世界最小人造病毒结构将有助于基因治疗

世界最小人造病毒结构将有助于基因治疗

2016年09月30日讯 英国研究人员最新合成出一种人造病毒结构，直径远远小于现有的人造病毒及天然病毒，有望在基因治疗领域发挥实用价值。英国国家物理实验室等机构研究人员在最新一期《美国化学学会杂志》上报告说，这项研究的主要特点在于，研究人员在合成这种人造病毒结构过程中，没有使用大型且结构复杂的蛋白质来制作病毒结构外壳，而是以非常短小的蛋白质“碎片”来拼装。

据英国国家物理实验室介绍，这种人造病毒结构的直径只有12纳米（1纳米等于10亿分之一米），是全球已知病毒中体积最小的一个。此外，这种人造病毒结构比较有可塑性，能够灵活地适应包裹不同大小的基因。

研究人员说，未来可以将这种人造病毒结构当成一个载体，将大小不一的基因包裹其中，从而安全地将基因运送到人体细胞中，且不产生副作用。

基因治疗是一种新兴医疗技术，是指将外源正常基因导入目标细胞，以纠正或补偿基因缺陷和异常引起的疾病。病毒自身不能复制，当接触到宿主细胞时就脱去其蛋白质外壳，将自己的遗传物质注入宿主细胞内。近年来，研究人员希望通过模拟病毒感染宿主细胞的方式，用人造病毒结构作为载体进行基因治疗。

人造病毒简介

纽约州立大学斯托尼布鲁克分校的研究人员于2002年制造出这种“假”脊髓灰质炎病毒。研究人员说，他们重新排列了脊髓灰质炎病毒的脱氧核糖核酸（DNA）的4种碱基：腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶。这些碱基组成和排列顺序决定生物的遗传性状。碱基通过不同的排列组合成氨基酸，进而构成蛋白质。同一种氨基酸可通过不止一种碱基排列组合形成，但不知为何，生物体通常总是偏爱特定的碱基组合。

人造病毒具有对光发生反应、能释放出活性氧的高分子“外壳”，壳内包裹着治疗用基因，直径约有100纳米。把这种人造病毒放入细胞内，在细胞内被负责物质搬运的小泡吸收，一经照射光线，高分子外壳即释放出活性氧破坏小泡的膜，在壳中包裹的治疗用基因进入细胞并进到细胞核内。

非病毒载体的非病毒载体介导基因治疗需克服的屏障

非病毒载体克服的基因转染效率很低。这主要是非病毒载体介导基因治疗需要克服3道屏障：细胞膜、内涵体-溶酶体系统、核膜。
要提高非病毒载体基因转染效率，就必须要使载体能有效的跨越细胞膜即增强细胞对复合物的摄取; 其次要保护基因不受内涵体溶酶体系统酸性环境的破坏降解，并能使内涵体溶酶体有效的释放基因; 最后，基因要进入细胞核表达目的蛋白就必须要能有效的跨越核膜。 为提高摄取率，就要提高复合物的细胞靶向性，增强与细胞膜的作用。
1、连接靶向配体
在非病毒载体骨架上接上配体，与相应的细胞表面受体特异性结合，加强复合物的细胞靶向，增加细胞对复合物的摄取，从而增加基因的表达。
转铁蛋白是一种内源性的糖蛋白，多数肿瘤细胞过表达转铁蛋白受体，在载体上接入转铁蛋白可提高纳米复合物的癌细胞靶向性，增加细胞对复合物的摄取率从而增强基因的表达。
2、载体材料的结构修饰
载体材料是携带基因达到靶细胞的运输工具，其结构影响复合物达到靶细胞的效率 通过载体材料的修饰可以改善其溶解性，屏蔽其过多的表面电荷，降低细胞毒性 另外载体材料结构修饰可以更好的包裹基因，保护基因不被破坏，提高细胞靶向性，增强与细胞膜的作用。
聚乙二醇(polyethyleneglycol ，PEG ) 是亲水性很强的聚合物，常用来修饰纳米粒载体以改善其水溶性或者屏蔽其表面电荷，但PEG修饰后的纳米粒细胞摄取率很低，这很大程度上限制了PEG在纳米载体上的运用。为了克服低转染效率问题运用低聚PEG修饰载体，这样可以减小空间位阻有利于细胞的摄取。
3、赋予纳米粒“隐形”的特性
基因转染效率要高，首先要求纳米粒能有效的集中于靶细胞，增强靶细胞的摄取 但一般的纳米粒粒径较大，进入体循环后很容易被体内的单核细胞吞噬系统 (MPS) 所吞噬，并在网状内皮系统（RES） 中聚集，这使得达到靶细胞的纳米粒的量极少，导致体内转染时效率极低。目前发展的隐形纳米粒具有粒径小，水溶性高的特点，能有效的避免MPS的吞噬，减少体循环中的降解。而这种隐形作用，主要取决于纳米粒的粒径大小和水溶性纳米粒半径控制在100nm以下，并采用亲水材料修饰形成亲水层，可以避免或者减少体内单核细胞吞噬系统的吞噬，使其在体循环中存在时间更长，能有效地转运到靶器官或组织。 内涵体溶酶体系统的酸性环境往往导致基因的破坏，其中的核酸酶则会导致基因的降解这都使基因转染效率大大下降。 因此，保护基因在内涵体溶酶体系统的完整性和促使基因从该系统中的释放是提高非病毒载体基因转染效率的行之有效的方法。
1、加入溶酶体酶倾向剂
增加载体基因复合物在内涵体吞噬泡中释放的一种可行措施是在转染时加入溶酶体酶倾向剂，如氯喹。研究显示氯喹能增加基因转染效率可能包括3种机制：①缓冲吞噬泡中的；②替代复合物中的载体；③ 改变释放后核酸的生物物理学特性。
2、三元复合物载体材料
为了提高基因转染的效率可以在原有的纳米载体基因复合物的基础上再接入另一种质子缓冲材料，形成三元复合物，缓冲溶酶体中的酸性环境，提高基因转染效率。由于接入材料的理化性质，在保护基因不受降解同时使基因易于从内涵体溶酶体中释放到细胞质中从而提高转染效率。 基因治疗的第三道屏障是核膜，目的基因能否有效地进入细胞核直接关系到基因的转染效率。非病毒载体介导的基因转染效率不高，主要是外源基因难以有效的导入到细胞核，导致基因在细胞质中被核酸酶降解。
核蛋白定位 信号（NLS）是一种富含精氨酸、赖氨酸等碱性氨基酸的短肽，能有效的介导蛋白或者核酸的跨核膜转运。目前常用的NLS有鱼精蛋白，低相对分子质量的鱼精蛋白，SV40大T蛋白 非病毒载体通过NLS修饰后，不仅可以协助基因的跨核膜转运，同时可以提高细胞摄取率.

重组DNA技术在现代分子生物学发展中的意义?

可以提取可用于基因治疗的基因工程细胞，进一步了解基因调控机制和疾病分子基理，也对于人类医学的发展具有重要意义
另外，根据重组技术所制造的基因芯片，基因芯片即通过微价格技术将特定序列DNA片段（基因探针）固定与硅片上，基因芯片可用于基因测序，寻找有用的目的基因或对基因的序列进行分子水平上的分析 。根据还可以从分子水平上了解疾病
这主要是说重组DNA技术在现在分子水平上对生物医学发展的意义，你也看到了，基本上所说的都和疾病的治疗有关.我知道也就这些了，看看课本说不定还会有新的思路。

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