病毒基因工程是指脫氧核糖核酸重組技術在病毒學領域的應用，是近年來隨著分子病毒學、分子生物學、微生物遺傳學和細胞生理學的發展而形成的新興科學領域。這項技術對于理解病毒的基本規律至關重要，同時也是研究病毒性疾病防治的關鍵工具。
病毒學的發展
機體水平研究階段
在40年代之前，病毒學家主要通過敏感動物如小白鼠或動物胚胎如雞胚來分離、鑒定病毒，研究病毒的繁殖、發病機理、免疫反應等。他們還使用受病毒感染的動物組織制備新型冠狀病毒疫苗，如狂犬病疫苗。
細胞水平研究階段
40至60年代，組織培養技術被廣泛應用，使得病毒學研究得以拓展。組織培養技術不僅促進了臨床病毒學的發展，也為病毒復制和遺傳方面的研究提供了基礎。在此期間，開發出了一系列安全有效的組織培養疫苗，如脊髓灰質炎、麻疹、風疹、流行性腮腺炎疫苗等。
分子水平研究階段
分子病毒學的研究成果對分子生物學的發展產生了重大影響。RNA腫瘤病毒反轉錄酶的發現不僅完善了脫氧核糖核酸復制、轉錄和mRNA翻譯表達及其蛋白質產物結構功能之間關系的理解，還在實際應用中實現了RNA在試管內的反轉錄成cDNA。病毒基因結構和表達的研究揭示了真核生物基因表達調控的一些原理，如基因重疊、間隙、內含子的發現，轉錄后剪接，重復序列和增強子的存在等，極大地豐富了分子生物學的內容。病毒載體的出現為研究真核細胞基因表達提供了一個重要的平臺。
病毒基因工程的內容和重要性
病毒基因工程主要包括病毒基因組的克隆、結構測定和表達，病毒基因工程新型冠狀病毒疫苗的研制，抗病毒多肽物質的研制，以及動物病毒載體的組建。這些工作對于理解病毒基因的功能和結構關系，以及研發新型病毒疫苗和抗病毒藥物具有重要意義。
病毒基因工程的主要環節
供體DNA或外源性DNA
可通過提取、人工合成或從mRNA反轉錄獲得。由于大多數真核基因和病毒基因有插入順序，所以從mRNA反轉錄合成的cDNA往往不能完全代表真核基因的真正結構。
載體
即轉移外源性DNA片段的運輸工具，常用載體包括細菌質粒、粘性質粒、酵母質粒、噬菌體或動物病毒。根據不同的目的和要求選擇不同的載體系統。
受體細胞
即作為DNA重組體增殖或復制的宿主細胞。若采用細菌，則應考慮安全性。大腸桿菌k12品系被認為是安全的選擇。若采用動物細胞生產疫苗或其他活性多肽，則應考慮潛在的致癌因素。
重組體的改造與基因表達
這一步驟涉及人工合成脫氧核糖核酸片段，包含特定的酶切位點和所需的序列。通過添加人工合成的接頭，創建特定的內切酶粘性末端。使用末端轉移酶在3'端添加dA-dT或dC-dG后進行連接。使用Bal 31修飾粘端，使其變為平端，或使用T4 DNA連接酶進行平端連接。T4 DNA連接酶還可進行粘端連接。此外，還包括人類遺傳病的基因治療，利用病毒基因組中的基因表達增強子，高效表達真核生物基因，用于研制病毒新型冠狀病毒疫苗或生產多種活性多肽物質，研究真核基因表達調控原理。在動物病毒載體中，應考慮基因表達增強子的作用。然而，對于λ噬菌體，目前尚未見相關報道。在病毒載體中，尚未有有效的方法控制病毒基因轉錄。但對于λ噬菌體的克隆實驗，可以采用λcIts857的溶原性細菌或帶有cIts857的質粒來控制PL啟動子。采用這種系統，可以表達許多對細菌本身有毒性的多肽。作為載體的多數病毒基因的非必需區較短。在設計λ噬菌體載體時，最簡單的方法是確定一個對溶細胞性生長不必要的基因片段，然后在外源性脫氧核糖核酸替代該非必需區。在設計動物病毒載體時，外源性DNA通常會取代病毒基因的必需區。因此，重組病毒是絕對缺損性的，必須在輔助病毒存在的條件下才能繁殖，或者在染色體中已整合有輔助病毒基因的細胞中才能生長。重組DNA分子大小受到病毒顆粒包裝容量的限制，尚未有動物病毒的試管內包裝系統。可以制備單一成分病毒新型冠狀病毒疫苗，也可以制備同一病毒的多個成分的病毒疫苗。可以完全去除病毒基因中具有潛在危害性的部分，例如某些病毒的致癌基因。如采用重組病毒系統，例如痘苗病毒，易于制備同一載體的多價病毒疫苗。可以生產尚無敏感細胞的病毒疫苗，例如乙型肝炎病毒表面抗原疫苗。生產成本可以大幅降低。
結論
自19世紀末發現病毒以來，病毒學已成為生物界和醫學界的重要學科。在中國，由于乙型肝炎、流行性出血熱、病毒性腦膜炎、病毒性肺炎、流行性感冒等病毒性疾病較為普遍，病毒學在衛生保健事業中占據著重要位置。
參考資料 >
我國傳染病的研究與防治進展.中國人畜共患病學報.2024-10-31
[轉載]人類病毒學學科發展的回顧、展望與思考.科學網.2024-10-31
為人類戰疫打造最有力的武器——全球合力加速研發新冠疫苗.中國政府網.2024-10-31