病毒在生物技术中的研究应用

韶关学院生物科学系《病毒学》课程论文论文题目__病毒在生物技术中的研究与应用_学生姓名____杨丽娟___________学号_____09102042004_______专业______生物技术_________年级_____09级_________专业层次_______大学本科______完成时间___2012年5月23日成绩________________________教师签字________________________批改日期________________________２病毒在生物技术中的研究应用作者：杨丽娟指导老师：黄晓敏(韶关学院,英东生命科学学院,广东韶关512005)摘要：随着病毒学不断的发展，病毒分子生物学研究的不断深入探索，人类已经对病毒在生物技术中的应用有了比较快阔的认知，并在生物技术研究中得到了应用。在细胞水平上，利用活体生物发光成像技术可研究病毒感染机制；在核酸分子水平上，应用生物技术原理来研究病毒RNA沉默抑制子的表达，运用基因工程技术制作病毒基因疫苗。病毒还可应用于基础研究，创新开发、生产生物制品，生物药品[1]，预防或者治疗由病毒导致的各种疾病。关键词：病毒分子生物学；生物技术学；生物发光成像；病毒RNA沉默抑制子；基因疫苗引言：病毒是由一个核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的非细胞形态的营寄生生活的生命体。是具有遗传、复制等生命特征的微生物。病毒没有自己的代谢机构，没有酶系统，因此病毒离开了宿主细胞，就成了没有任何生命活动、也不能独立自我繁殖的化学物质。一旦进入宿主细胞后，它就可以利用细胞中的物质和能量以及复制、转录和转译的能力，按照它自己的核酸所包含的遗传信息产生和它一样的新一代病毒。病毒可以作为载体，是一种常使用于分子生物学的工具，可将遗传物质带入细胞，原理是利用病毒具有传送其基因组进入其他细胞，进行感染的分子机制。可发生于完整活体或是细胞培养中。生物技术（biotechnology），有时也称生物工程，是指人们以现代生命科学为基础，结合其他基础科学的科学原理，采用先进的科学技术手段，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。现代生物技术综合分子生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、胚胎学、免疫学、化学、物理学、信息学、计算机等多学科技术，可用于研究生命活动的规律和提供产品为社会服务等。本文则以此基础上讲述病毒的一些应用。３1病毒在细胞水平上的生物技术1.1活体生物发光成像技术在病毒感染研究中的应用[2]生物发光是动物活体光学成像技术之一，因其反应灵敏、操作简单、数据精确，而被广泛地应用于生命科学研究多个领域，观测活体动物体内病毒复制、肿瘤生长等生命过程。生物发光技术采用荧光素酶基因标记细胞或病毒，与外源注射的底物荧光素发生反应，在冷CCD成像系统下显像并进行数据记录、分析。无损和持续是活体生物发光成像技术突出的两大优点，该技术的应用带来了许多病毒学研究上的新发现。第一，发现病毒新的复制位点；研究病毒进入宿主的方式；比较同种病毒不同株的毒力，预测病毒的致死性；研究干扰素对病毒复制的限制作用、药物对病毒病的治疗作用；观察病毒的潜伏感染及其再激活。1.2病毒在细胞工程中的应用某些病毒可以作为细胞融合的助融剂，例如仙台病毒，基本原理在于HVJ含有细胞表面受体的结合位点，可以促使不同细胞凝聚，最终使细胞膜相互融合。直接产生这种作用的部位是HVJ病毒的外壳，而不是内部的RNA。但是应用HVJ技术有很多缺陷，如细胞感染率低，融合速度慢，反应条件高，融合体的去病毒困难。目前的细胞融合技术主要采取聚乙二醇（PEG），电刺激融合等技术。2病毒在分子水平上的生物技术2.1病毒RNA沉默抑制子的生物技术应用[3]2.1.1RNA沉默机制是一种依赖核酸序列特异性的RNA降解过程，是动物、植物抵抗病毒等外源核酸的一种保守防御机制。而针对寄主的这种防御机制，许多病毒演化出RNA沉默抑制子以克服这种防御反应。在植物中称为转录后基因沉默，在动物中称为RNA干涉。绝大多数真核生物中都存在这一高度保守的防御机制。2.1.2病毒编码RNA沉默抑制子的作用方式不同病毒家族或病毒组之间不存在明显相似的序列或结构,唯一的共同特点是它们通常是作为致病因子或寄主范围决定因子而被鉴定出来。一组特定病毒４蛋白通过进化,逐渐具有沉默抑制子的功能,但与它们在病毒生长循环过程中的最初首要功能不太相关。从结构蛋白和非结构蛋白中鉴定出来的具有抑制子功能的蛋白包括病毒的许多功能蛋白,如运动蛋白、病毒复制酶、复制增强子及转录激活因子等。具有抑制子的病毒大多是单链RNA病毒,当然也有双链RNA病毒和单链环状DNA病毒。非洲木薯花叶病毒(Africancassavamosaicvirus,ACMV)编码的AC2蛋白。环状单链DNA基因组病毒能引发转录后基因沉默的典型代表是ACMV编码的AC2,它既是一种致病因子,也是一种转录激活因子,定位于核内,能够调节病毒外壳蛋白和核穿梭蛋白的表达。该蛋白与锌的结合对于其沉默抑制特性来说是不可缺少的。能够同时抑制胞质内的转录后基因沉默和RNA指导的DNA甲基化过程。在拟南芥原生质体中,ACMV的AC2能够激活30多种植物转录因子。最近发现反转录病毒——灵长类泡沫病毒(Primatefoamyvirustype1,PFV-1)能够编码一种潜在的沉默抑制子——Tas,在人类细胞和植物拟南芥中均能发挥抑制功能。2.1.3沉默子与扩增子的结合生物技术的应用需要蛋白质的高效表达,这是研究目标产物的先决条件,但转基因的表达往往受染色体位置效应的影响而不能达到最优化。因此尝试构建携带有目的基因复制型RNA病毒载体的转基因株系,这一技术称为“扩增子”。原理就是扩增子转基因的转录物能够起始病毒RNA复制和基因表达从而产生大量目的产物。但由于所有转化突变型均发生了扩增子转基因的RNA沉默导致了该方法的失败,原因可能是转基因植株细胞中所产生的复制中间物成为沉默防御机制潜在的触发子,从而引发了沉默现象的发生。2.2基因工程疫苗应用例举2.2.1原材料--病毒载体在基因工程中，病毒可以作为目的基因的载体，使之被拼接在目标细胞的染色体上。病毒疫苗对人类有防病毒有好处--促进了人类的进化，人类的很多基因都是从病毒中得到的。2.1.2乙肝病毒疫苗科学家在以乙型肝炎病毒核心蛋白为载体的新型疫苗研究[4]中，利用HBc自５身所具有的一系列优点，包括具有高度的免疫原性，是一种T细胞依赖性和T细胞非依赖性抗原，没有遗传限制；能形成颗粒样结构，允许外源插入，可以将上述性质传递给与之融合的外源序列，并且将这些外源序列以重复且高密度的方式展示在自身表面；可以允许对自身进行替换、添加、缺失等修饰；能在E.coli中进行大量的表达，并能快速制备等。借助以激发体液免疫为主的炭疽表位和以激发细胞免疫为主的结核抗原为模型，构建以HBc为疫苗载体的新型炭疽表位疫苗和新型结核亚单位疫苗，探讨HBc作为疫苗载体辅助增强体液和细胞免疫反应的机制，构建体液免疫和细胞免疫通用的新型疫苗及新发突发传染病病原体快速反应的载体，以更好地适应现代疫苗,尤其是军用生物防御疫苗的需求。2.2.3动物疱疹病毒基因工程疫苗[5]疱疹病毒是一类具有相同形态和较大囊膜的双链DNA病毒,它不仅能引起原发性感染,还能引起潜伏性感染和复发性感染。此外,某些疱疹病毒是哺乳动物和禽类等动物肿瘤的病原因子,因此防制此病毒病不容忽视。而疫苗的免疫接种是预防、控制该病毒病的主要手段。其主要包括重组疫苗，核酸疫苗，基因缺失疫苗和基因重组活载体疫苗。3抗病毒生物制品3.1巴韦林颗粒市场上已经出示了很多能治疗由病毒引起的疾病药品。例如新博林，一种西药，通用名为利巴韦林颗粒。主要成分为利巴韦林，其化学名称为：1-β-D-呋喃核糖基-1H-1,2,4-三氮唑-3-羧酰胺。药理作用：利巴韦林为合成的核苷类抗病毒药。适用于呼吸道合胞病毒引起的病毒性肺炎与支气管炎，皮肤疱疹病毒感染。体外细胞培养试验表明，利巴韦林对呼吸道合胞病毒（RSV）具有选择性的抑制作用。3.2抗乙肝病毒药物研发由中科院上海药物研究所研究员南发俊、左建平领衔研制的非核苷类抗乙肝病毒类新药异噻氟定及其胶囊，历时7年艰苦的研发工作，已获准进入临床研究。６异噻氟定是基于多样性导向的类天然产物化合物库的合成策略,通过对海洋天然产物LeucamideA罕见的双杂串联结构单元进行多样性合成，并经深入系统的构效关系研究，获得的具有全新结构的非核苷类抗乙肝病毒候选药物。此外，更多的抗病毒药品正在研发中。4结论病毒在生物技术中的研究应用是广泛并层出不穷的。生物技术主要包括基因工程，细胞工程两大工程在病毒分子生物学上的运用，为人类开发了各种新型抗病毒药物。病毒可作为载体侵染细菌表达人类所需蛋白。此外，还可利用病毒进行生物防治，如用昆虫病毒防治。用生物技术的方法制备病毒疫苗如流感全病毒灭活疫苗、重组乙型肝炎疫苗等，可有效防止病源。[6]研究病毒的主要目的是为了有效地防治和控制各种病毒性疾病的发生和流行，也就是为人类造福。参考文献：[1]王凤山.生物技术制药[M].北京:人民卫生出版社，2011.7.305~308.[2]柴凡,周耘裔.活体发光成像技术及其在病毒感染研究中的应用[J].微生物学报,2011,51(4):431－437.[3]孙燕霞,刘红梅.病毒编码的RNA沉默抑制子的特征及其生物技术应用[J].山东科学,2008,21(2):352-371.[4]殷瑛.以乙型肝炎病毒核心蛋白为载体的新型疫苗研究[D].北京:中国人民解放军军事医学科学院，2011：1~2.[5]蔡铭升,程安春,汪铭书.动物疱疹病毒基因工程疫苗的研究进展[J].黑龙江畜牧兽医,2009,34(1):78-83.[6]谢天恩，胡志红.普通病毒学[M].北京:科学出版社，2011.5.8~9.