1953年Watson和Crick发现了DNA双螺旋结构，开创了分子生物学的新时代。三十多年来有关DNA的研究有了飞跃的发展。基因工程就是指在试管内人为地把DNA分子进行切割、拼接（即重组），再设法把它放回到细胞中去进行扩增，并表达产生人们所需要的蛋白。这样就可以按照人们的意愿创造新的生命形态，表现新的遗传学特往。这种DNA重组技术，不仅使基因研究在理论上有新的突破，而且产生了基因工程工业。它被认为是二十世纪生物学一项伟大的成就，也是当今第三次工业革命的重要组成部分。
病毒基因工程，就是指DNA重组技术在病毒学中的应用。它是近十年来基于分子病毒学、分子生物学、微生物遗传学以及细胞生理学的发展而形成的一个边缘性的应用科学领域。病毒基因工程技术，不仅对病毒学本身规律的基础研究十分重要，而且更主要的它又是研究病毒性疾病防治关键问题的一种必要手段。
一、病毒学发展的三个阶段 随着生物学研究技术的不断革新，病毒学的发展大致经历了如下三个阶段。 （一）机体水平研究阶段 在40年代以前，病毒学工作者主要采用敏感动物（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、兔疫反应等，甚至使用受染动物组织制备疫苗，如狂犬病疫苗等。 （二）细胞水平研究阶段 在40～60年代，由于组织培养技术广泛应用于病毒学领域，相继分离了上百种过去对动物不敏感的新病毒，如腺病毒、副流感病毒、鼻病毒、呼吸道合胞病毒、ECHO病毒等，大大扩展了病毒学研究的范围。组织培养技术不仅为临床病毒学的发展奠定了基础，而且还用于病毒复制和遗传方面的研究，对病毒本质有了进一步的认识。此外，一批经济、安全、有效的组织培养疫苗诞生了，如脊髓灰质炎、麻疹、风疹、腮腺炎疫苗等，为预防病毒性疾病做出了贡献。 （三）分子水平研究阶段 60 另一方面，分子病毒学的研究成果，对分子生物学的发展也起了很大的推动作用。RNA肿瘤病毒反转录酶的发现，不仅充实了阐明DNA复制、转录和mRNA的翻译表达及蛋白产物的结构功能三者关系的中心法则，而且在实际应用上，使RNA在试管内反转录成cDNA成为可能。病毒基因结构和表达的研究，还阐明了有关真核基因表达调控的某些原理，如基因重叠、间隙、内含子的发现，转录后剪修，重复序列和增强子的存在等，都大大丰富了分子生物学的内容。病毒载体的出现，又为研究真核细胞基因表达提供了一个重要的手段。目前，分子病毒学还处于发展阶段。 二、病毒基因工程的主要内容和重要性 根据目前DNA重组技术的发展及分子病毒学研究的现状和发展趋势，病毒基因工程包括如下主要内容。 （一）病毒基因组的克隆、结构测定和表达 要研究病毒基因组的结构与功能的关系，一般须先建立病毒基因组的无性繁殖系，这样才能获得足够量的病毒DNA。后者可采用细菌质粒、粘性质粒或λ噬菌体作为载体，转化大肠杆菌来完成。大的DNA病毒基因组可用限制性内切酶切割成几个片段进行克隆；RNA病毒可先在试管内反转录成cDNA再进行克隆；反转录病毒基因组可克隆其前病毒DNA。建立了病毒基因组的无性繁殖系后，就可以采用化学法（Maxam et al 1977）或酶促法（Sanger et al 1977；Messing et al 1981）测定病毒基因组的核苷酸序列，以了解基因的一级结构；结合在试管内进行的转录和转译试验，或基因缺失变异株的互补试验等，就可逐步阐明其结构和功能之间的关系，并了解基因表达调控的某些原理。在此基础上，就可以设计组建病毒载体或表达病毒多肽。。 （二）病毒基因工程疫苗的研制 对产生中和抗体的病毒多肽基因高效表达的研究，导致了新一代病毒疫苗的诞生。鉴于动物病毒的自然宿主是动物细胞，所以动物病毒基因表达的模式与其他真核基因是类似的。众所周知，真核基因与原核基因的表达调节，在许多方面是不相同的（表1－2），其中最主要的是真核基因的不连续性，以及其调控信号不能为原核细胞正确识别。所以病毒基因在一般情况下，最好采用真核细胞系统来表达。也就是说，病毒基因工程疫苗要采用真核细胞系统来完成。可是，如果病毒基因先在试管内从mRNA反转录成cDNA，利用原核细胞的启动子，也可以在原核细胞中进行表达。目前，用于制备病毒基因工程疫苗的表达系统的种类和优缺点详见表1－3。 病毒基因工程疫苗虽然还存在一些问题，但是与采用经典方法生产的病毒疫苗相比较，仍有许多明显的优点： 1 2. 3 4 5 （三）抗病毒多肽物质的研制 如表1－4所示，自1979年底以来，不少人和动物的干扰素基因已经克隆成功。人 干扰素基因在原核细胞中已可高效表达，每升大肠杆菌菌液可以生产lmg干扰素，相当于2～3×108国际单位干扰素。采用DNA重组技术生产的干扰素具有与自然干扰素相同的生物学活性，目前已经试用于临床。采用基因工程技术还可以把几个不同型别的干扰素基因拼接起来，生产具有不同性格的自然界所没有的活性多肽物质，例如把αD－αA基因拼接后产生的干扰素，既具有具αD的某些性状，又具有αA的一些性状。所以DNA重组技术为生产人造抗病毒多肽物质开辟了一条新途径。 （四）动物病毒载体的组建 原核细胞系统的DNA重组技术，对真核基因，包括动物病毒基因的克隆、鉴定，无疑是十分必要的，因为真核基因工程的起始步骤，多先在原核细胞内完成。但是，正如表1－2所示，真核基因与原核基因的结构与表达调节有很大的差别，要进行病毒基因或其他直接基因的表达调节研究，就必须建立一种真核基因工程系统。考虑到λ噬菌体载体（一种细菌的病毒）在大肠杆菌克隆系统中表现出很多优点，许多学者也就对采用动物病毒作为真核细胞克隆和表达的载体，寄予很大的希望。可是，动物病毒与噬菌体各有许多不同的特点，在使用或改组动物病毒作为载体时，应当注意下列问题： 1 但是，痘苗病毒基因组比较大，有较大的非必需区，作为病毒载体是很有前途的。 2. 3 4 动物病毒载体的组建有两种类型：第一是组建含有目的基因的感染性重组病毒，随着病毒的繁殖，使目的基因有效表达。采用这一系统时，除反转录病毒外，大多数感染性病毒可以杀死细胞。第二是建立一种能使病毒载体复制的游离基因，其优点是，可以用来建立不产生感染性病毒颗粒就可以不断表达外源性基因的细胞系，而且还可以克服病毒颗粒包装容量的限制。根据不同目的和要求，这两类动物病毒载体各有其用处。 动物病毒载体的用途有如下几方面： 1 2 3 4 三、病毒基因工程的主要环节 （一）供体DNA或外源性DNA 它可以通过提取、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。 （二）载体 载体也就是转移外源性DNA片段的运载体，常用的有细菌质粒、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用不同的载体系统，也可不用载体把外源性DNA直接转移到受体细胞中去。 （三）受体细胞 受体细胞就是指作为DNA重组体增殖或复制的宿主细胞。如果采用细菌时，要考虑到安全性。目前认为，大肠杆菌K12品系是安全的。如采用动物细胞来生产疫苗或其他活性多肽时，要考虑到潜在的致癌因子。 （四）重组体的改造与基因表达 外源性DNA与载体DNA的连接，以及重组体的改造大致有如下几种方法： 1 2 3 4. 5 6 基因表达考虑的因素较多。总结病毒基因工程的主要环节如表1-5。 
