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基于细菌人工染色体的新冠病毒SARS-CoV-2亚基因组复制子克隆、构建及应用的制作方法

2022-03-26 02:17:56 来源:中国专利 TAG:

基于细菌人工染色体的新冠病毒sars-cov-2亚基因组复制子克隆、构建及应用
技术领域
1.本发明属于生物医药技术领域,涉及基于细菌人工染色体bac的新冠病毒sars-cov-2亚基因组复制子克隆、构建及应用。具体涉及基于细菌人工染色体bac的带有gaussia荧光素酶报道基因的新冠病毒(sars-cov-2)dna克隆;可用于体外链接产生病毒亚基因组dna的,分别含有4个新冠病毒基因片段以及报道基因gluc的4个dna克隆;以及通过剔除病毒结构蛋白s,m和e,加入报道基因来构建新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组复制子的构建策略;本发明的系统可用于筛选新冠病毒抗病毒药物。


背景技术:

2.针对目前尚缺乏有效的抗新冠病毒(sars-cov-2)的药物,相关疫苗作为预防手段,被寄予厚望。虽然目前有多个疫苗正进行临床实验,其免疫效果与保护效果有待证实,以及被寄予厚望的氯喹和瑞德西韦(remdesivir)治疗效果尚存有诸多争议。因此,在研发疫苗的同时,筛选全新、高效、特异性高的能直接抗病毒的药物仍被迫切期望,而实践中,利用活病毒进行筛选尚需要生物安全三级实验室,其对筛选效率尚存在较大阻碍。
3.基于现有技术的现状,本技术的发明人拟提供一种不使用活新冠病毒的新冠病毒药物筛选系统,以规避对生物安全三级实验室的硬性要求,达到提高筛选效率的效果。


技术实现要素:

4.本发明的目的是基于现有技术的现状,提供一种不使用活新冠病毒的新冠病毒药物筛选系统,以规避对生物安全三级实验室的硬性要求,达到提高筛选效率的效果。具体涉及基于细菌人工染色体bac的新冠病毒sars-cov-2亚基因组复制子克隆、构建及应用。尤其涉及基于细菌人工染色体bac的带有gaussia荧光素酶报道基因的新冠病毒(sars-cov-2)dna克隆;可用于体外链接产生病毒亚基因组dna的,分别含有4个新冠病毒基因片段以及报道基因gluc的4个dna克隆;以及通过剔除病毒结构蛋白s,m和e,加入报道基因来构建新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组复制子的构建策略。
5.本发明的系统可用于筛选新冠病毒抗病毒药物。
6.本发明利用本实验室前期分离的新冠病毒ncov-sh01毒株,通过反向遗传体系,构建了缺失病毒结构蛋白s(spike),m(membrane protein)和e(envelope protein),且带有可分泌的gaussia荧光素酶(gaussia luciferase,gluc)报道基因的亚基因组复制子系统。所述系统经体外转录,产生带报道基因的病毒rna。病毒rna经转染入细胞后,起始病毒复制,并导致报道基因gaussia荧光素酶的表达,分泌到细胞上清。细胞上清的荧光素酶可利用荧光素酶底物进行测定。该复制子系统对瑞德西韦及干扰素敏感,但对丙型肝炎病毒的直接抗病毒药物达拉他韦(dcv)及索非布韦(sofosbuvir)不敏感,因此该系统可以用于新冠病毒抗病毒药物的筛选和评价。本发明在此研究基础上完成。
7.具体的,
sh01毒株感染的总细胞rna,分别得到20个长度约为1.5kb的cdna片段(图1),每个片段经过克隆、测序,最后拼接的序列上传ncbi(获取号:mt121215)。本发明中利用融合pcr及亚克隆方法,对扩增的20个片段其中的一些片段进行拼接、克隆到制备的克隆载体plc-zero-blunt(核酸序列7),得到4个中转质粒plc-ncov-a,plc-ncov-b,plc-ncov-c,pncov-d,其中片段a(1-8586nt),b(8587-15102nt),c(15103-21562nt)涵盖sars-cov-2 ncov-sh01的orf1区域(1-21562nt)。
32.相关序列如下。
33.核酸序列1,seq id no 1:
34.gcgatcgcatcgataagcttatttaaatcataccaacatggtcaaataaaacgaaaggctcagtcgaaagactgggcctttcgttttaatctgatcggcacgtaagaggttccaactttcaccataatgaaataagatcactaccgggcgtattttttgagttatcgagattttcaggagctaaggaagctaaaatggagaaaaaaatcactggatataccaccgttgatatatcccaatggcatcgtaaagaacattttgaggcatttcagtcagttgctcaatgtacctataaccagaccgttcagctggatattacggcctttttaaagaccgtaaagaaaaataagcacaagttttatccggcctttattcacattcttgcccgcctgatgaatgctcatccggaatttcgtatggcaatgaaagacggtgagctggtgatatgggatagtgttcacccttgttacaccgttttccatgagcaaactgaaacgttttcatcgctctggagtgaataccacgacgatttccggcagtttctacacatatattcgcaagatgtggcgtgttacggtgaaaacctggcctatttccctaaagggtttattgagaatatgtttttcgtctcagccaatccctgggtgagtttcaccagttttgatttaaacgtggccaatatggacaacttcttcgcccccgttttcaccatgggcaaatattatacgcaaggcgacaaggtgctgatgccgctggcgattcaggttcatcatgccgtttgtgatggcttccatgtcggcagaatgcttaatgaattacaacagtactgcgatgagtggcagggcggggcgtaacccaggagtcaaaagcctccggtcggaggcttttgactttccattgttcattccacggacaaaaacagagaaaggaaacgacagaggccaaaaagctcgctttcagcacctgtcgtttcctttcttttcagagggtattttaaataaaaacattaagttatgacgaagaagaacggaaacgccttaaaccggaaaattttcataaatagcgaaaacccgcgaggtcgccgccccgtaacctgtcggatcaccggaaaggacccgtaaagtgataatgattatcatctacatatcacaacgtgcgtggaggccatcaaaccacgtcaaataatcaattatgacgcaggtatcgtattaattgatctgcatcaacttaacgtaaaagcaacttcagacaatacaaatcagcgacactgaatacggggcaacctcatgtcgttaacgtgccggcacggcctgggtaaccaggtattttgtccacataaccgtgcgcaaaatgttgtggataagcaggacacagcagcaatccacagcaggcatacaaccgcacaccgaggttactccgttctacaggttacgacgaatgtcaatacttgcccttgacaggcattgatggaatcgtagtctcacgctgatagtctgatcgacaatacaagtgggaccgtggtcccagaccgataatcagaccgacaacacgagtgggatcgtggtcccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggtcccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggttccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggtcccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccatggtcccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggtcccagtctgattatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggtcccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggtcccagactaataatcagaccgacgatacgagtgggaccgtggtcccagtctgattatcagaccgacgatacaagtggaacagtgggcccagagagaatattcaggccagttatgctttctggcctgtaacaaaggacattaagtaaagacagataaacgtagactaaaacgtggtcgcatcagggtgctggcttttcaagttccttaagaatggcctcaattttctctatacactcagttggaacacgagacctgtccaggttaagcaccattttatcgcccttatacaatactgtcgctccaggagcaaactgatgtcgtgagcttaaactagttcttgatgcagatgacgttttaagcacagaagttaaaagagtgataacttcttcagcttcaaatatcaccccagcttttttctgctcatgaaggttagatgcctgctgcttaagtaattcctctttatctgtaaaggctttttgaag
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35.核酸序列2,seq id no 2:
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45.核酸序列7,seq id no 7:
46.taattgagaccgctgaaaaactcgagccatccggaagatctggcggccgctctctctgtaatgtgtggtgtttcgccggatggatatggtgttcaggcacaagtgttaaagcagttgattttattcactatgatgaaaaaaacaatgaatggaacctgctccaagttaaaaatagagataataccgaaaactcatcgagtagtaagattagagataatacaacaataaaaaaatggtttagaacttactcacagcgtgatgctactaattgggacaattttccagatgaagtatcatctaagaatttaaatgaagaagacttcagagcttttgttaaaaattatttggcaaaaataatataattcgggtcgacacgtcaggtggcacttttcggggaaatgtgcgcggaacccctatttgtttatttttctaaatacattcaaatatgtatccgctcatgagacaataaccctgataaatgcttcaataatattgaaaaaggaagagtatgagtattcaacatttccgtgtcgcccttattcccttttttgcggcattttgccttcctgtttttgctcacccagaaacgctggtgaaagtaaaagatgctgaagatcagttgggtgcacgagtgggttacatcgaactggatctcaacagcggtaagatccttgagagttttcgccccgaagaacgttttccaatgatgagcacttttaaagttctgctatgtggcgcggtattatcccgtgttgacgccgggcaagagcaactcggtcgccgcatacactattctcagaatgacttggttgagtactcaccagtcacagaaaagcatcttacggatggcatgacagtaagagaattatgcagtgctgccataaccatgagtgataacactgcg
gccaacttacttctgacaacgatcggaggaccgaaggagctaaccgcttttttgcacaacatgggggatcatgtaactcgccttgatcgttgggaaccggagctgaatgaagccataccaaacgacgagcgtgacaccacgatgcctgcagcaatggcaacaacgttgcgcaaactattaactggcgaactacttactctagcttcccggcaacaattaatagactggatggaggcggataaagttgcaggaccacttctgcgctcggcccttccggctggctggtttattgctgataaatctggagccggtgagcgtgggtctcgcggtatcattgcagcactggggccagatggtaagccctcccgtatcgtagttatctacacgacggggagtcaggcaactatggatgaacgaaatagacagatcgctgagataggtgcctcactgattaagcattggtaactgtcagaccaagtttactcatatatactttagattgatttaaaacttcatttttaatttaaaaggatctaggtgaagatcctttttgataatctcatgaccaaaatcccttaacgtgagttttcgttccactgagcgtcagaccccttaataagatgatcttcttgagatcgttttggtctgcgcgtaatctcttgctctgaaaacgaaaaaaccgccttgcagggcggtttttcgaaggttctctgagctaccaactctttgaaccgaggtaactggcttggaggagcgcagtcaccaaaacttgtcctttcagtttagccttaaccggcgcatgacttcaagactaactcctctaaatcaattaccagtggctgctgccagtggtgcttttgcatgtctttccgggttggactcaagacgatagttaccggataaggcgcagcggtcggactgaacggggggttcgtgcatacagtccagcttggagcgaactgcctacccggaactgagtgtcaggcgtggaatgagacaaacgcggccataacagcggaatgacaccggtaaaccgaaaggcaggaacaggagagcgcacgagggagccgccaggggaaacgcctggtatctttatagtcctgtcgggtttcgccaccactgatttgagcgtcagatttcgtgatgcttgtcaggggggcggagcctatggaaaaacggctttgccgcggccctctcacttccctgttaagtatcttcctggcatcttccaggaaatctccgccccgttcgtaagccatttccgctcgccgcagtcgaacgaccgagcgtagcgagtcagtgagcgaggaagcggaatatatcctgtatcacatattctgctgacgcaccggtgcagccttttttctcctgccacatgaagcacttcactgacaccctcatcagtgccaacatagtaagccagtatacactccgctagcgctgcagtgagcgcaacgcaattaatgtgagttagctcactcattaggcaccccaggctttacactttatgcttccggctcgtataatgtgtggaattgtgagcggataacaatttcacacaggaggtttaaactttaaacatgtcaaaagagacgtcttttgttaagaatgctgaggaacttgcaaagcaaaaaatggatgctattaaccctgaactttcttcaaaatttaaatttttaataaaattcctgtctcagtttcctgaagcttgctctaaacctcgttcaaaaaaaatgcagaataaagttggtcaagaggaacatattgaatatttagctcgtagttttcatgagagtcgattgccaagaaaacccacgccacctacaacggttcctgatgaggtggttagcatagttcttaatataagttttaatatacagcctgaaaatcttgagagaataaaagaagaacatcgattttccatggcagctgagaatattgtaggagatcttctagaaagatatacctgcaggggtctca
47.为方便克隆,本发明在病毒基因组21562(nt)之后添加了一个bamhi酶切位点(ggatcc)。在片段a的5’端引入t7启动子序列(taata cgact cacta tagg,seq id no 8)。片段d包括病毒基因组中去除结构蛋白s,m和e以及其中的辅助蛋白的一段区域(21563-28213nt)后剩余的基因组片段,在此片段中引入编码蛋白sgluc及blastincidin(bsd)的核酸序列,其间由编码fmdv 2a的序列(agatc tact ttgac cttct caagt tggcc ggcga cgtcg agtcc aaccc agggc cc,seq id no 9)连接(如图1),在片段d的3’末端,加入ploy-a30以及一个具有自动剪切活性的核酶(ribozyme)hdvr(michael,et al.eur.j.biochem.1997,247:741)的序列(ggccg gcatg gtccc agcct cctcg ctggc gccgg ctggg caaca tgctt cggc atggc gaatg ggac,seq id no 10),hdvr在转录后通过自身剪切产生精确的病毒3’末端(图1),在最末尾加入t7转录中止序列t7t(ctagc ataac ccctt ggggc ctcta aacgg gtctt gaggg gttttt tg,seq id no 11),这样在体外利用t7转录试剂盒进行体外转录时不需要对质粒进行线性化。
48.为利用体外连接体系进行体外连接得到组装产生的新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组dna片段,本发明中对plc-ncov-a,plc-ncov-b,plc-ncov-c,plc-ncov-d质粒进行改造,在片段a,b,c,d5’和3’分别加入bsai酶切片段,得到质粒plc-ncov-a-bsai(核酸序列2),plc-ncov-b-bsai(核酸序列3),plc-ncov-c-bsai(核酸序列4),pncov-d-sgluc-bsai(核酸序列5)通过bsai酶切分别释放带有bsai切口的片段a,b,c,d,然后通过体外连接的方法,对片段a,b,c,d进行连接,得到完整的新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组dna(图4a)。
49.本发明种包括通过剔除病毒结构蛋白s,m和e,加入报道基因构建新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组复制子的构建策略:即通过剔除21563-28213(nt);在病毒基因组21562(nt)之后添加了一个bamhi酶切位点方便克隆;在其5’端加入报道基因,且为方便更换报道基因,在报道基因两端加入酶切位点,如bamhi和noti;把病毒片段分成片段a(1-8586nt),b(8587-15102nt),c(15103-21562nt)三个片段以及含有报道基因的片段d;以及利用这四个片段进行改造,通过加入bsai来构建体外连接体系。
50.本发明还提供了所述的新冠病毒亚基因组复制子克隆的表达产物在制备治疗新冠病毒感染的药物中的应用。
51.较好的,所述新冠病毒亚基因组复制子用于筛选诊断或者治疗新冠病毒的药物。
52.本发明还包括利用核酸序列6或者核酸序列7来作为克隆载体进行克隆,对sars-cov-2进行上述制备方法或者使用相同的位点或相同位点的前后1000bp位点进行4个片段克隆的方法,对克隆的4个片段添加bsai,进行体外连接的方法,通过在克隆上,在病毒3’末端添加直接polya,hdvr,t7t的方法。
53.本发明还提供了一种治疗新冠病毒的药物的筛选方法,包括以下步骤:
54.使用药物候选物处理细胞;
55.制备所述的新冠病毒亚基因组复制子克隆;
56.将所述的新冠病毒亚基因组复制子克隆转染细胞;或者使细胞表达所述的新冠病毒亚基因组复制子克隆的表达产物;
57.检测新冠病毒亚基因组复制子克隆的表达产物的含量和/或活性;
58.比较使用药物候选物处理或者不使用药物候选物处理的细胞中,所述的新冠病毒亚基因组复制子克隆的表达产物的含量和/或活性。
59.基于目前新冠病毒(sars-cov-2)尚无有效的抗病毒药物;疫苗作为预防手段,被寄予厚望。虽然目前有多个疫苗正进行临床实验。但其免疫效果与保护效果有待证实。被寄予厚望的氯喹和瑞德西韦(remdesivir)治疗效果有诸多争议。在研发疫苗的同时,筛选全新、高效、特异性高的直接抗病毒药物仍然迫切。利用活病毒进行筛选需要生物安全三级实验室,极大阻碍筛选效率。本发明利用反向遗传体系,构建无感染活性的亚病毒复制系统,可以规避对生物安全三级实验室的硬性要求,明显提高筛选效率。本发明利用本实验室前期分离的新冠病毒ncov-sh01毒株,通过反向遗传体系,构建了缺失病毒结构蛋白s(spike),m(membrane protein)和e(envelope protein),且带有可分泌的gaussia荧光素酶(gaussia luciferase,gluc)报道基因的亚基因组复制子系统。所述系统经体外转录,产生带报道基因的病毒rna。病毒rna经转染入细胞后,起始病毒复制,并导致报道基因gaussia荧光素酶的表达,分泌到细胞上清;所述细胞上清的荧光素酶可利用荧光素酶底物进行测定。本发明的复制子系统对瑞德西韦及干扰素敏感,但对丙型肝炎病毒的直接抗病
毒药物达拉他韦(dcv)及索非布韦(sofosbuvir)不敏感,因此该系统可以用于新冠病毒抗病毒药物的筛选和评价。
附图说明
60.图1:新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组构建策略,其中,
61.新冠病毒(sars-cov-2)ncov-sh01毒株感染的总细胞rna通过逆转录及pcr扩增,分别得到20个长度约为1.5kb的cdna片段,利用融合pcr及亚克隆方法,对扩增的20个片段其中的一些片段进行拼接、克隆到克隆载体plc-zero-blunt,得到4个中转质粒plc-ncov-a,plc-ncov-b,plc-ncov-c,pncov-d,其中片段a(1-8586nt),b(8587-15102nt),c(15103-21562nt)涵盖sars-cov-2 ncov-sh01的orf1区域(1-21562nt),为方便克隆,在病毒基因组21562(nt)之后添加了一个bamhi酶切位点(ggatcc,seq id no 8。在片段a的5’端引入t7启动子序列(taata cgact cacta tagg),片段d包括病毒基因组中去除结构蛋白s,m和e以及其中的辅助蛋白的一段区域(21563-28213nt)后剩余的基因组片段,在此片段中引入编码蛋白sgluc及blastincidin(bsd)的核酸序列,其间由编码fmdv 2a的序列(agatc tact ttgac cttct caagt tggcc ggcga cgtcg agtcc aaccc agggc cc,seq id no 9)连接,在片段d的3’末端,加入ploy-a30以及一个具有自动剪切活性的核酶(ribozyme)hdvr(michael,et al.eur.j.biochem.1997,247:741)的序列(ggccg gcatg gtccc agcct cctcg ctggc gccgg ctggg caaca tgctt cggc atggc gaatg ggac,seq id no 10),hdvr在转录后通过自身剪切产生精确的病毒3’末端(图1),在最末尾加入t7转录中止序列t7t(ctagc ataac ccctt ggggc ctcta aacgg gtctt gaggg gttttt tg,seq id no 11)。
62.图2:新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组rna在细胞中的复制水平,其中,
63.huh7(a),huh7.5(b),vero(c)和bhk21(d)分别转染体外转录产生的sgncov-sgluc rna(wt)或者含有病毒rna聚合酶nsp12酶活性突变(saa)位点的rna,同时共转染或不转染编码n蛋白的mrna,转染后不同时间点收集上清,测荧光素酶(luciferase)活性。mean
±
sd(n=3)。
64.图3:新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组rna复制对药物的敏感性,其中,
65.huh7细胞分别利用remdesivir(10nm),ifn-α(100u/ml),daclatasvir(1μm),sofosbuvir(10μm),2cmc(50μm)处理4小时,然后共转染sgncov-sgluc(wt或saa)和n mrna.转染后不同时间点收集上清,测荧光素酶(luciferase)活性。mean
±
sd(n=3)。
66.图4:体外连接策略构建新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组复制子,其中,
67.(a)体外连接策略,片段a,b,c,d通过bsai酶切,从载体释放,然后通过体外连接,组装成全长亚基因组复制子dna,用于体外转录产生rna;
68.(b)huh7 cells共转染转染由bac转录及体外连接产物转录产生的sgncov-sgluc(wt或saa)以及n mrna,转染后不同时间点收集上清,测荧光素酶(luciferase)活性;
69.mean
±
sd(n=3)。
具体实施方式
70.本发明所用的方法均为常规的分子生物学方法,涉及的若干具体的操作细节不再赘述。
71.实施例1:新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组克隆的构建
72.分别利用bac(图1)及体外连接的方法(图4)构建新冠病毒(sars-cov-2)的亚基因组dna,利用体外转录试剂盒(mmessage mmachine,ambion),体外转录产生含有报道基因(如sgluc)的亚基因组rna,通过转染,能起始病毒复制周期,引起报道基因的表达,报道基因表达的高低水平指示病毒复制水平。且利用体外连接产生的rna与通过bac质粒产生的rna,其复制能力没有差别(图4)。
73.实施例2:新冠病毒(sars-cov-2)亚基因组rna在细胞中的复制水平
74.体外转录产生的rna利用常规的rna转染试剂,如mirus mrna转染试剂,转染不同细胞,通过对比rna聚合酶缺失的突变体(saa)对照,表现出明显的病毒复制信号(图2)。
75.实施例3:利用带报告基因的复制子系统进行新冠病毒(sars-cov-2)药物评价
76.利用不同化合物预先处理细胞,然后如上述转染新冠病毒(sars-cov-2)的亚基因组rna,在转染后不同时间检测上清分泌的荧光素酶信号,来评价药物的抗病毒活性。如图3所示,10nm的remdesivir,100u/ml ifn-α,1μm daclatasvir,10μm sofosbuvir,50μm 2cmc处理4小时后,转染染新冠病毒(sars-cov-2)的亚基因组rna,只有remdesivir和干扰素ifn-α表现出明显的抗病毒活性。
77.以上所述,仅为本技术的具体实施方式,但本技术的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域技术的技术人员在本技术公开的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此,本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
再多了解一些

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