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新城疫病毒热稳定性的分子基础

期刊:scientific reportsDOI:10.1038/srep22492

该文档属于类型a,即报告了一项原始研究的学术论文。以下是对该研究的学术报告:

本研究由Guoyuan Wen、Xiao Hu、Kang Zhao、Hongling Wang、Zhenyu Zhang、Tengfei Zhang、Jinlong Yang、Qingping Luo、Rongrong Zhang、Zishu Pan、Huabin Shao和Qingzhong Yu等作者共同完成。该研究发表于《Scientific Reports》期刊,发表日期为2016年3月3日。研究团队来自中国湖北省农业科学院畜牧兽医研究所、美国农业部东南家禽研究实验室、武汉大学生命科学学院病毒学国家重点实验室等多个机构。

学术背景

该研究的科学领域为病毒学,特别是针对新城疫病毒(Newcastle Disease Virus, NDV)的热稳定性机制。新城疫是一种高度传染性且往往致命的禽类疾病,对全球家禽业构成严重威胁。NDV是一种具有包膜的单链负链RNA病毒,属于副黏病毒科。热稳定性NDV疫苗因其在运输和储存过程中对冷链的依赖性较低,被广泛用于保护农村鸡群免受新城疫的侵害。然而,NDV热稳定性的遗传基础尚不清楚。本研究的目的是通过反向遗传学技术,探索NDV热稳定性的分子机制,并开发新型热稳定性NDV疫苗。

研究流程

研究首先通过交换热稳定性NDV毒株TS09-C和热不稳定性NDV毒株Lasota的病毒基因,构建了一系列嵌合病毒。这些嵌合病毒的热稳定性通过体外实验进行评估,以确定NDV热稳定性的关键决定因素。研究的主要流程包括以下步骤:

  1. 嵌合病毒的构建:使用反向遗传学技术,将TS09-C和Lasota毒株的基因片段进行交换,构建了六种嵌合病毒。这些嵌合病毒分别包含来自TS09-C或Lasota的不同基因片段,包括NP、P、M、F、HN和L基因。

  2. 嵌合病毒的拯救与培养:通过将嵌合病毒的感染性cDNA克隆(infectious cDNA clones, ICs)与辅助质粒共转染到MAV-T7感染的BHK-21细胞中,拯救出嵌合病毒。随后,将嵌合病毒接种到SPF鸡胚中进行扩增,并通过血凝试验(HA assay)验证病毒的拯救成功。

  3. 热稳定性测试:将嵌合病毒置于56°C水浴中加热,通过测定病毒感染性和血凝活性的下降速率,评估嵌合病毒的热稳定性。热稳定性测试显示,含有TS09-C HN基因的嵌合病毒表现出更高的热稳定性,而含有Lasota HN基因的嵌合病毒则表现出较低的热稳定性。

  4. 血凝和神经氨酸酶活性测试:通过体外实验测定嵌合病毒的血凝(HA)和神经氨酸酶(NA)活性,发现含有TS09-C HN基因的病毒具有更高的HA和NA热稳定性。

  5. 免疫原性与保护效果评估:将新开发的热稳定性嵌合病毒RLS-T-HN用于免疫SPF鸡,结果显示RLS-T-HN诱导了显著的抗体反应,并提供了对高毒力NDV毒株的完全保护。

主要结果

研究结果表明,NDV的热稳定性主要依赖于HN蛋白的来源。含有TS09-C HN基因的嵌合病毒表现出热稳定性表型,而含有Lasota HN基因的嵌合病毒则表现出热不稳定性表型。具体实验结果如下:

  1. 嵌合病毒的热稳定性:嵌合病毒RLS-T-B(含有TS09-C的F和HN基因)表现出显著的热稳定性,而嵌合病毒RTS-L-B(含有Lasota的F和HN基因)则表现出较低的热稳定性。这表明NDV的热稳定性决定因素位于F和HN基因之间。

  2. HN蛋白的热稳定性:进一步的研究发现,嵌合病毒RLS-T-HN(含有TS09-C的HN基因)表现出与TS09-C相似的高热稳定性,而嵌合病毒RLS-T-F(含有TS09-C的F基因)则表现出较低的热稳定性。这表明HN蛋白是NDV热稳定性的关键决定因素。

  3. HA和NA活性:含有TS09-C HN基因的病毒表现出更高的HA和NA热稳定性,其HA活性的半衰期显著长于含有Lasota HN基因的病毒。

  4. 免疫原性与保护效果:嵌合病毒RLS-T-HN在免疫SPF鸡后,诱导了显著的抗体反应,并提供了对高毒力NDV毒株的完全保护。此外,RLS-T-HN液体疫苗在30°C下储存16天后仍能诱导抗体反应,而Lasota疫苗在相同条件下则失去了免疫原性。

结论

研究得出结论,NDV的HN蛋白是其热稳定性的关键决定因素。通过将热稳定性NDV毒株的HN基因整合到热不稳定性NDV疫苗株中,可以开发出新型热稳定性NDV疫苗。这种疫苗不仅具有更高的热稳定性,还能在高温条件下保持免疫原性,从而降低疫苗运输和储存的成本,提高疫苗的覆盖率和有效性。

研究亮点

本研究的亮点在于首次通过反向遗传学技术证明了NDV HN蛋白在病毒热稳定性中的关键作用,并成功开发出具有高热稳定性和免疫原性的新型NDV疫苗。此外,研究还揭示了NDV HN蛋白在病毒感染和复制中的多重功能,为进一步研究NDV的分子机制提供了新的思路。

其他价值

本研究不仅为开发新型热稳定性NDV疫苗提供了理论依据,还为其他副黏病毒疫苗的开发提供了参考。通过替换HN基因,可以改善现有疫苗的热稳定性,从而在全球范围内提高疫苗的覆盖率和有效性,特别是在发展中国家和欠发达国家中具有重要的应用价值。

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