ウイルスベクター
レトロウイルスは、現在の遺伝子治療アプローチの主力である。モロニーマウス白血病ウイルスなどの組換えレトロウイルスは、宿主ゲノムに安定した方法で組み込まれる能力を持っている。レトロウイルスは、RNAゲノムからDNAを生成するための逆転写酵素と、宿主ゲノムへの組み込みを可能にするインテグラーゼを持つ。これらのベクターは、SCID-X1(英語版)試験のようなFDA承認の臨床試験で使用されている。
レトロウイルスベクターには、複製能のあるものと複製欠損性のものがある。複製欠損型ベクターは研究において最も一般的な選択で、ビリオンの複製とパッケージングに必須な遺伝子のコード領域が他の遺伝子に置き換えられているか、または削除されているため、複製する機能を欠損している。これらのウイルスは、標的細胞に感染して目的遺伝子を送達することができるが、細胞溶解と細胞死につながる通常の細胞溶解経路の継続ができないように設計されている。
逆に、複製能力があるウイルスベクターは、ビリオン合成に必要なすべての遺伝子を含み、感染が起こるとそれ自体を増殖し続ける。
これらのベクターのウイルスゲノムははるかに長いので、挿入可能な目的遺伝子の長さは、複製欠損ベクターに比べて限られている。ウイルスベクターにもよるが、複製欠損ウイルスベクターで挿入可能な目的遺伝子の一般的な最大長は、通常、約8〜10kBである。これはゲノム配列の導入には短いが、ほとんどのcDNA配列には適用可能である。
モロニーレトロウイルスなどのレトロウイルスをウイルスベクターとして使用する際の主な欠点は、形質導入のため細胞が活発に分裂している必要があることである。そのため、ニューロンのような細胞は、レトロウイルスによる感染や形質導入に対して非常に耐性がある。
宿主ゲノムへの組み込みによる挿入変異(英語版)は、癌(がん)や白血病につながる懸念がある。当初は理論上の懸念であったが、モロニーマウス白血病ウイルスを使用した10人のSCID-X1(英語版)患者の遺伝子治療において、ベクターの挿入部位近傍のLMO2(英語版)がん遺伝子の活性化によって白血病が発症した2例が報告されて現実のものとなった。
レンチウイルスとは対照的に、アデノウイルスDNAはゲノムに組み込まれず、細胞分裂中に複製されない。これは基礎研究での利用を制限するものの、アデノウイルスベクターはin vitroおよびin vivo実験でも使用されている。その主な用途は、遺伝子治療とワクチン接種である。ヒトは呼吸器、胃腸、眼の感染症を引き起こすアデノウイルスとの接触が一般的であるため、大多数の患者は中和抗体をすでに持っており、標的細胞に到達する前にウイルスベクターが不活化されてしまう。この問題を克服するために、科学者たちは現在、ヒトが免疫を持たないさまざまな種に感染するアデノウイルスの研究が行われている。
しかし、いくつかの研究によると、レンチウイルスベクターは、ガンマレトロウイルスベクターよりも、癌を引き起こす可能性のある場所に組み込まれにくいことが示されている。より具体的には、ある研究では、腫瘍の発生率がはるかに高いマウス系統において、レンチウイルスベクターは、腫瘍発生率の増加も、腫瘍の早期発症も引き起こさなかった。さらに、HIVの治療のための遺伝子治療でレンチウイルスベクターを利用した臨床試験では、変異原性または腫瘍学的事象の増加は見られなかった。
安全上の理由から、レンチウイルスベクターは複製に必要な遺伝子を決して持たない。レンチウイルスベクターを生産するために、いくつかのプラスミドがいわゆるパッケージング細胞株、一般的にはHEK 293に遺伝子導入される。一般にパッケージングプラスミドと呼ばれる1つ以上のプラスミドは、カプシドや逆転写酵素などのビリオンタンパク質をコードしている。別のプラスミドは、ベクターによって送達される遺伝物質を含む。これは一本鎖RNAウイルスゲノムを生成するために転写され、ψ(psi)配列の存在によって特徴づけられる。この配列は、ゲノムをビリオンにパッケージングするために使用される。