基因工程作业

1、基因工程期末论文动物基因工程疫苗的研究进展摘要：原核生物分子遗传学和DNA重组技术的日新月异，不仅在动植物、农作物的高产、优质、抗逆性上的选育，而且在生产新型药物、疫苗、和基因治疗等研究上做出了贡献，促进了技术的发展和完善。动物基因工程疫苗的发展就是其中之一，本文将就基因工程亚单位疫苗、基因工程活载体疫苗、核酸疫苗、合成肽疫苗、转基因植物可食疫苗、抗独特型疫苗等技术发展方向及进展情况作以综述。关键字：动物；基因工程；疫苗；研究进展疫苗发展已将近有200多年的历史，在动物传染病防控中起着非常重要的作用。然而由于一些病原微生物所具有的特殊性质，导致安全疫苗研制困难重重。随着基因工程的出现，它极大地

2、开阔了人们的视野，促进了动物疫苗类生物制品的飞速发展。基因工程疫苗是指利用分子生物学方法对病原微生物的基因组进行改造，分离出病原的保护性抗原，降低其致病性，提高免疫原性，或者将病原微生物基因组中的一个或多个对防病、治病有用的基因克隆到无毒的原核或真核表达载体上制成的疫苗。接种于动物，使其具有免疫力和对感染性疾病的抵抗力，从而达到防控疾病的目的，提高其成活率及保证健康。按照疫苗的构成和研发方法大致分为传统疫苗和基因工程疫苗或新型疫苗。一 传统疫苗传统疫苗, 即利用病变组织, 鸡胚或细胞增殖病毒来制备灭活疫苗和人工驯化弱毒疫苗，用培养基培养完整的细菌制备灭活疫苗和人工驯化弱毒疫苗。在过去动物传染病

3、的预防和控制中发挥了重要作用，解决了生产中的许多燃眉之急，但这两种疫苗均存在一定程度的缺陷。灭活疫苗生产成本高，免疫保护期短，而且需要反复多次接种；人工驯化弱毒苗尽管诱发的免疫保护优于灭活苗，但存在毒力回复。而且传统疫苗的研制和生产主要是通过改变培养条件, 或在不同寄主动物上传代使致病微生物毒性减弱, 或通过物理、化学方法将其灭活来完成的。随着人类知识的不断进步, 传统疫苗的局限性也日益显露出来:(l) 动物和人类的病毒需要在动物细胞中培养, 这使得疫苗生产的成本很高; (2) 疫苗中的致病物质在疫苗生产过程中有可能没有完全杀死或充分减毒, 这会导致疫苗中含有强毒性致病物质, 进而使得疾病在更

4、大的范围内传播; (3) 减毒菌株有可能会发生突变;(4) 有些疾病(例如艾滋病)用传统的疫苗防治收效甚微。因此，世界各国学者都致力于研制更安全、高效、廉价的新型疫苗。随着分子遗传学、分子生物学和基因工程技术的快速发展，新一代动物传染病疫苗 基因工程疫苗也应运而生。二 基因工程疫苗与传统疫苗相比，基因工程疫苗具有安全性好、生产成本低、可以大规模廉价生产、利用活载体可以制成多价联合疫苗、热稳定性好、易于区分免疫动物和自然感染动物等优点。因为基因工程疫苗除去病原体的无效和致病成分，只保留能引起免疫保护作用的成分；检测原始病毒中含有而基因工程疫苗中没有的病毒蛋白的抗体就可以方便地从免疫物中区分出原始

5、毒感染者，防治尚无疫苗的疾病。目前基因工程疫苗根据其研制的技术路线和疫苗的组成不同，可分为五大类：基因工程亚单位疫苗、基因工程活载体疫苗、核酸疫苗、合成肽疫苗、转基因植物可食疫苗、抗独特型疫苗。2.1 基因工程亚单位疫苗基因工程亚单位疫苗(Subunit vaccine)又称生物合成亚单位疫苗或重组亚单位疫苗,指只含有病原体的一种或几种抗原,而不含有病原体的其他遗传信息成分。原则上讲, 用这些疫苗接种动物,都可使之获得抗性而免受病原体的感染。在研制亚单位疫苗时,首先要明确编码具有免疫原活性的目的DNA片段,一般选择病原体表面糖蛋白编码基因,而对于易变异的病毒(如A型流感病毒)则可选择各亚型共有

6、的核心蛋白基因序列。其次,还必须选择合适的表达系统用来表达基因产物,表达系统主要有大肠埃希氏菌、酵母、昆虫细胞、哺乳类细胞、转基因动植物等。迄今为止已研制出的亚单位疫苗,有预防病毒性和细菌性疾病的,也有激素类的亚单位疫苗。比较成功的重组亚单位疫苗有人乙型肝炎病毒亚单位疫苗(酵母表达),口蹄疫病毒亚单位疫苗,牛瘟单位疫苗,猪细小病毒亚单位疫苗等。 2.2 基因工程活载体疫苗活载体疫苗(Live recombinant vaccine)是非致病性微生物通过基因工程的方法使之表达某种特定病原物的抗原决定簇基因,产生免疫抗原性,也可以是致病性微生物通过基因工程的方法修饰或去掉毒性基因,但仍保持免疫原性

7、。在这种疫苗中,抗原决定簇的构象与致病性病原体抗原的构象相同或者非常相似,活载体疫苗克服了常规疫苗的缺点,兼有死疫苗和活疫苗的优点,在免疫效力上很有优势,主要有基因突变疫苗和复制性活载体疫苗两种。基因突变疫苗这类疫苗是人为地将病原体的某个或某些基因全部或部分删除,使其毒力下降,不再引起临床疾病,但仍能感染宿主并诱发保护性免疫力。这种基因缺失的病毒作为疫苗的突出优点是不易返祖而重新获得毒力。缺失的基因可作为一种遗传标志用于建立鉴别诊断方法。虽然,到目前为止这类疫苗中成功的例子还不多,但的确是研制疫苗的一个重要方向。复制性活载体疫苗这类疫苗以非致病性病毒(株)或细菌为载体来表达其他致病性病原体的抗

8、原基因,在被接种的动物体内,特定免疫原基因可随重组载体复制而适量表达,从而刺激机体产生相应的免疫抗体,根据载体不同分为:病毒活载体疫苗和细菌活载体疫苗。病毒活载体疫苗利用低致病力的病毒作为载体,将其它病原的主要保护性抗原基因插入到载体基因组的非必需区形成新的重组体,在同源或兼容性好的启动子驱动下随载体的复制表达插入的外源基因。细菌活载体疫苗是指将病原体的保护性抗原或表位插入细菌基因组或质粒使其表达。研制活载体疫苗,必须注意人用疫苗和畜禽用疫苗的区别,人用疫苗的焦点是安全性,畜禽用疫苗除安全性外还要考虑成本效益。选择理想的载体是活载体疫苗研制及应用成功的关键,目前常用的有痘病毒,疱疹病毒和腺病毒

9、。2.3 核酸疫苗核酸疫苗(nucleic vaccine)又名基因疫苗(gene vaccine)或DNA 疫苗(DNA vaccine)，是一种或多种抗原编码基因克隆到真核表达载体上,将构建的重组质粒直接注入到体内而激活机体免疫系统, 因此也有人称之为DNA免疫。它所合成的抗原蛋白类似于亚单位疫苗, 区别只在于核酸疫苗的抗原蛋白是在免疫对象体内产生的。研究发现, 对肌肉直接进行DNA 注射能够得到表达的蛋白产物, 并指出这可能为发展疫苗提供了新的途径。有学者将携带流感病毒核心蛋白编码基因的质粒注入小鼠肌肉, 使小鼠产生了对多种流感病毒的免疫保护, 开辟了基因疫苗研究的新时代。目前已有多种分

10、别针对艾滋病、流感、癌症等疾病的基因疫苗进入临床试验阶段, 针对狂犬病、猪瘟、麻疹和过敏等各种疾病的基因疫苗研究也在进行中 。2.4 合成肽疫苗合成肽疫苗(Synthetical peptide vaccine)也称表位疫苗(Epitope vaccine),是用化学合成法人工合成类似于抗原决定簇的小肽（约20-40个氨基酸)。合成肽疫苗分子是由多个B细胞抗原表位和T细胞抗原表位共同组成的,大多需与一个载体骨架分子相偶联。合成肽疫苗的研究最早始于口蹄疫病毒(FMDV)合成肽疫苗,主要集中在FMDV的单独B细胞抗原表位或与T细胞抗原表位结合而制备的合成肽疫苗研究。但合成肽疫苗应用效果不太明显，分

11、析免疫效果不佳的原因主要有:(1)疫苗缺乏足够的免疫原性,很难如蛋白质抗原那样诱导集体的多种免疫反应;(2)B细胞和T细胞抗原表位很难发挥协同作用;(3)缺乏足够多的B细胞抗原表位的刺激。针对提高合成肽疫苗的免疫还原性,研究人员进行了许多实验,如独特型肽疫苗、热休克蛋白肽复合体疫苗等。一般来说单独的抗原决定簇的免疫原性较弱,所以通常要与载体偶联,或以融合蛋白的形式进行免疫, 还可以与细胞因子一起连用,以提高免疫原性。2.5 转基因植物可食疫苗转基因植物可食疫苗(Transgenic plants edible vaccines)是利用分子生物学技术,将病原微生物的抗原编码基因导入植物,并在植物

12、中表达出活性蛋白,人或动物食用含有该种抗原的转基因植物,激发肠道免疫系统,从而产生对病毒、寄生虫等病原菌的免疫能力。与常规疫苗相比较,转基因植物疫苗具有独特的优势:(1)可食用性,使用方便;(2)生产成本低廉,易大规模生产;(3)使用安全,没有其他病原污染;(4)转基因植物能对蛋白质进行准确的翻译后加工修饰,使三维空间结构更趋于自然状态,表达的抗原与动物病毒抗原有相似的免疫原性和生物活性;(5)投递于胃肠道粘膜表面,进入粘膜淋巴组织,能产生较好的免疫效果。目前,国外已有将乙型肝炎病毒表面抗原(Hb-sAg ) 、变异链球菌表面蛋白(SPaA)、大肠杆菌热敏肠毒素B亚单位(LTB)、霍乱毒素B亚

13、单位(CTB)、狂犬病病毒糖蛋白、传染性胃肠炎病毒(TGEV)、口蹄疫病毒(FMDV)、兔出血病病毒(RHDV)在植物中表达的报道,国内在转基因植物可食疫苗方面的研究的报道甚少。2.6 抗独特型疫苗抗独特型疫苗(anti-idiotypic vaccine) 是免疫调节网络学说发展到新阶段的产物。抗独特型抗体可以模拟抗原物质, 刺激机体产生与抗原特异性抗体具有同等效应的个体, 由此制成的疫苗称为抗独特型疫苗或内影像疫苗(internal image vaccine) 。抗独特型疫苗有许多优点:(l) 可以不接触活的病原微生物及其组成成份, 因而很安全; (2)用杂交瘤细胞在体外产生大量单克隆抗

14、独特型抗体比较容易, 花费小, 生产周期短.浓缩纯化简单便;(3) 抗独特型疫苗较非活化病毒能诱导更多的活性T 、B 细胞反应; (4) 抗独特型疫苗对新生儿有特别价值；(5) 抗独特型疫苗仅启动其携带内影像抗原决定簇的抗体反应；(6) 能模仿选择性抗原决定簇使其被工程化。同时, 独特型疫苗也存在的许多问题；(l) 最困难的是在很多可能的抗独特型抗体中选择特异的抗独特型抗体，(2) 很难预防抗独特型疫苗产生免疫反应或免疫耐受,( 3) 抗独特型抗体是异种蛋白, 重复免疫人可致血清病,( 4) 抗独特型疫苗免疫还不能提供完全的保护,( 5) 由于抗独特型网络的复杂性, 当一些抗独特型抗体活化保护

15、性免疫时, 另一些抗独特型抗体可能启动病理性反应。抗独特型疫苗的研究也愈来愈受到专家们的注意，相信不久这些问题将会被一一解决。三 小结自70年代末期开始基因工程疫苗研究以来, 已取得了令人瞩目的成果,。目前有猪狂犬病疫苗和预防幼畜腹泻的致病性大肠杆菌菌毛疫苗已经投产销售。痘苗载体多价苗和兽用狂犬病等基因工程疫苗已进行了临床试验, 可望不久投放市场销售。近期有希望研制成功的还有牛曼氏血吸虫病、鸡球虫病、鸡传染性法氏囊病、犬疽热、新城疫、火鸡流感、牛白血病等基因工程疫苗。此外, 动物基因工程疫苗不仅可以防病, 而且可以改进动物生产性能, 如杜念兴等研制成功的生长抑素基因工程苗, 以生长抑制作免疫原

16、, 使免疫动物的生长抑素水平下降, 生长激素释放增多, 从而使动物获得显著增重效果。国内正在研制的基因工程去势疫苗, 不仅可以改变传统的手术去势方法, 而且也可以达到改善畜禽品质, 提离增重的效果。因此, 展望二十一世纪, 动物基因工程疫苗的研究必将会取得更加瞩目的成就。参考文献： 1 刘秀梵. 畜禽疫苗研究展望 J . 动物科学与动物医学,2004, 21( 1) : 1- 2. 2 童光志.涂长春. 畜禽基因工程疫苗及诊断技术产业发展现状与前景 J . 农业生物技术学报, 2005, 13( 2) :133- 140. 3 李慧姣. 我国兽用生物制品质量分析及应对措施 J .中国禽业导刊, 2008, 25( 7) : 25- 27. 4