Jako podstawowa technika do konstruowania eksperymentalnych narzędzi do ekspresji w komórkach prokariotycznych i eukariotycznych, klonowanie molekularne jest bardzo ważnym składnikiem biologii eksperymentalnej. Klonowanie molekularne obejmuje cztery procesy: nabycie DNA insercji, ligację insercji do odpowiedniego wektora, transformację wektora rekombinowanego w Escherichia coli (E. coli) oraz identyfikację pozytywnych klonów1. Do tej pory przyjęto wiele metod łączenia cząsteczek DNA za pomocą enzymów restrykcyjnych2,3 i rekombinacji za pośrednictwem PCR4,5,6. Rekombinacja homologiczna, znana jako technologia klonowania bezszwowego, to grupa metod klonowania, która umożliwia niezależne od sekwencji i bezbliznowe wprowadzenie jednego lub więcej fragmentów DNA do wektora. Technologia ta obejmuje klonowanie niezależne od sekwencji i ligacji (SLIC), bezszwowy ekstrakt klonujący ligację (SLiCE), fuzję i montaż Gibsona. Wykorzystuje egzonukleazę do degradacji jednej nici insertu i wektora do generowania spójnych końców, a także naprawę in vivo lub rekombinację in vitro, aby kowalencyjnie połączyć insert z wektorem poprzez tworzenie wiązań fosfodiestrowych. Możliwość łączenia pojedynczej wstawki z wektorem w dowolnej sekwencji bez żadnych blizn jest bardzo atrakcyjna. Co więcej, technologia ma możliwość łączenia 5-10 fragmentów w ustalonej kolejności bez ograniczeń sekwencji.
Jako jedna z wielu technik rekombinacji DNA, technika montażu Gibsona, obecnie najskuteczniejsza metoda klonowania7,8, jest solidną i elegancką metodą opartą na egzonukleazie, która umożliwia bezproblemowe składanie jednego lub wielu zlinearyzowanych fragmentów DNA. Reakcja montażu Gibsona odbywa się w warunkach izotermicznych przy użyciu mieszaniny trzech enzymów, a mianowicie egzonukleazy 5', polimerazy o wysokiej wierności i termostabilnej ligazy DNA. Jednoniciowe zwisy 3' utworzone przez egzonukleazę 5'-3' przyczyniają się do wyżarzania fragmentów, które mają komplementarność na jednym końcu. Polimeraza o wysokiej wierności skutecznie wypełnia luki w wyżarzonych obszarach jednoniciowych poprzez dodanie dNTP, a termostabilna ligaza DNA uszczelnia nacięcia, tworząc wspólne cząsteczki DNA8. W związku z tym ta metoda techniczna jest szeroko stosowana do budowy wektorów ekspresji genów.
Zespół rozrodczo-oddechowy świń (PRRS) jest chorobą wirusową, która prowadzi do upośledzenia rozrodczego i niewydolności oddechowej u świń spowodowanych PRRSV w każdym wieku9. Zespół objawia się gorączką, jadłowstrętem, zapaleniem płuc, letargiem, depresją i niewydolnością oddechową. Ponadto w niektórych epidemiach obserwowano objawy kliniczne, w tym czerwono-niebieskie przebarwienia uszu. Jako członek rodziny arteriwirusów, PRRSV jest szeroko przenoszony do krajów produkujących wieprzowinę poprzez bezpośredni kontakt i wymianę płynów, w tym moczu, siary i śliny. Ze względu na rozprzestrzenianie się PRRSV w Stanach Zjednoczonych, całkowite straty ekonomiczne przemysłu wieprzowego oszacowano na około 664 miliony dolarów rocznie, w oparciu o skalę hodowli 5,8 miliona loch i 110 milionów świń10,11. Raport Inspekcji Zdrowia Zwierząt i Roślin pokazuje, że 49,8% nieszczepionych świń wykazuje obecność PRRSV w surowicy12, a niskie poziomy PRRSV u zakażonych świń są wydalane przez ślinę, wydzielinę z nosa, mocz i kał13. Zaimplementowano wiele strategii kontroli propagacji PRRSV14,15,16. Oprócz procedur eliminacyjnych mających na celu stworzenie populacji całkowicie ujemnych pod względem wirusa lub poprawy bezpieczeństwa biologicznego i zarządzania, podawanie szczepionek jest skutecznym sposobem kontrolowania PRRS.
PRRSV to otoczkowy, jednoniciowy wirus RNA o dodatnim znaczeniu o długości około 15 kilozasad (kb). Genom PRRSV składa się z co najmniej 10 otwartych ramek odczytu (ORF), krótkiego 5' nieulegającego translacji regionu (5' UTR) i ogona poli(A) na końcu 3' (Rysunek 1A)17. Genom wirusa RNA o ujemnej nici jest niezakaźny, podczas gdy genom wirusów RNA o dodatniej nicii jest zakaźny. Istnieją dwie główne strategie transfekcji RNA i DNA w celu generowania potomstwa wirusa18. Jednak klonowanie pełnowymiarowego fragmentu odpowiadającego genomowi RNA ma kluczowe znaczenie dla budowy zakaźnych klonów. Ze względu na długi i złożony charakter genomu PRRSV, pełnego genomu nie można łatwo uzyskać za pomocą PCR za jednym razem. Dodatkowo, chociaż sztuczna synteza genów PRRSV jest skutecznym rozwiązaniem, synteza długich fragmentów jest często kosztowna. Stąd, aby uzyskać wektor ekspresji o pełnej długości PRRSV, próbowaliśmy go utworzyć metodą wielokrotnej rekombinacji homologicznej z wieloma wstawianiami19,20. Niestety, nie udało nam się uzyskać pełnowymiarowego wektora ekspresji genów. Dlatego w tym badaniu dodaliśmy odpowiednie miejsca restrykcyjne do startera odwrotnego i z powodzeniem uzyskaliśmy wektor ekspresji pVAX1-PRRSV za pomocą kilku rund homologicznych reakcji rekombinacji. Co więcej, metoda ta może również osiągnąć delecję lub mutację genów docelowych i skutecznie połączyć dużą liczbę fragmentów DNA z wektorem ekspresyjnym.