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抗击新冠肺炎,假病毒的真本领 [复制链接]

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近数十年以来,严重急性呼吸综合征冠状病*(SARS)、H7N9型禽流感和埃博拉病*(EBOV)等新突发传染病疫情,严重影响了人类健康。年底由严重急性呼吸综合征冠状病*(SARS-CoV-2)引起的COVID-19更是如此。

同其他新突发烈性传染病病原体的研究一致,由于SARS-CoV-2的高致病性和传染性,所有使用活病*评估相关产品效果的试验都必须在生物安全三级(BSL-3)实验室进行,很大程度上阻碍了疫苗和相关药物的研发进程。因此,急需一种代替活病*的病原体模型,降低生物安全等级,由此产生了一种新的免疫学技术——假病*系统。

假病*是什么?

假病*是指一种反转录病*整合了另外一种病*的囊膜糖蛋白,从而形成的具有外源性病*囊膜,而基因组仍保持着反转录病*本身基因组特性的病*。假病*的产生过程如图1所示[1],用带有一种病*外膜蛋白基因的质粒与带有另一种病*骨架基因的质粒共转染到包装细胞(如T细胞)中,外膜蛋白基因在包装细胞表面表达出外膜蛋白,另一种病*的基因在包装细胞中转录翻译组装成病*颗粒,病*颗粒出芽时会被细胞表面表达的外膜蛋白所包装,即形成假病*。

图1.假病*的产生过程[1]

构建新冠假病*

首先,假病*内部核酸为缺陷型基因组,不能表达假病*颗粒表面蛋白,因此病*表面蛋白需要通过额外的质粒转染或细胞系稳定表达来实现。研究表明,新冠病*SARS-CoV-2是由病*S蛋白通过细胞hACE2受体结合进入细胞[2],因此构建新冠假病*选择的胞膜蛋白为S蛋白。

其次,假病*的骨架载体包含了病*转录、包装、整合等基因序列,为假病*提供除膜蛋白外的其余所有蛋白。最常用的包膜病*假病*包装体系包括:慢病*(如HIV)载体包装体系、水疱性口炎病*包装体系(VSV)、鼠类白血病病*包装体系(MLV体系)和反向遗传学自组装假病*体系等[3]。

最后,由于通常情况下假病*只进行一轮感染,不具备复制增殖能力,因此可以使假病*系统携带报告基因,从而方便后续的定性、定量研究。常用的报告基因有萤火虫荧光素酶(Fluc)、海肾荧光素酶(Gluc)、绿色/红色荧光蛋白(GFP/RFP)、β-半乳糖苷酶(LacZ)和分泌型碱性磷酸酯酶(SEAP)等[4]。

图2.基于不同包装体系的假病*构建过程

假病*的应用

目前假病*主要分为模拟病*外膜结构的假病*和模拟RNA病*核酸状态的假病*。前者含有目的病原体的包膜蛋白,其表面蛋白具有天然结构,能够模拟真病*的受体结合、细胞进入、抗体识别等过程,使其广泛应用于病*的抗原学、细胞嗜性、受体识别、抗病*抑制剂筛选、抗体血清学试验、疫苗免疫原性中和抗体水平检测等研究领域[4]。后者则提高了RNA病*的稳定性,常用于RNA病*核酸阳性对照品,用于相应病*核酸诊断试剂提取、逆转录过程及检测的质量控制。

新冠疫情发生后,中检院合成了SARS-CoV-2的Spike基因序列,并建立了以SARS-CoV-2假病*为基础的中和抗体检测方法[6]。图3列出了SARS-CoV-2假病*的不同应用场景,以及不同的包装体系与报告基因的选择。

图3.SARS-CoV-2假病*的应用

另外,利用假病*感染hACE2基因敲入小鼠的动物模型,可以模拟SARS-CoV-2感染进入细胞的过程,用来评价体内交叉保护作用。相较于活病*感染小鼠模型,局限性在于假病*不能模拟病*复制和其他致病机制,因此假病*不能完全代替活病*动物实验,可能仅适合产生中和抗体的疫苗效果评价。

尽管如此,假病*系统还是具有其独特的优势。由于假病*不具备自我复制能力,只能进行单一周期的侵染,因此降低了病*突变率且具有较高的生物安全性。另外可以降低实验室操作的风险,替代活病*用于疫苗研发及免疫原性中和抗体水平检测,降低了操作难度与试验成本。

目前SARS-CoV-2感染引起的疫情依然严峻,假病*技术的不断成熟可以更好地在诊断、治疗和预防性防控产品的研发过程中发挥重要作用。

参考文献:

Kishko,Michael.().MolecularandFunctionalPropertiesofTransmittedHIV-1EnvelopeVariants:ADissertation.

JasperFuk-WooChanetal.EmergMicrobesInfect.Jan28;9(1):-.

CamiloAnsarah-Sobrinhoetal.Virology.Nov10;(1):67-74.

*维金,王佑春.假病*技术在新突发病*性传染病防控产品评价中的应用[J/OL].病*学报:1-10[-04-12].

QiXiangetal.MicrobiolRes.May;:.

JianhuiNietal.EmergMicrobesInfect.Dec;9(1):-.

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