Войти
A генетически модифицированный вирус - это вирус, который был изменен или создан с использованием биотехнологии и остается способным к заражению. Генетическая модификация включает направленную вставку, делецию, искусственный синтез или изменение нуклеотидных оснований в вирусных геномах. Генетически модифицированные вирусы в основном создаются путем встраивания чужеродных генов в вирусные геномы для целей биомедицины, сельского хозяйства, биоконтроля или технологических целей. Термины «генетически модифицированный вирус» и «генно-инженерный вирус» используются как синонимы.
Генетически модифицированные вирусы генерируются посредством генетической модификации, которая включает направленную вставку, делецию, искусственный синтез, или изменение нуклеотидных последовательностей в вирусных геномах с использованием биотехнологических методов. В то время как большинство вирусов дцДНК имеют одиночные одночастные геномы, многие РНК-вирусы имеют многочастные геномы, поэтому нет необходимости, чтобы все части вирусного генома были генетически модифицированы, чтобы вирус считался вирусом генетически модифицированный вирус. Инфекционные вирусы, способные заражать, которые генерируются посредством искусственного синтеза генов всего или части их геномов (например, на основе предполагаемых исторических последовательностей), также могут рассматриваться как генетически модифицированные вирусы. Вирусы, которые изменяются исключительно в результате действия спонтанных мутаций, рекомбинации или перегруппировки (даже в экспериментальных условиях), обычно не считаются генетически модифицированными вирусами.
Вирусы обычно модифицируются таким образом, чтобы их можно было использовать в качестве векторов для встраивания новой генетической информации в организм-хозяин или изменения его ранее существовавшего генетического материала. Этого можно достичь, по крайней мере, тремя способами:
Ни один из этих трех процессов не исключает друг друга. Если происходит только процесс 2. и он приводит к экспрессии генетически модифицированного гена, это часто называют подходом временной экспрессии.
Способность инфицировать клетки или ткани-хозяева является необходимым требованием для всех применений генетически модифицированных вирусов. Однако возможность передачи вируса (передача инфекций между индивидуумами-хозяевами) либо не требуется, либо считается нежелательной для большинства приложений. Лишь в небольшом меньшинстве предложенных вариантов использования передача вируса считается необходимой или желательной, например, трансмиссивные вакцины. Это связано с тем, что трансмиссивность значительно затрудняет мониторинг, контроль или сдерживание распространения вирусов.
В 1972 году было опубликовано первое сообщение о вставке чужеродной последовательности в вирусный геном. опубликовано, когда Пол Берг использовал рестрикционный фермент EcoRI и ДНК-лигазы для создания первых в мире рекомбинантных молекул ДНК. Это было достигнуто путем объединения ДНК вируса обезьяны SV40 с ДНК вируса лямбда. Однако не было установлено, что какой-либо из этих двух вирусов мог инфицироваться или размножаться.
В 1974 году Норин Мюррей и Кеннет Мюррей представили для публикации первое сообщение о генетически модифицированном вирусе, который также может реплицироваться и инфицировать. Всего два месяца спустя, в августе 1974 года, Марджори Томас, Джон Кэмерон и Рональд В. Дэвис представили для публикации отчет о подобном достижении.
В совокупности эти эксперименты представляют собой самое начало разработка методов, которые впоследствии стали известны как биотехнология или методы рекомбинантной ДНК.
Генная терапия использует генетически модифицированные вирусы для доставки генов, которые могут излечивать болезни в клетках человека. Эти вирусы могут доставлять генетический материал ДНК или РНК к клетки-мишени. Генная терапия также используется путем инактивации мутировавших генов, вызывающих заболевание, с помощью вирусов.
Вирусы, которые использовались для генной терапии: аденовирус, лентивирус, ретровирус и вирус простого герпеса. Наиболее распространенные вирусы, используемые для доставки генов, происходят из аденовирусов, поскольку они могут нести до 7,5 т.п.н. чужеродной ДНК и инфицировать относительно широкий круг клеток-хозяев, хотя известно, что они вызывают иммунные ответы у хозяина и обеспечивают только краткосрочную экспрессию. Другими распространенными векторами являются аденоассоциированные вирусы, которые имеют более низкую токсичность и более длительную экспрессию, но могут нести только около 4 килобайт ДНК. Вирусы простого герпеса являются многообещающим вектором, имеют пропускную способность более 30 килобайт и обеспечивают долгосрочную экспрессию, хотя они менее эффективны в доставке генов, чем другие векторы. Лучшими векторами для долгосрочной интеграции гена в геном хозяина являются ретровирусы, но их склонность к случайной интеграции проблематична. Лентивирусы являются частью того же семейства, что и ретровирусы, с тем преимуществом, что заражают как делящиеся, так и неделящиеся клетки, тогда как ретровирусы нацелены только на делящиеся клетки. Другие вирусы, которые использовались в качестве переносчиков, включают альфавирусы, флавивирусы, вирусы кори, рабдовирусы, вирус болезни Ньюкасла, поксвирусы и пикорнавирусы.
Хотя в основном он все еще находится на стадии испытаний, он добился определенных успехов. Он использовался для лечения наследственных генетических нарушений, таких как тяжелый комбинированный иммунодефицит, возникающий из дефицита аденозиндезаминазы (ADA-SCID), хотя развитие лейкоз у некоторых пациентов с ADA-SCID вместе со смертью Джесси Гелсингера в другом исследовании на много лет отбросили развитие этого подхода. В 2009 году был достигнут еще один прорыв, когда восьмилетний мальчик с врожденным амаврозом Лебера вернулся к нормальному зрению, а в 2016 году GlaxoSmithKline получил разрешение на коммерческое использование генной терапии для лечения ADA-SCID. По состоянию на 2018 год ведется значительное количество клинических испытаний, включая методы лечения гемофилии, глиобластомы, хронической гранулематозной болезни, муковисцидоз и различные раковые заболевания. Несмотря на некоторые успехи, генная терапия по-прежнему считается рискованной методикой, и все еще проводятся исследования для обеспечения безопасности и эффективности.
Еще одно потенциальное использование генетически модифицированных вирусов - изменить их так, чтобы они могли непосредственно лечить болезни. Это может происходить путем экспрессии защитных белков или путем прямого воздействия на инфицированные клетки. В 2004 году исследователи сообщили, что генетически модифицированный вирус, использующий эгоистичное поведение раковых клеток, может предложить альтернативный способ уничтожения опухолей. С тех пор несколько исследователей разработали генетически модифицированные онколитические вирусы, которые являются перспективными для лечения различных типов рака.
Большинство вакцин состоят из вирусы, которые были аттенуированы, отключены, ослаблены или убиты каким-либо образом, так что их вирулентные свойства больше не действуют. Генная инженерия теоретически может быть использована для создания вирусов с удаленными вирулентными генами. В 2001 году сообщалось, что генетически модифицированные вирусы могут быть использованы для разработки вакцин против таких заболеваний, как СПИД, герпес, лихорадка денге и вирусный гепатит, с использованием проверенного безопасного вакцинного вируса, такого как аденовирус, и изменить его геном, чтобы в нем были гены, кодирующие иммуногенные белки, которые могут стимулировать реакцию иммунной системы, чтобы затем иметь возможность бороться с вирусом. Генно-инженерные вирусы не должны снижать инфекционность, вызывать естественный иммунный ответ, и нет никаких шансов, что они восстановят свою функцию вирулентности, как это может происходить с некоторыми другими вакцинами. Как таковые, они обычно считаются более безопасными и более эффективными, чем обычные вакцины, хотя остаются опасения по поводу нецелевой инфекции, потенциальных побочных эффектов и горизонтального переноса генов на другие вирусы. Другой подход - использовать векторы для создания новых вакцин против болезней, для которых нет доступных вакцин или вакцин, которые не работают эффективно, таких как СПИД, малярия и туберкулез.. Вакцины на основе векторов уже одобрены, и многие другие вакцины находятся в стадии разработки.
В 2012 году исследователи из США сообщили, что они вводили генетически модифицированный вирус в сердце свиней. Этот вирус внедрил в сердечную мышцу ген Tbx18, обеспечивающий сердцебиение. Исследователи прогнозируют, что однажды этот метод можно будет использовать для восстановления сердцебиения у людей, которым в противном случае потребовались бы электронные кардиостимуляторы.
В Испании и Португалии к 2005 году количество кроликов снизилось на 95% за 50 лет из-за таких заболеваний, как миксоматоз, геморрагическая болезнь кроликов и других причин. Это, в свою очередь, привело к сокращению числа таких хищников, как иберийская рысь, находящийся под угрозой исчезновения вид. В 2000 году испанские исследователи исследовали генетически модифицированный вирус, который мог защитить кроликов в дикой природе от миксоматоза и геморрагической болезни кроликов. Однако были опасения, что такой вирус может проникнуть в дикие популяции в таких регионах, как Австралия, и вызвать демографический бум. Кролики в Австралии считаются такими вредителями, что землевладельцы обязаны контролировать их по закону.
Были созданы генетически модифицированные вирусы, которые делают животных-мишеней бесплодными посредством иммуноконтрацепции, а также другие которые нацелены на стадию развития животного. Есть опасения по поводу локализации вируса и межвидовой инфекции.
С 2009 года генетически модифицированные вирусы, экспрессирующие белки шпината дефенсин, проходят полевые испытания во Флориде (США). Вирусная инфекция апельсиновых деревьев направлена на борьбу с болезнью позеленения цитрусовых, которая снизила производство апельсинов во Флориде на 70% с 2005 года. С 13 февраля 2017 года рассматривается заявка на получение разрешения (USDA 17-044-101r). расширить разрешение на экспериментальное использование до площади 513 500 акров, это станет крупнейшим разрешением такого рода, когда-либо выдаваемым Службой регулирования биотехнологии Министерства сельского хозяйства США.
В 2016 году DARPA, агентство США. Министерство обороны объявило тендер на заключение контрактов на разработку генетически модифицированных вирусов растений для подхода, предусматривающего их распространение в окружающей среде с помощью насекомых. В рабочем плане говорилось:
«Вирусы растений имеют большие перспективы в качестве носителей схем редактирования генов и являются естественным партнером для платформы доставки, передаваемой насекомыми».
Мотивация, предусмотренная для программы, заключается в обеспечении стабильности пищевых продуктов путем защиты сельскохозяйственных продуктов питания и товарных культур:
«За счет использования естественной способности насекомых-переносчиков доставлять вирусы с высокой специфичностью к растениям-хозяевам и сочетания этой способности с достижениями. при редактировании генов быстрое улучшение зрелых растений в полевых условиях может быть достигнуто на больших площадях и без необходимости в промышленной инфраструктуре ».
Несмотря на свое название, программа «Союзники насекомых» в значительной степени является вирусной программой, разрабатывающей вирусы, которые, по сути, будут выполнять генное редактирование сельскохозяйственных культур на уже засеянных полях. Генетически модифицированные вирусы, описанные в плане работы и других публичных документы относятся к классу генетически модифицированных вирусов, впоследствии названному HEGAAs (агенты горизонтального изменения генов окружающей среды). Программа «Союзники насекомых» запланирована на период с 2017 по 2021 год с контрактами, выполняемыми тремя консорциумами. Планов нет. для выпуска генетически модифицированных вирусов в окружающую среду, с испытанием полной дисперсной системы насекомых, происходящей в теплицах (уровень биобезопасности 3 были упомянуты объекты).
Были выражены опасения по поводу того, как это Программа и любые данные, которые она генерирует, будут влиять на контроль над биологическим оружием и сосуществование в сельском хозяйстве, хотя заявленные цели также были поддержаны.
В 2009 году ученые Массачусетского технологического института создали генетически модифицированный вирус, который был использован для создания более экологичных литий-ионных батарей. Батарея была сконструирована путем генной инженерии различных вирусов, таких как бактериофаг E4 и бактериофаг M13, для использования в качестве катода. Это было сделано путем редактирования генов вируса, кодирующих белковые оболочки. Белковая оболочка редактируется так, чтобы покрывать себя фосфатом железа, чтобы иметь возможность прикрепляться к высокопроводящим углеродным нанотрубкам. Вирусы, которые были модифицированы для получения многофункциональной белковой оболочки, могут использоваться в качестве наноструктурированного катода, вызывающего ионные взаимодействия с катионами. Разрешить использовать вирус как маленькую батарейку. Анджела Блечер, ученый, возглавлявший исследовательскую группу Массачусетского технологического института над проектом, говорит, что аккумулятор достаточно мощный, чтобы использовать его в качестве перезаряжаемой батареи, питания гибридных электромобилей и ряда персональных электронных устройств. Хотя вирусы E4 и M13 могут инфицировать и размножаться внутри своего бактериального хозяина, неясно, сохраняют ли они эту способность после того, как они являются частью батареи.
В январе 2015 года Национальный институт здравоохранения объявил мораторий на финансирование исследований в отношении отдельных исследований вирусов, связанных с усилением функции. В январе 2017 года правительство США выпустило окончательные руководящие принципы по анализу и надзору за исследованиями, которые, как ожидается, будут направлены на создание, передачу или использование увеличенных потенциальных пандемических патогенов (PPP). Вопросы о потенциальной утечке модифицированного вируса из лаборатории биобезопасности и полезности технологии двойного использования, вызывающего озабоченность исследования двойного использования (DURC), вызвали пересмотр политики финансирования NIH.
Ученый утверждает, что она заразилась генетически модифицированным вирусом во время работы в Pfizer. В своем федеральном иске она говорит, что ее периодически парализовал вирус, разработанный Pfizer. "Макклейн из Дип-Ривер подозревает, что в результате работы бывшего коллеги Pfizer в 2002 или 2003 годах она случайно подверглась воздействию искусственно созданной формы лентивируса, вируса, подобного тому, который может привести к заражению. синдром иммунодефицита, или СПИД ». Суд установил, что Макклейн не доказала, что ее болезнь была вызвана воздействием лентивируса, но также что Pfizer нарушила законы о защите осведомителей.
