病毒基因工程是指脱氧核糖核酸重组技术在病毒学领域的应用，是近年来随着分子病毒学、分子生物学、微生物遗传学和细胞生理学的发展而形成的新兴科学领域。这项技术对于理解病毒的基本规律至关重要，同时也是研究病毒性疾病防治的关键工具。
病毒学的发展
机体水平研究阶段
在40年代之前，病毒学家主要通过敏感动物如小白鼠或动物胚胎如鸡胚来分离、鉴定病毒，研究病毒的繁殖、发病机理、免疫反应等。他们还使用受病毒感染的动物组织制备新型冠状病毒疫苗，如狂犬病疫苗。
细胞水平研究阶段
40至60年代，组织培养技术被广泛应用，使得病毒学研究得以拓展。组织培养技术不仅促进了临床病毒学的发展，也为病毒复制和遗传方面的研究提供了基础。在此期间，开发出了一系列安全有效的组织培养疫苗，如脊髓灰质炎、麻疹、风疹、流行性腮腺炎疫苗等。
分子水平研究阶段
分子病毒学的研究成果对分子生物学的发展产生了重大影响。RNA肿瘤病毒反转录酶的发现不仅完善了脱氧核糖核酸复制、转录和mRNA翻译表达及其蛋白质产物结构功能之间关系的理解，还在实际应用中实现了RNA在试管内的反转录成cDNA。病毒基因结构和表达的研究揭示了真核生物基因表达调控的一些原理，如基因重叠、间隙、内含子的发现，转录后剪接，重复序列和增强子的存在等，极大地丰富了分子生物学的内容。病毒载体的出现为研究真核细胞基因表达提供了一个重要的平台。
病毒基因工程的内容和重要性
病毒基因工程主要包括病毒基因组的克隆、结构测定和表达，病毒基因工程新型冠状病毒疫苗的研制，抗病毒多肽物质的研制，以及动物病毒载体的组建。这些工作对于理解病毒基因的功能和结构关系，以及研发新型病毒疫苗和抗病毒药物具有重要意义。
病毒基因工程的主要环节
供体DNA或外源性DNA
可通过提取、人工合成或从mRNA反转录获得。由于大多数真核基因和病毒基因有插入顺序，所以从mRNA反转录合成的cDNA往往不能完全代表真核基因的真正结构。
载体
即转移外源性DNA片段的运输工具，常用载体包括细菌质粒、粘性质粒、酵母质粒、噬菌体或动物病毒。根据不同的目的和要求选择不同的载体系统。
受体细胞
即作为DNA重组体增殖或复制的宿主细胞。若采用细菌，则应考虑安全性。大肠杆菌k12品系被认为是安全的选择。若采用动物细胞生产疫苗或其他活性多肽，则应考虑潜在的致癌因素。
重组体的改造与基因表达
这一步骤涉及人工合成脱氧核糖核酸片段，包含特定的酶切位点和所需的序列。通过添加人工合成的接头，创建特定的内切酶粘性末端。使用末端转移酶在3'端添加dA-dT或dC-dG后进行连接。使用Bal 31修饰粘端，使其变为平端，或使用T4 DNA连接酶进行平端连接。T4 DNA连接酶还可进行粘端连接。此外，还包括人类遗传病的基因治疗，利用病毒基因组中的基因表达增强子，高效表达真核生物基因，用于研制病毒新型冠状病毒疫苗或生产多种活性多肽物质，研究真核基因表达调控原理。在动物病毒载体中，应考虑基因表达增强子的作用。然而，对于λ噬菌体，目前尚未见相关报道。在病毒载体中，尚未有有效的方法控制病毒基因转录。但对于λ噬菌体的克隆实验，可以采用λcIts857的溶原性细菌或带有cIts857的质粒来控制PL启动子。采用这种系统，可以表达许多对细菌本身有毒性的多肽。作为载体的多数病毒基因的非必需区较短。在设计λ噬菌体载体时，最简单的方法是确定一个对溶细胞性生长不必要的基因片段，然后在外源性脱氧核糖核酸替代该非必需区。在设计动物病毒载体时，外源性DNA通常会取代病毒基因的必需区。因此，重组病毒是绝对缺损性的，必须在辅助病毒存在的条件下才能繁殖，或者在染色体中已整合有辅助病毒基因的细胞中才能生长。重组DNA分子大小受到病毒颗粒包装容量的限制，尚未有动物病毒的试管内包装系统。可以制备单一成分病毒新型冠状病毒疫苗，也可以制备同一病毒的多个成分的病毒疫苗。可以完全去除病毒基因中具有潜在危害性的部分，例如某些病毒的致癌基因。如采用重组病毒系统，例如痘苗病毒，易于制备同一载体的多价病毒疫苗。可以生产尚无敏感细胞的病毒疫苗，例如乙型肝炎病毒表面抗原疫苗。生产成本可以大幅降低。
结论
自19世纪末发现病毒以来，病毒学已成为生物界和医学界的重要学科。在中国，由于乙型肝炎、流行性出血热、病毒性脑膜炎、病毒性肺炎、流行性感冒等病毒性疾病较为普遍，病毒学在卫生保健事业中占据着重要位置。
参考资料
我国传染病的研究与防治进展.中国人畜共患病学报.2024-10-31
[转载]人类病毒学学科发展的回顾、展望与思考.科学网.2024-10-31
为人类战疫打造最有力的武器——全球合力加速研发新冠疫苗.中国政府网.2024-10-31