昆虫杆状病毒细胞表达系统 课件

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昆虫表达系统介绍

昆虫表达系统介绍

杆状病毒是已知昆虫病毒中最大的类群发现最早、研究最多且实用意义也是最大的昆虫病毒。

杆状病毒表达载体系统Baculovirus expression vector systemBEVS自1983年问世以来Smith Summer1983Maeda et al 1984由于其具有高效的表达能力、安全易操作等特点已成为研究和生产各种原核、真核蛋白的用力而普及的工具已成功表达了大量的外源基因几乎覆盖了所有物种可开发利用的大部分基因。

1 分类杆状病毒——有囊膜的双股DNA大型病毒仅限于无脊椎动物有尾噬菌体目Caudovirales 杆状病毒科Baculoviridae 核型多角体病毒属NucleopolyhedrovirusNPV ———苜蓿蠖核型多角体病毒Autographa Californica NPV ———家蚕核型多角体病毒Bombyx mori MPV 颗粒体病毒属GranulovirusGV ———苹果蠹蛾颗粒体病毒Cydia pomonella GV 多角体与颗粒体的区别NPV和GV均有包涵体形式NPV的称多角体后者称为颗粒体多角体内含有许多病毒子都在宿主细胞核内存在颗粒体内含一个病毒子偶尔是两个绝大部分在核内形成但某些GV在胞浆中形成颗粒体2 发育循环杆状病毒包含两个独特的时相又称双相生活循环biphase life cycle 第一相出现在PI0-24hr 核衣壳于胞核内病毒发生基质上进行装配通过细胞质出芽获得囊膜这种病毒称为细胞释放型病毒子Cell-released virusCRV又称胞外型病毒Extracellular virusECV或出芽型病毒Budded virusBV 第二相出现在PI20-72hr 当20hr后核内出现病毒包涵体时第二相显著出现一直持续到感染细胞溶解为止72hr 随着第二相开始CRV急剧减少从第二相开始留在核内的核衣壳被封入核内新装配的囊膜中以后许多核内获得囊膜的病毒子被包埋入多角体蛋白的结晶基质中逐渐形成多角体。

杆状病毒表达载体系统生产重组蛋白

杆状病毒表达载体系统生产重组蛋白
缺点 ❖ 瞬时表达 ❖ 糖基化简单
2:基本原理
❖ 1:目的基因插入转移载体。 ❖ 2:目的基因转移到病毒基因组靶位点,空斑纯
化获得重组病毒。
❖ 3:重组病毒感染宿主培养细胞或幼虫。
❖ 4:纯化目的蛋白
杆状病毒表达载体的构建
❖ 转移载体 通常由三部分组成: ❖ E. coli质粒的复制原点和抗生素抗性基因(如Ampr),保
弃滤液。重复洗涤一次。 ❖ 9 室温或风干DNA,加入50-80ulEluent溶液,冰上溶解
10min ,4℃保存。
Sf9细胞转染
❖ 1.37℃预热Sf900TM- III SFM培养基; ❖ 2.准备重组质粒和细胞转染试剂的混合物:
a.溶解5μl纯化的杆状病毒重组质粒于100μl Sf900TMIII SFM培养基;
b.转染试剂充分摇匀后取8μl加入100μl Sf900TM- III SFM培养基,混匀;
c.将上述稀释好的质粒及稀释好的转染剂混匀,室温孵育 20min;
❖ 3.Sf9细胞计数,取6孔板,每孔加入1.6×106个细 胞(其中一孔设为空白对照),补加预热的Sf900TMIII SFM培养基至2ml,混匀,室温静置15min,使细 胞贴壁;(加第一孔细胞时显微镜下观察细胞密度, 观察是否符合需求量)
存。
转化DH10BACTME.coli
❖ 1.冰上融化DH10BACTM E.coli感受态细胞(约5min); ❖ 2.取1ng pFastbac-重组质粒至DH10BACTM E.coli感受态
细胞轻弹两下混匀,冰上静置30min; ❖ 3.42℃热击45秒;立即转移至冰上冰浴2min; ❖ 4.加800μl室温预热的LB培养基,37℃,220rpm,4h; ❖ 5.涂布至LB琼脂平板(含Kan,Tet,Gen), ❖ 6.挑取白色菌落接种至5mLLB液体培养基(抗生素如上),

昆虫表达系统

昆虫表达系统

昆虫杆状病毒表达系统的分子基础
• 目前已知基因组全序列的杆状病毒有苜蓿丫纹夜蛾核型多角体病毒 (Ac MNPV)、 家蚕核多角体病毒(BmNPV)、 黄杉毒蛾多核衣壳核多角体病毒 (OpMNPV)、 舞毒蛾多核衣壳核多角体病毒( Ld MNPV)、 甜菜夜蛾多核衣壳 核多角体病毒( Se MNPV)、 棉铃虫核型多角体病毒(HaNPV)以及斜纹夜蛾核 型多角体病毒( SplM t NPV) 杆状病毒在其生活史中共有两种形式的表型存在,在感染的初期( 0~ 24h), 主 要以细胞释放型病毒粒子( cell-released virus , CRV)为主, 也称为胞外型病毒 ( extracel lular vir us , ECV)或出芽型病毒 ( Budded vir us , BV); 在感染的晚 期主要以包埋型病毒( occlude d vir us , OV)的形式存在。杆状病毒的这两种 表型的形态、 蛋白组成、 病毒囊膜的来源、 感染组织特异性以及病毒入侵 宿主细胞的方式都不相同。 由于两种表型的病毒在结构组成上的差异, 所以杆状病毒在不同的时期需要表 达不同类型的蛋白来满足病毒颗粒不同形式的组装。昆虫杆状病毒的基因表 达共分为 4个时期: 极早期、 早期、 晚期、 迟晚期。4个时期的基因一环扣 一环,按时间先后, 以级联方式严格制约。早期表达的基因有 ie- 1、 me53、 pe38、 ie- 2等, 晚期表达的基因有 vp39 、vp80、 polh、 p10等, 这些不同的 基因所表达的蛋白各自具有不同的功能, 有些表达产物具有调控的功能, 而有 些仅仅只具有结构蛋白的作用。 在杆状病毒所表达的一系列蛋白中,有一类蛋白具有较高的表达量,并且均为病 毒基因组复制所非必需, 其中最具代表性的有多角体蛋白与 P10蛋白, 均属于 晚期表达的蛋白,受晚期启动子的调控。昆虫的杆状病毒表达系统正是利用了 这类蛋白的优点, 从而提供了外源 DNA插入座位。

昆虫杆状病毒表达系统(BEVS)

昆虫杆状病毒表达系统(BEVS)
昆虫杆状病毒表达系统
姓名:宋志瑞 专业:生物工程 学号: 2015304120207
NO.1
BEVS 简介
BEVS简介
昆虫杆状病毒表达载体系统(BEVS)是基于昆虫杆状病 毒及其宿主细胞建立起来的表达体系;是继大肠杆菌, 酵母,哺乳动物细胞表达系统建立起来的,始于上世纪 80年代。
NO.2
BEVS 优点
2
Bac-to-Bac
3
BaculoDirect源自BacPAKBac-to-Bac
BaculoDirect
三大体系的区别
NO.5
BEVS常用宿主
常用宿主
Thanks

√ √ Sometimes Sometimes
Glycosylation
Acylation


表达高
加工 修饰
安全
B E VS
高效
容量大
NO.3
BEVS 原件
BEVS原件
1. 转移载体 2. 杆状病毒(AcNPV) 3. 宿主(培养细胞或虫体)
NO.4
BEVS三大系统
BEVS三大系统
1
BacPAK
BEVS优点
Features Simple to use Protein size Multiple gene expression Signal peptide cleavage BEVS √ unlimited √ √ Bacterial √ <100kD
Intron splicing
Functional protein Phosphorylation

杆状病毒表达系统医学PPT课件

杆状病毒表达系统医学PPT课件

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同源重组:先将外源基因克隆到转移载体上,然后与线 性化Bacmid上共转染转染昆虫细胞,获得重组杆状病毒:
13
• “转座”和“同源重组”目前都在使用中。
• “转座”方式的代表是ThermoFisher的Bac-to-Bac系统。
• 采用“同源重组”方式的有Clontech的BacPAK系统、OET 的FlashBac系统,以及Bacmid Ltd.的qBac系统。 • 这两种方式与外源基因的表达量无关。
6
• G. E. Smith将AcMNPV的EcoRI-I片段(包含多角体蛋白基 因)克隆到pUC8质粒上,然后把人β-干扰素基因克隆到 BamHI位点。 • 用重组的质粒和野生型的AcMNPV共同感染Sf细胞。 • 得到的病毒通过空斑筛选(0.5%),得到重组病毒。 • 用重组病毒感染Sf细胞,得到β-干扰素。
杆状病毒表达系统
1
杆状病毒简介
• 杆状病毒是一类专一性感染节肢动物的DNA病毒,病毒 粒子呈杆状,基因组为双链环状DNA分子,DNA以超螺旋 形式压缩包装在杆状衣壳内,大小在90~180 Kb之间。 模式种是苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(AcMNPV). • 核型多角体病毒有两种形式:一种为芽生病毒(budded virus, BV) ,另一种则为包涵体病毒(occluded virus, OV)。
S.A. Kaba et al. / Journal of Virological Methods 122 (2004) 113–118
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敲除p26,p10,p74极大地提高了外源基因的产量:
Cell Biol Toxicol (2010) 26:57–68
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糖基化改造 把昆虫细胞中缺少的糖基化酶克隆到Bacmid上,使蛋白 的糖基化更像哺乳动物细胞:

杆状病毒-课件

杆状病毒-课件
杆状病毒杀虫剂的研究 杆状病毒表达系统 杆状病毒作为基因治疗的载体
杆状病毒杀虫剂的研究
杆状病毒杀虫剂作为农作物、森林害虫防治 的新型安全的生物农药,已经得到了人们的重视。 与传统的化学农药相比,杆状病毒对宿主昆虫具 有高度的病原性,对非靶生物十分安全,能够在 环境中长期存活,对人、畜及其他脊椎动物无害, 不污染环境,能和其他化学农药混合使用,同时 具有防效时间长、使用方便等优点,所以早在 1973年就已被联合国粮农组织和世界卫生组织推 荐作为化学农药的理想替代品。
除了和复制相关的基因以外, 在AcMNPV基因组
中共鉴定出10个基因与晚期基因的转录有关,它们是lef4, lef-5, lef-6, lef-8, lef-9, lef-10, lef-11, lef-12, 39K和p47等 基因。其中4个保守基因( lef-4, lef-8, lef-9和p47)的产物
病毒基因表达
早期基因的表达 早期时相向晚期基因表达的过渡 晚期基因的表达
早期基因的表达
早期基因的转录是由宿主RNA聚合酶Ⅱ 介导的。早期基因迅速表达以满足病毒复制 周期所需条件:
控制宿主细胞的代谢机器 为病毒DNA复制提供必需条件 突破或阻断宿主细胞防御机制 提供下一时相病毒基因表达所需基因产物
HaSNPV )
杆状病毒的分类
Baculoviridae 杆状病毒科
NPV Nucleopholyhedrovirus 核型多角体病毒属
GV Granulovirus 颗粒体病毒属
MNPV SNPV
Baculoviridae
NPV GV
组I 组 II
AcMNPV OpMNPV BmMNPV
LdMNPV SeMNPV HaSNPV

杆状病毒载体-演示文稿

杆状病毒载体-演示文稿
另外,昆虫杆状病毒表达系统具有剪切的功能,能表达基因 组DNA;还有对重组蛋白进行定位的功能,如将核蛋白转送到 细胞核上,膜蛋白则定位在膜上,分泌蛋白则可分泌到细胞外 等。
最后,杆状病毒对脊椎动物无感染性,现有研究也表明其 启动子在N-%动物细胞中没有活性,因此在表达癌基因或有潜 在毒性的蛋白时可能优于其它系统。
④能容纳大分子的插入片段:杆状病毒毒粒可以扩大,并能包 装大的基因片段,但目前尚不知杆状病毒所能容纳的外源基因 长度的上限。
⑤能同时表达多个基因:杆状病毒表达系统具有在同一细胞内 同时表达多个基因的能力。既可采用不同的重组病毒同时感染 细胞的形式,也可在同一转移载体上同时克隆两个外源基因, 表达产物可加工形成具有活性的异源二聚体或多聚体。
❖ 杆状病毒用作外源基因的表达载体,通常是通过体内同源重 组的方法,用外源基因替代多角体蛋白基因而构建重组病毒。 由于多角体基因启动子在感染后18~24h开始转录和翻译, 一直持续到70 h。外源基因置换掉多角体基因后,并不影响 后代病毒的感染与复制,意味着重组病毒不需要辅助病毒的 功能。
重组杆状病毒表达载体的结构
达产物,将其致敏原性降到最低限度是值得重视和探讨的问题。 (4)由于该系统独特的性质,使其被广泛地应用于基因工程、药 物开发、疫苗生产、表达免疫活性分子和某些致瘤病毒蛋白以及 基因表达调控研究等多个领域中。迄今为止,已有数百个基因在 昆虫细胞或幼虫体内得到高效表达,为获得大量的类原型蛋白及 其功能研究提供了可能。
家蚕核型多角体病毒粒子模式图
❖ 杆状病毒粒子呈杆状, 大小为330×80nm。由 膜及核髓组成。膜为三 片层状,外层பைடு நூலகம்由蛋白 质白质及脂质组成的套 膜,现代病毒学称为囊 膜,内层是由蛋白质构 成的衣壳,中间为胶粘 层。衣壳内为髓核,是 呈螺旋型的双链脱氧核 糖核酸分子。衣壳和髓 核构成核衣壳。在一个 套膜中,包裹的核衣壳 数目因寄生的部位不同 而异。

昆虫细胞表达系统

昆虫细胞表达系统

昆虫细胞表达系统昆虫细胞表达系统是四大表达系统(昆虫细胞、细菌、酵母、哺乳动物细胞表达系统)之一。

昆虫细胞表达系统原理是通过转座作用将转移载体中的表达组件定点转座到能在大肠杆菌中增殖的杆状病毒穿梭载体(Bacmid)上,通过抗性和蓝白斑筛选到重组穿梭质粒,提取穿梭质粒DNA转染昆虫细胞后,得到的子代病毒即为重组病毒。

将病毒上清浸染昆虫细胞,获得表达的重组蛋白。

杆状病毒是一类闭合环状双链病毒,病毒粒子呈杆状,以昆虫为主要宿主。

杆状病毒还是一种出芽型分泌性病毒粒子,在感染细胞后能迅速在培养细胞中水平传播而保持细胞在相当长的时间内不裂解,从而最大限度地保持了外源蛋白的稳定,昆虫细胞表达系统又被称为昆虫杆状病毒系统。

昆虫细胞表达系统本身是一个蛋白裂解性系统,在杆状病毒感染昆虫细胞的过程中,杆状病毒可以编码一些蛋白酶如木瓜蛋白酶等导致蛋白的降解。

因此,收集细胞后,在裂解细胞之前要加入蛋白酶抑制剂防止蛋白的降解。

昆虫细胞表达系统属于真核细胞表达系统,但又不同于酵母及哺乳动物细胞表达系统,酵母表达的蛋白易纯化但也易降解,而哺乳动物细胞表达系统表达的蛋白具有生物活性但成本高。

细菌表达系统属于原核表达系统,操作简单、周期短收益大、表达产物稳定,但是表达基因的相对分子量有限,且不能对表达产物进行翻译后加工修饰。

而昆虫细胞表达系统具有很多优点:(1)具有糖基化作用、乙酰化作用、磷酸化作用等一系列蛋白质翻译加工修饰系统;(2)正确的蛋白折叠、二硫键形成,使重组蛋白在结构和功能上更接近天然蛋白,有利于表达产物形成天然的高级结构;(3)具有对重组蛋白进行定位的功能,如将核蛋白转送到细胞核上,膜蛋白则定位在膜上,分泌蛋白则可分泌到细胞外等;(4)昆虫细胞悬浮生长,容易放大培养,有利于大规模表达重组蛋白。

高表达量,最高表达量可达昆虫细胞蛋白总量的50%;(5)可表达非常大的外源性基因(~200kD)而不至于影响本身的增殖;(6)具有在同一个感染昆虫细胞内同时表达多个基因的能力;(7)通用性广,能用于表达来自病毒、细菌、真菌、植物和动物几乎所有的蛋白,并且能表达带有内含子的外源基因;(8)对脊椎动物是安全的,杆状病毒属于昆虫病毒,有高度特异的宿主范围,对脊椎动物和植物均无致病性,而且经重组后的病毒因失去多角体保护而使其在自然界的生存能力很弱,被认为是安全的载体。

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5) Capacity to express unspliced genes
Insect cells have the capability to perform intron/exon splicing. However, certain virus-, tissue- or species-specific splicing patterns will not be obtained if they require the presence of particular splicing factors which are not available in the infected insect cell environment. In general, for high protein expression levels, a cDNA insert rather than a genomic DNA fragment is recommended.
The BEVS typically produces overexpressed recombinant proteins containing properfolding, disulfide bond formation and oligomerization. Additionally, this system is capable of performing several post-translational modifications. This leads to a protein that is similar to its native counterpart, both structurally and functionally. However, in cases where the authentic protein functions as a heterodimer or relies on tissue- or species-specific modifications, the recombinant Baculovirus-expressed protein may not be functionally active, unless its binding partner or modifying enzyme is coexpressed.
7) Simultaneous expression of multiple genes
BEVS has the capability to express two or more genes simultaneously within single infected insect cells. Protein complexes that depend on dimer or multidimer formation for activity can be assembled. A well known example is the formation of complete virus capsids from a variety of viruses which have been assembled in vitro, using BEVS, by coexpressing the capsid subunits simultaneously.
4) Capacity for large inserts
The expandability of the capsid structure of Baculoviruses allows the packaging and expression of very large genes. There is no known upper size limit for the insertion of foreign sequences into the BV genome.
6) Simplicity of technology
This technology has made expression of full-length proteins fast, easy and reliable. Recombinant Baculovirus can be obtained in two simple steps–cloning and co-transfection–in as little as 5 days. The ease of use now rivals that of bacterial expression systems and BEVS technology does not require that the recombinant protein be expressed as a fusion protein.
今天,已经有成千上万种重组蛋白成功利用昆虫杆状病毒表 达系统得到表达,其范围涵盖从细胞器酶到膜结合蛋白。
这种表达系统得到如此广泛的应用主要是因为其独特的优点

优势
简单易用 蛋白大小
多重表达 信号肽切除 内含子剪切 核转运 活性蛋白 磷酸化 糖基化 乙酰化
1) Functional activity of the recombinant protein
9) Ease of purification
Some 6xHis and glutathione S-transferase (GSST) Baculoviirruuss EExxpprreessssiioonn aanndd Purification Kits has been developed, designed for easy and reliable singlestep ppuurriiffiiccaattiioonn ooff rreeccoommbbiinnaanntt pprrootteeiinnss.. TThhee 66xxHHiiss ppuurriiffiiccaattiioonn ssyysstteemm relies on the high specificity of the 6xHis tag for Ni-NTA Agarose. The GST purification system takes advantage of the high affinity of glutathione agarose beads for reduced glutathione. These kits combine the advantages of expressing functional and soluble recombinant proteins using BEVS technology with the convenience of a GST or 6xHis affinity purification system. Even under the highest expression levels, most GST and 6xHis fusion proteins expressed in insect cells remain predominantly soluble.
5.2.2 真核细胞表达系统 —昆虫杆状病毒细胞表达系统
传统基因工程技术的四个 要素
•工 具 酶:内切酶、连接酶等 •载 体:pUC、pET系列等 •目的基因:X or Y •宿 主:
原核细胞 :大肠ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ菌等
真核细胞 :酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞

昆虫杆状病毒表达载体系统(BEVS)
世界上的昆虫种类约有150多万种,可以感染昆虫的病毒大约有 1200多种,分属于7个不同的科,杆状病毒科是其中最普遍的一 群。杆状病毒科又被分为3个亚群:核型多角体病毒(Nuclear Polyhedrosis Virus, NPV)、颗粒状病毒(Granulosis virus, GV)与非包涵型杆状病毒(Nonoccluded Virus, NOV)。
The highest expression level reported is 50% of the total cellular protein of an infected insect cell corresponding to approximately 1g of recombinant protein per 1 × 1099 cells. However, many recombinant pprrootteeiinnss aarree nnoott pprroodduucceedd at such high amounts and it is usually difficult to predict the amount of protein expression. There are some guidelines one can follow to optimize protein production. Of primary importance is optimizing the design of the recombinant Baculovirus Transfer Vector.
昆虫杆状病毒表达载体系统(Baculovirus Expression Vector System,简称BEVS),基于昆虫杆状病毒及其宿主细胞建立起来 的表达体系;是继大肠杆菌、酵母和哺乳动物细胞表达系统之后 建立起来的,始于本世纪80年代。
昆虫杆状病毒表达载体系统
过去20多年来,昆虫杆状病毒表达系统已经成为重组蛋白常 规表达最广泛使用的系统之一。
2) Post-translational modifications
Several post-translational modifications have been reported to occur in the BEVS, including N- and O-linked glycosylation, phosphorylation, acylation, amidation, carboxymethylation, isoprenylation, signal peptide cleavage and proteolytic cleavage. The sites where these modifications occur are often identical to those of the authentic protein in its native cellular environment.
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