病毒引起疾病眾所周知，但是病毒也是人類和多種生物進(jìn)化的催化劑。逆轉(zhuǎn)錄病毒能將自身基因插入人類基因組復(fù)制自己，留在人類基因組中的病毒基因可以控制免疫系統(tǒng)，并能控制胚胎和胎盤的發(fā)育。最近科學(xué)家在《PLOS遺傳學(xué)》發(fā)表論文，證明病毒基因在人類正常胎盤形成和男性肌肉質(zhì)量等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。這種來(lái)自病毒的基因能編碼合胞體蛋白syncytin，這一研究能解釋一種生物學(xué)現(xiàn)象，就是為什么雄性哺乳動(dòng)物肌肉更發(fā)達(dá)。
人類基因組大約有30億對(duì)堿基，其中大約8%DNA來(lái)自于病毒。許多病毒基因在進(jìn)化過(guò)程中逐漸退化，但最近十多年研究發(fā)現(xiàn)也有一些病毒基因被保留下來(lái)發(fā)揮重要功能。
2000年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)胎盤發(fā)育的關(guān)鍵分子合胞體蛋白就起源于一種病毒蛋白，病毒蛋白在逆轉(zhuǎn)錄病毒協(xié)助下與宿主細(xì)胞基因組融合，后者成為病毒基因的避風(fēng)港。這個(gè)蛋白和祖先分子沒有太多差異，功能是引導(dǎo)某些胎盤細(xì)胞與來(lái)自母體的子宮細(xì)胞融合，形成胎盤的外層。不同哺乳動(dòng)物合胞體蛋白不同，表明哺乳動(dòng)物是從不同類型的病毒借來(lái)的基因，提示這是多次發(fā)生基因轉(zhuǎn)移過(guò)程。
哥本哈根大學(xué)病理學(xué)家Lars-Inge Larsson說(shuō)，提出胎盤細(xì)胞融合是由一種病毒基因控制，這種基因是三千萬(wàn)年前人類祖先從病毒借來(lái)，這有點(diǎn)令人難以置信。
該研究負(fù)責(zé)人來(lái)自法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心病毒學(xué)家Thierry Heidmann。研究人員發(fā)現(xiàn)，如果將兩個(gè)合胞體蛋白基因全部敲除，動(dòng)物后代無(wú)法存活，如果只敲除其中一個(gè)合胞體蛋白B，保留合胞體蛋白A，動(dòng)物后代可以生存，但是雄性動(dòng)物體型小，而且體弱多病。體重比正常動(dòng)物少18%。研究人員最初認(rèn)為，合胞體蛋白不足導(dǎo)致胎盤畸形阻礙了老鼠在子宮內(nèi)的生長(zhǎng)，但是隨后有其他學(xué)者發(fā)現(xiàn)，這些基因在免疫細(xì)胞和肌肉干細(xì)胞中特異性表達(dá)，這讓他們重新考慮這一現(xiàn)象的原因。
成熟肌肉細(xì)胞也是通過(guò)眾多成熟成肌細(xì)胞融合形成，考慮到合胞體蛋白在細(xì)胞融合過(guò)程中發(fā)揮作用，Heidmann等推測(cè)基因突變動(dòng)物體重降低的原因是因?yàn)榧∪馊诤线^(guò)程受阻，進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，胞體蛋白B基因敲除小鼠肌肉質(zhì)量降低20%，肌肉纖維數(shù)量和數(shù)量也出現(xiàn)相應(yīng)降低。Heidmann說(shuō)，有意思的是，這種差異只出現(xiàn)在雄性，而雌性動(dòng)物沒有這種改變。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，合胞體蛋白基因在成肌細(xì)胞和成熟肌肉細(xì)胞過(guò)程都有表達(dá)，阻斷該基因表達(dá)能使細(xì)胞融合減少40%。羊、狗和人類細(xì)胞都表現(xiàn)出類似的改變。
大量散布在人類基因組中的病毒基因能發(fā)揮比我們想象更加重要的作用，現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)只是冰山一角。
為何病毒可以作為基因工程的載體？
20世紀(jì)50年代關(guān)于雙螺旋模板學(xué)說(shuō)的提出，60年代關(guān)于基因調(diào)控的操縱子學(xué)說(shuō)的出現(xiàn)，以及70年代初期限制性內(nèi)切酶的發(fā)現(xiàn)和一整套體外重組技術(shù)成為基因工程發(fā)展的奠基石?；蚬こ叹褪怯萌斯さ姆椒ò焉矬w內(nèi)有用的目的基因提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)體外的改造和重組后，導(dǎo)入受體生物中表達(dá)，從而使受體生物獲得新的遺傳性狀。按照受體細(xì)胞的類別，將基因工程分為動(dòng)物基因工程、植物基因工程和微生物基因工程三大類。那么什么是病毒基因工程呢？所謂病毒基因工程就是以病毒為材料，研究病毒的基因或基因組在動(dòng)物、植物、細(xì)菌等細(xì)胞中表達(dá)特性，以期揭示病毒基因的生物學(xué)功能及其與受體細(xì)胞間的關(guān)系。
DNA的體外重組技術(shù)可以隨心所欲地對(duì)目的基因進(jìn)行改造和移動(dòng)?；虻母脑斓靡嬗贒NA限制性內(nèi)切酶、連接酶及其他修飾酶的發(fā)現(xiàn)；基因的轉(zhuǎn)移得益于質(zhì)粒載體等運(yùn)載工具的發(fā)現(xiàn)和轉(zhuǎn)移技術(shù)的建立。作為運(yùn)載質(zhì)粒必須是環(huán)狀DNA，能夠?qū)Ｒ恍缘馗腥灸愁惣?xì)胞，具有選擇性標(biāo)記，如耐某種抗生素的基因等；還應(yīng)具有一些內(nèi)切酶的酶切位點(diǎn)，可以隨著染色體的復(fù)制而獨(dú)立復(fù)制，隨著細(xì)胞分裂而擴(kuò)增。在目前應(yīng)用的載體中，大多數(shù)來(lái)源于噬菌體、動(dòng)植物病毒等。
近年來(lái)的實(shí)驗(yàn)證明，一些具有DNA基因組或其生活史中出現(xiàn)有DNA階段的真核生物的病毒，經(jīng)過(guò)改建之后，都可以發(fā)展成為基因轉(zhuǎn)移的分子載體。這主要是因?yàn)椴《揪哂腥缦聨讉€(gè)方面的特點(diǎn)：
第一，病毒具有能夠被細(xì)胞識(shí)別的有效的啟動(dòng)子。這些啟動(dòng)子不但可以引發(fā)基因工程中常用的一些選擇記號(hào)的表達(dá)，而且還能夠引發(fā)克隆的外源基因的表達(dá)。
第二，有許多種病毒，在其感染周期中都能夠持續(xù)地復(fù)制，使其基因組拷貝數(shù)達(dá)到相當(dāng)高的水平。因此，任何插入在病毒基因組的外源基因，在病毒感染之后的很短時(shí)間內(nèi)，其劑量就會(huì)顯著地增加，并實(shí)現(xiàn)有效的表達(dá)。
第三，有些病毒具有控制自己復(fù)制的順式（cis）和反式（trans）作用因子。這些因子經(jīng)過(guò)基因操作改造之后，可以成為能夠在細(xì)胞內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間高拷貝保持外源基因的復(fù)制型質(zhì)粒。
第四，有些病毒在它們的復(fù)制過(guò)程中能高效穩(wěn)定地整合到寄主基因組。利用這點(diǎn)特性，可以提高外源基因?qū)爰闹骷?xì)胞染色體的效率。
第五，病毒的外殼蛋白能夠識(shí)別細(xì)胞接受器（acceptor），因此作為感染劑（infectious agents），外殼蛋白能夠?qū)⑼庠椿蚋咝?dǎo)入寄主細(xì)胞。用病毒外殼蛋白、包裝重組質(zhì)粒DNA形成的假病毒顆粒（pseudovirions），即構(gòu)成了一種高效的轉(zhuǎn)化體系。以病毒發(fā)展起來(lái)的一系列載體在基因工程中占有重要的地位。
基因突變
基因突變（gene mutation）是由于DNA分子中發(fā)生堿基對(duì)的增添、缺失或替換，而引起的基因結(jié)構(gòu)的改變。基因突變可以發(fā)生在發(fā)育的任何時(shí)期，通常發(fā)生在DNA復(fù)制時(shí)期，即細(xì)胞分裂間期，包括有絲分裂間期和減數(shù)分裂間期;同時(shí)基因突變和脫氧核糖核酸的復(fù)制、DNA損傷修復(fù)、癌變和衰老都有關(guān)系。許多重要的生命活動(dòng)、疾病發(fā)生還與蛋白質(zhì)修飾有著密切關(guān)系，修飾后的蛋白質(zhì)可以對(duì)細(xì)胞內(nèi)的各類通路進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)與控制，完成對(duì)基因所發(fā)出的指令執(zhí)行過(guò)程。
蛋白磷酸化位點(diǎn)主要發(fā)生在絲氨酸（S），蘇氨酸（T），酪氨酸（Y）殘基上，磷酸化其實(shí)就是帶負(fù)電荷才使蛋白激活，針對(duì)磷酸化的突變通常有兩種形式，一種是使其持續(xù)激活，一種是使其持續(xù)抑制，通常持續(xù)激活需突變成天冬氨酸（D）和谷氨酸（E），這兩個(gè)氨基酸是唯二的兩個(gè)帶負(fù)電荷的氨基酸（無(wú)需激活 ，組成型帶負(fù)電荷）以此模擬磷酸化的絲氨酸、蘇氨酸（需要激活，磷酸化后，帶負(fù)電荷），而持續(xù)抑制則需突變成丙氨酸（A），原因則是該氨基酸代正電荷，能夠持續(xù)抑制改為點(diǎn)的活性。
甲基化是蛋白質(zhì)和核酸的一種重要的修飾，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)和關(guān)閉，與癌癥、衰老、老年癡呆等許多疾病密切相關(guān)，是表觀遺傳學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容之一。 最常見的甲基化修飾有DNA甲基化和組蛋白甲基化。DNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。組蛋白甲基化是指發(fā)生在H3和H4組蛋白N端Arg或Lys殘基上的甲基化，由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)催化。組蛋白甲基化的功能主要體現(xiàn)在異染色質(zhì)形成、基因印記、X染色體失活和轉(zhuǎn)錄調(diào)控方面。
乙酰化修飾功能主要集中在對(duì)細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)的影響以及對(duì)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的激活方面 。但是，也有研究表明，在生理狀況下，存在著大量非細(xì)胞核的蛋白被乙?；揎棧业鞍踪|(zhì)的乙?；哂泻芨叩墓δ芴禺愋浴?div style="height:15px;">
實(shí)驗(yàn)方法主要以人或小鼠的cDNA為模板擴(kuò)增目的基因，通過(guò)突變PCR方法改造目的基因，再將突變基因連接入感興趣的載體中，如慢病毒載體、腺病毒載體和腺相關(guān)病毒載體。該載體骨架一般會(huì)帶有不同的標(biāo)簽、熒光和篩選標(biāo)記，如3FLAG、HA、EGFP、puromycine，可以根據(jù)這些元件進(jìn)行Western Blot研究、puromycine抗性篩選等。
上述載體既可用于瞬時(shí)轉(zhuǎn)染細(xì)胞，也可包裝成相應(yīng)病毒用于穩(wěn)定株的篩選以及在動(dòng)物水平過(guò)表達(dá)，以研究突變后對(duì)目的蛋白功能的影響。基因突變主要應(yīng)用于腫瘤的基因檢測(cè)，如EGFR、K-RAS、B-RAF、p53等，以了解腫瘤的發(fā)病機(jī)制；細(xì)胞穩(wěn)定株篩選。
