基因重組疫苗

發生在生物體內基因的交換或重新組合。包括同源重組、位點特異重組、轉座作用和異常重組四大類。是生物遺傳變異的一種機制。

指整段DNA在細胞內或細胞間,甚至在不同物種之間進行交換,並能在新的位置上覆制、轉錄和翻譯。在進化、繁殖、病毒感染、基因表達以致癌基因激活等過程中,基因重組都起重要作用。基因重組也歸類為自然突變現象。基因工程是在試管內按人為的設計實施基因重組的技術,也稱為重組DNA。

有目的的將一個個體細胞內的遺傳基因轉移到另一個不同性狀的個體細胞內DNA分子,使之發生遺傳變異的過程。來自供體的目的基因被轉入受體細菌後,可進行基因產物的表達,從而獲得用一般方法難以獲得的產品,如胰島素、干擾素、乙型肝炎疫苗等是通過以相應基因與大腸桿菌或酵母菌的基因重組而大量生產的。即基因重組

由於基因的獨立分配或連鎖基因之間的交換而在後代中出現親代所沒有的基因組合。

原核生物的基因重組有轉化、轉導和接合等方式。受體細胞直接吸收來自供體細胞的DNA片段，並使它整合到自己的基因組中，從而獲得供體細胞部分遺傳性狀的現象，稱為轉化。通過噬菌體媒介，將供體細胞DNA片段帶進受體細胞中，使後者獲得前者的部分遺傳性狀的現象，稱為轉導。

自然界中轉導現象較普遍，可能是低等生物進化過程中產生新的基因組合的一種基本方式。供體菌和受體菌的完整細胞經直接接觸而傳遞大段DNA遺傳信息的現象，稱為接合。

細菌和放線菌均有接合現象。高等動植物中的基因重組通常在有性生殖過程中進行，即在性細胞成熟時發生減數分裂時同源染色體的部分遺傳物質可實現交換，導致基因重組。

基因重組是雜交育種的生物學基礎，對生物圈的繁榮昌盛起重要作用，也是基因工程中的關鍵性內容。

基因工程的特點是基因體外重組，即在離體條件下對DNA分子切割並將其與載體DNA分子連接，得到重組DNA。1977年美國科學家首次用重組的人生長激素釋放抑制因子基因生產人生長激素釋放抑制因子獲得成功。

此後，運用基因重組技術生產醫藥上重要的藥物以及在農牧業育種等領域中取得了很多成果，預計下世紀在生產治療心血管病、鎮痛和清除血栓等藥物方面基因重組技術將發揮更大的作用。

從廣義上講,任何造成基因型變化的基因交流過程,都叫做基因重組。而狹義的基因重組僅指涉及DNA分子內斷裂—複合的基因交流。真核生物在減數分裂時,通過非同源染色體的自由組合形成各種不同的配子,雌雄配子結合產生基因型各不相同的後代,這種重組過程雖然也導致基因型的變化,但是由於它不涉及DNA分子內的斷裂c複合,因此,不包括在狹義的基因重組的範圍之內。

根據重組的機制和對蛋白質因子的要求不同,可以將狹義的基因重組分為三種類型,即同源重組、位點特異性重組和異常重組。同源重組的發生依賴於大範圍的DNA同源序列的聯會,在重組過程中,兩條染色體或DNA分子相互交換對等的部分。真核生物的非姊妹染色單體的交換、細菌以及某些低等真核生物的轉化、細菌的轉導接合、噬菌體的重組等都屬於這種類型。大腸桿菌的同源重組需要RecA蛋白,類似的蛋白質也存在於其他細菌中。位點特異性重組發生在兩個DNA分子的特異位點上。它的發生依賴於小範圍的DNA同源序列的聯會,重組也只限於這個小範圍。兩個DNA分子並不交換對等的部分,有時是一個DNA分子整合到另一個DNA分子中。這種重組不需要RecA蛋白的參與。異常重組發生在順序不相同的DNA分子間,在形成重組分子時往往依賴於DNA的複製而完成重組過程。例如,在轉座過程中,轉座因子從染色體的一個區段轉移到另一個區段,或從一條染色體轉移到另一條染色體。這種類型的重組也不需要RecA蛋白的參與。

基因重組是指一個基因的DNA序列是由兩個或兩個以上的親本DNA組合起來的。基因重組是遺傳的基本現象，病毒、原核生物和真核生物都存在基因重組現象。減數分裂可能發生基因重組。基因重組的特點是雙DNA鏈間進行物質交換。真核生物，重組發生在減數分裂期同源染色體的非姊妹染色單體間，細菌可發生在轉化或轉導過程中，通常稱這類重組為同源重組(homologous recombination)，即只要兩條DNA序列相同或接近，重組可在此序列的任何一點發生。然而在原核生物中，有時基因重組依賴於小範圍的同源序列的聯會，重組只限於該小範圍內，只涉及特定位點的同源區，把這類重組稱作位點專一性重組(site-specific recombination)，此外還有一種重組方式，完全不依賴於序列間的同源性，使一段DNA序列插入另一段中，在形成重組分子時依賴於DNA複製完成重組，稱此類重組為異常重組(illegitimate recombination)，也稱複製性重組(replicative recombination)。

歷史：1936年F. M. Burnet發表了噬菌體能產生突變體，其噬菌斑的外形和野生型的有明顯區別，可惜的未能引起重視，以致噬菌體遺傳學延遲了十年才得以建立。

1946年第11屆冷泉港學術討論會上，在宣佈一基因一酶學説的勝利，及Ledernerg、Tatum細菌雜交實驗報告的同時，Hershey和Luria宣佈發現了噬菌體的r，h突變，Delbrück和Hershey發表了他們各自發現的噬菌體重組，這四項重大的發現分別在1958年和1969年獲得了諾貝爾獎。後兩項的發現有力地推動了噬菌體遺傳學的發展。

噬菌體的基因重組和細菌不同，而和真核的重組十分相似。雜交是用標記不同的噬菌體之間進行。然後計算重組噬菌體佔總的子代噬菌體的比例來確定重組值。一般可以選用2－4個基因差異的噬菌體來混合感染細菌。首先把不同類型的噬菌體混合起來和細菌一起塗布在固體培養基上，細菌的濃度要達到可以長成菌苔（lawn）的水平，噬菌體的濃度要很稀。每個噬菌體感染一個細菌，經過裂解週期，宿主細胞破裂後，釋放出的子噬菌體又去感染周圍的細菌，結果在菌苔上形成一個圓形清亮的斑，稱為噬菌斑（plaque），而一個噬菌斑來自最初塗布平板時的一個噬菌體。噬菌斑的形態必須選擇容易區別的，以表示噬菌體的相應表型。單個的噬菌體只能在電鏡下才可觀察其形態，突變引起其形態變化沒有電鏡是無法鑑別的，但突變影響到生活週期，會產生不同的噬菌斑，因此通過噬菌斑的觀察我們很容易觀察基因型的變化與重組。

Hershey等用T2噬菌體的兩個不同表型特徵：噬菌斑的形態和宿主範圍來進行雜交。一個噬菌體的基因型是h+r，另一個噬菌體的基因型是h r+。h+表示宿主範圍（hostrange），是野生型，能在E.coli B菌株上生長，r 表示快速溶菌（rapid lysis），產生的噬菌斑大，邊緣清楚。h噬菌體能在E.coli B和B/2品系上生長，r+產生小而邊緣模糊的噬菌斑，能產生透明的噬菌斑，而h+因只能裂解E.coli B，所以在B和B/2的混合菌上產生的噬菌斑是半透明的。

雜交時hr+和h+r混合感染E.coli B和B/2，在B和B/2混合菌苔上出現了四種噬菌斑,表明h r+ 和h+r之間有一部分染色體在B菌株的細胞中進行了重組，釋放出的子噬菌體有一部分的基因型為h+r+和h r。我們利用下面的公式就可以計算出和兩個位點的重組值：

重組值=（h+r++h r）/總噬菌斑數×100%

此重組值也表示兩個連鎖基因之間的遺傳距離。

基因重組是指非等位基因間的重新組合。能產生大量的變異類型，但只產生新的基因型，不產生新的基因。基因重組的細胞學基礎是性原細胞的減數分裂第一次分裂，同源染色體彼此分裂的時候，非同源染色體之間的自由組合和同源染色體的染色單體之間的交叉互換。基因重組是雜交育種的理論基礎。 基因突變是指基因的分子結構的改變，即基因中的脱氧核苷酸的排列順序發生了改變，從而導致遺傳信息的改變。基因突變的頻率很低，但能產生新的基因，對生物的進化有重要意義。發生基因突變的原因是 DNA在複製時因受內部因素和外界因素的干擾而發生差錯。典型實例是鐮刀形細胞貧血症。基因突變是誘變育種的理論基礎。

自1985年我國報道了首例HIV感染者以來，HIV感染者人數不斷增加，正處在流行快速發展期。衞生部疾病控制司提供的最新報告顯示，從1985年到1999年底，全國累計報告艾滋病病毒感染者17316例，其中艾滋病人677例（已死亡356例），報告感染者遍佈全國各省，到2000年底前我國艾滋病實際感染人數可能將突破100萬，形勢十分嚴峻。

世界各國已有幾種藥物被批准用於艾滋病臨牀治療，但由於價格昂貴（1.3—5.0萬美元/人/年治療費用），全球僅有5%左右的HIV感染者能夠獲得治療。另一方面這些艾滋病的藥物存在着毒副作用、耐藥性等問題，對我國以及發展中國家並不適用。為此，近年來國內外大多數科學家又一次將目光集中於新型艾滋病基因工程重組疫苗的研究和開發，並認為一個安全、有效的疫苗是阻止艾滋病流行的唯一可能途徑。

解放軍軍需大學研究所病毒室、解放軍基因工程重點實驗室（以下簡稱軍需大學）於1990年跟蹤HIV流行的發展趨勢，啓動了AIDS基因工程重組疫苗研究。軍需大學首先利用自己構建的高效痘苗病毒基因重組真核活載體表達系統（該基因重組表達系統具有安全、廉價、易操作、穩定、外源基因容量大、忠實表達各種外源蛋白），進行了HIV—1型和HIV—2型兩種國外流行株艾滋病病毒多種完整結構蛋白表達和調控研究，為AIDS疫苗的研究積累了一定數據。在此基礎上又進行了HIV—1型和HIV—2型巨分子多種嵌合蛋白的高效表達和小鼠免疫原性實驗研究。

近年來的HIV疫苗的實驗免疫結果表明，如上所述的基因重組活載體疫苗、DNA疫苗、巨分子病毒樣粒子蛋白疫苗和亞單位疫苗等多種不同疫苗聯合應用，可有效提高機體的免疫原性。

為製備安全、有效的哺乳動物非複製性基因重組AIDS活載體疫苗，軍需大學利用自己構建的雞痘病毒非複製性重組活載體表達系統（該基因重組表達載體系統更具有安全、有效，在哺乳動物細胞中不復制、不污染環境等優點—已申請專利），進行了艾滋病病毒國外流行株結構基因的表達、基因工程活載體疫苗構建研究。又與預防醫學科學院合作，進行了艾滋病病毒中國流行株B亞型和C亞型完整結構基因的表達、基因工程活載體疫苗構建和小鼠免疫原性實驗。

DNA疫苗是近年來興起的一類新型疫苗。軍需大學利用DNA疫苗構建系統，進行了HIV—1型中國流行株結構蛋白基因的表達和實驗免疫研究，同時又探索了安全的HIV—重組雞痘病毒活載體重組疫苗和DNA疫苗的小鼠混合實驗免疫研究，證明了多種HIV基因重組疫苗聯合免疫的可行性。

經過以上近十年的基礎研究，逐步完善、提高了AIDS疫苗的上游基礎研究水平。正在加快AIDS基因工程疫苗的研究開發力度，使其更接近產業化。

據國家“九五”科技攻關項目《乙型肝炎疫苗預防效果和乙型肝炎病毒基因變異的研究》課題報告，研究人員在湖南省湘潭市等4個乙肝疫苗試點區內，對1986~1988年出生並接種乙肝血源疫苗的新生兒，按免疫年齡分層隨機抽樣採血隨訪，在15年隨訪中沒有加強免疫的前提下，乙肝疫苗阻斷乙肝病毒慢性感染的效果持續在90%左右。

項目組在河北省、廣西壯族自治區和湖南省乙肝疫苗試點區，於1996年開始應用基因疫苗替代血源疫苗，並使新生兒基因疫苗接種率持續維持在95%以上。隨機抽樣2000多名1996年進行基因疫苗接種的新生兒，分別於1997、1998、2000年採血觀察基因疫苗免疫後抗-HBs陽轉率和近期保護效果。結果顯示，國產乙肝基因重組疫苗大規模推廣後安全、有效和可行，抗-HBs陽轉率和近期保護效果（3年）與血源疫苗相當。單純乙肝基因疫苗的母嬰阻斷效果為87.8%，基因疫苗加HBIG阻斷病毒感染效果為91.2%。國產基因重組疫苗保護效果可與引進國外技術生產的疫苗效果相媲美。

課題組夏國良研究員特別指出，要提高羣體保護效果的關鍵是提高新生兒免疫接種率和全程接種率的同時，提高母嬰阻斷效率並儘量在出生後24小時內完成首劑疫苗免疫。