以核多解体病毒为载体在家蚕中生产外源蛋白

以家蚕核多角体病毒为载体,在家蚕幼虫或家蚕培养细胞系中表达的外源基因越来越多,其表达的产物已涉及到医用药物、医疗诊断、疫苗生产、生物防治等诸多领域、文章就ＢｍＮＰＶ的物及其基因组构造,多角体蛋白基因的特性,重组ＢｍＮＰＶ的构建及其在家蚕幼虫体内和细胞系中的表达,ＢｍＮＰＶ－家蚕表达系统的外源蛋白生产效率及其应用等各个方面作了全面,系统的综述。     

转座子介导的多角体基因表达及提高病毒粒子的感染效率

现行的杆状病毒表达外源基因的方法是将外源基因取代病毒中的多角体基因,因而得到的重组杆状病毒感染活体时不能经口感染,只能进行针刺注射,效率低且易引起活体感染其他疾病。将家蚕核型多角体病毒(Bombyx mor inucleopolyhedrovirus,BmNPV)中的多角体基因(polyhedrin,poly)及其启动子片段克隆到转座子载体pigA3GFP中,将其与辅助质粒pHA3PIG利用脂质体介导法导入家蚕细胞中,经过多次筛选获得稳定的转基因家蚕细胞。之后先将BmPAK6(含LacZ)及BmGFP(含GFP)重组病毒分别感染转基因细胞,再将得到的重组病毒经口感染5龄家蚕幼虫。结果显示,重组杆状病毒可以经口感染家蚕幼虫。这些研究表明来自于转基因家蚕细胞的poly基因表达产物可以提高重组杆状病毒经口感染家蚕率,为解决杆状病毒表达系统中重组病毒不能经口感染家蚕幼虫的问题提供新思路。     

异源多角体蛋白对家蚕核型多角体病毒粒子的包装

利用PCR方法从AcMNPV基因组DNA中分离出多角体蛋白基因 ,将该扩增片段克隆到转移载体pBacPAK8中 ,得到重组转移载体pOAc。将该质粒DNA与线性化的Bm BacPAK6病毒基因组DNA共传染BmN细胞 ,得到了能形成多角体且不产生蓝色空斑的重组病毒hp BmNPV。纯化该重组病毒的多角体颗粒 ,并对多角体蛋白、病毒核酸及多角体病毒颗粒进行分析 ,发现AcMNPV的多角体蛋白能在家蚕细胞中大量表达且能在细胞内识别家蚕核型多角体病毒并组装成多角体颗粒 ;病毒基因组DNA因部分交换 ,其酶切行为发生了相应的变化 ;电镜观察发现经AcMNPV多角体蛋白包装的家蚕核型多角体病毒的多角体颗粒大小为1 2 μm～ 2 9μm ,明显小于野生型家蚕核型多角体病毒的多角体颗粒     

失活 ChiA 和 v-cath 基因的重组BmNPV 表达 hGM-CSF

利用 DNA 同源重组技术使家蚕核型多角体病毒的多角体蛋白基因取代 v-cath 、 ChiA 两基因的部分编码区域和共同的启动子区域,获得了 v-cath 、 ChiA 两基因同时失活的、可形成多角体的、并能表达人粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子的重组病毒 BmNPVpolh+CP－ChiA－GMCSF+. 研究结果显示： v-cath 、 ChiA 两基因的失活不影响病毒的复制及多角体的形成,但感染细胞的存活时间比野生病毒感染的多 2 天,可明显改善外源基因在培养细胞和家蚕中的表达水平;感染 BmNPV polh+CP－ChiA－GMCSF+的家蚕幼虫体表保持正常,无野生病毒感染后引起的破皮流脓现象 .     

重组家蚕病毒表达系统转移载体的构建和β—半乳糖苷酶的表达

本文从中国农科院蚕业研究所提供的我国家蚕核多角体病毒镇江株中获得了多角体蛋白的强启动子,用此启动子构建了家蚕病毒表达系统的转移载体。外源基因能在此启动了控制下在家蚕细胞和虫体中进行高效表达。用此载体我们首先成功地在家蚕虫体中高效表达了β－半乳糖苷酶,表达量达到５８０μｇ／条蚕,从而证实我们构建的载体是可靠的,有效的,可用于家蚕重组病毒表达外源基因的研究。     

家蚕核型多角体病毒水平转移基因分析

为了探讨杆状病毒基因组的遗传进化模式,文章利用家蚕核型多角体病毒(BmNPV)和其宿主家蚕全基因组数据,进行了全基因组的同源性搜索和系统进化分析,结果显示,BmNPV的几丁质酶(Chi)基因、凋亡抑制蛋白3(IAP3)基因和尿苷二磷酸葡萄糖转移酶(UGT)基因为水平转移基因。这3个基因都来源于其宿主昆虫。通过核苷酸组成、密码子偏好性、选择压力等基因特征分析,发现BmNPV水平转移基因与其基因组序列存在明显差异,进一步验证水平转移基因的外源性。对3个水平转移基因的功能分析发现它们有利于杆状病毒在宿主昆虫中的侵染与繁殖,并提高杆状病毒在昆虫中的生存能力。     

拯救细胞系恢复重组家蚕核型多角体病毒包涵体实现外源蛋白在家蚕中产业化生产

构建家蚕Bombyx mori肌动蛋白（BmA3）启动子驱动的家蚕核型多角体病毒（BmNPV）多角体基因（ph）和OpNPV极早期启动子（IE1）驱动的zeocin抗性筛选基因转座供体载体,与鳞翅目辅助转座质粒pie2piggyBac共转染家蚕卵巢细胞BmN,经200μg/ml zeocin抗生素筛选一个月,成功获得持续表达BmNPV多角体蛋白的稳定细胞系BmN-A3ph。多角体缺陷型重组病毒BmBac-GF P感染拯救细胞系BmN- A3ph, 细胞成功装配出病毒包涵体颗粒,其包装效率约为野生型病毒感染正常BmN细胞的8%。用拯救型包涵体病毒颗粒喂食家蚕幼虫进行复感染,结果表明稳定细胞系所包装的包涵体病毒与野生型病毒一样能够通过口服途径感染宿主,却并不在宿主体内形成包涵体,从而保证外源基因高效表达。拯救型包涵体病毒可望解决传统注射感染效率较低问题,通过喂食感染可促进杆状病毒介导的家蚕生物反应器产业化进程。     

家蚕中肠组织抗核型多角体病毒病的相关蛋白分析

家蚕中肠上皮是病毒经口侵入遇到的第一个组织。昆虫幼虫抵御杆状病毒的感染,可通过选择性的使感染的中肠上皮细胞发生调亡并在释放病毒粒子进入血淋巴之前使感染的细胞从中肠脱落。为研究家蚕抗核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus, BmNPV)病的机制,通过对BmNPV高度抗性和高度敏感性的家蚕品系杂交和回交构建了近等基因系。本文对家蚕高抗,敏感及近等基因系5龄起蚕中肠组织的蛋白质表达谱进行了二维电泳 (two-dimensional gel electrophoresis,2-DE) 分析,并利用基质辅助激光解吸电离飞行时间 (matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight, MALDI-TOF) 质谱对差异蛋白进行鉴定。结果发现了5个差异表达的蛋白。推测这些蛋白可能与家蚕中肠对BmNPV的抗性或感性有关。     

氯霉素乙酰基转移酶基因在家蚕核型多角体病毒P10基因启动子控制下的表达

昆虫核型多角体病毒(NPV)P10基因属于晚期基因,为强启动子所控制,又是病毒复制所非必需的基因。我们对前报的家蚕核型多角体病毒(BmNPV)P10基因,应用PCR技术进行ATG区定点突变,在ATG被突变的同时形成一个BglⅡ酶切位点,得到一个不含ATG的BmNPV P10基因启动子。将长为230bp的经突变后的BmNPV P10基因5’端(包括启动子所有特征)片段克隆进pMMTV·CAT质粒中,构建成一个CAT基因在BmNPV P10基因启动子控制下的pBmPl0·CAT瞬间表达质粒。该质粒通过转染进入经野生型BmNPV感染的BmN细胞中,CAT得以表达。证明BmNPV P10启动子是比较强的启动子,可以在BmN细胞表达外源基因,具备了作为表达载体启动子的特性。     

家蚕BmNPV多角体蛋白与外源蛋白共包埋入多角体的研究

为了探索家蚕核型多角体病毒多角体的包装特性,构建了一种不形成多角体但能大量表达绿色荧光蛋白(EGFP)的重组病毒vBmBac(polh-)-5B-EGFP,将其与野生型BmNPV共同感染BmN细胞,于荧光显微镜下观察到EGFP与多角体可以在同一细胞中同时表达。从感染的BmN细胞中收集纯化多角体,观察到多角体能被激发出绿色荧光,进一步利用Western blot证实多角体中含有EGFP。上述结果表明,多角体可以将自身病毒粒子以外的其他病毒粒子的成分包装进入多角体,表明多角体的包装机制中存在非特异性识别机制。     

Construction of a host range-expanded hybrid baculovirus of BmNPV and AcNPV,and knockout of cysteinase gene for more efficient expression

AcNPV (Autographa californica nuclear polyhedrosis virus) and BmNPV(Bombyx mori nuclear polyhedrosis virus) are two principal insectbaculovirus expression systems, each having different characteristics. AcNPV has a wider host range and can infect a series of cell lines thus making it suitable for cell suspension culture expression, but the small size of the host insect,A. californica, makes AcNPV less suitable for large scale protein synthesis. In contrast, BmNPV can only infect the silkworm,Bombyx mori, which is wellknown for its easy rearing and large size. These characteristics make the BmNPV system especially suitable for largescale industrial expression. To utilize the advantages of both AcNPV and BmNPV, we tried to expand their host range through homologous recombination and successfully constructed a hybrid baculovirus of AcNPV and BmNPV, designated as HyNPV The hybrid baculovirus can infect the hosts of both AcNPV and BmNPV. Taking the human basic fibroblast growth factor (bFGF) gene as an application example, we constructed a recombinant, HyNPV-bFGF. This construct is able to express the bFGF protein both in silkworm larvae and in commonuse cell lines, sf21, sf9 and High-five. Moreover, to reduce the loss of recombinant protein due to degradation by proteases that are simultaneously expressed by the baculovirus, we knocked out the cysteinase gene coding for one of the most important baculovirus proteases. This knockout mutation improves the production efficiency of the bFGF recombinant protein.     

饲料中维生素和无机盐对rBmNPV-Bm表达系统植酸酶基因表达活性的影响

【目的】为查明宿主的营养对重组家蚕杆状病毒-家蚕表达系统(rBmNPV-Bm)外源基因表达活性的影响,探寻提高家蚕Bombyx mori生物反应器产率的新途径。【方法】以家蚕BmNPV病毒为表达载体,以人工饲料饲养的5龄家蚕为宿主,以植酸酶基因为报告基因,探讨了家蚕人工饲料中维生素和无机盐对外源基因表达产物活性的影响。【结果】家蚕血淋巴中外源植酸酶的活性随着饲料中维生素和无机盐添加量的不同而发生显著变化。在本试验设区范围内,当维生素C的含量为饲料干物质量的1 %,B族维生素混合物为0.25 %,无机盐混合物为1 %,维生素B6为100 g饲料干物中含2 mg时,血淋巴中植酸酶活性达到最大值。【结论】通过改变家蚕饲料中微量营养成分的含量是提高rBmNPV-Bm表达系统外源基因表达活性的有效途径。     

Construction of a host range-expanded hybrid baculovirus of BmNPV and AcNPV, and knockout of cysteinase gene for more efficient expression

The four main gene expression systems currently used to produce recombinant proteins are the prokary-otic, yeast, insect cell, and mammalian cell expression systems. The baculovirus expression vector system (BEVS) is a protein production system which uses a recombinant baculovirus harboring a foreign gene of interest to produce recombinant protein in an insect or its cultured cells. BEVS has many advantages: (i) BEVS requires less time to establish the production system than is needed in a…     

Efficient Protein Expression in <Emphasis Type="Italic">Bombyx mori</Emphasis> Larvae of the Strain d17 Highly Sensitive to <Emphasis Type="Italic">B. mori</Emphasis> Nucleopolyhedrovirus

The recombinant protein expression by Bombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV) infecting silkworm larvae or pupae may endow us with a potent system for the production of large eukaryotic proteins. However, the screening of silkworm strains ideally suited to this method has scarcely been conducted. In the present study, we injected recombinant BmNPV containing a reporter gene, luciferase or DsRed, into hemocoel of fifth instar larvae of selected 12 silkworm strains. Among them, the strain d17 is found to be the highest in reporter expression from the intrinsic polyhedrin promoter of Autographa californica NPV or the silkworm actin A3 promoter. These results suggest that the d17 strain is highly permissive for BmNPV replication and is the most likely candidate of a “factory” for large-scale expression using the BmNPV bacmid system.     

Silkworm, Bombyx mori larvae expressed the spider silk protein through a novel Bac-to-Bac/BmNPV baculovirus

Abstract:  The silkworm has become an ideal multicellular eukaryotic model system for basic research. The major advantages of expressing foreign genes in silkworm larvae are the low cost of feeding, the extremely high levels of expression achievable compared with expression in cell lines and increased safety because the baculovirus is noninfectious to vertebrates. In this study, we used a recently developed Bombyx mori Nucleopolyhedrovirus (BmNPV) bacmid to express the spider flagelliform silk gene in silkworm larvae. The recombinant bacmid baculoviruses (rBacmid/BmNPV/Flag) were introduced into the first-day larvae of the fifth instar by subcutaneous injection. The worms presented symptoms typical of NPV infection from 72 h after injection compared with control. The haemolymph was collected from the infected larvae 120 h post-infection and the recombinant 6× His-tagged Flag protein was purified by the Ni-NTA spin kit under denaturing conditions with 8  m urea. A 37.0-kDa protein was visualized both in rBacmid/BmNPV/Flag-infected haemolymph and eluting fraction. The results showed that the Bac-to-Bac/BmNPV baculovirus expression system is an efficient tool to express the target gene in silkworm larvae, which takes only 7–10 days for generating recombinant baculovirus, compared with the traditional homologous recombination method, which needs at least 40 days for multiple rounds of purification and amplification of viruses.     

Production of a Cellulase in Silkworm Larvae using a Recombinant Bombyx mori nucleopolyhedrovirus lacking the Virus-encoded Chitinase and Cathepsin Genes

The expression efficiency of an insect-derived cellulase was assayed in silkworm larvae infected with recombinant Bombyx mori nucleopolyhedrovirus (BmNPV) mutants lacking the virus-encoded chitinase (chiA) and/or cathepsin (v-cath) genes. Expression was increased by approx. 10% in mutants lacking chiA or v-cath and 17% in a mutant lacking both chiA and v-cath compared with that of the unmodified recombinant BmNPV. The recombinant BmNPV lacking both chiA and v-cath can therefore be used for a large-scale production of foreign proteins in silkworms. Revisions requested 27 September 2005 and 16 December 2005; Revisions received 6 December 2005 and 3 February 2006     

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。     

Bac-to-Bac/BmNPV杆状病毒在家蚕幼虫中表达重组鲎C因子

鲎C因子是鲎血细胞中一种对内毒素具有高亲和力的丝氨酸蛋白酶,被内毒素激活后可水解人工合成的三肽底物,因而能替代传统的鲎试剂用于内毒素检测。通过RT-PCR从东方鲎血细胞中扩增出鲎C因子基因(factor C)序列,利用Bac-to-Bac/BmNPV杆状病毒表达系统在家蚕幼虫中表达该蛋白,并对其进行活性测定。结果显示:被感染的家蚕血清稀释后能检测到Factor C活性,稀释500倍的血清可以用于内毒素检测,且其灵敏度能达到0.2 EU/mL,有望开发新型的、低成本的内毒素检测试剂。     

与宿主昆虫液化相关的杆状病毒基因及其蛋白

昆虫被杆状病毒感染后会发生液化现象,这有利于病毒向周围环境扩散。目前在杆状病毒苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒NPV和GV中,发现与昆虫宿主液化相关的基因有组织蛋白酶基因V-cath基因和几丁质酶基因。V-cath基因表达产物在苜蓿银纹夜蛾多角体病毒(AcMNPV)中能特异性降解昆虫细胞内的肌动蛋白。几丁质酶不仅参与了虫体体表面几丁质的降解,同时还参与V-CATH蛋白前体的加工过程,起分子伴侣的作用。对家蚕核型多角体病毒(BmNPV)的研究表明其FP25K基因表达产物通过影响组织蛋白酶的释放与分泌而参与虫体液化。简要综述了此3种基因及其表达产物的结构、功能与特性,并讨论了它们在生产上的应用前景。