在研究中经常会遇到病毒载体工具选择的问题,究竟选择何种病毒载体比较合适?各自又有什么优缺点呢?希望专家可以前来作答~

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2015/11/16

谢谢邀请~

以上三种病毒载体都是现在成熟且流行的基因传递操作,各自有不同的特点和应用。

 

1.慢病毒载体:

慢病毒是一种以RNA为基因组,感染后即插入宿主细胞基因组的病毒,可感染分裂与非分裂细胞。

慢病毒载体的优点:插入基因组,形成稳定表达,理论上表达周期长,且可稳定遗传,特别适合用于肿瘤细胞、永生化细胞、全能性干细胞(比如ips,胚胎干细胞,不包括多能性如msc)的稳转株建立。

慢病毒载体的缺点:

1)一般包装滴度低于腺病毒和腺相关病毒(AAV);

2)转染效率:原代细胞上,转染效率普遍不如腺病毒;(血液细胞,T细胞,B细胞除外);动物水平上,是三种病毒in vivo基因转导能力最差的;

3)慢病毒感染整合至基因组是随机插入整合,对宿主基因组有一定的损伤,相对来说,慢病毒建系对部分细胞的增殖能力有些影响,对于比较脆弱的细胞,毒性表现明显。

4)插入外源片段长度对滴度影响很大。

 

2.腺病毒载体:目前大多数腺病毒载体,是5型腺病毒载体,基因组为36kb线性双链DNA,感染后不插入基因组,可感染分裂与非分裂细胞。

腺病毒载体的优点:

1)大部分细胞感染能力较强:5型腺病毒可感染CAR受体(柯萨奇受体,coxsackie and adenovirus receptor)表达丰度高的细胞,CAR受体在大部分细胞中均有较高表达。(免疫细胞、血液细胞等除外)腺病毒载体特别适合原代细胞的基因转导。(汉恒现在有Ad5/F35嵌合型腺病毒载体,可突破

Ps. 这里有一个理解误区,腺病毒感染能力较强不是说更少的MOI,不同的病毒本身滴度差别很大,相同MOI的比较意义不大。腺病毒一般比慢病毒滴度高级1-2个数量级。慢病毒大部分MOI都在50以内,MOI超过50的细胞毒性反应极大,腺病毒的MOI很多都100以上且毒性比慢病毒要低。

2)表达能力较强,表达迅速:腺病毒感染细胞24-36小时即可到达表达高峰(平台期),且其表达能力较强,我们构建包装mir21的腺病毒和慢病毒以相同的MOI感染Hela细胞,72小时腺病毒的mir21表达效率达到慢病毒的12倍;

3)滴度高,适合做动物实验:腺病毒对肝脏、心脏、肺部、肌肉等in vivo的基因转导效果不错,但不如腺相关病毒(AAV)高效持久。

4)插入外源片段较大:理论上可插入8kb的外源片段,除去promoter、荧光集团、polyA、enhancer等必需元件,外源基因CDS区(编码区,coding sequence)大约是5000-5500bp的极限理论值,超过5000bp会极大降低包装出毒成功率。

5)腺病毒载体,E1区缺失,可在有E1表达的细胞中扩增(293系列细胞),因此包装后再次获得病毒的成本较低,较为方便。

腺病毒载体的缺点:

1)表达时程较短:腺病毒载体感染宿主细胞后不插入宿主基因组,不形成稳定遗传。腺病毒载体表达的时程大概2-4周。腺病毒表达时程根据细胞的不同而不同,细胞分裂速度越快,其表达平台期越短,反之,一些分裂能力不太强的原代细胞,腺病毒表达时程较长。

2)动物水平(in vivo)免疫原性高:腺病毒本身表达的病毒蛋白会刺激免疫细胞产生相应的抗体,影响腺病毒在体内的表达时间。免疫原性只在体内实验才需要考虑,体外细胞感染没有免疫原性这个概念。

3.腺相关病毒载体(AAV):

单链DNA为基因组的微小病毒载体,现在的腺相关病毒载体一般是以AAV2型的ITR为核心元件,加上不同AAV血清型的capsid组合成嵌合型的AAV2/X腺相关病毒载体。不同血清型的AAV具有不同的组织相对亲和力,而组织亲和力是由X决定(capsid)。腺相关病毒载体(AAV)在动物活体的基因转导有非常高的效率,在未来疾病的基因治疗上也有非常好的应用前景。

腺相关病毒载体的优点:

1.安全:腺相关病毒载体(AAV)目前未见有致病性报道,属于NIH的RK1级别(最安全级别),目前的所有临床实验均证明AAV对人体无致病性影响。

2.高效且相对特异的活体基因转导效率:AAV有不同血清型,配合不同的给药方式,可实现不同脏器的相对特异性高效基因转导。

注:汉恒积累了大量的不同脏器基因转导的相关经验与数据,具体脏器的血清型和给药方式选择欢迎咨询汉恒生物AAV基因转导技术工程师。

3.表达时程长:AAV转导脏器后可表达3-6个月,有基因治疗血友病的报道注射AAV载体进行血友病治疗的患者在注射两年后血液中依旧有比较好的功能基因表达水平。

腺相关病毒载体的缺点:与其说是缺点,不如说是善待改进的地方。

1.容量:AAV只有4.7-6kb的基因组大小,其中AAV2型只有4.8kb的基因组容量,剔除两侧ITR,启动子,终止信号,增强元件等等,外源插入片段一般只能到2500bp左右,如果需要增加荧光集团,则外源插入片段容量会进一步缩小到2000bp以内。

2.表达到峰值的时间长:AAV是单链DNA病毒,感染进入细胞后需要合成双链才能进行基因的表达,这一步需要3-12天,这决定了AAV从转导到开始可以观察的时间较长,大约2-4周,也就是说一般需要提前一个月进行动物AAV注射基因转导,然后等一个月再进行实验。注:汉恒生物拥有scAAV(自互补腺相关病毒载体),可在包装时自发形成自互补的双链DNA,极大缩短在体表达时间,不过scAAV会进一步的下降AAV的容量。

3.细胞转导效率不一:大部分AAV血清型(AAV2/X)在细胞转导上表现不好。

注:汉恒已经有可以高效进行细胞转导的AAV血清型,可登录汉恒官网详询汉恒AAV技术工程师。

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