杆状病毒载体及其在昆虫细胞中表达外源基因的研究进展

本文介绍了杆状病毒载体在昆虫细胞中表达外源基因的基本策略和发展趋势。杆状病毒载体系统近年来已被人们广泛用来表达人类、动物和植物等的一些重要蛋白质分子,在医学、农业等领域的基因工程研究中发挥了越来越大的作用。杆状病毒载体系统表达外源基因的效率高,表达产物的结构和活性与天然产物一致,为当今基因工程研究中最有发展前途的病毒载体表达系统。     

昆虫杆状病毒表达系统的研究与应用进展

昆虫杆状病毒表达系统 (BEVS)因具有完备的翻译后加工修饰系统和高效表达外源基因的能力等特点 ,现已成功表达了近千种高价值蛋白。随着杆状病毒载体的不断改进 ,该系统获得重组病毒的几率已从最初的 0 1 %～ 1 %提高到现在的 80 %～ 90 %以上 ,并且出现了一些新的宿主域扩大的昆虫杆状病毒载体和高水平表达重组蛋白的昆虫细胞系。杆状病毒载体将在未来药物研发、疫苗生产、基因治疗、重组杆状病毒杀虫剂等领域得到广泛应用。但存在的一些问题如杆状病毒的基因组学研究相对薄弱 ,有关病毒晚期基因的高表达和调控机制等还不十分清楚 ,表达产物的纯化比较困难 ,多元表达等方面的技术还不够成熟等 ,均有待进一步解决。     

携带苏云金芽胞杆菌cry1Ac10基因重组杆状病毒的构建及其杀虫活性

用Bac-to-Bac系统,构建了包含极晚期基因ph启动子驱动的带有全长苏云金芽胞杆菌cry1Ac10基因和完整多角体基因的重组质粒pFCP,用该重组质粒感染昆虫Sf9细胞,得到了带有多角体和能够表达cry1Ac10基因的重组杆状病毒vFcph,并在昆虫细胞中表达了Cry1Ac10蛋白。同时构建了含cry1Ac10的穿梭载体．pHTC,并分别转化大肠杆菌、枯草杆菌和苏云金杆菌晶体缺陷型菌株,结果表明此三种工程菌均表达了分子量为133．3kDa的原毒素蛋白,其中在苏云金芽胞杆菌中的表达量最高。生物测定表明重组杆状病毒vFcph的表达产物具有杀虫活性,能增加杆状病毒力,加快杆状病毒杀虫速度,说明利用杆状病毒极晚期基因启动子驱动苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白表达,从而改善杆状病毒的杀虫特性是可行的。     

杆状病毒基因组DNA复制相关基因的研究进展

综述了与杆状病毒DNA复制相关基因的研究进展.杆状病毒表达系统是最重要的四大基因工程表达系统之一,杆状病毒还具有作为生物杀虫剂的潜能.DNA复制是杆状病毒复制循环的中心环节.     

携带苏云金芽胞杆菌cry1Ac10基因重组杆状病毒的构建及其杀虫活性

用Bac-to-Bac系统,构建了包含极晚期基因ph启动子驱动的带有全长苏云金芽胞杆菌cryIAc10基因和完整多角体基因的重组质粒pFCP, 用该重组质粒感染昆虫Sf9细胞,得到了带有多角体和能够表达cry1Ac10基因的重组杆状病毒vFcph,并在昆虫细胞中表达了Cry1Ac10蛋白.同时构建了含cry1Ac10的穿梭载体pHTC,并分别转化大肠杆菌、枯草杆菌和苏云金杆菌晶体缺陷型菌株,结果表明此三种工程菌均表达了分子量为133.3kDa的原毒素蛋白,其中在苏云金芽胞杆菌中的表达量最高.生物测定表明重组杆状病毒vFcph的表达产物具有杀虫活性,能增加杆状病毒力,加快杆状病毒杀虫速度,说明利用杆状病毒极晚期基因启动子驱动苏云金芽胞杆菌杀虫晶体蛋白表达,从而改善杆状病毒的杀虫特性是可行的.     

杆状病毒基因工程研究进展

综述了杆状病毒基因工程研究的最新进展和研究成果,归纳了近年来（１９９１年以后）通过杆状病毒载体系统表达的外源基因,并提出了杆状病毒基因工程研究发展的方向。     

汉滩病毒M、S基因不同拼接方式在昆虫细胞中融合表达效果比较

将汉滩病毒囊膜糖蛋白G1与核蛋白 (NP)部分片段以不同方式拼接 ,构建G1S0 .7或S0 .7G1嵌合基因 ,分别插入杆状病毒表达载体 pFBD ,转化DH10Bac致敏菌 ,获得含有嵌合基因的重组穿梭质粒Bacmid ,用其转染Sf9细胞 ,快速筛选出含有G1S0 .7或S0 .7G1嵌合基因的重组杆状病毒 ,在昆虫细胞中表达外源融合蛋白。利用间接免疫荧光、ELISA和免疫印迹对表达产物进行检测。结果表明 ,含G1S0 .7嵌合基因之重组杆状病毒可在昆虫细胞中表达出融合蛋白 ,该蛋白可被抗汉滩病毒核蛋白及糖蛋白G1特异性单抗所识别 ,其分子量约 97kD ;含S0 .7G1嵌合基因之重组杆状病毒在昆虫细胞中表达的融合蛋白 ,只能被抗汉滩病毒核蛋白特异性单抗所识别 ,其分子量约 4 3kD。上述结果提示 ,G1S0 .7嵌合基因可能在昆虫细胞中表达出完整的具有生物学活性的融合蛋白 ,S0 .7G1嵌和基因的昆虫细胞表达产物不完整 ,且生物学活性不如G1S0 .7嵌合基因的表达产物     

汉滩病毒M、S基因不同拼接方式在昆虫细胞中融合表达效果比较

将汉滩病毒囊膜糖蛋白G1与核蛋白(NP)部分片段以不同方式拼 接,构建G1S0.7或S0.7G1嵌合基因,分别插入杆状病毒表达载体pFBD,转化DH10Bac致敏菌, 获得含有嵌合基因的重组穿梭质粒Bacmid,用其转染Sf9细胞,快速筛选出含有G1S0.7或S0.7 G1嵌合 基因的重组杆状病毒,在昆虫细胞中表达外源融合蛋白.利用间接免疫荧光、ELISA和免疫 印迹对表达产物进行检测.结果表明,含G1S0.7嵌合基因之重组杆状病毒可在昆虫细胞中表 达出融合蛋白,该蛋白可被抗汉滩病毒核蛋白及糖蛋白G1特异性单抗所识别,其分子量约97 kD;含S0.7G1嵌合基因之重组杆状病毒在昆虫细胞中表达的融合蛋白,只能被抗汉滩病毒核 蛋白特异性单抗所识别,其分子量约43kD.上述结果提示,G1S0.7嵌合基因可能在昆虫细胞 中表达出完整的具有生物学活性的融合蛋白,S0.7G1嵌和基因的昆虫细胞表达产物不完整 ,且生物学活性不如G1S0.7嵌合基因的表达产物.     

杆状病毒表达系统——有效的VLP构建工具

杆状病毒表达系统是以杆状病毒为外源基因载体,昆虫细胞或活体昆虫为受体的真核表达系统。相对于其他表达系统,杆状病毒表达系统具有特殊的优势:杆状病毒基因组作为表达载体可以容纳更多外源基因;杆状病毒极晚期启动子能有效调控外源蛋白的表达;昆虫细胞作为受体能够对外源蛋白进行加工修饰;杆状病毒通常只感染节肢动物,不会对人畜构成危害。因此,该系统越来越受到人们的重视,并已应用于亚单位疫苗的研发与生产,特别其对于构建病毒样颗粒,即由一种或多种病毒结构蛋白自行装配而成且不含病毒基因组的蛋白颗粒,具有不可比拟的优势。对此做详细评述并展望病毒样颗粒疫苗的发展趋势。     

EV71类病毒颗粒的表达和免疫原性的初步评价

目的:运用Bac-to-Bac杆状病毒表达系统构建EV71类病毒颗粒,并对形成的类病毒颗粒的免疫原性进行初步评价。方法:构建重组杆状病毒表达载体Bacmid-P1-3CD,转染昆虫细胞sf9细胞系,获得携带EV71病毒结构基因P1和3CD蛋白酶基因的重组杆状病毒AcMNPV-P1-3CD。采用免疫荧光、Western blot及电镜观察等方法检测重组病毒表达产物及形态学特征。表达产物免疫动物后用ELISA、中和试验的方法对其免疫效果进行初步评价。结果:免疫荧光证明有特异性表达产物,Western blot结果可见大小约为39kDa的VP1特异性条带。电镜结果可观察到大小约为27nm的颗粒。免疫动物的血清ELISA抗体效价为1:776,中和抗体效价为1:588。 结论:利用Bac-to-Bac杆状病毒表达系统能共表达EV71的P1和3CD基因,并能形成EV71类病毒颗粒。 经初步评价,形成的EV71 类病毒颗粒具有较好的免疫原性。     

利用BmNPV-家蚕表达系统包装重组腺相关病毒2型（rAAV2）研究

腺相关病毒（adeno-associated virus,AAV）是基因治疗中最常用的病毒载体之一,目前用于基因治疗的AAV多利用苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒表达系统（AcMNPV-sf9）包装,但较高的包装成本限制了AAV在基因治疗中的广泛应用。家蚕杆状病毒表达系统与AcMNPV-sf9系统相比,具有包装量更高、成本更低的优势,因此更适用于包装重组腺相关病毒（recombinant adeno-associated virus,rAAV）。首先,将AAV2功能基因cap和rep进行序列优化后合成,克隆到杆状病毒转移载体pVL1393上,将增强型绿色荧光蛋白（enhanced green fluorescent protein,EGFP）基因和荧光素酶（luciferase,Luc）基因分别作为报告基因克隆到含有巨噬细胞病毒IE（cytomegalovirus-IE,CMV-IE）启动子的病毒转移载体pVL1393-ITRs-MCS上。随后,将构建好的转移载体分别与缺陷型家蚕杆状病毒reBmBac共转染BmN细胞系,获得分别重组有cap、rep和报告基因的家蚕杆状病毒（Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,BmNPV）。再将纯化的重组病毒（reBm-Cap2、reBm-Rep2）与reBm-EGFP、reBm-Luc分别混合后感染家蚕,收获其表达产物,纯化得到含有目的基因的rAAV病毒。利用rAAV病毒感染哺乳动物细胞后,通过检测EGFP、Luc的表达状态来验证rAAV包装成功与否。结果显示,利用家蚕杆状病毒系统成功包装了rAAV2,并且在哺乳动物细胞中实现了报告基因的表达。     

Baculovirus-Mediated Gene Expression in Zebrafish

Abstract In an effort to misexpress genes in zebrafish, we tested the ability of baculovirus to infect and drive gene expression in embryos. By injecting virus into specific tissues and using appropriate promoters, both the location and time of gene expression could be controlled. Using a virus with 2 different promoters, LacZ and GFP could be expressed independently. The efficiency of expression appears to depend on the promoter used. As a test of this system, baculovirus was used to ectopically express ephrinB2a in the presomitic mesoderm. EphrinB2a is normally expressed in the posterior region of developing somites, and baculovirus-mediated misexpression caused abnormal somite boundary formation. Baculovirus can thus be used as a tool for gene misexpression experiments in the zebrafish, especially when localized misexpression is required late in development.     

Metabolic engineering of the baculovirus-expression system via inverse "shotgun" genomic analysis and RNA interference (dsRNA) increases product yield and cell longevity

RNA interference (RNAi) is as powerful tool for characterizing gene function in eukaryotic organisms and cultured cell lines. Its use in metabolic engineering has been limited and few reports have targeted protein expression systems to increase yield. In this work, we examine the use of in vitro synthesized double stranded RNA (dsRNA) in the baculovirus expression vector system (BEVS), using commercially relevant cultured cells (Spodoptera frugiperda, Sf-9) and larvae (Trichoplusia ni) as hosts. First, we employed an inverse "shotgun" genomic analysis to "find" an array of 16 putative insect gene targets. We then synthesized dsRNA in vitro targeting these genes and investigated the effects of injected dsRNA on larval growth, development, and product yield. Growth and development was at times stunted and in several cases, the effects were lethal. However, dsRNA targeting an acidic juvenile hormone-suppressible protein (AJHSP1), and translational elongation factor 2 (Ef-2) resulted in significantly increased yield of model product, GFP. Next, we targeted known genes, v-cath and apoptosis inducer, sf-caspase 1, in cultured Sf-9 cells. We confirm RNAi-mediated sf-caspase 1 suppression in Sf-9 cells, but not in baculovirus-infected cells, likely due to the overriding effects of inhibitor of apoptosis protein, p35. We also demonstrate suppression of v-cath in infected cells, which leads to a approximately 3-fold increase in product yield. Overall, our results support the application of RNAi in metabolic engineering, specifically for enhancing protein productivity in the baculovirus expression vector system.     

基于对虾白斑综合症病毒极早期启动子的新型杆状病毒表达载体的构建与分析

摘要：【目的】构建携带有受杆状病毒多角体启动子控制的疱疹性口腔炎病毒糖蛋白(vesicular stomatitis virus glycoprotein, VSV G)和受白斑综合症病毒极早期基因(immediately-early gene 1,ie1)启动子控制的绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein, EGFP)两个表达阅读框的新型重组病毒vAc-G-EGFP,分析其在无脊椎动物和脊椎动物细胞系中表达报道基因的能力。【方法】 利用Bac-To-Bac 系统构建重组杆状病毒,利用病毒感染或转导实验介导报道基因在待测细胞系中的表达,用荧光显微镜和免疫印迹技术分析报道基因在待测细胞系中的实时表达情况。 【结果】成功构建了分别含VSV G 和 ie1启动子两个阅读框的重组杆状病毒vAc-G-EGFP,发现vAc-G-EGFP可以在无脊椎和脊椎动物细胞系中有效表达报道基因EGFP,免疫印迹实验显示,在不同时间点EGFP于这两类细胞中的表达存在差异。【结论】 基于白斑综合症病毒ie1启动子并携带有VSV G表达框的单一杆状病毒载体可以实现同时在不同种类细胞系中有效表达外源基因。本文构建的新型杆状病毒表达载体有希望普遍应用于基础和应用生物学研究。     

昆虫杆状病毒几丁质酶及其应用研究进展

杆状病毒几丁质酶基因（chitinase,,ChiA）是晚期表达的非必需基因,高度保守。表达产物几丁质酶分为3个区：N-端信号肽区,中部酶活性区和C-末端酶内质网结合区。该酶同时具有内切和外切几丁质酶活性,主要功能是水解昆虫体内的几丁质,促进虫体液化;作为组织蛋白酶原（pro-V-Cath）的分子伴侣,参与其加工和运输过程; 影响多角体的形成,并与细胞的裂解有关;还与病毒侵染机制相关联。杆状病毒ChiA与细菌ChiA源于共同的祖先,而昆虫ChiA则可能直接来自杆状病毒。在害虫生物防治中,杆状病毒ChiA可直接作为杀虫剂,或作为苏云金杆菌和杆状病毒等微生物杀虫剂的增效剂使用;杆状病毒ChiA可转入植物,获得具有持续杀虫及抗病活性的转基因植物;将杆状病毒ChiA的内质网定位序列删除、突变,或在病毒基因组中插入外源ChiA,重组病毒的杀虫活性增强。通过基因工程手段,删除病毒基因组ChiA或V-Cath,可改善杆状病毒表达系统对分泌蛋白和膜结合蛋白的表达。     

Improvement of baculovirus as protein expression vector and as biopesticide by CRISPR/Cas9 editing

The clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR) system–associated Cas9 endonuclease is a molecular tool that enables specific sequence editing with high efficiency. In this study, we have explored the use of CRISPR/Cas9 system for the engineering of baculovirus. We have shown that the delivering of Cas9-single guide RNA ribonucleoprotein (RNP) complex with or without DNA repair template into Sf21 insect cells through lipofection might be efficient to produce knockouts as well as knock-ins into the baculovirus. To evaluate potential application of our CRISPR/Cas9 method to improve baculovirus as protein expression vector and as biopesticide, we attempted to knockout several genes from a recombinant AcMNPV form used in the baculovirus expression system as well as in a natural occurring viral isolate from the same virus. We have additionally confirmed the adaptation of this methodology for the generation of viral knock-ins in specific regions of the viral genome. Analysis of the generated mutants revealed that the editing efficiency and the type of changes was variable but relatively high. Depending on the targeted gene, the editing rate ranged from 10% to 40%. This study established the first report revealing the potential of CRISPR/Cas9 for genome editing in baculovirus, contributing to the engineering of baculovirus as a protein expression vector as well as a biological control agent.     

T7 RNA聚合酶基因表达系统在鱼腥藻7120中构建及hG-CSF的表达

外源基因的表达效率低是蓝藻基因工程发展的瓶颈之一,T7RNA聚合酶表达系统实现了大肠杆菌中外源基因的高效表达,蓝藻与大肠杆菌同为革兰氏阴性菌,具有较高的遗传同源性,在蓝藻中构建T7 RNA聚合酶表达系统有可能提高外源基因在蓝藻中的表达效率。为了在鱼腥藻7120中构建T7RNA聚合酶表达系统,采用重叠延伸PCR技术和酶切连接等方法构建能够表达T7 RNA聚合酶的定点整合载体pEASY-T1-F1-TacT7RNAPCmR-F2以及由T7启动子驱动hG-CSF基因表达的穿梭表达载体pRL-T7-hG-CSF;采用电击转化法将定点整合载体导入野生型鱼腥藻中,通过三亲接合的方法将穿梭表达载体转入已定点整合T7RNA聚合酶的转基因鱼腥藻中。利用PCR技术鉴定外源基因在蓝藻中的存在;RT-PCR方法检测外源基因在蓝藻中的转录情况;Westernblotting实验检测外源基因在蓝藻中的蛋白表达情况。结果表明两种载体构建成功,T7RNA聚合酶基因和hG-CSF基因被转入鱼腥藻中,两个基因均在藻中表达,T7 RNA聚合酶表达系统在鱼腥藻中构建成功,与传统蓝藻表达系统相比,文中在鱼腥藻中构建的T7表达系...     

10 years of the nisin-controlled gene expression system (NICE) in Lactococcus lactis

Lactococcus lactis is a Gram-positive lactic acid bacterium that, in addition to its traditional use in food fermentations, is increasingly used in modern biotechnological applications. In the last 25 years great progress has been made in the development of genetic engineering tools and the molecular characterization of this species. A new versatile and tightly controlled gene expression system, based on the auto-regulation mechanism of the bacteriocin nisin, was developed 10 years ago—the NIsin Controlled gene Expression system, called NICE. This system has become one of the most successful and widely used tools for regulated gene expression in Gram-positive bacteria. The review describes, after a brief introduction of the host bacterium L. lactis, the fundaments, components and function of the NICE system. Furthermore, an extensive overview is provided of the different applications in lactococci and other Gram-positive bacteria: (1) over-expression of homologous and heterologous genes for functional studies and to obtain large quantities of specific gene products, (2) metabolic engineering, (3) expression of prokaryotic and eukaryotic membrane proteins, (4) protein secretion and anchoring in the cell envelope, (5) expression of genes with toxic products and analysis of essential genes and (6) large-scale applications. Finally, an overview is given of growth and induction conditions for lab-scale and industrial-scale applications.     

叶绿体转化及其用于疫苗表达研究的最新进展

随着植物转基因研究的不断深入,核基因组转化的转基因沉默现象严重影响了基因工程的应用效果。植物叶绿体遗传转化以叶绿体基因组为平台对植物进行遗传操作,外源基因定点整合及母性遗传特性能较好地解决"顺式失活"和"位置效应"等类的基因沉默问题和转基因逃逸等安全问题,成为植物基因工程发展的新方向,在工业、农业及医药生物领域发挥了重要作用,也为生产廉价、安全的植物疫苗提供了新思路。本文在简要介绍叶绿体转化的原理、转化方法与优势的基础上,重点综述了近年来通过该技术表达的一些重要的病毒抗原和细菌抗原。最后,对叶绿体转化技术在表达外源基因方面存在的问题进行分析。未来随着叶绿体基因表达、调控机制研究的逐渐深入及相关技术体系的日臻完善,叶绿体转化有望成为疫苗生产的生力军。