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病毒包装与感染ppt课件
病毒包装与感染
基因载体系统
病毒载体系统
非病毒载体系统
DNA/RNA DNADNADNADNA
逆腺腺单慢
转病相纯病
录 病 毒 载
毒 载 体
关 病 毒 载
疱 疹 病 毒
毒 载 体
体
体载
体
裸
阳蛋 阳
离白 离
子质 脂复 质合 复物
子 多 聚 物
嵌 合 物
合
物
细胞内包装
细胞外包装
2
病毒载体系统
基本概念：即病毒载体介导基因技术，一种高效的基因转移工
➢ 将其包膜蛋白env基因换成鼠4070A病毒的双嗜性包膜蛋白，就产生
了能分泌双嗜性病毒的包装细胞。但这个细胞系所含的包装结构仅仅 缺失Ψ信号，只要它们与载体之间发生一次重组，就可以产生有复制 能力的野生型病毒，安全性很差。
➢ 第二代包装细胞
➢ 前病毒基因组除了包装信号缺失外，5’LTR的5’端顺序也缺失，病毒 剪接供体上游部位进一步缺失，3’LTR被SV40的转录终止多聚腺苷酸 信号取代。经过这样的改造，包装细胞与载体系列之间的共同顺序只 存在于紧接gag起始密码子上游53bp的区域。
1、体外细胞基因转导2、 全基因组插入失活突变筛 选3、功能基因库构建
腺病毒载体
➢ 无包膜的线状双链DNA病毒，宿主范围很广，适用于在分 裂或非分裂哺乳动物细胞中进行高效瞬时表达。
➢ 除了一些抗腺病毒感染的淋巴瘤细胞，腺病毒系统可以在 任何哺乳动物细胞中高效瞬时表达，是可靠的基因递送平 台。它在感染宿主细胞时，病毒基因组及其携带的外源基 因独立于宿主基因组外游离表达，因此是无插入突变性， 安全性高。
➢ 第三代慢病毒载体系统由四质粒代 替原有的三质粒包装系统。
病毒载体-2014-10
Moloney murine leukaemia virus (Mo-MLV)
• amphotrophic virus • The essential regions include the 5' & 3' LTRs & the packaging sequence lying downstream of the 5' LTR. • Transgene expression can either be driven by the promoter/enhancer region in the 5' LTR, or by alternative viral (e.g. cytomegalovirus, Rous sarcoma virus) or cellular (e.g. beta actin, tyrosine) promoters
优点
• Broad range of infectivity and high titer • Infection does not require an actively dividing host cell • Expressed human proteins are properly folded and modified • Large insert size • AdEasy vector is non-insertional
• selectable markers, such as neomycin & beta galactosidase, can be included • The available carrying capacity for retroviral vectors is approximately 7.5 kb • Altering the env gene or its product has proved a successful means of manipulating the cell range
细胞生物学作业 腺病毒载体介绍
具有共同或重叠序列的两种ＤＮＡ分 子，通过共转染转移到某一生物体内， 在一系列与同源重组有关的酶的作用 下，将一个DNA分子转移到另一个DNA 分子中去
腺病毒载体优势
宿主范围广，对人致病性低
在增值和非增值细胞中感染和表达色体中，无插入致突变性 能在悬浮液中扩增 能同时表达多个基因
基因E1a： 对其他基因的转录有阻遏作用，复制所必需的基因
早期基因
基因E2： 晚期基因表达的反式因子和病毒复制必需的因子 其他
晚期基因：产生病毒的结构蛋白
腺病毒侵染人体过程
腺病毒纤毛结 节区粘附到细 胞表面的柯萨 奇/腺病毒受体
→
五邻体基底部 的三肽（RGD） 与细胞表面整 合素结合，通 过内吞作用进 入细胞
→
外包装壳蛋白解 体，病毒粒子穿 过细胞质靠近细 胞核
↓
病毒粒子经细 胞质通过核孔 将遗传物质转 入细胞核，
腺病毒载体构建方法
体外连接法 同源重组法 ：在真核细胞中进行同源重组
在原核细胞中进行同源重组
体外连接法：将外源目的基因亚克隆 到腺病毒基因组的一个片段上，在体 外与腺病毒的基因组相连，重新构成 一个完整的腺病毒ＤＮＡ，转染敏感 细胞。 不足：腺病毒基因组上适用于克隆酶 切位点有限，限制了该法的利用。
腺病毒载体
腺病毒简介 腺病毒载体构建方法 腺病毒载体优势 腺病毒载体应用前景
腺病毒简介
腺病毒是一种没有包膜的直径为 70～90 nm的颗粒，由240个六邻体 和12个五邻体，其中五邻体位于顶 角处，从每个顶角壳粒的基底伸出 一根纤毛突起，末端有一个结节区， 衣壳里是线状双链DNA分子
DNA分子特点： 其两端各有一个100一165 ntLTR序列
腺病毒载体应用前景
基因工程第三章基因工程的载体
基因工程载体的种类
质粒载体
质粒是一种裸露的、独立于细菌 拟核DNA之外的DNA分子，具有 自我复制能力，可携带外源DNA 片段。
病毒载体
病毒载体是指能够将外源DNA片 段插入到病毒基因组中，并利用 病毒的复制机制将外源DNA片段 导入到受体细胞中的媒介。
基因工程载体的作用
基因转移
基因工程载体能够将外源DNA片 段导入到受体细胞中，实现基因 的转移和表达。
通过优化载体结构，提高其在宿主细胞内的稳定性，降低丢失和突变 的风险。
开发NA的载体，提高基因工 程的效率和安全性。
拓展载体功能
通过基因工程技术对载体进行改造，赋予其新的功能，如表达调控、 靶向输送等。
智能化载体
利用合成生物学和纳米技术，开发具有智能响应能力的基因工程载体， 实现基因治疗的精准化和个性化。
利用基因工程载体生产食品添加剂、 酶制剂等，提高生产效率和产品质量。
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此外，噬菌体载体还可以用于疫苗研 发和生物治疗等领域。
04 人工染色体载体
人工染色体的概念与特性
人工染色体是一种通过基因工程技术 构建的染色体，具有与天然染色体相 似的结构和功能。
人工染色体具有高容量、可定制和可 调控等特性，能够承载和表达大量的 外源基因，为基因治疗、生物制药等 领域提供了新的工具。
质粒载体的应用
总结词
质粒载体在基因工程中广泛应用于基因克隆、表达和基因治疗等领域。
详细描述
质粒载体此外，质粒载体还可以用于基因治疗和疫苗研制等领域， 为疾病治疗和预防提供了新的手段。
03 噬菌体载体
噬菌体的生物学特性
基因克隆
基因工程载体可作为基因克隆的 工具，将外源DNA片段插入到载 体中，通过复制和扩增实现基因 克隆。
病毒载体概述培训课件
嵌 合 型 病 毒 载 体 （ h y b r id v ir a l v e c to r ）： 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 A AV 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 D N A ）， 又 具 有 A A V 病 毒 的 染 色 体 整 合 性 （ L ie b e r A e t a l. 1 9 9 9 ）。 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 A A V 病 毒 杂 合 载 体 （ J o h n s to n K M e t a l. 1 9 9 7 ）、 腺 病 毒 与 E B 病 毒 复 制 子 杂 合 载 体 （ T a n B T e t a l. 1 9 9 9 ） 腺 病 毒 与 反 转 录 病 毒 杂 合 载 体 （ C a p le n N J e t a l. 1 9 9 9 ） 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。
神经系统疾病的基 因治疗； 肿瘤的基因治疗。
病毒载体研究方向
1、病毒包装系统 2、无病毒基因的病毒载体 3、靶向性病毒载体 4、可调控表达的病毒载体 5、嵌合型病毒载体 6、自我扩增型病毒载体 7、条件增殖型病毒载体 8、新病毒载体
病毒载体包装系统
组成：1、宿主细胞
2、辅助元件（辅助质粒、辅助病毒）
生物学特性
适用范围
可感染分裂细胞； 整合到染色体中； 表达时间较长； 有致癌的危险； 可感染分裂和非分裂细胞； 不整合到染色体中； 外源基因表达水平高； 表达时间较短； 免疫原性强； 可感染分裂和非分裂细胞； 整合到染色体中； 无致病性；免疫原性弱； 可长期表达外源基因； 在骨骼肌、心肌、肝脏、视 网膜等组织中表达较高；
神经系统疾病的基 因治疗； 肿瘤的基因治疗。
病毒载体研究方向
1、病毒包装系统 2、无病毒基因的病毒载体 3、靶向性病毒载体 4、可调控表达的病毒载体 5、嵌合型病毒载体 6、自我扩增型病毒载体 7、条件增殖型病毒载体 8、新病毒载体
病毒载体包装系统
组成：1、宿主细胞
2、辅助元件（辅助质粒、辅助病毒）
生物学特性
适用范围
可感染分裂细胞； 整合到染色体中； 表达时间较长； 有致癌的危险； 可感染分裂和非分裂细胞； 不整合到染色体中； 外源基因表达水平高； 表达时间较短； 免疫原性强； 可感染分裂和非分裂细胞； 整合到染色体中； 无致病性；免疫原性弱； 可长期表达外源基因； 在骨骼肌、心肌、肝脏、视 网膜等组织中表达较高；
病毒载体应用于基因治疗
a, without adenoviral transduction; b, transduced with ZD55-MnSOD; c, transduced with ZD55-TRAIL; d, transduced with the combination of ZD55-MnSOD with ZD55-TRAIL.
腺病毒载体应用实例(2)
Her2 (human epidermalgrowth factor receptor-2)：原癌基因人类表皮生长因 子受体基因, 是一种人癌细胞表面的biomarker。
DARPin
(Designed ankyrin repeat protein)
Target
Her2
其他病毒载体-巨细胞病毒载体
细
动肿
胞
子瘤
周
血
期
管Hale Waihona Puke 调内控皮
启
导
动
向
子
启
cell
双
录病
特
调毒
异
控增
性
殖
启
的
动
特
子
异
性
转
逆转录病毒(Retrovirus)结构
逆转录病毒(Retrovirus)是 RNA病毒，它有三个结构 蛋白基因： env-编码gpl20 和gp41两种包膜糖蛋白； gag-编码病毒衣壳、基质等 结构蛋白的基因；pol-编码 逆转录酶(p66/p51)、蛋白 水解酶和整合酶。
MnSOD(Manganese superoxide dismutase):is a latent tumor suppressor gene. TRAIL:Tumor necrosis factor–related apoptosis-inducing ligand genes。 ZD55-TRAIL was shown to induce the MnSOD expression in SW620 cells.
基因工程载体(质粒-3章)幻灯片(1)
非接合型质粒的寄主细胞中同时存在一 种接合型质粒，那么它们通常也是可以 被转移的。这种由共存的接合型质粒引 发的非接合型质粒的转移过程，叫质粒 的迁移作用（mobiligation）又叫质粒 的诱动。
带有大肠杆菌素基因的Col质粒和带有抗菌素抗性基因的R 质粒既有属于接合型的，也有属于非接合型的。
如果在非接合型质粒的寄主细胞中同时存在一种接合 型质粒，那么它们通常也是可以被转移的。这种由共存的 接合型质粒引发的非接合型质粒的转移过程，叫质粒的迁 移作用(mobilization)又叫质粒的诱动。ColE1是一种可以 迁移但属于非接合型质粒。
2）F 因子
F因子是最有代表性的接合型质粒，又称致育因子 (fertility factor)或性质粒(Sex plasmid)。它在寄主细胞中有 三种存在方式：①独立于染色体之外，闭环双链DNA形式 存在。这种细胞称F+细胞。②独立于染色体之外，闭环双 链DNA形式存在，但其DNA上还携带有寄主菌染色体基因 或DNA区段。这种细胞称之为F-细胞。③以线性DNA形式， 从不同位点整合到寄主菌染色体上，这种细胞称为Hfr细胞 (高频重组细胞)。
如加入不同启动子序列，用于生产单链 DNA或RNA，外源基因的大量表达。又加 入COS位点，使载体能容纳更大的DNA片 段等等。
质粒载体的选择标记：
外源DNA片段与质粒载体DNA连接，再转化入 宿主菌，经培养后需筛选鉴定转化子。这就需 要利用质粒载体的可选择标记。
质粒载体的选择标记
抗生素抗性基因选择标记
蓝-白斑实验
构建的质粒人工载体，应用最广的是 PBR322，分子量为2.6×106，含46332bp。 含有选择标记抗氨苄青霉素（Apr）基因来 自天然质粒RSF2124和抗四环素（Ter）基因 来自PSC101质粒。复制子部分来自PMB9 （一类Co1E1质粒）。多克隆限制性内节切 酶位点有9个
医学：重组腺病毒载体的构建
02
重组腺病毒载体的构建涉及多个步骤，包括选择合适的腺 病毒血清型、设计外源基因的插入位点、构建重组质粒、 转染腺病毒生产细胞等。这些步骤需要精确的操作和严格 的质量控制，以确保重组腺病毒载体的安全性和有效性。
03
重组腺病毒载体的构建过程中，需要注意选择适当的腺病 毒血清型，以确保与宿主细胞的良好亲和力和低免疫原性 。同时，需要对外源基因进行适当的修饰和优化，以提高 其在重组腺病毒载体中的表达效率和稳定性。
医学重组腺病毒载体的构建
目录
• 重组腺病毒载体概述 • 重组腺病毒载体的构建过程 • 重组腺病毒载体的应用研究 • 重组腺病毒载体的安全性及挑战 • 参考文献
01 重组腺病毒载体概述
腺病毒的特点
01
02
03
宿主范围广
腺病毒对多种细胞类型具 有感染能力，包括人体细 胞。
基因容量大
腺病毒载体可以携带较大 的基因片段，适合用于基 因治疗和疫苗研发。
02 重组腺病毒载体的构建过 程
目的基因的获取与。
目的基因的处理
对目的基因进行限制性酶切、修饰、 纯化等处理，以便于后续的克隆和鉴 定。
载体的选择与处理
载体的选择
根据实验需求选择适合的载体，如腺病毒载体、质粒载体等。
载体的处理
重组腺病毒载体的构建过程简介
选择合适的腺病毒血清型
根据应用需求选择对特定细胞类型感染力强、 免疫原性弱的腺病毒血清型。
构建重组质粒
将目的基因插入腺病毒载体的转移质粒中， 形成重组质粒。
转染与筛选
将重组质粒转染进包装细胞，筛选出能够产 生重组腺病毒的细胞克隆。
病毒扩增与纯化
在筛选出的细胞克隆中扩增重组腺病毒，并 进行纯化和浓缩。
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Host cell +vector DNA
rep cap
Recombinant helper virus (rHSV-repcap)
proviral cell
图4 双因素系统生产重组AAV病毒示意图
无病毒基因的病毒载体
被包装的DNA/RNA中不含任何病毒编码基因，只保留其复制和 包装所必需的顺式作用元件。获得的重组病毒颗粒具有野生型病 毒的外壳/外膜和感染性，但不表达病毒蛋白。
病毒载体研究进展
吴小兵 （‘863’计划生物领域病毒基因载体研发基地）
基因载体系统
病毒载体系统
非病毒载体系统
DNA/RNA DNADNADNADNA
反腺腺单慢
裸
转病伴纯病
录 病 毒 载
毒 载 体
随 病 毒 载
疱 疹 病 毒
毒 载 体
体
体载
体
阳 阳
离白 离
子质 脂复 质合 复物
子 多 聚 物
嵌 合 物
合
物
细胞内包装
细胞外包装
病毒载体概述（1）
要求：1、携带外源基因并能包装成感染性病毒颗粒
2、介导外源基因转移和表达 3、对机体不致病
容量：自身基因组大小的105%~110%
类型：1、重组型病毒载体
可复制型 复制缺陷型
2、无病毒基因的病毒载体 复制缺陷型
组成：1、病毒复制和包装元件
2、病毒基因 3、插入的外源基因或元件 4、病毒外壳/外膜
转导效率 靶向性 基因表达水平和持续时间 表达的可调控性
常用的病毒载体的特点：
病毒载体
反转录病毒载体 单 链 RNA 病 毒 8~10kb
腺病毒载体 双 链 DNA 病 毒 36kb
A AV 病 毒 载 体 单 链 DNA 病 毒 ~5kb
HSV 病 毒 载 体 双 链 DNA 病 毒 152kb
albumin Tyrosinase or TRP-1 PSA MBP MCK GFAP NSE KDR/flt-1 AFP CEA erbB2
HRE MDR1
MVM P4 B19 promoter HBV JCV EBV
P1 tTA P1 tTA
tetOp tTA
tetOp gene tetOp gene tetOp gene
ESTRADIOL
GAL4 ER VP16
合成的转录因子
RXR
EcR VP16
RU486
GAL4 PR VP16
Diphenol indene
GAL4 ER p65
muristerone
ZFHD-1 FKB12
FRAP P65
rapamycin
自 我 扩 增 型 载 体 （ s e lf-a m p lify in g v e c to r ）： 这 类 载 体 是 以 正 链 R N A 病 毒 S in d b is 病 毒 和 S em lik i F o rest 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 。 条 件 增 殖 型 病 毒 载 体 （ c o n d itio n a lly r e p lic a tin g v e c to r ）：
用途：基因转移和表达
1、基因治疗 2、疫苗 3、器官移植 4、组织工程 5、转基因动物 6、基因功能研究
病毒载体概述（2）
优点：1、利用病毒天然的感染性进入细胞，转导效率高；
2、复杂的装配过程由细胞完成； 3、不同的病毒载体具有不同的表达特点。
存在的问题：1、安全性
2、靶向性 3、有效性
细胞毒性 染色体毒性 免疫毒性 转导靶向性 转录靶向性
神经系统疾病的基 因治疗； 肿瘤的基因治疗。
病毒载体研究方向
1、病毒包装系统 2、无病毒基因的病毒载体 3、靶向性病毒载体 4、可调控表达的病毒载体 5、嵌合型病毒载体 6、自我扩增型病毒载体 7、条件增殖型病毒载体 8、新病毒载体
病毒载体包装系统
组成：1、宿主细胞
2、辅助元件（辅助质粒、辅助病毒）
连接靶向性结合分子
Modified adenovirus
cell
转录靶向性（特异性）
组
肿
细
织
瘤
胞
特
选
周
异
择
期
性
性
调
启
启
控
动
动
启
子
子
动
子
肿
双
病
瘤
特
毒
血
异
增
管
性
殖
内
启
的
皮
动
特
导
子
异
向
性
启
转
动
录
子
调
控
可调控表达的病毒载体
细胞的调控元件 病毒的调控元件 人工合成的调控元件
细胞特异性转录
四环素调控
细胞启动子 病毒启动子
3、被包装的DNA/RNA
包含顺式作用元件
单因素生产系统（one-component system)
gag pol env
LTR
LTR
图1 反转录病毒包装系统示意图
双因素生产系统 (two-component system)
Ad Shuttle
E1a,b
293 cell
E1a,b
293 cell
JM17
图2 腺病毒包装系统示意图
多因素生产系统 (multi-component system)
Helper virus
rep cap Helper plasmid
host cell
Vector plasmid
多因素系统
图3 腺病毒伴随病毒包装系统示意图
双因素系统
Helper virus +helper plasmid
生物学特性
适用范围
可感染分裂细胞； 整合到染色体中； 表达时间较长； 有致癌的危险； 可感染分裂和非分裂细胞； 不整合到染色体中； 外源基因表达水平高； 表达时间较短； 免疫原性强； 可感染分裂和非分裂细胞； 整合到染色体中； 无致病性；免疫原性弱； 可长期表达外源基因； 在骨骼肌、心肌、肝脏、视 网膜等组织中表达较高；
腺伴随病毒载体：
ITR
反转录病毒载体：
ITR
gene
pA
LTR
腺病毒载体：
ITR
单纯疱疹病毒载体：
gene
LTR
ITR
gene pA
gene
gene
gene
pac
ori
gene
gene
无辅助病毒包装系统
adenovirus
Helper plasmid: E2a E4orf6 VA
aav vector plasmid
E x v iv o 基 因 治 疗 ； 肿瘤基因治疗。
In v iv o 基 因 治 疗 ； 肿瘤基因治疗； 疫苗。
In v iv o 基 因 治 疗； E x v iv o 基 因 治 疗 ； 遗传病基因治疗； 获得性慢性疾病的 基因治疗。
具有嗜神经性；可逆轴突传 递； 可潜伏感染； 容量大； 可感染分裂和非分裂细胞；
ITR
ITR
gene
E1a,b
293细胞
图5 重组AAV无辅毒包装系统
ITR
ITR
gene
cre 293-cre
Adenovirus with packaging signal flanked by loxP
图6 mini-adnovirus无辅毒包装系统
靶向性病毒载体
转导靶向性
改造病毒外壳/外膜