技术领域
本发明涉及一种病毒毒株,尤其涉及一种重组禽流感病毒毒株及其制 备方法及由其制得的疫苗,属于基因工程领域。
背景技术
高致病性禽流感(HPAI)是由正黏病毒科A型流感病毒中的H5或 H7亚型引起的一种禽类的急性、高度
接触性烈性传染病。鸡、火鸡、鸭、 鹅、鹌鹑等
家禽及野
鸟、
水禽、海鸟等野禽均可感染。禽流感1878年首 次发现于意大利。近年来世界许多国家和地区都先后暴发过HPAI,每一 次暴发都给养禽业造成了巨大的经济损失。2003年以来H5N1亚型高致 病性禽流感在包括中国在内的东南亚地区12个国家大范围流行,导致数 亿美元的直接经济损失。自从1996年我国广东省发病鹅群中首次分离到 H5N1亚型高致病性禽流感病毒以来,国内数十个省市先后暴发过本病, HPAI严重威胁着我国养禽业健康发展。
流感病毒粒子呈球形,病
毒囊膜表面的血凝素蛋白(HA)和神经
氨 酸酶蛋白(NA)是流感病毒的主要免疫原性
抗原。HA是诱导体液免疫 的主要保护性抗原,大量的研究表明HA蛋白在病毒入侵宿主细胞的过程 中起着重要作用。由HA蛋白裂解而成的两个片断HA1和HA2连接肽处 的氨基酸组成决定着HPAI的致病性和组织嗜性。抗HA的
抗体能抑制病 毒的血凝活性并能中和病毒,是主要的保护性抗体。病毒的HA基因和 NA基因均易发生变异,引起HA蛋白、NA蛋白的抗原漂移现象,从而 造成免疫失败和病毒的流行。目前,广泛用于HPAI禽流感
预防的疫苗主 要为全病毒油乳剂灭活苗。
禽流感全病毒油乳剂灭活疫苗一般是用经甲
醛灭活禽流感病毒鸡胚 尿囊液,辅以矿物油佐剂,经过乳化而制成的。HPAI防治实践证明灭活 疫苗对禽流感有良好的免疫保护作用。灭活疫苗不仅安全,不会出现毒
力 返强和抗原变异,而且便于储存和运输。此外,还可方便地制备多价疫苗, 病毒亚型之间不会产生免疫干扰。
除了采取严格的
生物安全防护和隔离消毒之外,科学合理的使用疫苗 是控制高致病性禽流感有效措施。采用鸡胚培养流感病毒是目前制备人和 禽流感灭活疫苗经典方法。该技术的核心是必须有良好生长性状的疫苗株。 理想的疫苗株至少应具备三个条件:1、良好的抗原针对性;2、高度鸡胚 适应性;3、对鸡胚无致病性。
传统禽流感疫苗株的获取有两个来源:家禽中分离的弱毒株或者 HPAI暴发时的现地分离株。由于流感病毒存在着广泛的抗原变异,有时现 地根本分离不到弱毒株,或者由于已往的弱毒株与流行株抗原匹配性差而 不适用于疫苗生产。而HPAI现地分离株往往缺乏鸡胚适应性,鸡胚生产 滴度低,对鸡胚有致死性,存在着感染生产人员的危险,因此HPAI毒株 不能直接用于疫苗生产。
为了保证禽流感疫苗的免疫效果,必须进行广泛的流行病学检测,根 据病毒的流行情况,更新筛选疫苗株,以确保制备的疫苗能够有效预防新 出现的变异株。但是,20世纪70年代建立的筛选人流感疫苗株的“6+2” 基因重配方法,不适用于高致病性禽流感疫苗株的构建。此外,以高度适 应鸡胚的人流感病毒疫苗株PR8为骨架,采用反向遗传学技术构建人—禽 重组流感病毒能够感染
哺乳动物,容易产生可以感染人的新毒株的危险。
发明内容
本发明目的之一是克服
现有技术的不足,提供一种重组禽流感病毒毒 株,由该毒株制备的灭活疫苗具有良好的安全性和免疫原性。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术途径来实现的:
一种重组禽流感病毒毒株,命名为:正黏病毒科A型流感病毒 (AIV)rgH5N3,该毒株的保藏号为CGMCC No.1339,保藏地点:中国微 生物菌种保藏管理委员会普通
微生物中心;保藏地址:北京市海淀区中关 村北一条13号,中国科学院微生物研究所;保藏日期:2005年3月28号。
本发明巧妙地利用了禽流感病毒的
毒力大小和保护抗原主要由其HA 基因决定,而鸡胚生长滴度主要由其内部基因决定的特性,针
对流感病毒 容易变异的特点,利用反向遗传学技术构建一种重组禽流感病毒毒株,该 重组禽流感病毒毒株含有经分子修饰的H5亚型血凝素基因、N3亚型神经 氨酸酶基因和具有高产性状的禽流感病毒的6个内部基因
片段。
本发明重组病毒的基本特性:a:透射电镜观察到所得的重组禽流感病 毒直径约为80-120nm,具有囊膜的较为典型的流感病毒形态;b:基因序 列分析表明在连续传代培养过程中,重组流感病毒基因组稳定;c:重组病 毒在MDCK细胞中滴度大于108TCID50/mL,鸡胚的半数感染量大于109 EID50/mL。d:HI实验表明重组病毒的HA抗原可被鸡抗H5亚型禽流感病 毒高免血清特异性识别;e:rgH5N3活病毒经自然途径感染SPF鸡后,感 染鸡无任何发病和死亡;f:由rgH5N3病毒制备的灭活疫苗免疫鸡血清能 够抑制H5N1亚型流感病毒的血凝活性。
本发明目的之二是是提供一种制备重组禽流感病毒毒株的方法。
一种制备重组禽流感病毒毒株的方法,包括以下步骤:
1)将高产禽流感病毒的6个内部基因即
序列表SEQ ID NO.2~SEQ ID NO.7所示的6个核苷酸序列分别克隆于流感病毒基因转录/表达双向载体 中,分别获得6个内部基因的重组质粒;
2)分别扩增H5N1亚型高致病性禽流感病毒HA1和HA2基因片断(中 国兽医科技,2004,35(1):5—9),将编码HA1和HA2蛋白分子间连接 肽处的4个
碱性氨基酸-R-R-K-K的核苷酸缺失掉,将第343位的精氨基酸 (R)突变为苏氨酸(T),用连接酶连接后克隆到流感病毒基因转录/表达 双向载体上,获得HA基因修饰过的重组质粒;
3)将N3亚型神经氨酸酶基因(该基因的具体序列见Genbank No.AY586422所示的核苷酸序列)克隆于流感病毒基因转录/表达双向载体 后,获得重组质粒;
4)将上述8个质粒共
转染293T/MDCK细胞
单层,经过培养,取细胞 培养物上清即得。
所述的禽流感病毒HA基因来源于目前流行的H5N1亚型HPAI病毒 HA基因全长cDNA(杨涛等,中国兽医科技2004,35(1):5—9),通过 分子生物学操作缺失掉HA1和HA2蛋白分子间连接肽处的4个碱性氨基 酸,第343位的精氨基酸(R)突变为苏氨酸(T),修饰后的HA基因具 有SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列或者编码相同
蛋白质的与其具有遗传密 码简并性的核苷酸序列,或者它们的片段。
为保证病毒HA基因在真核细胞内的高效表达,还克隆了H9N2亚型 禽流感高产毒株的高产性状决定基因片断。流感病毒有H1—H15、N1—N9 个多个不同组合的血清学亚型,但是本发明采用的是家禽中比较常见的 H9N2亚型具有高产性状的禽流感病毒。通过RT—PCR分别扩增其6个内 部基因(PB2、PB1、PA、NP、M和NS,该6个内部基因的详细序列请 见SEQ ID NO.2~SEQ ID NO.7所示的6个核苷酸序列),然后分别克隆到 流感病毒转录/表达双向载体中。
所述的N3亚型神经氨酸酶基因可来自H2N3亚型禽流感参考株。
所述的流感病毒基因转录/表达双向载体为pHW2000。
本发明目的之三是提供一种制备禽流感灭活疫苗的方法,包括以下步 骤:用所述的重组禽流感病毒毒株接种SPF鸡胚或者MDCK细胞,收取鸡 胚尿囊液或收集细胞培养物上清,即得。
如上文所述,重组病毒HA基因缺失了部分与毒力密切相关的核苷酸 序列后已经变成弱毒株,在易感细胞或者鸡胚产生高滴度的流感病毒。重 组病毒疫苗株在MDCK细胞和9—11龄鸡胚中都能够复制,产生高滴度的 流感病毒,其病毒基因组在连续传代过程中保持稳定。以rgH5N3为抗原 制备的禽流感灭活疫苗有很好的免疫保护作用:由
病毒感染MDCK细胞培 养物上清或者感染鸡胚尿囊液制备的油乳剂灭活苗,以0.3ml剂量颈部皮 下免疫接种SPF鸡后,在102CLD50(50%鸡半数致死量)滴鼻、点眼途径感 染的致死性攻击实验中,免疫鸡存活率为100%。rgH5N3活毒106EID50(50 %鸡半数感染量)两次滴鼻、点眼免疫接种SPF鸡后,可保护受试鸡在 102CLD50的攻击下全部存活。实验表明:rgH5N3疫苗免疫接种后对H5亚 型高致病性禽流感的致死性攻击具有很好的免疫保护效果。本发明的疫苗 加入药物学上可接受的载体、佐剂或赋形剂后可按常规制备方法制备成疫 苗组合物。
接种rgH5N3能够诱导SPF鸡和鸭子产生高滴度的HI抗体。SPF鸡 颈皮下接种0.5ml油乳剂灭活疫苗,以血凝抑制试验检测HI抗体滴度。接 种后一周即可诱导产生具有保护作用的H5亚型特异的HI抗体,抗体滴度 在4-5周可达1:256左右;疫苗免疫鸡20周后的HI抗体水平保持1:16。
本发明的疫苗具有以下优点:1、该疫苗采用了目前流行的H5N1亚型 高致病性毒株的HA基因作为保护性抗原的基因供体,克服了由其它地区 引进的弱毒疫苗株与流行株的抗原匹配性差,保护效果不确实的缺点。2、 疫苗的所有高产性状基因全部来自禽流感病毒,克服了采用人源流感病毒 PR8所构建的人禽重组病毒容易突破物种间屏障的缺点,减小了人类感染 的危险。3、N3亚型神经氨酸酶蛋白作为疫苗的分子标记,克服了已往的 灭活疫苗无法进行病毒感染动物与疫苗免疫动物
鉴别诊断的缺点。4、疫苗 株对鸡、鸭、鸡胚无致病性,鸡胚尿囊液的HA效价可达1:1024,比常 规疫苗株提高4倍以上。5、疫苗免疫后能够诱导产生高水平的HI抗体, 抗体效价是已往疫苗诱导抗体的2—4倍。疫苗可在2周内快速诱导出保护 性抗体,保护性抗体持续期可持续4个月以上。6、根据禽流感病毒的抗原 变异情况,采用反向遗传学技术可以在1—2周内构建出相应抗原类型的禽 流感疫苗株,不需进行长时间的疫苗株筛选。该技术将对高致病性禽流感 的预防产生重大影响,将使禽流感疫苗制备技术发生深刻变化,并将带来 巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
图1为6个内部基因的重组质粒的构建:高产禽流感病毒的6个内部 基因分别克隆于流感病毒基因转录/表达双向载体pHW2000,分别获得6 个内部基因的重组质粒(pPB2、pPB1、pPA、pNP、pM、pNS)。
图2为基因修饰的HA基因和NA基因表达质粒的构建:分别PCR扩 增H5N1亚型高致病性禽流感病毒HA1和HA2基因片断,T4DNA连接酶 连接后克隆到流感病毒基因转录/表达双向载体上,获得HA基因修饰过的 重组质粒pHA;N3亚型神经氨酸酶基因克隆于流感病毒基因转录/表达双 向载体后,获得重组质粒pNA。
图3为8个质粒pPB2、pPB1、pPA、pNP、pM、pNS、pHA和pNA 共转染293T/MDCK细胞单层,经过72小时培养,细胞培养物上清中即可 得到带分子标记的rgH5N3病毒。
具体实施方式
以下通过
实施例来进一步描述本发明方法,应该理解的是,这些实施 例仅用于例证的目的,决不限制本发明的范围。
[实施例1]本发明分子标记重组禽流感病毒的构建
A.高产毒株内部基因的克隆
取含鸡胚高产禽流感病毒的鸡胚尿囊液(购自中国农业科学院哈尔滨 兽医研究所兽医微生物菌种保藏中心),加入Trizol
试剂(Invitrogen)提取 总RNA,采用流感病毒基因3’端特异引物(5’-AGCAAAAGCAGG-3’)反 转录合成病毒的cDNA,分别采用各基因片段特异引物(Hoffmann et al, Arch Virol 2001;146:2275-89),PCR反应扩增获得流感病毒6条内部基因片 断(SEQ ID NO.2~SEQ ID NO.7所示的核苷酸序列),然后分别将其克隆 入载体pHW2000(Hoffmann et al,PNAS 2000;97:6108-6113),经酶切鉴定 和序列测定,获得的重组质粒分别命名为:pPB2、pPB1、pPA、pNP、pM、 pNS。
B.分子修饰的HA基因的克隆和N3亚型神经氨酸酶基因的克隆
取H5N1亚型禽流感病毒(购自中国农业科学院哈尔滨兽医研究所兽 医微生物菌种保藏中心)的鸡胚尿囊液,加入Trizol试剂(Invitrogen)提 取总RNA,采用流感病毒基因3’端特异引物(5’-AGCAAAAGCAGG-3’) 逆转录合成cDNA,用分别带有BsmBI限制性内切酶位点的HA1基因特 异引物和HA2基因特异引物扩增HA1基因和HA2基因;HA1基因特异 引物序列如下:
H5-F1:5’-TATTCGTCTCAGGGAGCAAAAGCAGGGG-3’
H5-R1:
5’-TTACGTCTCTCCCTTGTCTCAATTTGAGGGGTATTTCTGAGT-3’
HA2基因特异引物序列如下:
H5-F2:5’-ATTACGTCTCAGAGGACTATTTGGAGCTATAGCAGG-3’
H5-R2:5’-ATATCGTCTCGTATTAGTAGAAACAAGGGTGTTTT-3’
PCR扩增获得的HA1基因片段缺失了编码连接肽处的4个碱性氨基酸 的12个核苷酸。具体扩增条件如下:两个200μl PCR反应管分别加入HA1 和HA2基因片段特异引物各1μl,病毒cDNA模板2μl,10mM的dNTPs2 μl,10×PCR缓冲液10μl,灭菌水81μl,Ex Taq DNA聚合酶1μl,混匀后 进行PCR扩增。PCR扩增条件为:94℃ 4min,94℃ 30s,54℃ 30s,72℃ 2-3 min,30个循环,72℃ 10min。扩增结束后取PCR产物5μl,在1%琼脂凝胶上
电泳检查扩增结果,然后将上述HA1和HA2分别用BsmBI酶切、纯化、 克隆入载体pHW2000,经酶切鉴定和序列测定,获得的重组质粒命名为: pHA。
取H2N3亚型禽流感病毒的鸡胚尿囊液,加入Trizol试剂(Invitrogen 公司)提取总RNA,采用流感病毒基因3’端特异引物 (5’-AGCAAAAGCAGG-3’)逆转录合成cDNA,采用NA基因特异引物 (NA-1:5’-TATTCGTCTCAGGGAGCAAAAGCAGGTGC-3’;NA-1413R: 5’-ATATCGTCTCGTATTAGTAGAAACAAGGTGCTTTTT-3’)聚合酶链反 应扩增获得流感病毒NA基因片断经BsmBI酶切后,将其克隆入载体 pHW2000,经酶切鉴定和序列测定,获得的重组质粒命名为:pNA。
C.rgH5N3重组病毒的拯救
将上述经过序列分析鉴定的8个重组质粒各1μg,用OPTI-MEM (Invitrogen)液体培养基调整其体积为100μl;8μl脂质体试剂Lipofectamine 2000(Invitrogen)用OPTI-MEM液体培养基调整其体积为100μl,室温反 应5min;然后,将二者混合,室温反应20-30min;将脂质体/质粒混合物 转染6孔板中的293T/MDCK细胞单层,
细胞转染6-8小时后,弃掉脂质 体混合物,换成含有0.5μg/ml TPCK-trypsin的OPTI-MEM培养液继续72 小时,收取细胞培养上清,将其作为本发明分子标记rgH5N3重组流感病 毒的第一代种毒,—70℃保存。然后,将第一代种毒分别接种SPF鸡胚或 者MDCK细胞培养用来扩增繁殖病毒,用0.5%的鸡红细胞分别测定鸡胚 尿囊液或者细胞培养上清的血凝效价。
D:本发明rgH5N3重组病毒HA基因序列测定:
病毒RNA的提取:第5代的rgH5N3重组病毒感染的SPF鸡胚尿囊液 或MDCK细胞上清500μl,加入500μl Trizol试剂,混匀,室温放置15min, 加入200μl氯仿,振荡混匀,4℃ 12,000rpm离心15min,取上清500μl加入 等体积的异丙醇,室温放置10min后12,000rpm离心10min,然后弃上清,500 μl的75%
乙醇洗涤沉淀,自然干燥,溶于50μl经DEPC处理的去离子水 中,即为病毒基因组RNA。
病毒cDNA的制备:取5μl提取的病毒RNA,加入1μl通用3’末端 特异的反转录引物(5’-AGCAAAAGCAGG-3’),70℃预变性5min后
冰浴 5min,然后加入5×反转录缓冲液4μl,0.1M的DTT 2μl,10mM dNTPs 2μ l,M-MLV 1μl,RNasin 1μl,DEPC处理水4μl,37℃作用1h,—20℃保存备 用。
病毒基因的PCR扩增:PCR反应管分别加入HA基因片段特异的上、 下游引物(H5-F1:5’-TATTCGTCTCAGGGAGCAAAAGCAGGGG-3’和 H5-R2:5’-ATATCGTCTCGTATTAGTAGAAACAAGGGTGTTTT-3’)各1μ l,病毒cDNA模板2μl,10mM的dNTPs 2μl,10×PCR缓冲液10μl,灭菌 水81μl,Ex Taq DNA聚合酶1μl,混匀后进行PCR扩增。PCR扩增条件 为:94℃ 4min,94℃ 30s,54℃ 30s,72℃ 3min,30个循环,72℃ 10min。扩 增结束后取PCR产物5μl,在1%琼脂凝胶上电泳检查扩增结果。胶回收扩 增的HA基因片段,采用片断特异的引物进行DNA序列测定,DNA序列 分析
软件进行序列比较分析,HA基因片段测序结果见序列表SEQ ID NO:1 所示的核苷酸序列。
[实施例2]本发明重组病毒rgH5N3在MDCK细胞上的增殖
含5%胎
牛血清的MEM培养液,5%CO2,37℃条件下培养MDCK细 胞生长至90%饱和时,以感染复数m.o.i=10分别接种不同代次的rgH5N3 重组病毒,同时培养液中加入1μg/ml TPCK-Trypsin(购自SIGMA— ALDRICH)。培养3-4d后,当细胞病变达到70-90%时,将细胞培养瓶反 复冻融裂解3次,5,000rpm离心10min,收集上清,测定其HA效价,结 果见表1。
表1 各代次rgH5N3感染MDCK细胞后的血凝价
[实施例3]本发明重组病毒rgH5N3在普通鸡胚上的增殖
9—11日龄普通鸡胚,产卵母鸡未进行过禽流感疫苗免疫接种,鸡胚 尿囊腔途径接种不同剂量的第5代rgH5N3病毒,接毒后鸡胚在37℃条件 下,孵化48小时,置4℃冷藏过夜,收取鸡胚尿囊液,5,000rpm离心10 min,去掉组织碎片等杂质,收集上清,测定其HA效价,结果见表2。
表2 不同剂量的rgH5N3病毒接种鸡胚后的血凝价
[实施例4]本发明疫苗免疫原性试验
2周龄SPF鸡分别颈部皮下接种rgH5N3感染鸡胚尿囊液或MDCK细 胞培养上清制备的油乳剂灭活疫苗。以血凝抑制(HI)试验检测血清中的 HI抗体滴度。接种后一周即可诱导产生特异性的HI抗体,抗体滴度在4 —5周左右达到最高峰,平均滴度可达1:224;保护性抗体水平维持至少20 周,结果见表3。
表3 rgH5N3免疫后不同时间的HI抗体水平
[实施例5]本发明疫苗保护效力试验
4—6周龄SPF鸡分别颈皮下免疫接种rgH5N3感染鸡胚尿囊液或 MDCK细胞培养上清制备的油乳剂灭活苗。单次免疫方案仅在第0天一次 接种疫苗。实验组接种鸡与对照组鸡均在接种后以102CLD50剂量H5N1亚 型高致病性禽流感病毒进行攻击,在14天的观察期后计算其死亡/存活 率,结果见表4。
表4 rgH5N3疫苗免疫接种鸡攻击强毒的免疫保护性
试验结果说明,本发明疫苗具有良好的保护效力。
序列表.txt
<110>中国农科院哈尔滨兽医研究所
<120>重组禽流感病毒毒株及其制备方法和用途
<130>
<160>7
<170>PatentIn version3.3
<210>1
<211>1767
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>1
<210>2
<211>2341
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>2
<210>3
<211>2341
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>3
<210>4
<211>2233
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>4
<210>5
<211>1565
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>5
<210>6
<211>1027
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>6
<210>7
<211>890
<212>DNA
<213>Influenza A virus
<400>7