列（内含子）、转录起始信号、转录信号、多聚A信号、翻 译起始密码子(ATG)和终止密码子等筛选标记等。
实验十二、表达载体的构建及鉴定 实验十二、
基因工程中使用的表达系统类型
一、基因来源： 基因来源： 原核生物 真核生物 二、原核表达系统 原核表达系统： 1、原核表达系统： 遗传背景清楚，易改造，培养容易，费用 低，蛋白质表达水平高。但在原核中表达后所合 成的蛋白无自我修饰如糖基化等，或因折叠的方 式不正确或折叠效率的低下，最后产生的蛋白质 其生物活性很低。 2、真核表达系统
三种不同阅读框架图例
PinPoint Xa-1 图谱
目的基因的表达产物检测 A．重组载体的构建：将目的DNA片段与表达载体连接，产生 重组载体的构建：
阅读框架对应的融合. B．转化 转化：将重组后pGEMEX-1载体转化E.coli JMl09，然后涂布 转化 于含氨苄青霉素 (100µg/m1)的LB平板上，在37℃下培养过夜。 筛选能在平板上生长的转化子。 C．转化子鉴定 将转化子挑出后，小批量培养，抽提质粒进行 转化子鉴定: 转化子鉴定 酶切鉴定或者PCR鉴定，确证克隆片段确为所需目的片段后， 进行诱导表达。 D ． 诱 导 表 达 ： 将 含 有重 组 质 粒 的 JM109 接 入5ml含 100ug/m1 Amp的LB培养基中培养过夜，第二天取50ul培养液接种到另 一5ml LB(内含100ug/m1Amp)培养基的试管中培养至光密度值 OD600 为0.5左右，加入IPTG终浓度至lmmol/L，继续培养6-12 小时，使基因表达。 表达产物的检测：诱导表达后的细胞经5000g离心后，TE缓冲液 表达产物的检测 悬浮后加入SDS-PAGE上样缓冲液电泳检查或进行Western blot检测。