เวกเตอร์ไวรัส

เวกเตอร์ไวรัส (อังกฤษ: Viral vector) เป็นวิธีที่นักชีววิทยาใช้ส่งยีน (genetic material) เข้าไปในเซลล์ ซึ่งสามารถทำกับสิ่งมีชีวิตที่ยังเป็น (in vivo) หรือกับเซลล์ที่เพาะเลี้ยง (in vitro) ไวรัสได้วิวัฒนาการจนมีกลไกพิเศษเพื่อส่งจีโนมของตนเข้าไปในเซลล์ที่ติดเชื้อ การส่งยีนหรือวัสดุยีน (genetic material) อื่น ๆ โดยใช้เวกเตอร์เป็นกระบวนการที่เรียกว่า การถ่ายโอนยีน (transduction) ซึ่งนักอณูชีววิทยาได้ใช้เป็นครั้งแรกในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1970 นักชีวเคมีชาวอเมริกันผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีได้ใช้ไวรัส SV40 ที่ดัดแปลงเพื่อให้มีดีเอ็นเอของไวรัสทำลายแบคทีเรีย λ (lambda phage) เพื่อส่งยีนเข้าไปในเซลล์ไตของลิงที่เพาะไว้

นอกจากจะใช้ในงานวิจัยทางอณูชีววิทยาแล้ว เวกเตอร์ไวรัสยังใช้ในยีนบำบัด (gene therapy) และวัคซีน

คุณสมบัติ

แม้เวกเตอร์ไวรัสจะดัดแปลงเพื่อประยุกต์ใช้โดยเฉพาะ ๆ แต่ปกติก็มีคุณสมบัติสำคัญบางอย่างคล้าย ๆ กัน

• ปลอดภัย - ถึงเวกเตอร์ไวรัสบางครั้งจะทำมาจากไวรัสก่อโรค แต่ก็จะดัดแปลงทางพันธุกรรมเพื่อลดความเสี่ยงในการจัดการไวรัส ปกติเป็นการลบ (deletion) จีโนมที่ขาดไม่ได้ในการถ่ายแบบ/การขยายพันธุ์ไวรัส (viral replication) ไวรัสเช่นนี้จึงสามารถทำให้เซลล์ติดเชื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่หลังจากเซลล์ติดเชื้อแล้ว ก็จะต้องมีไวรัสตัวช่วยอื่นเป็นผู้ให้โปรตีนที่ขาดหายไปเพื่อผลิตอนุภาคไวรัส (virion) ซึ่งเป็นเวกเตอร์ใหม่ ๆ
• มีพิษน้อย - เวกเตอร์ไวรัสควรมีผลทางสรีรวิทยาน้อยต่อเซลล์ที่ติดเชื้อ
• เสถียร - ไวรัสบางอย่างไม่เสถียรคือสามารถจัดวางจีโนมของตนใหม่ได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งยังกิจที่ทำโดยใช้ไวรัสให้คาดการและทำซ้ำไม่ได้ ปกติจึงต้องหลีกเลี่ยงไวรัสเช่นนี้
• เฉพาะเจาะจงต่อชนิดเซลล์ - เวกเตอร์ไวรัสโดยมากสร้างเพื่อทำให้เซลล์ชนิดต่าง ๆ มากที่สุดติดเชื้อ แต่บางครั้ง ก็ต้องการคุณสมบัติตรงกันข้าม หน่วยรับของไวรัส (viral receptor) สามารถดัดแปลงให้เล็งเป้าที่เซลล์ชนิดใดชนิดหนึ่งโดยเฉพาะ การดัดแปลงไวรัสเช่นนี้เป็นกระบวนการ pseudotyping
• มีตัวระบุ - เวกเตอร์ไวรัสมักประกอบกับยีนที่ช่วยระบุว่าเซลล์ใดติดเชื้อไวรัสนั้น ยีนเช่นนี้เรียกว่า marker (ยีนส่อ) ยีนส่อที่สามัญเป็นการดื้อยาปฏิชีวนะบางชนิด เซลล์ที่ติดเชื้อและไม่ติดเชื้อจึงสามารถแยกออกจากกันได้ง่าย เพราะเซลล์ที่ไม่ได้ยีนของเวกเตอร์ไวรัสก็จะไม่ดื้อยาปฏิชีวนะ จึงไม่สามารถขยายพันธุ์ในที่เพาะอันมียาปฏิชีวนะนั้น ๆ

การประยุกต์ใช้

งานวิจัยพื้นฐาน

เวกเตอร์ไวรัสดั้งเดิมพัฒนาขึ้นเพื่อใช้เป็นทางเลือกของกระบวนการ transfection เพื่อส่ง naked DNA เข้าไปในเซลล์ในการทดลองทางอณูพันธุศาสตร์ เทียบกับวิธีการ transfection ธรรมดา (เช่น calcium phosphate precipitation) การถ่ายโอนยีนผ่านไวรัส (transduction) สามารถทำให้เซลล์เกือบเต็มร้อยติดเชื้อโดยไม่มีผลอย่างรุนแรงต่อความอยู่รอดของเซลล์^{[ต้องการอ้างอิง]} อนึ่ง ไวรัสบางอย่างรวมกลายเป็นส่วนจีโนมของเซลล์จึงทำให้ยีนของไวรัสคงอยู่ได้อย่างเสถียร

ยีนที่เข้ารหัสโปรตีนสามารถให้เซลล์แสดงออกได้โดยใช้เวกเตอร์ไวรัส บ่อยครั้งเพื่อศึกษาการทำงานของโปรตีนนั้น ๆ เวกเตอร์ไวรัสโดยเฉพาะรีโทรไวรัส (retrovirus) ซึ่งแสดงออกยีนส่อ (marker gene) อย่างเสถียรโดยเป็นยีนเช่น Green fluorescent protein (GFP) ได้ใช้อย่างกว้างขวางเพื่อ "ติดป้าย" เซลล์แล้วติดตามเซลล์และลูกหลานของมัน เช่น ในการทดลอง xenotransplantation ที่เซลล์อันติดเชื้อไวรัสจะปลูกถ่ายให้กับสัตว์ถูกเบียน (host)

การแทรกยีน (gene insertion) ที่สามารถทำได้ด้วยเวกเตอร์ไวรัส มีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าวิธีการน๊อกเอาท์ยีน (gene knockout) แต่ถ้าต้องการลดระดับการแสดงออกของยีน (gene silencing) การแทรกยีนบางครั้งก็มีผลที่ไม่เฉพาะเจาะจงต่อยีนอื่น ๆ จึงอาจให้ผลที่ไม่แน่นอน

ยีนบำบัด

ยีนบำบัดเป็นเทคนิคแก้ไขยีนที่ก่อโรค ในอนาคต อาจเป็นวิธีรักษาโรคทางพันธุกรรมต่าง ๆ เช่น ภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องหลายอย่างรวมกันแบบรุนแรง (SCID) ซิสติกไฟโบรซิส หรือแม้แต่ฮีโมฟิเลียชนิดเอ เพราะโรคเหล่านี้เกิดจากการกลายพันธุ์ของลำดับดีเอ็นเอที่เข้ารหัสยีนโดยเฉพาะ ๆ ยีนบำบัดที่ทดลองได้ใช้ไวรัสเพื่อส่งยีนที่ปกติคือไร้โรคเข้าไปในเซลล์ร่างกายของคนไข้ ซึ่งแม้จะประสบความสำเร็จอย่างมาก แต่ก็ยังต้องแก้ไขปัญหาเนื่องกับวิธีหลายอย่างก่อนจะนำมาใช้ได้อย่างทั่วไป เช่น พบว่า การตอบสนองของภูมิคุ้มกันต่อไวรัสไม่เพียงขัดขวางการส่งยีนไปยังเซลล์เป้าหมาย แต่ยังสามารถสร้างภาวะแทรกซ้อนที่รุนแรงด้วย การทดลองยีนบำบัดแรก ๆ ในปี 1999 ทำให้วัยรุ่นชายคนหนึ่งเสียชีวิตเมื่อรักษาด้วยเวกเตอร์ที่เป็นอะดีโนไวรัส

เวกเตอร์ไวรัสบางอย่าง เช่น รีโทรไวรัสแกมมา (gamma retrovirus) แทรกจีโนมของตนเข้ากับโครโมโซมของเซลล์ถูกเบียนที่ตำแหน่งอันเหมือนจะเป็นสุ่ม ซึ่งขัดขวางการทำงานปกติของยีนแล้วก่อมะเร็ง ในการทดลองยีนบำบัดที่ใช้ไวรัสนี้เพื่อรักษาโรค SCID ในปี 2002 คนไข้ 4 คนเกิดมะเร็งเม็ดเลือดขาวโดยเป็นผลของการรักษา แต่ 3 คนก็รักษาหายด้วยเคมีบำบัดเวกเตอร์ที่เป็น adeno-associated virus ปลอดภัยมากกว่าในเรื่องนี้เพราะประกอบเข้ากับจีโนมมนุษย์ที่ตำแหน่งเดียวกัน และสามารถใช้กับโรคหลายอย่าง เช่น โรคอัลไซเมอร์

วัคซีน

วัคซีนมีเวกเตอร์เป็น ๆ (live vector vaccine) เป็นวัคซีนที่ใช้ไวรัสที่ทำให้อ่อนแอด้วยสารเคมีเพื่อส่งส่วนของจุลชีพก่อโรคแล้วกระตุ้นภูมิคุ้มกันให้ตอบสนอง ปัจจจุบันกำลังพัฒนาไวรัสที่แสดงออกโปรตีนของจุลชีพก่อโรคเป็นวัคซีนต่อต้านจุลชีพเหล่านั้น โดยมีข้อดีเช่นเดียวกับวัคซีนดีเอ็นเอ ยีนที่ใช้ในวัคซีนนี้ปกติจะเข้ารหัสโปรตีนที่ผิวของจุลชีพก่อโรคซึ่งเป็นแอนติเจน แล้วก็จะแทรกยีนเข้าไปในจีโนมของไวรัสที่ไม่ก่อโรคเพื่อใช้เป็นพาหะนำยีน เมื่อไวรัสที่ไม่ก่อโรคเข้าไปในเซลล์ร่างกายแล้ว ยีนก็จะแสดงออกเป็นโปรตีน (คือเป็นแอนติเจน) ที่ผิวของเซลล์แล้วก่อการตอบสนองของภูมิต้านทาน

ตัวอย่างก็คือ วัคซีนโควิด-19 AZD1222 ของมหาวิทยาลัยออกซฟอร์ด/บริษัทแอสตราเซเนกา เวกเตอร์ไวรัสในกรณีนี้เป็นอะดีโนไวรัสของชิมแปนซีที่ปกติไม่ก่อโรคในมนุษย์ แล้วนำมาดัดแปลงใส่ยีนโปรตีน spike ซึ่งมีอยู่ที่ผิวของอนุภาคไวรัสโควิด SARS-CoV-2 โดยอะดีโนไวรัสจะทำให้แพร่พันธุ์ต่อไปไม่ได้ อะดีโนไวรัสนี้ใช้เป็นเวกเตอร์/พาหะส่งยีนโปรตีนของไวรัสโควิด-19 ไปที่เซลล์ของมนุษย์ซึ่งก็จะแสดงออกโปรตีนนี้ แล้วทำให้ภูมิคุ้มกันตอบสนอง ดังนั้น ถ้าคนที่ได้วัคซีนติดเชื้อโควิดต่อมา ภูมิคุ้มกันก็จะรู้จักโปรตีนของไวรัสโควิด-19 แล้วจึงตอบสนองป้องกันโรคได้อย่างรวดเร็ว

สำหรับบทความหลักในหมวดหมู่นี้ ดูที่ อะดีโนไวรัส § วัคซีน

ลิมโฟไซต์แบบ T สามารถระบุเซลล์ที่ติดเชื้ออาศัยโปรตีนแปลกปลอมที่เซลล์ผลิต การตอบสนองของเซลล์ T สำคัญอย่างยิ่งเพื่อป้องกันการติดเชื้อไวรัสและโรคต่าง ๆ เช่น มาลาเรีย วัคซีนที่ใช้ไวรัสเป็นเวกเตอร์จะก่อให้เซลล์สร้างโปรตีนแปลกปลอมของจุลชีพคล้ายกับวัคซีนเชื้อตาย (attenuated vaccine) อื่น ๆ เช่น วัคซีนโปลิโอ แต่เพราะวัคซีนไวรัสมียีนของจุลชีพเพียงแค่ส่วนเล็ก ๆ จึงปลอดภัยกว่า เช่น การติดเชื้อแบบประปรายเนื่องกับวัคซีนก็เป็นไปไม่ได้เลย

การส่งยา

ไวรัสนก คือ canarypox สายพันธุ์หนึ่งได้ดัดแปลงเพื่อใช้ส่งโปรตีน interleukin-2 ของแมวเพื่อรักษาแมวที่มีมะเร็งเส้นใย (fibrosarcoma)

ประเภท

รีโทรไวรัส

รีโทรไวรัส (retrovirus) ใช้เป็นเวกเตอร์หลักอย่างหนึ่งในยีนบำบัดปัจจุบัน รีโทรไวรัสลูกผสม เช่น Moloney murine leukemia virus สามารถรวมยีนเข้ากับจีโนมของเซลล์ถูกเบียนอย่างเสถียร โดยมีโปรตีนรีเวิร์สแทรนสคริปเทส (RT) เพื่อสร้างก๊อปปี้ที่เป็นดีเอ็นเอจากจีโนมที่เป็นอาร์เอ็นเอ และมีโปรตีน integrase ที่ทำให้สามารถรวมก๊อปปี้นั้นเข้ากับจีโนมของเซลล์ได้ ซึ่งได้ใช้ในการทดลองทางคลินิกที่องค์การอาหารและยาสหรัฐอนุมัติหลายงานรวมทั้งโรค X-linked severe combined immunodeficiency (SCID-X1)

เวกเตอร์ที่เป็นรีโทรไวรัสอาจแพร่พันธุ์ได้หรือไม่ได้ แบบแพร่พันธุ์ไม่ได้สามัญที่สุดในงานศึกษาต่าง ๆ เป็นไวรัสอันแทนที่ยีนซึ่งจำเป็นในการสร้างอนุภาพไวรัส (virion replication and packaging) ด้วยยีนอื่น ๆ หรือลบยีนตรงนั้นเสีย ไวรัสเช่นนี้สามารถทำให้เซลล์เป้าหมายติดเชื้อแล้วส่งยีนเข้าไปในเซลล์ แต่ก็ไม่สามารถดำเนินการตามวิถีการสลายเซลล์ธรรมดา (lytic pathway) ซึ่งทำให้เซลล์สลายแล้วตาย

ในนัยตรงข้าม เวกเตอร์ไวรัสที่สามารถแพร่พันธุ์ได้มียีนที่จำเป็นในการสร้างอนุภาคไวรัส จึงสามารถแพร่พันธุ์ต่อไปได้เมื่อเซลล์ติดเชื้อแล้ว เพราะจีโนมของไวรัสสำหรับเวกเตอร์เช่นนี้ยาวกว่ามาก ยีนที่สามารถแทรกเข้าไปในจีโนมจึงยาวจำกัดเทียบกับเวกเตอร์ที่ไม่สามารถแพร่พันธุ์ได้ โดยขึ้นอยู่กับเวกเตอร์ ลำดับดีเอ็นเอที่แทรกเข้าไปในไวรัสที่แพร่พันธุ์ได้ปกติจะยาวประมาณ 8-10 กิโลเบส (kB) แม้นี่จะจำกัดลำดับจีโนมที่สามารถแทรกเข้าไปได้หลายอย่าง แต่ลำดับ Complementary DNA ต่าง ๆ ก็ยังได้

ข้อเสียหลักในการใช้รีโทรไวรัสเป็นเวกเตอร์ก็คือ เซลล์ถูกเบียนจะต้องแบ่งตัวอย่างแอ๊กถีฟเพื่อถ่ายโอนยีนของไวรัส ดังนั้น เซลล์ที่ปกติไม่แบ่งตัวเช่นเซลล์ประสาทก็จะทนทานไม่ติดเชื้อและไม่ถ่ายโอนยีนของไวรัส

มีความกังวลตั้งแต่ต้นว่าการกลายพันธุ์โดยแทรกยีน (insertional mutagenesis) เนื่องกับการรวมยีนไวรัสเข้ากับจีโนมของเซลล์อาจก่อมะเร็งหรือมะเร็งเม็ดเลือดขาว ซึ่งเป็นเพียงทฤษฎีจนกระทั่งทดลองยีนบำบัดกับคนไข้ SCID-X1 10 คนโดยใช้ Maloney murine leukemia virus มีผลเป็นคนไข้สองคนเกิดมะเร็งเม็ดเลือดขาวเพราะวัคซีนที่รวมเข้ากับจีโนมได้กระตุ้นการทำงานของยีนมะเร็งคือ LMO2 ที่อยู่ใกล้ ๆ

เล็นทิไวรัส

 

การสร้างอนุภาคไวรัส (packaging) และการถ่ายโอนยีน (transduction) ของเวกเตอร์เล็นทิไวรัส Packaging cell = เซลล์บรรจุไวรัส ซึ่งมักใช้เซลล์มนุษย์สาย HEK 293 Target cell = เซลล์ที่ต้องการให้ติดเชื้อไวรัสที่เป็นเวกเตอร์

เล็นทิไวรัส (lentivirus) เป็นกลุ่มย่อยของรีโทรไวรัส ซึ่งบางครั้งใช้เป็นเวกเตอร์ในยีนบำบัดเพราะสมรรถภาพในการรวมเข้ากับจีโนมของเซลล์ที่ไม่แบ่งตัว เป็นลักษณะพิเศษของไวรัสนี้เพราะรีโทรไวรัสอื่น ๆ สามารถทำการกับเซลล์ที่กำลังแบ่งตัวเท่านั้น จีโนมของไวรัสในรูปแบบอาร์เอ็นเอจะผ่านกระบวนการ reverse transcription เมื่อไวรัสเข้าไปในเซลล์เพื่อสร้างดีเอ็นเอจากอาร์เอ็นเอโดยใช้เอนไซม์รีเวิร์สแทรนสคริปเทส (RT) แล้วก็จะแทรกเข้าไปในจีโนมของเซลล์ที่ตำแหน่งสุ่ม (แต่งานศึกษาปี 2015 ก็แสดงว่า การแทรกดีเอ็นเอของไวรัสไม่ใช่ที่ตำแหน่งสุ่ม แต่จะเล็งยีนที่แอ๊กถีฟโดยสัมพันธ์กับการจัดระเบียบของจีโนม) โดยใช้เอนไซม์ integrase ของไวรัส

ในขั้นนี้ เวกเตอร์ซึ่งเรียกว่าโปรไวรัส (provirus) จะคงอยู่ในจีโนมแล้วสืบทอดไปยังลูกหลานของเซลล์เมื่อแบ่งตัว ยังไม่มีเทคนิคกำหนดตำแหน่งที่ไวรัสเข้ารวมกับจีโนมซึ่งอาจก่อปัญหา เพราะโปรไวรัสอาจขัดการทำงานของยีน ทำให้ยีนมะเร็งทำงานแล้วก่อมะเร็ง ซึ่งเป็นข้อกังวลอย่างหนึ่งในการประยุกต์ใช้เล็นทิไวรัสในยีนบำบัด แต่งานศึกษาต่าง ๆ ก็แสดงว่า เวกเตอร์เล็นทิไวรัสมีแนวโน้มน้อยกว่าในการรวมเข้ากับยีนในตำแหน่งที่อาจก่อเมื่อมะเร็งเทียบกับเวกเตอร์รีโทรไวรัสแกมมา โดยเฉพาะก็คือ งานศึกษาหนึ่งพบว่าเวกเตอร์เล็นทิไวรัสไม่เพิ่มอุบัติการณ์เนื้องอก หรือทำเนื้องอกให้เกิดเร็วขึ้นในสายพันธุ์หนูที่มีอุบัติการณ์เนื้องอกสูง อนึ่ง การทดลองทางคลินิกที่ใช้เวกเตอร์เล็นทิไวรัสในยีนบำบัดเพื่อรักษาเอชไอวีไม่ก่อการกลายพันธุ์ยีนหรือก่อมะเร็งที่สูงขึ้น

เพื่อความปลอดภัย เวกเตอร์เล็นทิไวรัสจะไม่มียีนที่จำเป็นในการแพร่พันธุ์ไวรัส เพื่อผลิตเล็นทิไวรัส พลาสมิดหลายชนิดจะนำ (transfection) เข้าไปในเซลล์สร้างอนุภาคไวรัสที่เรียกว่า packaging cell line โดยปกติเป็นเซลล์ไตตัวอ่อนมนุษย์สาย HEK 293 (เซลล์ซ้ายในรูป) พลาสมิดอย่างน้อยหนึ่งตัว (พลาสมิดซ้ายในเซลล์ซ้ายในรูป) ทั่วไปเรียกว่าพลาสมิดบรรจุ (packaging plasmid) จะเข้ารหัสโปรตีนของอนุภาคไวรัส (virion) เช่น แค็ปซิด (capsid) และรีเวิร์สแทรนสคริปเทส พลาสมิดอีกอย่าง (พลาสมิดขวาในเซลล์ซ้ายในรูป) มีวัสดุยีนที่มุ่งหมายให้เวกเตอร์เป็นตัวส่ง ซึ่งถอดรหัสเป็นอาร์เอ็นเอสายเดี่ยวโดยมีเครื่องหมายเป็นลำดับยีน ψ (psi) แล้วบรรจุเข้าไปในอนุภาคไวรัส (อนุภาคไวรัสนอกเซลล์ทั้งสองในรูป)

อะดีโนไวรัส

สำหรับบทความหลักในหมวดหมู่นี้ ดูที่ อะดีโนไวรัส

ไม่เหมือนกับเล็นทิไวรัส ดีเอ็นเอของอะดีโนไวรัสจะไม่รวมเข้ากับจีโนมของเซลล์ถูกเบียน จึงไม่แพร่พันธุ์คือไม่ถ่ายแบบเมื่อเซลล์แบ่งตัว ซึ่งจำกัดให้ใช้ไวรัสแต่ในงานวิจัยพื้นฐาน แต่ก็ยังใช้ในการทดลองในกาย (in vitro) และนอกกาย (in vivo) ได้ด้วยเหมือนกัน เวกเตอร์อะดีโนไวรัสโดยหลักจะใช้ในยีนบำบัดและวัคซีน แต่เพราะมนุษย์ประสบกับอะดีโนไวรัสที่เป็นเหตุการติดเชื้อทางเดินหายใจ ทางเดินอาหาร และตาบ่อย ๆ คนโดยมากก็จะมีสารภูมิต้านทานแบบกำจัดฤทธิ์ (neutralizing antibody) ซึ่งสามารถฆ่าไวรัสก่อนเข้าไปถึงเซลล์เป้าหมาย เพื่อแก้ปัญหานี้ นักวิทยาศาสตร์ปัจจุบันกำลังตรวจสอบอะดีโนไวรัสที่ติดสัตว์สปีชีส์อื่น (เช่น วัคซีนโควิด-19 AZD1222) ที่มนุษย์ยังไม่มีภูมิคุ้มกัน

Adeno-associated viruses

adeno-associated virus (AAV) เป็นไวรัสเล็ก ๆ ที่ทำให้มนุษย์และไพรเมตสปีชีส์อื่น ๆ ติดเชื้อ โดยมีชื่อเช่นนั้นเพราะเริ่มแรกนึกว่าเป็นสิ่งปนเปื้อนที่อยู่กับอะดีโนไวรัส จนถึงปัจจุบัน AAV ยังไม่ปรากฏว่าทำให้ติดโรค และเป็นเหตุให้ภูมิคุ้มกันตอบสนองแบบอ่อนมาก แต่ก็สามารถทำให้เซลล์ทั้งที่แบ่งตัวและไม่แบ่งตัวติดเชื้อ และอาจรวมเข้ากับจีโนมของเซลล์ถูกเบียน แต่ไวรัสที่แปลงเป็นเวกเตอร์ปกติจะดำรงอยู่ในสภาพพลาสมิดที่ไม่ประกอบเข้ากับจีโนมของเซลล์ โดยยังสามารถแสดงออกโปรตีนได้ในระยะยาวอย่างเสถียร คุณลักษณะเช่นนี้ ทำให้ AAV เป็นแคนดิเดตที่ดีเพื่อใช้สร้างเวกเตอร์ไวรัสสำหรับยีนบำบัด แต่ก็สามารถแทรกยีนใส่ไวรัสได้เพียง 5 กิโลเบส ซึ่งเล็กมากเทียบกับจีโนมของไวรัสเอง

เพราะไวรัสสมารถใช้เป็นเวกเตอร์สำหรับยีนบำบัดได้ นักวิจัยจึงได้สร้าง AAV แปลงรูปที่เรียกว่า self-complementary adeno-associated virus (scAAV) เพราะ AAV ดั้งเดิมประกอบด้วยดีเอ็นเองเพียงสายเดียว จึงต้องผ่านกระบวนการสังเคราะห์สายที่สอง เทียบกับ scAAV ซึ่งมีดีเอ็นเอทั้งสองสายประกอบเข้าด้วยกันผ่านกระบวนการ annealing เมื่อไม่ต้องสังเคราะห์ดีเอ็นเอสายที่สอง scAAV จึงยังให้เซลล์แสดงออกโปรตีนที่ต้องการได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้แล้ว scAAV ก็มีลักษณะต่าง ๆ ของ AAV ด้วย

ไวรัสของพืช

ไวรัสที่ติดพืชสามารถแปลงเป็นเวกเตอร์ไวรัส เพื่อใช้ส่งยีนเข้าไปในเซลล์พืช และยังเป็นแหล่งวัสดุทางชีวภาพและนาโนเทคโนโลยี ไวรัสติดพืชรวมทั้งยาสูบคือ tobacco mosaic virus (TMV) เป็นไวรัสแรกสุดที่ได้ค้นพบ

ลูกผสม (ไฮบริด)

เวกเตอร์ลูกผสม (เวกเตอร์ไฮบริด) เป็นเวกเตอร์ไวรัสที่ผ่านพันธุวิศวกรรมเพื่อให้มีคุณสมบัติของเวกเตอร์มากกว่าหนึ่งอย่าง คือจะดัดแปลงไวรัสไม่ให้มีข้อเสียของเวกเตอร์ไวรัสทั่วไป ซึ่งอาจมีความจุยีนจำกัด (limited loading capacity) ก่อปฏิกิริยาของภูมิคุ้มกัน (immunogenicity) เป็นพิษต่อยีน (genotoxicity) และไม่รองรับการแสดงออกของยีนลูกผสม (transgenic expression) ในระยะยาวได้ เพราะทดแทนสิ่งที่ไม่ต้องการด้วยสมรรถภาพที่ต้องการ เวกเตอร์ลูกผสมในอนาคตอาจจะทำการได้ดีกว่าเวกเตอร์มาตรฐานในด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพการรักษาโรค

ข้อท้าทายในการประยุกต์ใช้

การเลือกเวกเตอร์ไวรัสเพื่อส่งยีนเข้าในเซลล์มีปัญหาหลายอย่าง มีเวกเตอร์ไวรัสจำกัดชนิดที่ใช้เพื่อรักษาได้ ซึ่งก็ล้วนอาจทำให้ร่างกายสร้างภูมิคุ้มกันถ้าเห็นว่ามันเป็นสิ่งแปลกปลอม เมื่อใช้แล้ว เวกเตอร์ไวรัสนี้ก็จะไม่สามารถใช้กับบุคคลนั้นได้อีกเพราะร่างกายรู้จักมันแล้ว เช่น ถ้าวัคซีนหรือยีนบำบัดหนึ่งล้มเหลวในการทดลองทางคลินิก ไวรัสนี้จะไม่สามารถใช้สำหรับบุคคลนั้นอีกเพื่อเป็นวัคซีนหรือยีนบำบัดอย่างอื่นในอนาคต

อนึ่ง บุคคลอาจมีภูมิคุ้มกันต่อต้านไวรัสนั้นก่อนแล้วทำให้การรักษาไม่ได้ผล แต่เพราะการเตรียมฉีดวัคซีนดีเอ็นเอเปล่า (priming) แล้วตามด้วยวัคซีนเวกเตอร์ไวรัส (boosting) พบว่า ทำให้ภูมิคุ้มกันตอบสนองอย่างเข้มแข็ง (กลไกยังไม่ชัดเจน) แม้จะมีภูมิคุ้มกันต่อเวกเตอร์ไวรัสอยู่แล้ว กลยุทธ์นี้จึงสามารถใช้แก้ปัญหานี้ได้ โดยอาจเพิ่มค่าใช้จ่ายและอุปสรรคในการแจกจำหน่ายวัคซีน ภูมิคุ้มกันที่มีอยู่แล้วก็อาจแก้ได้โดยเพิ่มขนาดวัคซีนหรือเปลี่ยนช่องทางการให้วัคซีน

จุดด้อยของเวกเตอร์ไวรัสบางอย่าง (เช่น เป็นพิษต่อยีน และแสดงออกยีนลูกผสมน้อย) อาจแก้ได้ด้วยการใช้เวกเตอร์ลูกผสม

เชิงอรรถ

1. transfection เป็นกระบวนการนำกรดนิวคลีอิกบริสุทธิ์เข้าไปในเซลล์ยูแคริโอตอย่างจงใจเพื่อประกอบเข้ากับโครโมโซมของเซลล์
2. Naked DNA เป็นดีเอ็นเอไร้ฮิสโตนที่ส่งจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งในกระบวนการถ่ายโอนยีนที่เรียกว่า transformation หรือ transfection
3. xenotransplantation เป็นการปลูกถ่ายเซลล์ เนื้อเยื่อ หรืออวัยวะเป็น ๆ จากสิ่งมีชีวิตสปีชีส์หนึ่งให้แก่อีกสปีชีส์หนึ่ง
4. reverse transcription (RT) เป็นกระบวนการที่ใช้เอนไซม์รีเวิร์สแทรนสคริปเทส (RT) เพื่อสร้าง complementary DNA (cDNA) จากแบบที่เป็นอาร์เอ็นเอ ซึ่งปกติเกิดในรีโทรไวรัส แต่ก็เกิดในไวรัสอื่น ๆ ด้วย

อ้างอิง

1. Goff, SP; Berg, P (December 1976). "Construction of hybrid viruses containing SV40 and lambda phage DNA segments and their propagation in cultured monkey cells". Cell. 9 (4 PT 2): 695–705. doi:10.1016/0092-8674(76)90133-1. PMID 189942. S2CID 41788896.
2. "Xenotransplantation". World Health Organization.
3. Beardsley, T (February 2000). "A tragic death clouds the future of an innovative treatment method". Scientific American.
4. McDowell, N (2003-01-15). "New cancer case halts US gene therapy trials". New Scientist.
5. Hacein-Bey-Abina, S; Hauer, J; Lim, A; Picard, C; Wang, GP; Berry, CC; และคณะ (July 2010). "Efficacy of gene therapy for X-linked severe combined immunodeficiency". The New England Journal of Medicine. 363 (4): 355–64. doi:10.1056/NEJMoa1000164. PMC 2957288. PMID 20660403.
6. Sasmita, AO (April 2019). "Current viral-mediated gene transfer research for treatment of Alzheimer's disease". Biotechnology & Genetic Engineering Reviews. 35 (1): 26–45. doi:10.1080/02648725.2018.1523521. PMID 30317930. S2CID 52978228.
7. "Glossary". amfAR, The Foundation for AIDS Research.
8. Arashkia, A; Jalilvand, S; Mohajel, N; Afchangi, A; Azadmanesh, K; Salehi-Vaziri, M; และคณะ (2020). "Severe acute respiratory syndrome-coronavirus-2 spike (S) protein based vaccine candidates: State of the art and future prospects". Reviews in Medical Virology. n/a (n/a): e2183. doi:10.1002/rmv.2183. PMC 7646037.
9. "Exeter Fellow Dr Catherine Green leads the production of a potential COVID-19 vaccine in Oxford". Exeter College (ภาษาอังกฤษ). 2020-04-06. สืบค้นเมื่อ 2020-04-24.
10. "AZD1222 vaccine met primary efficacy endpoint in preventing COVID-19". www.astrazeneca.com (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2020-11-27.
11. "EPAR summary for the public: Oncept IL-2 (Feline interleukin-2 recombinant canary pox virus) [EMA/151380/2013 EMEA/V/C/002562]" (PDF). European Medical Agency. 2013.
12. Cavazzana-Calvo, M; Hacein-Bey, S; de Saint Basile, G; Gross, F; Yvon, E; Nusbaum, P; และคณะ (April 2000). "Gene therapy of human severe combined immunodeficiency (SCID) -X1 disease". Science. 288 (5466): 669–72. Bibcode:2000Sci...288..669C. doi:10.1126/science.288.5466.669. PMID 10784449.
13. Varmus, Harold; Coffin, John M.; Hughes, Stephen H., บ.ก. (1997). "Principles of Retroviral Vector Design". Retroviruses. Plainview, N.Y: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-571-2.
14. Hacein-Bey-Abina, S; F, Le Deist; Carlier, F; Bouneaud, C; Hue, C; De Villartay, JP; และคณะ (April 2002). "Sustained correction of X-linked severe combined immunodeficiency by ex vivo gene therapy". The New England Journal of Medicine. 346 (16): 1185–93. doi:10.1056/NEJMoa012616. PMID 11961146.
15. Hacein-Bey-Abina, S; Von Kalle, C; Schmidt, M; McCormack, MP; Wulffraat, N; Leboulch, P; และคณะ (October 2003). "LMO2-associated clonal T cell proliferation in two patients after gene therapy for SCID-X1". Science. 302 (5644): 415–9. Bibcode:2003Sci...302..415H. doi:10.1126/science.1088547. PMID 14564000. S2CID 9100335.
16. Marini, B; Kertesz-Farkas, A; Ali, H; Lucic, B; Lisek, K; Manganaro, L; และคณะ (May 2015). "Nuclear architecture dictates HIV-1 integration site selection". Nature. 521 (7551): 227–31. Bibcode:2015Natur.521..227M. doi:10.1038/nature14226. PMID 25731161. S2CID 974969.
17. Cattoglio, C; Facchini, G; Sartori, D; Antonelli, A; Miccio, A; Cassani, B; และคณะ (September 2007). "Hot spots of retroviral integration in human CD34+ hematopoietic cells". Blood. 110 (6): 1770–8. doi:10.1182/blood-2007-01-068759. PMID 17507662.
18. Montini, E; Cesana, D; Schmidt, M; Sanvito, F; Ponzoni, M; Bartholomae, C; และคณะ (June 2006). "Hematopoietic stem cell gene transfer in a tumor-prone mouse model uncovers low genotoxicity of lentiviral vector integration". Nature Biotechnology. 24 (6): 687–96. doi:10.1038/nbt1216. PMID 16732270. S2CID 8966580.
19. Lidonnici, MR; Paleari, Y; Tiboni, F; Mandelli, G; Rossi, C; Vezzoli, M; และคณะ (December 2018). "Multiple Integrated Non-clinical Studies Predict the Safety of Lentivirus-Mediated Gene Therapy for β-Thalassemia". Molecular Therapy. Methods & Clinical Development (ภาษาอังกฤษ). 11: 9–28. doi:10.1016/j.omtm.2018.09.001. PMC 6178212. PMID 30320151.
20. Ramos-Kuri, M; Rapti, K; Mehel, H; Zhang, S; Dhandapany, PS; Liang, L; และคณะ (November 2015). "Dominant negative Ras attenuates pathological ventricular remodeling in pressure overload cardiac hypertrophy". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1853 (11 Pt A): 2870–84. doi:10.1016/j.bbamcr.2015.08.006. PMC 4715892. PMID 26260012.
21. "Adeno- associated virus vector integration". 2010. PMID 19649989. Cite journal requires |journal= (help)
22. Nussbaum, Robert L; McInnes, Roderick R; Willard, Huntington F (2015). Thompson & Thompson Genetics in Medicine. Canada: ELSEVIER. p. 278. ISBN 978-1-4377-0696-3.
23. McCarty, DM; Monahan, PE; Samulski, RJ (August 2001). "Self-complementary recombinant adeno-associated virus (scAAV) vectors promote efficient transduction independently of DNA synthesis". Gene Therapy. 8 (16): 1248–54. doi:10.1038/sj.gt.3301514. PMID 11509958.
24. Abrahamian, Peter; Hammond, Rosemarie W.; Hammond, John (2020-06-10). "Plant Virus-Derived Vectors: Applications in Agricultural and Medical Biotechnology". Annual Review of Virology. 7. doi:10.1146/annurev-virology-010720-054958. ISSN 2327-0578. PMID 32520661.
25. Pasin, Fabio; Menzel, Wulf; Daròs, José-Antonio (June 2019). "Harnessed viruses in the age of metagenomics and synthetic biology: an update on infectious clone assembly and biotechnologies of plant viruses". Plant Biotechnology Journal. 17 (6): 1010–1026. doi:10.1111/pbi.13084. ISSN 1467-7652. PMC 6523588. PMID 30677208.
26. Huang, S; Kamihira, M (2013). "Development of hybrid viral vectors for gene therapy". Biotechnology Advances. 31 (2): 208–23. doi:10.1016/j.biotechadv.2012.10.001. PMID 23070017.
27. Nayak, S; Herzog, RW (March 2010). "Progress and prospects: immune responses to viral vectors". Gene Therapy. 17 (3): 295–304. doi:10.1038/gt.2009.148. PMC 3044498. PMID 19907498.
28. Zhou, HS; Liu, DP; Liang, CC (November 2004). "Challenges and strategies: the immune responses in gene therapy". Medicinal Research Reviews. 24 (6): 748–61. doi:10.1002/med.20009. PMID 15250039. S2CID 17622444.
29. Crommelin, DJ; Sindelar, RD; Meibohm, B (2008). Pharmaceutical Biotechnology: Fundamentals and application. London: Taylor & Francis. ISBN 978-1420044379.
30. Yang, ZY; Wyatt, LS; Kong, WP; Moodie, Z; Moss, B; Nabel, GJ (January 2003). "Overcoming immunity to a viral vaccine by DNA priming before vector boosting". Journal of Virology. 77 (1): 799–803. doi:10.1128/JVI.77.1.799-803.2003. PMC 140625. PMID 12477888.
31. Pandey, A; Singh, N; Vemula, SV; Couëtil, L; Katz, JM; Donis, R; และคณะ (2012). Subbiah, Elankumaran (บ.ก.). "Impact of preexisting adenovirus vector immunity on immunogenicity and protection conferred with an adenovirus-based H5N1 influenza vaccine". PLOS ONE. 7 (3): e33428. Bibcode:2012PLoSO...733428P. doi:10.1371/journal.pone.0033428. PMC 3303828. PMID 22432020.

แหล่งข้อมูลอื่น

• Torashima, T.; Koyama, C.; Higashida, H.; Hirai, H. (2007). "Production of neuron-preferential lentiviral vectors". Protocol Exchange. doi:10.1038/nprot.2007.89.
• Okada, Y.; Ikawa, M. (2007). "Placenta specific gene manipulation by transducing zona-free blastocyst using lentiviral vector". Protocol Exchange. doi:10.1038/nprot.2007.62.
• Fry, JW; Wood, KJ (1999-06-08). "A comparison of vectors in use for clinical gene transfer". Expert Reviews in Molecular Medicine.