Virusvektoreita käytetään yleisesti työkaluja molekyylibiologian toimittamiseksi geeni - tai laajennus, geneettinen konstrukti kiinnostavia - sisällä soluja . Tätä menetelmää voidaan käyttää elävälle organismille ( in vivo ) tai soluille, joita pidetään viljelmässä ( in vitro ). Evoluutio on antanut virusten kehittää spesifisiä ja erityisen tehokkaita mekanismeja sisällyttääkseen genominsa tartuttamiinsa soluihin. Tätä mekanismia geneettisen materiaalin (DNA tai RNA) sisällyttämiseksi kutsutaan transduktioksi . Molekyylibiologit ovat hyödyntäneet tätä mekanismia 1970-luvulta lähtien, koska Paul Berg onnistui modifioimaan SV40- viruksen lambda- bakteriofagi- DNA: lla viljelmässä ylläpidettyjen apinoiden munuaissolujen transduktoimiseksi.
Jokainen virusvektori on suunniteltu ja rakennettu tarkasti vastaamaan tiettyä käyttötarkoitusta. Vektorina näiden virusten on kuitenkin täytettävä olennaiset ominaisuudet manipuloinnissaan:
Virusvektorit kehitettiin alun perin vaihtoehtona paljaan DNA: n transfektiolle molekyyligeneettisiä kokeita varten . Verrattuna perinteisiin menetelmiin, kuten kalsiumfosfaattisaostukseen , transduktio mahdollistaa infektion tehokkuuden lähes 100% ilman, että se vaikuttaa solujen elinkykyyn. Lisäksi jotkut virukset integroivat geeninsä infektoituneen solun genomiin sallien suuremman ilmentymisen vakauden.
Virusvektoria voidaan käyttää ilmentämään tiettyä kiinnostavaa proteiinia koodaavaa geeniä , mikä tekee tämän proteiinin roolin tutkimisen solussa helppoksi. Virusvektoreita, erityisesti retroviruksia, jotka mahdollistavat markkerigeenien , kuten fluoresoivan proteiini GFP: n , vakaan ilmentymisen , käytetään hyvin laajalti solujen pysyvään leimaamiseen. Tämä merkintä mahdollistaa solujen seuraamisen ajan myötä ja myös niiden jälkeläisten merkitsemisen. Esimerkiksi ksenograftin aikana in vitro infektoituneet solut istutetaan isäntäeläimeen ja siten vain siirretyt solut ilmentävät GFP: tä, mikä tekee mahdolliseksi tutkia niiden kohtaloa elinsiirron jälkeen.
Geeniterapian tavoitteena on korjata vialliset geenit patologioiden alkuperässä. Tulevaisuudessa geeniterapia voisi mahdollistaa geneettisten sairauksien , kuten kystisen fibroosin , alyfosytoosin tai hemofilian , hoidon . Nämä kaikki sairaudet johtuvat mutaatiosta tietyn geenin DNA-sekvenssissä. Siksi geeniterapia yrittää käyttää virusvektoreita tämän geenin mutatoimattomien (toiminnallisten) kopioiden toimittamiseksi potilaan kehoon. Lukuisat kliiniset tutkimukset ovat osoittautuneet onnistuneiksi .
Näiden vektorien laajamittainen käyttö edellyttää kuitenkin tiettyjen vaikeuksien voittamista. Immuunivasteen läsnäolon virusvektorin estää terapian tehokkuus, mutta se voi myös aiheuttaa vakavia komplikaatioita potilaan. Näin tapahtui yhdessä ensimmäisistä geeniterapiakokeista vuonna 1999, mikä aiheutti Jesse Gelsingerin , adenovirusvektorilla hoidetun potilaan kuoleman . Toisaalta tietyt vektorit, erityisesti lentivirukset, vievät rakenteensa lähes satunnaisesti potilaan genomiin, mikä voi johtaa ennalta arvaamattomiin muutoksiin solutoiminnoissa ja syöpien esiintymiseen. Vuonna 2002 kliinisessä retrovirusvektorilla tehdyssä tutkimuksessa, joka tehtiin alymfosytoosista kärsiville potilaille, neljästä potilaasta kehittyi siten leukemia vastauksena hoitoon; kolme heistä pystyi toipumaan kemoterapian jälkeen. Adeno-assosioituneisiin viruksiin perustuvat vektorit ovat paljon vähemmän vaarallisia tässä suhteessa, koska ne eivät integroitu genomiin (katso alla).
Tietyn taudinaiheuttajan proteiineja ilmentäviä viruksia kehitetään parhaillaan rokottamaan näitä ns. Patogeenejä vastaan, ja periaate on samanlainen kuin DNA-rokotus . T-solut tunnistavat soluja, jotka oli infektoitu solunsisäisen patogeenin ilmaisemalla vieraita proteiineja solun tuottama vaikutuksen alaisena patogeenin. Tämä tunnustus on välttämätöntä immuunisuojalle virusinfektioita tai malariaa vastaan . Virusvektori toistaa tämän ilmiön indusoimalla isäntäsolujen patogeenisten proteiinien ilmentymisen. Periaate on samanlainen kuin poliorokote ja muut heikennetyt rokotteet . Virusvektorit sisältävät kuitenkin vain kohdennetun osan alkuperäisistä patogeenisistä geeneistä eivätkä siten missään tapauksessa voi laukaista tartunnan taudinaiheuttajan kautta, jota halutaan rokottaa.
Tätä tekniikkaa käytetään mukaan ERVEBO rokotetta Ebola , sekä jonka AstraZeneca Oxfordin AZD1222 , Sputnik V / Gam-COVID-Vac (Gamaleya instituutti), JNJ-78436735 / Ad26.COV2.S (Johnson & Johnson Janssen) rokotteita vastaan Covid-19 .
Toisin kuin lentivirukset, adenoviruksen DNA ei integroitu genomiin eikä replikoidu solujen jakautumisen aikana. Tämä rajoittaa niiden käyttöä perustutkimuksessa, vaikka adenovirusvektoreita käytetään edelleen in vitro ja in vivo. Niiden pääasialliset sovellukset ovat geeniterapia ja rokotukset. Koska ihmiset tavallisesti joutuvat kosketuksiin hengitysteiden, maha-suolikanavan tai silmien infektioita aiheuttavien adenovirusten kanssa, useimmilla potilailla on jo neutraloivia vasta-aineita, jotka inaktivoivat viruksen ennen kuin he pääsevät kohdesoluun. Ongelman ratkaisemiseksi tutkijat yrittävät käyttää adenoviruksia, jotka tartuttavat muita lajeja, joihin ihmisillä ei ole immuniteettia. Tämä pätee erityisesti AZD1222 : een Covid-19: tä vastaan, joka käyttää apinan adenoviruksesta johdettua vektoria.