+ All Categories
Home > Documents > Thesis- Final Sep 21-1

Thesis- Final Sep 21-1

Date post: 12-Apr-2017
Category:
Upload: jasvir-jass-kaur
View: 142 times
Download: 2 times
Share this document with a friend
71
Genetic stability of recombinant baculoviruses containing foreign genes Jasvir Kaur Presented as final requirement for the degree of Master of Biotechnology Oxford Brookes University School of Life Sciences September 2015
Transcript
Page 1: Thesis- Final Sep 21-1

     Genetic  stability  of  recombinant  baculoviruses  containing  foreign  genes                              

 Jasvir  Kaur  

 Presented  as  final  requirement  for  the  degree  of  Master  of  

Biotechnology      

Oxford  Brookes  University  School  of  Life  Sciences  

   

September  2015      

 

Page 2: Thesis- Final Sep 21-1

  ii  

Table  of  Contents                                                                                      

LIST  OF  FIGURES   IV  

LIST  OF  TABLES   VI  

ACKNOWLEDGMENTS   VII  

DECLARATION   VIII  

ABSTRACT   IX  

TABLE  OF  ABBREVIATIONS   XI  

OVERVIEW  OF  BACULOVIRUS   1  

CHAPTER  1-­‐  INSIGHT  OF  BACULOVIRUS   3  1.1  HISTORY   3  1.2  CLASSIFICATION   4  1.3  BACULOVIRUS  PROTEIN  STRUCTURE   5  1.4  GENOME  OF  ACMNPV   6  1.5  BACULOVIRUS  REPLICATION   7  1.6  VIRUS  REPLICATION  IN  VIVO   10  1.7  ENTRY  INTO  THE  NUCLEI   11  1.8  EXITING  THE  CELL  NUCLEI   11  1.9  GENE  EXPRESSION  REGULATION   12  1.9.1  IMMEDIATE  EARLY  GENES   12  1.9.2  DELAYED  EARLY  GENES   13  1.9.3  LATE  AND  VERY  LATE  GENE   13  1.10  INSECT  CELL  LINES   13  1.11  TRANSFER  VECTOR   14  1.13  SELECTION  OF  POLYHEDRON-­‐NEGATIVE  RECOMBINANT  BACULOVIRUSES   16  1.13.1  BEVS-­‐  BACULOVIRUS  EXPRESSION  VECTOR  SYSTEM   16  1.13.2  RECOMBINANT  BACULOVIRUS  PRODUCTION   18  1.13.3  THE  BACPAK6  SYSTEM   18  1.13.4  BAC-­‐TO  BAC®   19  1.13.5  FLASHBACTM   20  1.14  MULTIPLICITY  OF  INFECTION   21  1.15  SERIAL  PASSAGING   23  AIM  OF  THIS  PROJECT   25  

CHAPTER  2  -­‐MATERIALS  AND  METHODS   26  2.1  MATERIALS   26  2.1.1  PLASMIDS   26  2.2  PREPARATION  OF  BACTERIAL  CELLS  AND  EXTRACTION  OF  PLASMID  DNA   26  2.3  INSECT  CELLS  AND  VIRUSES   27  2.4  COTRANSFECTION  OF  INSECT  CELLS  WITH  FLASHBAC  AND  PLASMID  TRANSFER  VECTOR  DNA   27  

Page 3: Thesis- Final Sep 21-1

  iii  

2.5  VIRUS  STOCK   28  2.6  TESTING  PRESENCE  OF  FOREIGN  GENE  IN  VIRUS  STOCK   28  2.7  TEMPLATE  FORMATION  WITH  THE  USE  OF  KIT  TO  TEST  THE  PRESENCE  OF  THE  GENE  IN  THE  VIRUS   29  2.8  SERIAL  PASSAGING   29  2.9  HARVESTING  OF  VIRUS  DNA   30  2.10  VIRUS  STOCK  TITRATION   30  2.10.1  PLAQUE  ASSAY   30  2.11  PURIFICATION  OF  VIRUS  DNA   31  2.12  PCR  ANALYSIS   31  2.13  AGAROSE  GEL  ELECTROPHORESIS   32  

CHAPTER  3  –  RESULTS   33  3.1  VIRUSES   33  

CHAPTER  4-­‐  DISCUSSION   45  

CONCLUSION  AND  FUTURE  DEVELOPMENTS   51  

REFERENCES   53          

Page 4: Thesis- Final Sep 21-1

  iv  

                                                                           List  of  Figures      Figure                                                                              Figure  Caption                                            Page    Figure  1.1.  The  above  phylogenetic  tree  indicates  the  division  of  four  groups  

in    baculovirus  family.  It  indicates  amino  acids  of  29  baculoviruses  genes  derived  from  29  sequenced  baculovirus  genomes    -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐      5  

Figure  1.2.    Group  I  has  both  GP64  and  F  while  Group  II  only  has  F              protein  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐      6  

 Figure1.3.      AcMNPV's  genetic  map.  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐      7    Figure  1.5.  Baculovirus  structure    -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐    10    Figure  1.3.  A.  DNA  containing  Escherichia  coli  (E.  coli)  lacZ  inserted  at  polh  

locus.  B.  Digestion  of  viral  DNA  removes  lacZ  and  partially  deletes  orf1629-­‐coding  region  C.    Cotransfection    and  insertion  of  foreign  gene  into  the  virus  DNA  and  restoration  of  orf1629  and  recircularization  of  DNA  thus  permitting  replication  within  insect  cells.  D.  Plaque  assay  is  used  to  isolate  recombinant  virus        -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐      19  

 Figure  1.4.  The  flashBAC  baculovirus  expression  system  used  for  

production  of  recombinant  baculoviruses.    A.)  Shows  the  deleted  genes.  B.)  Containment  of  gene,  insert,  lef2,  and  orf1629  gene  in  transfer  vector.  C.)  Recombinant  virus  with  repaired  orf1629  gene.  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐    21  

 Figure  3.1.    A.  PCR  analysis  of  the  recombinant  genes.  B.  A  plasmid  map  of    

pAcRP23.lacZ  C.  A  plasmid  map  of  pOET6NaV1.4.  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  35    Figure  3.2.  PCR  analysis  of  cell  DNA  and  plasmid  DNA.  Lane  1,  molecular  

weight  markers  (New  England  Biolabs).  Lane  2,  6,  8,  are  plasmid  DNA.  Lane  2,  4,  5,  7,  are  cell  DNA.  Lane9,  10  are  control  groups    -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  36  

Figure  3.3.  The  virus  stock  titration  done  by  plaque  assay.  A.  AcNaV1.4  virus  dilution  10-­‐4.  B.  AcUK,  virus  dilution10-­‐1.  C.  AcHANA  ,  virus  dilution10-­‐2.  D.  AcRP23.lacZ  virus  dilution10-­‐5  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  37  

Figure  3.4.  Genomic  DNA  isolated  from  AcMNPV  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  38  

 

Page 5: Thesis- Final Sep 21-1

  v  

Figure  3.5.  Genomic  DNA  isolated  from  AcRP23.lacZ  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  38  

Figure  3.6.  Genomic  DNA  isolated  from  AcUK  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  A.  Ethidium  bromide  nucleic  acid  gel  stain  used.  B.  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  used.  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  39  

Figure  3.7.  Genomic  DNA  isolated  from  AcRP23.lacZ  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  A.  Ethidium  bromide  nucleic  acid  gel  stain  used.  B.  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  used.  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  40  

Figure  3.8.  Genomic  DNA  isolated  from  AcNaV1.4  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  743.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  A.  Ethidium  bromide  nucleic  acid  gel  stain  used.  B.  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  used.  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  42  

 Figure  3.  9.  Genomic  DNA  isolated  from  AcHANA  passaged  five  times  at  low  

(0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  43  

 Figure  3.10.  PCR  analysis  of  virus  DNA  provided  by  Robert  Possee  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  43                      

Page 6: Thesis- Final Sep 21-1

  vi  

     List  of  Tables    Table                                                                          Table  Caption                                            Page      Table  2.1            Plasmid  Transfer  Vectors  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  27  

 

Table  2.2:          Viruses  used  in  this  experiment  -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐    28  

 

Table  3.1.            DNA  concentration  of  virus  cells  using  Nanovue  

Spectrophotometer          -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  36  

 

Table  3.2.            Titration  using  plaque  assay  of  each  virus.    -­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐-­‐  37  

       

                 

         

Page 7: Thesis- Final Sep 21-1

  vii  

                                                                     Acknowledgments      

I  would  like  to  acknowledge  and  thank  the  following  individuals  who  helped  

me  perform  the  work  presented  in  this  thesis.    

 

Prof.  Possee  who  was  always  available  to  help  me  and  guided  me  throughout  

the  research.  I  thank  him  for  giving  me  the  opportunity  to  work  in  his  lab.  He  

has  invested  significant  amounts  of  time  and  been  a  great  mentor  to  me.    

 

My  parent  for  their  support  and  their  encouragement  in  everything  I  did.  

This  master’s  research  thesis  was  not  possible  without  my  parent’s  support  

and  love.    

                                     

Page 8: Thesis- Final Sep 21-1

  viii  

                                                               

     

  Declaration  I,  Jasvir  Kaur  declare  that  this  thesis  and  the  work  present  in  it  are  my  own  

and  have  been  generated  by  me  as  the  result  of  my  own  original  research.  

Wherever  contributions  of  others  are  involved,  it  is  made  clear  with  due  

reference  to  literature.    

 

The  work  was  performed  under  the  guidance  of  Prof.  Robert  Possee,  at  

Oxford  Brookes  University.    

                                                 

Page 9: Thesis- Final Sep 21-1

  ix  

Abstract    Baculoviruses  are  mostly  found  in  order  Lepidoptera  and  are  found  among  

600  different  insect  species.  Baculoviruses  were  originally  used  in  

production  of  insecticides,  but  now  they  are  widely  used  for  the  production  

of  many  recombinant  proteins.  The  baculovirus  expression  system  was  

developed  decades  ago  and  has  improved  in  expression  of  foreign  genes  in  

insect  cell  lines.  Cotransfection  is  commonly  used  to  generate  recombinant  

viruses.  The  Sf9  cells  were  co-­‐transfected  with  the  use  of  flashBAC  DNA  and  

plasmid  transfer  vectors  (pACRP23.lacZ,  pAcUK,  pOET6.NaV1.4,  and  

pAcHANA).  The  populations  of  the  viruses  were  monitored  up  to  five  

passages  at  both  low  (0.1)  and  high  (5)  moi.  The  viruses  were  passaged  in  

cell  culture  at  5ml,  from  which  the  virus  particles  were  purified  from  and  

DNA  analysis  was  performed.    The  data  collected  in  this  study  reveals  that  

two  control  viruses  AcMNPV,  AcRP23.lacZ    and  AcHANA  generated  in  this  

study  were  all  genetically  stable  during  passage.  However,  AcUK,  which  

contains  the  mammalian  gene  urokinase,  AcRP23.lacZ  (generated  in  this  

study),  containing  bacterial  beta-­‐glacatosidase  gene  and  AcNav1.4,  which  

contains  mammalian  Nav1.4  gene  were  found  to  be  genetically  unstable.  

Thus,  nonspecific  bands  were  found  in  the  viruses  AcUK  and  AcRP23.lacZ.  

The  results  with  the  newly  generated  AcRP23.lacZ  were  surprising  since  the  

control  virus  with  the  same  gene  appeared  to  be  stable  after  passage  at  both  

low  and  high  moi’s.  This  may  be  due  to  defective  interfering  particles  (DIPs)  

or  few  polyhedra  (FP)25K  mutation.  DIP  occurs  over  time  during  viral  

infection  and  FP25K  mutation  takes  place,  if  small  amount  of  cells  have  

Page 10: Thesis- Final Sep 21-1

  x  

polyhedron  and  ODV,  which  can  cause  nonspecific  bands  to  occur.  The  

verification  of  plasmid  cell  DNA  in  the  cotransfected  cells  all  had  high  

molecular  weight  bands.  The  PCR  analysis  of  the  plasmid  DNA  showed  no  

such  results  among  AcUK,  AcRP23.lacZ,  and  AcNaV1.4.    

                                                                     

Page 11: Thesis- Final Sep 21-1

  xi  

                                             Table  of  Abbreviations    AcMNPV:          Autographa  californica  nucleopolyhedrovirus  

BAC:                          bacterial  artificial  chromosome    

BEVs:                      baculovirus  expression  vectors    

bp:                                base  pairs        

BV: budded virions  

DNA:                        deoxyribonucleic  acid  

DI:                                defective  interfering  

dpi:                            days  post  infection  

FCS:                          foetal  calf  serum  

Fp25k:                Autographa  californica  multiple  nucleopolyhedrovirus  with  the                      

fp25k  gene  removed  

FP:                            few  polyhedra  

Gp64:                  globular  protein  64  

GV:                            granulovirus    

H:                                  hours  

hpi:                            hours  post  infection  

LB:                              luria  broth  

MOI:                        multiplicity  of  infection  

NPV:                      nucleopolyhedrovirus  

N-­‐terminal:      amino-­‐termina  

OBs:                          occlusion  bodies  

ODV:                        occlusion-­‐derived  virions  

ORF:                        open  reading  frame      

P10:                          baculovirus  10  kDa  protein    

PBS:                          phosphate  buffered  saline    

PCR:                          polymerase  chain  reaction    

PE:                                polyhedral  envelope    

PFU:                          plaque  forming  units  

pi:                                  post-­‐infection  

Polh:                        polyhedrin      

rpm:                        rotations  per  minute    

Page 12: Thesis- Final Sep 21-1

  xii  

Sf:                                Spodoptera  frugiperda  

T.  ni:                      Trichoplusi  ni  

TBS:                        tris  buffered  saline    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 13: Thesis- Final Sep 21-1

  1  

Overview  of  Baculoviruses      

Baculoviruses  are  commonly  found  in  nature.  They  are  large  DNA  viruses  

isolated  from  arthropods  found  on  land  and  in  aquatic  environments.  They  

mainly  tend  to  infect  butterflies,  moths,  sawflies,  wasps,  flies  and  beetles.  

However,  most  baculoviruses  have  been  isolated  from  species  in  the  order  

Lepidoptera.    They  are  believed  to  have  coevolved  with  their  insect  hosts  

over  millions  of  years.    Baculoviruses  have  the  ability  to  survive  easily  in  soil  

or  in  clefts  of  plants  for  long  periods  (decades)  since  they  have  the  capability  

of  surviving  outside  their  host  within  highly  resistant  protein  occlusion  

bodies.  The  recent  literature  claims  that  baculovirus  diseases  are  found  in  

more  than  600  different  insect  species.  New  information  is  also  emerging  

about  the  genetic  diversity  of  baculoviruses.  The  gene  organization  of  NPVs  

is  conserved,  but  the  existence  or  truancy  of  auxiliary  genes  can  result  in  

variation  among  the  viruses.  

Baculoviruses  were  originally  studied  for  their  use  as  biological  

insecticides.  Each  baculovirus  isolate  only  infects  particular  species  and  will  

not  harm  non-­‐  invertebrate  hosts.  Hence  they  are  regarded  as  very  safe  

viruses.    This  was  a  major  advantage  in  their  second  main  use.  Currently  

they  are  also  widely  employed  as  gene  expression  vectors  to  make  

recombinant  proteins  and  as  vectors  for  mammalian  cell  transduction,  

where  genes  are  introduced  under  control  of  promoters  active  in  the  target  

cells.    

One  of  the  most  widely  studied  members  of  the  family  Baculoviridae  

is  Autographa  californica  multiple  nucleopolyhedrovirus  (AcMNPV),  as  it  

infects  around  30  species  belonging  to  the  lepidoptera.  Most  studies  of  virus  

structure  have  been  based  on  this  isolate.  Baculovirus  nucleocapsids  are  

rod-­‐shaped  and  contain  double  stranded  circular  genome  DNA.  Some  of  the  

features  of  baculoviruses  include  two  types  of  virions:  occlusion-­‐derived  

virions  (ODV)  with  occlusion  bodies  –responsible  for  horizontal  

transmission  between  insects  and  budded  virions  (BV)-­‐  known  to  spread  

virus  from  cell  to  cell  within  a  host  insect.    The  baculoviruses  are  capable  of  

Page 14: Thesis- Final Sep 21-1

  2  

expressing  foreign  genes  in  baculovirus  expression  vector  system  (BEVS),  as  

they  are  nuclear-­‐replicating  DNA  viruses  that  encode  DNA  directed  RNA  

polymerase,  which  is  used  to  transcribe  late  and  very  late  genes  (Clem  &  

Passarelli,  2013).  The  BEVS  has  been  used  to  express  genes  from  plants,  

fungi,  bacteria,  and  viruses  in  insect  cells.  One  of  the  benefits  of  

baculoviruses  is  that  they  have  large  genomes,  which  allows  easy  insertion  

of  the  foreign  genes.  The  basis  of  the  system  is  the  removal  of  the  occlusion  

body  protein  gene  (polyhedron)  and  its  replacement  with  a  foreign  coding  

region.    

 

  An  important  aspect  of  the  BEVs  is  the  method  used  to  insert  genes  

into  the  recombinant  virus.  flashBACTM  produced  by  Oxford  Expression  

technologies  has  reduced  the  time  to  produce  recombinant  viruses  to  a  one  

step  process  (Possee  et  al.,  2008).  However,  it  is  also  important  that  we  have  

a  better  understanding  of  the  stability  of  these  viruses  as  they  are  passaged  

in  insect  cells  to  generate  infectious  stocks  used  for  subsequent  recombinant  

protein  production.    

 

 

                               

Page 15: Thesis- Final Sep 21-1

  3  

                     Chapter  1-­‐  Insight  of  Baculoviruses    

1.1  History      

Baculoviruses  do  not  cause  any  infection  in  humans,  mammals  and  

researchers  have  known  of  their  existence  for  several  hundred  years.  The  

earliest  information  on  baculoviruses  can  be  traced  in  ancient  Chinese  

literature,  which  describes  the  culture  of  silkworms.  Marco  Vida  of  Cremona,  

an  Italian  bishop  of  16th  century,  provided  the  first  explanation  of  

baculovirus  disease.  He  described  the  disease  of  silk  worms  in  a  poem  called,  

“De  Bombyce”.  In  the  poem  he  described  the  symptoms  of  the  infection.  

Baculoviruses  were  not  observed  directly  until  19th  century.  Polyhedral  

crystals  were  observed  by  microscopy  and  associated  with  disease  in  

insects.  During  research  carried  out  in  the  20th  century,  it  was  found  that  the  

virus  particles  are  embedded  in  the  polyhedral  crystals.  In  addition  it  was  

found  that  baculoviruses  played  a  major  role  in  regulating  insect  

populations.  The  granuloviruses  (GVs)  were  also  identified.  In  comparison  

to  nucleopolyhedrovirus  (NPV),  the  GVs  are  found  to  be  small  and  granular.  

They  contain  only  one  virion  per  occlusion  body.  During  the  same  period,  

baculoviruses  were  observed  and  were  affecting  the  insect  pest.  Introducing  

baculoviruses  in  North  America  effectively  controlled  sawfly.  From  the  early  

1950’s  to  1975,  the  development  of  baculovirus  as  control  agents  of  insect  

pests  was  on  the  rise.    

  From  1970  to  1985,  various  pathological  and  genetic  understandings  

of  baculoviruses  were  developed.  Discovering  the  fact  that  there  are  two  

different  forms  of  baculoviruses,  a  budded  virus  (BV)  and  occluded  virus  

(OV)  form  was  important  in  realizing  the  behavior  of  the  virus.  The  behavior  

helped  in  cell  cultures  and  in  insect  host  pathology.  OV  are  more  infectious  

in  the  mid-­‐gut  of  an  insect,  while  BV  spreads  the  infections  in  cell  cultures  or  

in  other  tissues.    

  The  most  studied  member  of  the  Baculoviridae  family  is  Autographa  

californica  nucleopolyhedrovirus  (AcMNPV).  It  became  popular  for  study  

because  it  was  easy  to  grow  in  cell  cultures.  In  1979,  National  Institutes  of  

Page 16: Thesis- Final Sep 21-1

  4  

Health  allowed  cloning  of  baculovirus  in  Escherichia  coli.  The  cloning  was  

used  to  analyze  particular  genes  and  their  functions.  The  usefulness  of  

baculovirology  led  to  major  success  in  human  gene  therapy,  molecular  

biology  and  genetics  with  cell  culturing.  It  also  led  to  mass  production  of  

pesticides  for  the  benefit  in  the  field  of  agriculture.    

 

1.2  Classification       The  Baculoviridae  viruses  are  rod-­‐shaped  with  circular  double  

stranded  DNA  genome  of  88-­‐180  kbp,  consisting  of  up  to  180  genes,  in  a  rod-­‐

shaped  virus  particle  with  the  size  of  200-­‐400nm  in  length  and  36nm  wide  

(Cheng  et  al.,  2013).  These  viruses  are  categorized  as  arthropod-­‐specific  

viruses.  (Shi  et  al.,  2015).  There  are  two  virion  pheotypes  found  in  

baculoviruses  occlusion-­‐derived  virion  (ODV)  and  budded  virions  (BV).  

Budded  virion  (BV)-­‐  spreads  the  infecton  from  tissue  to  tissue  and  occlusion  

derived  virion  (ODV),  which  is  consumed  via  oral  route  and  spreads  

infection  between  individual  insects.  In  the  two  virions,  the  nucleocapsid  

protein  and  genetic  material  are  identical  to  each  other.  Both  of  the  virions  

are  formed  in  the    virogenic  stroma  (VS)  (Shi  et  al.,  2015).    ODV  are  occluded  

in  a  crystalline  protein  matrix  to  form  granules  or  polyhedra.  The  viruses  

that  form  ganules  are  known  as    granuloviruses  and  the  viruses  that  form  

polyhedra  are  known  as  nucleopolyhedroviruses  (NPVs).    Granuloviruses  

produce  small  occlusion  bodies  (OBs)  ranging  between  the  size  of  (0.13-­‐

0.50μm),  containing  one  to  two  encapsulated  virions  in  a  protein  known  as  

granulin(Jehle  et  al.,  2006).  

Nucleopolyhedroviruses  produce  occlusion  bodies  ranging  from  

(0.15  to  3μm)  and  they  contain  many  ODVs  (Jehle  et  al.,  2006).  NPVs  have  

been  commonly  found  among  insect  orders  Lepidoptera,  Diptera  and  

Hymenoptera,  while  GVs  have  been  only  found  among  Lepidoptera.    For  a  

long  time,  baculoviruses  have  been  classified  into  two  groups  granuloviruses  

(GVs)  and  nucleopolyhedroviruses  (NPVs)  (Kelly  et  al.,  2008).  The  

Baculoviridae  family  is  sectioned  into  four  generas.  The  Alphabaculoviruses  

are  lepidoperan-­‐specific  nuclopolyhedroviruses  with  either  single  or  

multipe  nuclocapsids,  which  produces  both  BV  and  ODV  (Jehle  et  al.,  2006).  

Page 17: Thesis- Final Sep 21-1

  5  

The  Betabaculoviruses  are  composed  of  lepidoteran  specific  genus  

Granulovirus  and  also  produces  both  BV  and  ODV.  Deltabaculoviruses  and  

Gammabculoviruses  are  made  up  of  NPVs  that  only  infect  dipteran  and  

hymenopteran  (Jehle  et  al.,  2006).    The  phylogentic  tree  shown  below  in  

Figure  1.1  shows  the  division  of  Baculoviridae  family.    

 

 Figure  1.5.  The  above  phylogenetic  tree  indicates  the  division  of  four  groups  in  baculovirus  family.  It  indicates  amino  acids  of  29  baculoviruses  genes  derived  from  29  sequenced  baculovirus  genomes  (Jehle  et  al.,  2006).      

 

1.3  Baculovirus  protein  structure    

The  baculoviruses  have  the  potential  to  encode  more  than  150  proteins  due  

to  their  large  genomes  (Ahrens  et  al.,  1997).  The  viral  particles  consist  of  

nucleocapsids  of  which  the  DNA  is  associated  with  the  p6.9  protein,  which  is  

a  54  amino  acid  protein.  In  additon,  vp39  has  also  been  recognized,  which  is  

about  39  kDa  and  forms  most  of  the  capsid  structure.    The  occlusion  bodies,  

budded  virus  (BV)  and  occlusion  derived  virus  (ODV)  envelopes  and  

proteins  are  building  blocks  of  nucleocapsids  (Rohrmann,  2013).    One  of  the  

best  characterised  baculovirus  protein  is  group  I  NPV  gp64,  this  protein  is  

Page 18: Thesis- Final Sep 21-1

  6  

important  for  BV  infectivity  but  genome  sequence  analysis  indicateded  that  

many  baculoviruses  lack  homologs  of  the  gp64  gene(Rohrmann,  2013).  It  

was  later  discovered  that  those  that  lack  gp64  possess  a  different  protein,  

called  F  (fusion)  protein  (e.g.  LD130  from  Lymantria  dispar  MNPV)  

Granuloviruses  and  group  II  NPVs  do  not  have  GP64,  therefore  the  F  protein  

is  used  as  an  alternative  (Rohrmann,  2013).  It  is  assumed  that  group  I  

viruses  use  GP64  to  enter  BV  into  cells,  while  the  baculoviruses  that  lack  

gp64  homolog  use  F  protein  as  their  envelope  protein  (Figure  1.2)  

(Rohrmann,  2013).    

 

 Figure  1.6.  Group  I  has  both  GP64  and  F  while  Group  II  only  has  F  protein  (Rohrmann,  2013).    

 

1.4  Genome  of  AcMNPV    

The  AcMNPV  was  first  described  in  the  early  1970s  and  a  decade  later  

genetic  research  was  done.  The  genetic  research  was  influenced  by  virus  

replication  in  cells  from  Spodoptera  frugiperda  and  Trichoplusia  ni  

(Rohrmann,  2013).  These  discoveries  lead  to  the  development  of  a  bacmid  

system,  which  produced  recombinant  virus  with  transposition  plasmids  in  

the  AcMNPV  genome  in  artificial  bacterial  chromosome.  The  artificial  

bacterial  chromosome  replicated  the  entire  AcMNPV  genome  in  bacteria  

(Rohrmann,  2013).  This  technology  allowed  specific  deletion  gene  knockout  

Page 19: Thesis- Final Sep 21-1

  7  

in  bacteria,  which  could  later  be  investigated  with  the  use  of  transfection  in  

insect  cells  (Rohrmann,  2013).  AcMNPV  is  a  vector  that  is  used  frequently  

for  recombinant  protein  production  in  baculovirus  expression  system  

(Harrison,  2009).  AcMNPV  infections  have  been  reported  in  43  lepidopteron  

species  belonging  to  11  different  families  caused  by  AcMNPV.  The  first  fully  

sequenced  AcMNPV  was  the  C6  clone  (Ayreus  et  al.,1994).  The  genome  of  

AcMNPV  contains  a  133.9  kbp,  circular  double  stranded  DNA  genome  in  rod-­‐

shaped  virion  (Lee,  et  al.,  2015).      AcMNPV  is  also  made  up  of  about  154  

ORFs,  which  have  little  redundant  sequence  between  them  (Dickison  et  al.,  

2012).    AcMNPV  lead  to  the  development  of  the  original  baculovirus-­‐insect  

cell  expression  system.    

 

Figure1.3.  AcMNPV's  genetic  map.  Adapted  from  (Maciag,  Olszowka,  &Klein,2014)    

 

1.5  Baculovirus  replication      

The  replication  cycle  consists  of  two  type  of  virions,  one  known  as  occluded  

and  the  other  as  budded.  The  occluded  is  responsible  for  infection  and  

stability  in  insects  midgut  cells.  Whereas  the  budded  virions  are  only  

responsible  in  spreading  the  infection  from  cell  to  cell.  The  replication  starts  

when  the  occlusion  body  is  absorbed  by  the  insect.  The  viral  particles  are  

Page 20: Thesis- Final Sep 21-1

  8  

then  released  inside  insects  midgut  due  to  high  pH  (Figure  1.4).  The  viral  

particles  (ODV)  after  being  released,  infect  three  different  cell  types,  such  as    

regenerative(R  ),  columnar  epithelium  (CE),  and  goblet  cells  (G).  (McCarthy  

&  Theilmann,  2008).    

 Figure  1.4.  Baculovirus  infection  in  insect  larvae  (O’Reilly  et  al.,  1994)  

 

The  replication  system  for  OB  and  NPVs  differ,  first  it  produces  budded  virus  

and  then  it  goes  onto  developing  occluded  form.  At  around  12  hour  post-­‐

infection  (h  p.i),  nucleocapsids  buds  through  plasma  membrane,  further  

enveloping  the  BV  (Figure  1.4).  After  20  h  p.  i.,  ODVs  tend  to  form  

nucleocapsids  and  then  they  are  transported  between  nuclear  membrane  

and  VS.  Hence,  it  forms  occlusion  bodies  or  polyhedra  (Shi  et  al.,  2015).  The  

genetic  expression  is  also  divided  into  three  phases:  early,  late  and  very  late.  

In  the  late  phase  of  the  infection,  production  of  budded  virus  starts  and  the  

production  of  polyhedron  begin  in  the  very  late  phase  (Kelly  et  al.,  2008).    

 

The  NPV  virus  are  found  in  the  matrix  of  polyhedra  and  they  can  remain  

stable  in  the  environment  (Lynn,  2003).  When  the  larvae  eats  the  occlusion  

bodies,  the  ODVs  are  then  released  in  the  midgut  alkaline  environment.  This  

phenomenon  leads  to  infection  in  the  epithelium(Cheng  et  al.,  2013,  Lynn,  

2003).    The  ODV  then  attaches  to  the  microvilli  of  the  midgut  leading  to  an  

infection.  The  infection  spreads  with  budded  virus  (BV)  from  midgut  to  

other  tissues  (Figure  1.5)(Lynn,  2003).  Occluded  virus  is  responsible  for  

causing  the  primary  infection  and  only  infects  insect-­‐to-­‐insect  transmission  

of  the  virus.  The  BVs  bud  out  from  infected  cells  acquiring  their  envelopes  

Page 21: Thesis- Final Sep 21-1

  9  

from  the  plasma  membranes,  thereafter  it  continues  to  cause  infection  to  

other  tissues  (Cheng  et  al.,  2013).  The  ODVs  are  found  occluded  in  protein-­‐  

polyhedra,  which  consists  of  29  kDa  polyhedrin  protein  (Cheng  et  al.,  2013).      

The  ODV  obtain  their  envelope  from  the    protein  FP25K  from  inside  nuclear  

membrane  (INM)  (Cheng  et  al.,  2013).    The  FP25K  is  found  in  the  cytoplasm  

and  nuclei  of  AcMNPV-­‐  infected  cells  (Harrison  &  Summers,  1995a).  

Polyhedrin  and  granulin  are  very  similar  to  each  other  and  are  major  

components  of  occlusion  bodies.    Polyhedrins  are  one  of  the  abundant  

proteins  found  in  the  infected  baculovirus  cells.  They  tend  to  form  

crystalline  cubic  lattice  that  is  enclosed  by  virions  (Rohrmann,  2013).  The  

polyhedron  envelope  (PE)  or  calyx  is  what  surrounds  polyhedra    

(Rohrmann,  2013).  The  function  of  PE  is  to  increase  the  stability  and  seal  the  

surface.  When  polyhedra  are  given  alkaline  treatment,  the  crystalline  lattice  

dissolves  but  polyhedron  envelope  does  not  and  that  is  where  all  the  virions  

are  trapped    (Rohrmann,  2013).  Those  viruses  that  do  not  sysnthesize  

occluded  form  are  known  as  “nonoccluded”  baculoviruses.  The  PE  protein  is  

linked  to  p10  fibrillar  and  it  is  required  for  assembly  of  the  polyhedron  

envelope  (Rohrmann,  2013).    If  p10  is  deleted  it  causes  reduction  in  lysising  

of  cells  and  increase  in  virus.  The  deletion  of  p10  gene  makes  a  positive  

impact  on  recombinant  protein  production  (Hitchman  et  al.,  2011).  The  

homologs  of  p10  are  found  in  all  group  I  and  II  NPVs  and  also  among  some  

GVs.  Although  the  exact  funtion  of  p10  (10kDA)  is  still  unknown  in  previous  

studies  it  was  concluded  that  knock-­‐out  of  p10  function  by  lacZ  had  no  

impact  on  polyhedral  envelope  (Hitchman  et  al.,  2011).      Although  it  is  not  

proven  it  is  thought  that  P10  may  help  polyhedra  bundle  separate  into  

individual  particles  to  spread  in  the  environment  and  thus  aid  horizontal  

transmission.  However,  OB  bundles  spread  easily  if  p10  orf  is  deleted  

(Hitchman  et  al.,  2011).      

 

Page 22: Thesis- Final Sep 21-1

  10  

 Figure  1.5.  Baculovirus  structure  (Maciag,  Olszowka,  &  Klein,  2014)  

 

1.6  Virus  replication  in  vivo    

Infection  in  vivo  occurs  when  the  alkali-­‐soluble  occlusion  body  is  ingested  by  

a  host  and  dissolves  in  the  high  pH  of  the  insect’s  midgut,  thus  releasing  

virions.    In  the  first  stage  of  the  infection  BV  are  produced.  This  further  

spreads  the  infection  from  cell  to  cell  in  the  insect.  The  nucleocapsids  are  

then  transported  from  nucleus  to  the  cytoplasm.  From  cytoplasm,  the  

nucleocapsids  obtain  an  envelope  when  they  bud  through  the  plasma  

membrane.  The  membrane  has  been  modified  by  the  glycoprotein  known  as  

gp64.  At  the  later  stage  of  the  infection,  the  virions  stay  within  the  nuclei  of  

the  cell  where  they  become  occluded.  Theses  occluded  virions  are  then  

released  from  decaying  insect  and  contaminate  foliage.  Thereafter  other  

insects  consume  the  foliage.  The  total  infection  time  takes  around  5-­‐7  days.  

During  the  infection  stage,  the  host  goes  through  various  phases.  In  the  first  

phase  the  skin  tends  to  swell  and  a  change  is  observed  in  the  luster  of  the  

skin.  In  the  second  stage,  the  muscular  tissues  dissolve  and  thereafter  the  

larva  becomes  a  pouch  of  fluid.  In  the  final  stage,  the  larva  bursts  and  

releases  polyhedral  particles.    

  The  two  viral  structures  are  different  in  their  composition,  although  

their  nucleocapsids  are  similar.  The  differences  among  these  viruses  exist  

due  to  their  different  functionality.  For  example  the  BV  tends  to  infect  insect  

tissues,  while  the  envelope  of  ODV  is  responsible  for  midgut  infection.  It  also  

plays  an  important  role  while  interacting  with  polyhedron  structure.  The  

Page 23: Thesis- Final Sep 21-1

  11  

ODV  occluded  form  is  considered  to  be  stable  in  harsh  environment  of  the  

insect  gut.  Thus,  it  spreads  the  infection  from  one  insect  to  another  over  the  

period  of  one  year.    

 

1.7  Entry  into  the  nuclei    

After  the  virus  enters  the  cell,  the  NPV  nucleocapsids  are  taken  to  the  

nuclear  membrane,  where  actin  polymerization  takes  place  (Rohrmann,  

2013).  Many  studies  suggest  that  nucleocapsids  are  carried  via  nuclear  pore.  

Even  the  observation  of  empty  nucleocapsids  found  in  the  nuclei  of  cells  

support  this  evidence  (Rohrmann,  2013).  Finding  nuclocapsids  in  nuclei,  

leads  to  the  suggestion  that  they  do  not  need  cell  dividing  or  neccessity  of  

nuclear  membrane  breakdown  to  migrate  into  nuclei  (Rohrmann,  2013;  Van  

Loo  et  al.,  2001).    Studies  have  found  that  some  baculoviruses  inject  their  

DNA  through  nuclear  pores  with  the  use  of  fluorescent  tag  attached  to  vp39  

capsid  protein  and  also  to  WT  vp39  protein  (Rohrmann,  2013;  Ohkawa  et  al.,  

2010).    The  fluorescence  was  observed  inside  nuclei  and  also  found  that  

nucleocapsids  restrict  to  the  nuclear  pore.  Thus,  this  concludes  that  

nucleocapsids  are  transported  through  nuclear  pore  complex  (Rohrmann,  

2013).      The  nuclear  pore  have  been  characterised  to  have  channels  of  38-­‐78  

nm.  The  virion  are  measured  to  be  around  30-­‐60  nm  in  diameter.  Hence,  

these  measurements  allow  them  to  move  through  the  pores  (Rohrmann,  

2013).  

 

1.8  Exiting  the  cell  nuclei      

The  virions  have  the  ability  to  enter  and  exit  with  the  use  of  nuclear  pores,  

with  nucleocapsids  injected  into  Xenopus  oocytes.  In  a  previous  study,    it  was  

found  that  treatment  by  colchicine  tends  to  obstruct  the  formation  of  the  

microtubule.  Further,  it  leads  to  the  reduction  in  production  in  BV.  This  

process  indicates  that  the  structure  might  play  a  role  in  virion  movement  

out  of  the  cell  (Rohrmann,  2013).  Kinesin  is  one  of  the  major  protein  that  

transports  material  to  the  cell  periphery.  The  BV  has  been  found  to  interact  

Page 24: Thesis- Final Sep 21-1

  12  

with  kinesin,  which  transports  them  from  microtubules  to  the  cell  

membrane  (Au,  2012;  Danguah  et  al.,  2012;  Rohrmann,  2013).  

Nucleocapsids  obtain  their  envelope,  which  consist  of  one  viral  protein  

GP16.  It  happens  when  the  nucleocapsids  replicate  in  the  nucleus  they  are  

then  released  from  midgut  cells  by  budding  via  the  nuclear  

membrane.(Pearson  et  al.,  2001).  The  envelope  then  gets  lost  on  its  way  to  

the  cytoplasm  and  parts  of  the  envelope  protein  assembly  to  the  plasma  

membrane.  This  contains  both  GP64  (Ac128)  and  the  F  protein  (Ac23)  for  

the  group  I  NPVs  (Blissard  &  Rohrmann,  1989).  The  GP64  protein  modifies  

the  host  membrane,  this  mechanism  then  allows  the  occurrence  of  virus  

budding  and  secondary  infection  to  take  place,  which  infects  midgut  cells  

(Pearson  et  al.,  2001;  Blissard  &  Rohrmann,  1989;  Rohrmann,  2013).  If  the  

AcMNPV  is  used  to  infect,  it  tends  to  go  toward  basal  and  lateral  regions  of  

the  cells  allowing  the  infection  to  target  tissues  rather  than  the  gut  lumen  

(Keddie  et  al.,  1989;  Rohrmann,  2013).  

 

1.9  Gene  expression  regulation    

Baculoviruses  gene  expression  is  split  into  three  different  stages,  each  one  

depends  on  the  prior  stage:  early,  late  and  very  late.  The  viral  RNA  

polymerase  II  transcribes  the  early  genes  while  RNA  polymerase  transcribes  

late  and  very  late  genes  (Clem  &  Passarelli,  2013).    

 

1.9.1  Immediate  early  genes      

The  immediate  early  genes  are  the  ones  that  can  be  transcirbed  even  when  

the  protein  synthesis  inhibitors  are  present,  for  example  cycloheximide  

(King  &  Possee,  1992).  This  stage  has  been  further  studied  and  has  been  

known  that  copies  of  these  genes  are  transcriptionally  active  when  inserted  

into  plasmids.  It  should  be  considered  that  genes  should  be  active  even  after  

transfection  into  uninfected  insect  cells.    

Page 25: Thesis- Final Sep 21-1

  13  

1.9.2  Delayed  early  genes      

In  the  second  phase  of  gene  expression,  the  use  of  cycloheximide  and  other  

inhibitors  is  important  in  defining  this  stage  (King  &  Possee,  1992).    When  

cells  are  treated  with  such  inhibitors  and  returned  to  normal  condition,  a  

pattern  of  protein  expression  is  observed  (King  &  Possee,  1992).    Some  

proteins  express  instantly  when  the  inhibitors  were  removed  while  the  

others  are  expressed  after  a  delay.  Thus,  it  defines  the  division  between  

immediate  and  delayed  genes  (King  &  Possee,  1992).  

 

1.9.3  Late  and  very  late  gene    

The  third  phase,  in  which  the  virus  genes  are  expressed  in  infected  cells  with  

replication  of  virus  DNA  (King  &  Possee,  1992).    If  the  virus  DNA  replication  

is  inhibited  by  aphidicolin  then  the  late  genes  are  not  transcribed.  The  virus  

genes  expressed  in  this  stage  are  those  that  are  encoding  structural  

elements  of  the  virus  particles  (basic  protein,  capsid  protein,  and  the  virus  

membrane  glycoprotein  (gp67))  (King  &  Possee,  1992).    The  transcription  of  

these  genes  begins  with  RNA  polymerase,  which  is  α-­‐  amanitin  resistant.  It  is  

prompted  in  the  late  infection  of  the  cells.    The  very  late  genes  are  

transcribed  when  the  virus  is  producing  occlusion  bodies  in  the  nucleus  of  

an  infected  cell  from  15  h  p.i.  onwards.  This  stage  includes  polyhedron  

protein,  which  helps  in  forming  the  matrix  of  the  occlusion  body  and  p10  

protein.  Further,  it  plays  the  role  in  the  production  of  polyhedra.  The  p10  

forms  crystalline  matrix  in  the  nucleus  of  the  infected  cells  is  also  associated  

with  formation  of  polyhedra.  

 

1.10  Insect  Cell  lines    The  cell  lines  that  are  used  in  baculovirus-­‐based  expression  studies  are  

usually  Sf21,  Sf9,  and  Trichoplusia  ni  (Tn).  The  two  cell  lines  (Sf21  and  Sf9)  

were  obtained  from  ovarian  cells  of  Spodoptera  frugiperda  –(fall  army  

worm)  (Haines  et  al.,  2006).  The  Trichoplusia  ni  (Tn)  were  obtained  from  

Page 26: Thesis- Final Sep 21-1

  14  

adult  tissues  of  cabbage  loopers  (Hink,  1970).    T.ni    is  a  very  important  pest  

in  agriculture  and  highly  similar  to  AcMNPV.  The  Sf-­‐9  cells  were  cloned  from  

Sf-­‐21  cells  to  provide  the  maximum-­‐production  of  Beta-­‐galactosidase  during  

the  process  of  baculovirus  expression.  The  cells  Sf21  or  Sf9  are  used  for  co-­‐

transection,  amplification  of  virus  and  in  plaque  assays  (Haines  et  al.,  2006).  

The  insect  cells  are  easier  to  maintain  when  compared  to  mammalian  cell.  

They  can  be  grown  in  either  a  shake  or  stirred  flask,  or  if  monolayer  needs  to  

be  maintained  T-­‐flasks  or  culture  dishes  can  be  used  easily  (Haines  et  al.,  

2006).  These  cell  culture  lines  do  not  require  a  CO2  incubator,  as  they  can  be  

easily  grown  at  25OC  to  30OC  temperature  (Haines  et  al.,  2006).      

 

1.11  Transfer  Vector    

There  are  many  transfer  plasmids  available  which  contain  different  

sequences  for  various  purposes  (Hitchman  et  al.,  2011).  One  of  the  main  

purposes  of  transfer  vector  is  to  allow  the  insertion  of  a  foreign  gene  of  a  

specific  promoter  gene.  The  transfer  vectors  are  composed  of    polyhedrin  or  

p10  very  late  promoters.  This  then  produces  high  concentration  virus  within  

the  infected  cells  (Possee  &  King,  2007).  After  the  insertion  into  the  virus  

genome,  the  two  genes  have  well  characterized  promoters  and  results  in  

high-­‐level  transcription  or  recombinant  sequence  (Possee  &  King,  2007).  

One  of  the  benefits  of  using  transfer  vector  is  that  it  is  easy  to  operate  in  

vitro.  It  is  also  simple  to  find  the  primary  genetic  structure  of  recombinant  

components  (Possee  &  King,  2007).  A  transfer  vector  is  combined  with  virus  

DNA  and  then  used  to  co-­‐transfect  insect  cells  to  develop  an  infection.  The  

infected  cells  with  a  virus,  face  the  occurrence  of  recombination  in  between  

homologous  sequences  in  the  plasmid  transfer  vector  and  virus  genome  

(Possee  &  King,  2007).  The  native  virus  gene  is  usually  discarded  in  the  

event  of  double  cross-­‐over  and  substituted  with  a  foreign  coding  region  

(Possee  &  King,  2007).    

 

 

 

Page 27: Thesis- Final Sep 21-1

  15  

1.12  Glycosylation      

The  N-­‐linked  glycosylation  takes  place  in  endoplasmic  reticulum  of  both  

insect  and  mamalian  cells.  In  insect  and  mammalian  cells,  N-­‐linked  

glycosylation  can  be  repressed  if  cells  are  treated  with  tunicamycin  (King  &  

Possee,  1992).  Eukaryotic  proteins  are  modified  by  adding  covalent  to  

carbohydrate  side  chains.  There  are  three  glycosylation  pathways  in  

eukaryotes:  N-­‐glycosylation,  O-­‐glycosylation,  and  O-­‐linked  N-­‐

actylglucosamine  (O-­‐GlcNAc).  Insect  cells  consists  of  all  these  three  

pathways  but  do  not  match  up  with  eukaryotes    (Jarvis,  1997).    Insect  cells  

contain  low  levels  of  fucose,  galactose  and  sialic  acid  transferases.  Thus,  

insect  cells  lack  the  ability  undertake  oligosaccharide  (King  &  Possee,  1992).  

The  recombinant  proteins  tend  to  be  sensitive  to  endo  H,  endo  F  and  N-­‐

glycanase,  which  is  responsible  in  removal  of  immature  oligosaccharides  

(King  &  Possee,  1992).    Abnormal  glycosylation  can  result  in  disease  and  

such  developmental  deficiency,  neuro  disorders  or  it  can  lead  to  serious  

tumors.  Therefore,  it  is  important  to  have  functional  glycoprotein  for  

analyses  and  medical  treatment  for  many  symptoms  (Morokuma,  et  al.,  

2015).  As  we  know  N-­‐linked  glycan  increases  the  protein  stability  and  also  

regulate  cell-­‐cell  and  protein-­‐protein  interactions  (Morokuma,  et  al.,  2015).  

Thus,  it  is  necessary  to  have  complex  linkage  of  glycoprotein  for  proper  

function  and  medical  treatment  of  many  diseases.  Up  until  today,  

mammalian  expression  system  is  used  to  produce  glycoproteins  even  when  

it  carries  many  disadvantages.  Those  disadvantages  could  be  such  as  high  

cost  and  low  productivity  (Morokuma,  et  al.,  2015).    The  proteins  retrieved  

from  insect  cells  are  paucimannosidic-­‐type  N-­‐glycan  therefore,  it  removes  

the  terminal  GlcNAc  of  hybrid  structures  (Morokuma,  et  al.,  2015).    

 

 

 

 

 

 

Page 28: Thesis- Final Sep 21-1

  16  

1.13  Selection  of  polyhedron-­‐negative  recombinant  baculoviruses  

1.13.1  BEVS-­‐  Baculovirus  Expression  Vector  System    

The  BEVS  consists  of  three  important  parts,  a  transfer  plasmid  with  gene  of  

interest  that  needs  to  be  transferred  into  the  virus  genome,  a  baculovirus  

vector  (AcMNPV)  and  insect  cell  line  (Sf9  or  Sf21)  (Hitchman  et  al.,  2011).    It  

usually  begins  with  cloning  of  a  preferred  gene  into  a  transfer  plasmid  

between  sequences  that  flank  the  polyhedrin  (polh)  locus  in  the  genome  of  

the  virus  (Hitchman  et  al.,  2011).  The  baculovirus  expression  vector  system  

(BEVS)-­‐  is  a  very  important  system.  It  has  high  expression  level  and    has  the  

capability  of  insertion  of  large  DNA  fragments,  glycosylation  modification,  

acylation,  phosphorylation  and  amidation    (Shu-­‐ffen  et  al.,  2012).  A  BEV  is  a  

double-­‐stranded  circular  DNA  genome,  that  has  been  genetically  modified  to  

contain  a  foreign  gene  of  interest.  They  are  also  capable  of  transferring  

foreign  genes  into  the  eukaryotic  host  cells.  Since  baculovirus  has  many  

interesting  features,  the  BEVS  is  used  not  only  for  protein  production  of  

interest  but  also  for  gene  therapy  and  surface  display    (Shu-­‐ffen  et  al.,  2012).    

Over  the  past  three  decades,  baculovirus  has  been  efficiently  used  in  

pharmaceutical  and  vaccine  production  (Shu-­‐ffen  et  al.,  2012).    The  BEV  

system  has  been  intensively  used  in  basic  research  for  the  production  of  

many  different  recombinant  proteins.  The  BEV  system  has  the  capability  to  

produce  a  large  quantity  of  foreign  proteins.  The  BEV  system  can  make  

perfect  foreign  proteins  as  it  has  the  ability  to  process  eukaryotic  protein  

products.  The  BEV  system  does  have  fewer  limitations  such  as  protein  to  

protein  variation  in  production.  Also,  the  glycoproteins  are  produced  in  low  

levels,  this  can  further  lead  to  unsuitable  clinical  uses  due  to  the  difference  

in  the  N-­‐linked  glycan  structure  among  insects  and  mammals.  (Morokuma,  

et  al.,  2015).    This  can  also  lead  to  a  low  production  of  recombinant  proteins  

such  as  membrane-­‐bound  and  secreted  glycoproteins  (Jarvis,  1997).      

Another  limitation  that  BEV  has  is  when  the  insect  cell  protein  processing  

pathway  are  not  identical  to  eukaryotes.  Thus,  it  leads  to  differentiation  in  

Page 29: Thesis- Final Sep 21-1

  17  

protein  production  compared  to  native  proteins  due  to  modifications  in  

covalent  bonds  (Jarvis,  1997).    

  One  of  the  properties  that  lead  to  the  production  of  baculoviruses  

expression  vectors  is  their  ability  to  produce  a  larger  quantity  of  polyhedrin  

during  infection.  The  production  of  the  BEV  can  be  done  by  replacing  a  polh  

gene  in  the  nucleotide  sequence  of  wild-­‐type  viral  genome  with  a  particular  

foreign  gene  of  interest.  This  then  allows  the  wild  type  to  be  distinguished  

due  to  its  phenotype  of  inability  to  produce  polyhedra.  It  also  leads  to  

isolation  and  expression  of  human  β-­‐interferon  or  even  Escherichia  coli  β-­‐

galactosidase  in  insect  cell  cultures  (Jarvis,  1997).  This  method  was  the  

original  way  of  producing  recombinant  baculoviruses,  but  it  was  quite  

difficult  for  non-­‐virologists.  But  the  new  methods  have  improved  such  

difficulties  with  systems  such  as  Bac-­‐toBac,  BacPAK6,  and  flashBAC.    The  

Bac-­‐to-­‐Bac  technology  depends  on  production  of  recombinant  baculovirus  

via  site-­‐specific  transposition  in  E.coli.  The  recombinant  virus  DNA  is  then  

purified  and  used  to  transfect  insect  cells  to  recover  infectious  virus  

particles.  The  BacPAK6  method  consists  of  AcMNPV  with  lacZ  insert  in  place  

of  the  polyhedrin  gene,  which  can  be  linearized  prior  to  cotranfection  of  

insect  cells  with  the  transfer  vector.  Recombinant  viruses  can  then  be  

recovered  at  high  frequency  (>95%).  The  flashBAC  system  is  similar  to  

BacPAK6,  but  it  doesn’t  require  linearization  to  use  and  it  is  also  fast  and  

easy.  These  systems  allow  production  of  larger  quantities  of  expression  

(Possee  &  King,    2007).    One  of  the  most  important  purposes  of  baculovirus  

systems  is  its  uses  to  produce  proteins  in  insect  cells.      

One  of  the  earliest  BEVS  had  been  based  on  polyhedra-­‐negative  

viruses,  their  polyhedrin  coding  region  was  replaced  with  a  foreign  gene  

inorder  to  produce  recombinant  baculovirus  (Hitchman  et  al.,  2012).    The  

expression  of  the  foreign  was  influenced  by  the  polyhedrin  promoter  

(Hitchman  et  al.,  2012).    Transfer  vectors  are  used  to  insert  foreign  gene  as  

the  baculovirus  genome  is  too  big  to  insert  the  foreign  gene  directly.  The  

recombinant  virus  genome  results  when  a  foreign  gene  is  inserted  into  the  

virus  genome  (Pennock  et  al,  1984).  This  produces  both  original  parental  

Page 30: Thesis- Final Sep 21-1

  18  

viruses  and  recombinat,  thus  plaque-­‐purification  is  necessary  to  separate  

the  two  but  this  process  can  be  time-­‐consuming  (Kitts  et  al.,  1990).  

 

1.13.2  Recombinant  Baculovirus  Production      

There  are  several  different  techniques  that  had  been  used  to  produce  

recombinant  baculoviruses  consisting  the  gene(s)  of  interest.  Some  of  these  

techniques  aim  to  produce  a  pure  recombined  virus  with  little  to  none  

recombinant  virus  as  possible.  These  techniques  use  transfer  vector  with  the  

gene  of  interest  with  control  of  many  promoters  in  baculovirus  genome.  The  

transfer  plasmid  consist  of  gene  of  interest  downstream  of  promoter  

sequence  and  is  flanked  with  complementary  sequence  to  baculovirus  

genome,  which  helps  recombination  of  the  promoter  gene  DNA  into  

unessential  region  of  the  baculovirus  (polyhedrin)  gene.    One  of  the  methods  

includes  the  use  of  bacteria  by  inserting  the  gene  of  interest  into  bacmid  

consisting  the  baculovirus  genome,  and  using  marker  gene  to  produce  

recombinant  baculovirus  (Lee  et  al.,  1993).    Another  method  uses  in-­‐vitro  

site  specific  transposition  to  insert  a  foreign  gene  and  eliminates  non-­‐

recombined  baculovirus  by  adding  negative  selection  marker  (Zhao  et  al,  

2003).      

 

1.13.3  The  BacPAK6  system    

As  the  original  method  of  purification  of  the  recombinant  virus  was  time  

consuming,  it  was  then  further  improved  with  linearized  baculovirus  

genomes  at  insert  site,  which  allowed  the  recovery  of  more  recombinants  as  

linearized  vectors  lacked  functional    Orf1629  (Kitts  &  Possee,  1993).  The  

orf1629  is  an  important  gene  that  is  involved  in  nuclear  actin  during  

baculovirus  infection  (M.  van  Oers,  2011).  In  the  BacPAK6  system,  orf1629  is  

restored  after  viral  genome  and  transfer  plasmid  are  recombined,  thus  

giving  90%  recombinantion  frequency  (M.  van  Oers,  2011).  The  BacPAK6  

system  deletes  polyhedrin  gene  with  the  lacZ  gene,  which  has  restriction  

enzymes    Bsu361  on  either  side  of  lacZ.  (Kitts  &  Possee,  1993).  Digestions  

Page 31: Thesis- Final Sep 21-1

  19  

with  Bsu361  removes    ORF1629  and  lacZ  gene,  causing  linear  virus  DNA  

that  is  not  capable  of  replication  with  insect  cells  (Kitts  &  Possee,  1993).  The  

co-­‐transfection  with  Bsu361,  re-­‐circularises  the  virus  DNA    by  replacing  

orf1629.  The  restoration  of  orf1629  allows  replication  in  insect  cells  and  

constructing  high  frequency  production  of  recombinant  viruses  (Kitts  &  

Possee,  1993;  Haines,  Possee,  &  King,  2006).  Eventhough  addition  of  Bsu361  

sites  in  BacPAK6  increases  recovery  of  recombinants  the  Bsu361  digestion  is  

not  100  efficient  and  will  always  have  mixture  of  parental  and  recombinant  

virus  (Possee,  &  King,  2006).    

 Figure  1.7.  A.  DNA  containing  Escherichia  coli  (E.  coli)  lacZ  inserted  at  polh  locus.  B.  Digestion  of  viral  DNA  removes  lacZ  and  partially  deletes  orf1629-­‐coding  region  C.    Cotransfection    and  insertion  of  foreign  gene  into  the  virus  DNA  and  restoration  of  orf1629  and  recircularization  of  DNA  thus  permitting  replication  within  insect  cells.  D.  Plaque  assay  is  used  to  isolate  recombinant  virus  (Possee,  &  King,  2006).  

 

1.13.4  Bac-­‐to  Bac®    

The  Bac-­‐to-­‐Bac  Baclovirus  Expression  System  represents  an  efficient  way  to  

make  recombinant  baculoviruses.  The  advantage  is  that  recombinant  

baculovirus  can  be  obtained  fairly  quickly  in  7-­‐19  days  (Anderson,  et  al.,  

Page 32: Thesis- Final Sep 21-1

  20  

1996).  This  system  does  not  require  separation  and  purification  of  

recombinant  viruses  by  using  plaque  –assay  (Anderson,  et  al.,  1996).  The  

vector  of  this  system  contains  kanamycin  resistance  gene  and  lacZa  

(Anderson,  et  al.,  1996).    The  Bac-­‐to-­‐Bac  Baculovirus  expression  System  has  

site  specified  transposition  properties  of  the  Tn7  transposon.  This  aspect  

makes  it  easier  to  generate  recombinant  bacmid  DNA.  The  transposition  

connection  does  not  interfere  with  the  functions  of  the  gene  (Anderson,  et  

al.,  1996).    This  plasmid  is  designed  to  form  blue  colonies  as  bacmid  is  

propagated  in  E.  coli    on  differentiation  medium  with  kanamcycin,  X-­‐gal  and  

IPTG.  The  recombinant  bacmid-­‐containing  colonies  can  be  isolated  by  

plating  them  on  a  selective  media  (Anderson,  et  al.,  1996).    The  bacmid  

recombinant  DNA  is  isolated  by  alkaline  lysis  procedure  from  the  E.coli  cells.  

Thereafter,  the  obtained  DNA  is  then  used  to  transfect  insect  cells  and  this  

does  not  require  any  further  selection  before  virus  amplification  (Anderson,  

et  al.,  1996).    

 

1.13.5  flashBACTM    

 The  flashBac  is  a  new  technique  developed  by  Oxford  Brookes  University,  

which  is  sold  by  Oxford  Expression  Technologies  (Hitchman  et  al.,  2011).  

Essentially,  flashBAC  comprises  a  copy  of  the  AcMNPV  genome  with  a  partial  

deletion  of  ORF1629,  which  is  amplified  in  bacterial  cells.  This  DNA  cannot  

replicate  and  produce  infectious  virus  in  insect  cells  unless  it  is  

cotransfected  with  a  plasmid  transfer  vector  containing  the  complete  

ORF1629  gene.  The  flashBAC  technology  is  one  of  the  best  platforms  to  be  

used.  It  does  not  require  selection  pressure  to  separate  recombinant  virus  

from  the  non-­‐recombinant  parental  virus  (Hitchman  et  al.,  2011).  This  

system  is  dependent  on  homologous  recombinant  of  insect  cells  and  transfer  

plasmids.  The  flashBAC  provides  many  advantages  to  the  existing  

baculovirus  expression  vector  system  (Hitchman  et  al.,  2011).  This  

technology  allows  the  user  to  skip  the  necessity  which  required  carrying  out  

plaque-­‐purification  (Hitchman  et  al.,  2011).  The  gene  deletion  restrains  

virus  replication  in  the  insect  cells,  but  BAC  permits  the  viral  DNA  for  the  

Page 33: Thesis- Final Sep 21-1

  21  

propagation  of  bacterial  genome  (Hitchman  et  al.,  2011).  In  addition,  the  

bacterial  circular  DNA  is  isolated  by  lysis  and  purification  by  making  use  of  

flashBACTM  Kit  and  the  DNA  is  ready  for  use  in  co-­‐transfection  (Hitchman  et  

al.,  2011).  Genes  under  the  control  of  any  promoter  can  be  expressed  

provided  that  the  ORF1629  deletion  is  rescued(Fig.  3).    The  recombinant  

parent  virus  is  not  required  as  the  parental  viruses  propagate  in  the  insect  

cell  lines.    

The  flashBAC  DNA  system  is  as  simple  as  BacPAK6  system,  when  

making  recombinant  viruses  in  insect  cells  and  removal  of  the  step  of  plaque  

purification  is  one  of  the  concerns.    The  flashBAC  also  enhances  the  protein  

secretion  and  membrane  proteins  (Hitchman  et  al.,  2011).  The  removal  of    

chitinase  from  flashBAC  has  improved  the  secretory  pathway  and  produces  

great  yield  of  recombinant  proteins  (up  to  60  folds)  which  is  secreted  

(Hitchman  et  al.,  2011).  

 Figure  1.8.  The  flashBAC  baculovirus  expression  system  used  for  production  of  recombinant  baculoviruses.    A.)  Shows  the  deleted  genes.  B.)  Containment  of  gene,  insert,  lef2,  and  orf1629  gene  in  transfer  vector.  C.)  Recombinant  virus  with  repaired  orf1629  gene  (Rohrmann,  2013).      

1.14  Multiplicity  of  Infection      

The  virus  multiplicity  of  infection  (MOI)  describes  the  infectious  virus  

particle  ratio  to  the  quantity  of  cells  in  the  culture  (Kool  et  al.,  1991).    It  can  

be  used  to  estimate  the  amount  of  cells  infected  by  the  viruses  (Kool  et  al.,  

Page 34: Thesis- Final Sep 21-1

  22  

1991).    A  high  MOI  is  needed  to  achieve  synchronous  infection  of  the  cells,  

which  usually  range  between  5-­‐10  pfu/cell,  but  when  the  MOI  is  low  only  a  

part  of  the  cell  population  is  infected  (Kool  et  al.,  1991).      The  use  of  high  

MOIs  is  used  for  quick  determination  of  the  protein  production  in  a  small  

scale  (Kool  et  al.,  1991).  On  the  other  hand,  it  becomes  difficult  on  a  larger  

scale  as  producing  high  multiplicities  of  infection  tends  to  be  a  problem.  It  

becomes  a  problem  as  a  larger  quantity  of  virus  is  needed  and  it  becomes  

unrealistic.  In  the  past  studies,  it  has  been  noted  that  defective  particles  

form  during  the  passage  of  baculovirus,  as  a  result  to  loss  of  partial  genome  

(Kool  et  al.,  1991).  This  then  grows  in  cell  culture  and  causes  decrease  in  

protein  production.  Rather  this  can  be  avoided  with  the  production  of  

baculoviruses  infected  with  low  multiplicities  (Zwart  et  al.,  2008).    

Those  cells  that  are  infected  with  low  multiplicities  of  infection  tend  

to  only  affect  small  proportion  of  cells.  Later,  they  spread  the  virus  to  other  

cells  in  the  culture  (Radford  et  al.,  1997).  In  addition  the  non-­‐infected  cells  

continue  to  divide,  thus  low  MOI  system  cannot  be  predicted  easily  (Wong  et  

al.,  1996).    Another  tactics  that  can  play  a  role  towards  predictability  of  low  

MOI  infection  is  the  sensitivity  to  conditions  such  as  cell  density  and  virus  

titers.  It  can  produce  improper  quantification  for  baculovirus  titration  

(Radford  et  al.,  1997).      

In  low  MOI  if  time  is  not  reduced  while  attempting  to  increase  

protein  production  then  the  proteolytic  degradation  of  the  proteins  take  

place  which  can  be  problemetic  in  low  MOI  infection  (Radford  et  al.,  1997;  

Wong  et  al.,  1996).    The  low  MOI  infection  also  carry  the  risk  of  having  high  

cell  density.  This  leads  to  nutrient  depletion  and  causes  decrease  in  

production  (Radford  et  al.,  1997).      If  cell  density  and  time  of  infection  is  

taken  care  of  then  the  use  of  low  MOI  becomes  possible.  It  also  requires  

appropriate  baculovirus  titers  as  inaccurate  MOI  can  cause  cells  to  die  

immediately  (Radford  et  al.,  1997;  Wong  et  al.,  1996).  Other  factors  that  lead  

to  low  production  can  be  due  to  inaccurate  cell  density,  or  inaccurate  cell  

number  to  be  infected.  This  aspect    can  either  lead  to  high  cell  density  and  

low  protein  production  as  well  (Licari  &  Bailey,  1991).    In  previous  studies,  

Page 35: Thesis- Final Sep 21-1

  23  

it  has  been  noted  that  if  cells  are  infected  in  early  exponential  phase,  there  is  

no  significant  correlation  to  MOI.  But  if  cells  are  infected  in  the  last  

exponential  phase,  then  there  must  have  been  significant  correlation  to  MOI,  

resulting  in  high  yield  (Wong  et  al.,  1996).    If  the  cell  density,  time  of  

infection,  and  MOI  are  taken  in  careful  consideration,  then  the  low  MOI  can  

also  produce  proteins  equal  to  those  with  high  MOI  (Radford  et  al.,  1997;  

Wong  et  al.,  1996).    

The  lower  MOIs  tend  to  infect  only  the  portion  of  the  cell  while  the  

remainder  grow  uninfected.  The  cells  may  have  a  high  yield  instead  of  the  

cell  density,  when  the  uninfected  cells  and  their  progeny  get  infected  in  

secondary  infection.  Further,  the    secondary  infection  will  lead  to  release  of  

progeny  virus.    Thus,  to  obtain  high  production,  cells  should  be  infected  at  

low  cell  density  lower  than  cell  yield.    

1.15  Serial  Passaging  

  Baculovirus  go  through  genetic  variation  during  passaging  in  a  

bioreactor  to  produce  few  polyhedra  and  defective  interfering  particle  (DIP)  

(Giri  et  al.,  2012).    Due  to  the  cumulation  of  the  mutants  it  results  in  a  

decrease  in  production  of  polyhedra  thus  reduces  the  virulence  leading  to  

being  inefficient  at  being  biopesticide  (Giri  et  al.,  2012).  In  previous  studies  

passaging  effect  has  been  found  to  be  a  problem  in  development  of  large-­‐

scale  batch  of  recombinant  proteins/vaccines  with  the  use  of  baculovirus  

expression  vector  system  (BEVS),  as  mutants  tend  to  pile  up  after  a  few  

passages  to  produce  necessary  baculovirus  stock  (Giri  et  al.,  2012).    

Mutation  can  occur  in  passaged  viruses  for  many  reasons,  such  as:  deletion  

of  the  gene  fragment,  point  mutations,  frame  shift  mutations,  insertions  of  

transposonmediated  host  cell  and  viral  genome  sequencing  (Giri  et  al.,  

2012).  The  virus  variants  can  also  cause  virus  titers  to  drop  drastically,  in  

addition,  virus  variants  with  a  large  number  of  deletions  have  been  found  

among  many  virus  families  (Zwart  et  al.,  2013).    The  DIP  mutants  are  

deletion  mutant  viruses  that  take  place  during  passaging  and  usually  

compete  for  growth  with  normal  wild-­‐type  virus.  A  decrease  in  recombinant  

Page 36: Thesis- Final Sep 21-1

  24  

protein  production  is  usually  due  to  DIP  mutants  as  they  lack  foreign  gene  of  

interest  or  genes  that  are  involved  in  very  late  gene  expression  (Giri  et  al.,  

2012).  In  particular,  AcMNPV  DIPs  arise  very  quick  in  cell  culture,  usually  

two  passages,  and  they  tend  to  become  diverse  in  the  late  passages  (Zwart  et  

al.,  2013).  It  is  suggested  from  observations  of  previous  studies,  a  possible  

reason  for  genome  deletion  can  be  due  to  recombination  between  any  two  of  

the  eight  homologous  repeat  regions  in  the  AcMNPV  genome  (Giri  et  al.,  

2012).  Defective  interfering  (DI)  viruses  replicate  at  much  faster  pace  due  to  

small  genome  size  than  viruses  that  have  the  full-­‐length  genome  (Zwart  et  

al.,  2013).    They  can  also  develop  a  better  way  to  compete  with  helper  

viruses,  for  example,  accumulation  of  origins  of  DNA  with  a  single  genome.  

However,  DI  viruses  are  unable  to  replicate  as  they  do  not  carry  the  essential  

genes  to  do  so,  therefore  DI  viruses  must  co-­‐infect  a  cell  with  helper  virus  for  

it  to  replicate  (Zwart  et  al.,  2013).  Upon  passaging  cell  culture,  few-­‐

polyhedra  (FP)  mutants  are  found  to  have  decrease  infectivity  with  reduced  

yield  of  occluded  virus  (polyhedra).  FP  mutations  usually  occur  due  to  

transposon  insertion  in  fp25k  gene,  which  leads  to  decrease  FP25K  protein  

synthesis  (Giri  et  al.,  2010).    Due  to  repeat  passaging  baculoviruses  can  have  

mutant  accumation  in  cell  cultures.  Also,  polyhedra  yield  and  virus  number  

also  decreased  due  to  few-­‐polyhedra  (FP)  and  defective  interfering  particle  

(DIP)  (Giri  et  al.,  2010).    For  large-­‐scale  production  it  is  necessary  to  come  

over  mutations,  thus  will  enable  them  to  be  cost  effective.  FP  mutants  occur  

due  to  low  amount  of  cells  containing  polyhedron.  Most  of  the  FP  can  disrupt  

the  FP25K  protein  sysnthesis  by  placing  host  cell  DNA  into  a  various  region  

of  the  baculovirus  genome  (Giri  et  al.,  2010).    In  previous  studies  it  has  been  

found,  that  deletion  or  insertion  of  fp25k  gene  can  lead  to  increase  of  BV  

production,  increase  in  BV  structural  proteins  (GP64,  BV  E-­‐26  and  VP9),  

decrease  in  occluded  virus  proteins,  decrease  in  liquefacation  of  the  larval  

host,  decrease  in  E66  protein,  and  production  of  deviant  virions  morphology  

(Giri  et  al.,  2010).  Thus,  fp25k  gene  mutation  can  take  place  during  passaging  

of  the  viruses  and  can  decrease  the  production  of  polyhedra  and  ODV  in  

continuous  cells    

Page 37: Thesis- Final Sep 21-1

  25  

Aim  of  this  project    

The  aim  of  this  research  thesis  is  to  distinguish  the  populations  of  parental  

and  recombinant  baculoviruses  generated  after  using  the  flashBAC  system  

and  their  subsequent  passage  at  high  and  low  MOIs.  The  research  will  follow  

cotransfection  of  Sf9  insect  cells  by  making  use  of  flashBAC  DNA  and  a  

number  of  different  plasmid  transfer  vectors.  The  population  of  the  virus  

will  be  monitored  for  five  passages  at  both  low  and  high  multiplication  of  

infection  (moi).  The  low  moi  will  be  at  0.1  plaque-­‐forming  unit/per  cell  to  

infect  cultures  with  virus.  On  the  other  hand  the  high  (moi)  will  be  set  at  5  

pfu/cell.    

The  viruses  will  then  be  passaged  in  cell  culture  containing  sufficient  

amount  of  volume.  From  these  volumes  the  virus  particles  will  be  

concentrated.  Thereafter  the  DNA  extraction  will  then  be  used  for  extended  

analysis.  In  addition,  the  polymerase  chain  reaction  (PCR)  which  had  a  

foreign  gene  inserted  in  it,  will  be  used  to  identify  the  structure  of  the  virus  

genomes.    Using  agarose  gel  the  PCR  products  will  be  analyzed.  These  five  

passages  will  help  determine  whether  the  change  in  ratio  occurred  among  

the  virus.  The  results  from  this  study  will  provide  us  with  knowledge  to  

determine,  if  the  baculovirus  expression  vectors  have  genetic  instability.  

Further  it  will  help  in  understanding  if  it  impacts  the  yield  of  the  protein.  

This  factor  is  important  for  commercial  use,  as  virus  recombinant  is  used  on  

long-­‐term  basis.  This  is  also  considered  as  the  source  of  protein  for  vaccine  

production  or  diagnostics.    

                       

Page 38: Thesis- Final Sep 21-1

  26  

Chapter  2  -­‐Materials  and  Methods  

 

2.1  Materials    The  procedures  described  below  are  those  that  have  been  used  to  for  all  the  

work  in  this  thesis.    

2.1.1  Plasmids    R.D.  Possee  provided  the  following  plasmids  that  were  used  in  this  thesis.    

 

Table  2.1  Plasmid  Transfer  Vectors  

Plasmids   Ng/ul   PCR  primers  

pAcRP23.lacZ   125.5  ng/ul   RDP  213  1/214  2  

pAcUK   108        ng/ul   RDP  213/214  

pOET6.  NaV1.4   84.0      ng/ul   RDP7433/214  

pAcHANA   1430    ng/ul   RDP  213/214  1. TGAGACGCACAAACTAATATCACAAAC    2. ATACGTACAACAATTFTCTGTAAAAC  3. TAATACGACTCACTATAGG  

 

2.2  Preparation  of  bacterial  cells  and  extraction  of  plasmid  DNA    

Two  universal  tubes  were  setup  containing  4  ml  Luria  Broth  with  ampicillin  

(100ug/ml),  and  bacteria  from  a  single  colony  from  a  fresh  plate  of  E.coli  

containing  pAcRP23-­‐lacZ  (Possee  &  Howard,  1987).  The  culture  was  

incubated  overnight  at  27OC  with  shaking  (200rpm).  The  plasmid  DNA  was  

then  purified  with  the  use  of  QIAprep  Spin  Miniprep  Kit,  QIAGEN  Plasmid  

Midi  Kit.  The  procedure  used  as  described  in  the  supplier’s  protocol.    

 

 

 

 

Page 39: Thesis- Final Sep 21-1

  27  

 

Table  2.2:    Viruses  used  in  this  experiment  

Virus   Source  

AcHANA   Prepared  in  this  study    

AcUK   Prepared  in  this  study  

AcRP23.lacZ   Prepared  in  this  study  

AcNaV1.4   Prepared  in  this  study  

Control  AcMNPV     R.D.  Possee  

Control  AcRP23.  lacZ   R.D.  Possee  

 

2.3  Insect  cells  and  Viruses    

Spodoptera  frugiperda    (Sf9)  and  Spodoptera  frugiperda  21  (Sf21)  insect  cells  

were  provided  by  R.D.  Possee.  The  Sf9  cells  were  maintained  in  ESF  921  

Serum-­‐free  insect  express  in  Erlenmeyer  flask  at  a  temperature  of  28OC  on  

shaker  rotation  at  130rpm.  The  Sf21  cells  were  propagated  in  TC100  

medium  with  the  addition  of  10%  foetal  calf  serum  (FCS).    The  cell  cultures  

were  seeded  at  a  density  of  1x106  cells/ml  and  were  infected  with  viruses:    

AcRP23.lacZ,  AcUK,  AcHANA,  AcNaV1.4,  ACMNPV  C6  to  make  working  virus  

stocks.    

 

2.4  Cotransfection  of  insect  cells  with  flashBAC  and  plasmid  transfer  vector  DNA    

The  35  mm  petri  dishes  were  seeded  with  Sf9  insect  cells  in  a  monolayer  

(1X106cells/dish)  with  1  ml  volume  of  the  medium.  The  petri  dishes  were  

then  left  at  28oC  for  1  hour.  Then  100μl  of  medium  was  dispensed  into  the  

screw  cap  plastic  bijou  with  added  flashBAC  DNA  100  ng  (5  μl)  per  co-­‐

transfection  [20ng/μl],  and  plasmid  DNA  (500ng)  was  also  added.  In  

addition  to  the  DNA/medium  mix,  1.2μl  TransIT  transfection  reagent  was  

also  added  and  mixed  gently  by  shaking.  The  bijous  were  then  left  to  

incubate  at  room  temperature  for  15-­‐30  minutes.  The  mixture  was  then  

Page 40: Thesis- Final Sep 21-1

  28  

added  to  the  35  mm  petri  dish  drop  wise  and  was  left  to  incubate  over  night  

at  28oC.    1  ml  of  fresh  medium  was  added  the  next  day  to  each  dish  and  they  

were  incubated  for  4  days  at  28oC.  The  medium  was  removed  and  stored  at  

4oC  and  1ml  fresh  medium  was  then  added  to  each  dish.  5μl  of  X-­‐gal  was  

added  to  the  medium  that  contained  the  transfer  vector  lacZ  gene  and  was  

incubated  at  28oC  and  observed  after  one  hour.  The  cells  developed  blue  

colour  due  to  beta-­‐galactosidase  produced  by  the  virus-­‐infected  cells.    

 

2.5  Virus  Stock    

The  virus  stocks  were  made  in  Sf9  cells  by  seeding  the  cells  at  the  density  of  

5.0X106  cells/  15ml  in  tissue  culture  flasks  and  they  were  left  overnight  in  

the  incubator  at  28OC.  The  flasks  were  then  infected  with  the  virus  at  a  

multiplicity  of  infection  (MOI)  of  0.1  pfu/cell.  The  cells  were  harvested  

approximately  4  days  post  infection  (dpi).  The  cells  were  centrifuged  at  

2,000  rpm  for  20  minutes  at  4OC  (Ty-­‐JS  4.2  rotor,  J6-­‐MI  Beckman  centrifuge).    

The  supernatant  was  collected  into  a  sterile  Universal  tube  and  stored  at  

4OC.  

 

2.6  Testing  presence  of  foreign  gene  in  virus  Stock      

This  method  was  used  prior  to  setting  up  serial  passaging  to  test  the  

presence  of  the  gene  in  the  virus.  This  was  done  by  seeding  Sf21  cells  at  the  

density  of  1.0x106  cells  in  35mm  petri  dish.    The  plates  were  then  left  to  

incubate  for  2  hour  at  28OC,  which  allowed  the  cells  to  adhere  to  the  petri  

dishes.  The  cells  were  then  inoculated  with  200μl  of  the  virus  from  the  virus  

stock.  After  the  infection  the  dishes  were  incubated  at  room  temperature  for  

1  hour.  After  the  incubation,  the  virus  was  removed  and  1  ml  of  Sf21  cells  

was  added.    The  petri  dishes  were  then  left  to  incubate  at  28oC  for  4  days.  

After  4  days  of  incubation,  the  virus  cells  were  harvested.  The  cells  were  

scraped  from  each  petri  dish  by  using  pipette  tip.  The  scraped  cells  were  

moved  into  1.5  ml  microcentrifuge  tubes      from  each  petri  dish  and  were  

Page 41: Thesis- Final Sep 21-1

  29  

centrifuged  for  2  minutes  at  14,800  RPM.  The  supernatant  was  carefully  

removed  and  the  pellet  formed  was  saved  in  1  ml  PBS.  The  DNA  purification  

was  done  using  DNAeasy  Blood  &  Tissue  Kit  as  the  methods  described  

below.    

 

2.7  Template  formation  with  the  use  of  Kit  to  test  the  presence  of  the  gene  in  the  virus    

 The  virus  cell  DNA  was  extracted  with  the  DNeasy  Blood  &  Tissue  Kit  

(QIAGEN,  Mississauga,  ON,  Canada).  The  genetic  material  from  200μl  of  virus  

stock  was  purified  as  indicated  in  the  manufacturer’s  protocols.  The  pelleted  

virus  was  re-­‐suspended  in  200μl  PBS  and  20μl  proteinase  K  solution  was  

added.  Since  the  requirement  of  the  RNA-­‐free  genomic  DNA  was  required,  

4μl  of  RNase  A  (100mg/ml)  was  added  and  mixed  by  vortexing  after  it  was  

incubated  for  2  minutes  at  room  temperature.  200μl  Buffer  Al  was  added  

and  mixed  thoroughly  by  vortexing  and  incubated  at  56OC  for  10  min.  200  μl  

absolute  ethanol  was  added  to  the  sample  and  was  vortexed  thoroughly.  The  

solution  was  then  moved  into  the  2  ml  DNeasy  Mini  spin  column  and  

centrifuged  at  8000  rpm  for  1  minute.    The  flow-­‐through  was  then  

discarded.  This  step  was  then  repeated  with  the  addition  of  500μl  of  buffer  

AW1  and  500μl  AW2,  followed  by  the  centrifugation  of  the  column  at  14,000  

rpm  for  3  minutes  to  dry  the  DNeasy  membrane.  The  DNeasy  mini  spin  was  

then  placed  in  sterile  1.5  ml  micro  centrifuge  tube,  which  was  used  to  collect  

the  DNA  by  adding  100  μl  of  AE  buffer  and  centrifuging  at  8000  rpm  for  1  

minute.  The  DNA  concentration  was  then  determined  by  placing  3  μl  of  the  

DNA  on  Nanovue  Spectrophotometer.  The  PCR  analysis  was  done  as  

described  below  in  section  2.13.  After  agarose  gel  electrophoresis  was  

performed  as  described  below  in  section  2.14  to  observe  the  bands  for  

success  of  co-­‐transfection.    

 

 

 

 

Page 42: Thesis- Final Sep 21-1

  30  

2.8  Serial  Passaging  

 Serial  passaging  at  low  and  high  MOI  T-­‐25  flasks  were  seeded  with  Sf9  cells  

in  5ml  medium.  The  6  viruses  were  passaged  at  both  low  and  high  

multiplicity  of  Infection  (0.1  and  5).  The  cells  were  setup  at  1x106  density  in  

T-­‐25  flask  medium  and  left  to  incubate  over  night.  The  cells  were  then  

infected  24hours  later.  Duplicate  flasks  were  infected  with  virus  using  a  high  

MOI  (150μl  of  the  stock)  or  low  MOI  (3μl  of  a  1:20  dilution  of  the  sock).    

 

2.9  Harvesting  of  virus  DNA    

The  T-­‐25  flasks  containing  the  cells  were  slammed  against  the  flat  surface  to  

loosen  the  infected  cells.    The  cells  were  harvested  from  the  T-­‐25  flask  and  

then  transferred  into  the  universal  tube  to  centrifuge  at  2,000  rpm  for  20  

minutes  at  4OC.  The  supernatant  was  carefully  removed  and  placed  into  a  

sterile  bijou.  The  pellet  was  re-­‐suspended  in  1ml  PBS  and  placed  in  a  2ml  

tube  and  stored  at  -­‐20OC.  

 

2.10  Virus  Stock  Titration    The  virus  stock  was  titrated  by  using  the  plaque  assay  technique  (King  &  Possee,  1992).    

2.10.1  Plaque  assay    

Sf21  cells  were  seeded  at  the  density  of  0.4x106  cells  in  a  plate  consisting  of  

12  wells.  The  plate  was  then  left  to  incubate  for  1  hour  at  28OC,  which  

allowed  the  cells  to  adhere  to  each  well.  Serial  dilutions  were  set  up  for  each  

virus  stock  to  be  titrated  in  TC100/10%FBS  media  from  10-­‐1  to  10-­‐7.  The  

medium  was  then  removed  from  one  plate  at  a  time  and  replaced  with  100μl  

of  the  appropriate  virus  dilution  for  1  hour  at  room  temperature  on  a  

rocking  platform.  After  the  incubation,  the  virus  was  then  removed  and  1  ml  

of  overlay  was  placed  (2%  low-­‐temperature  agarose).  The  overlay  was  left  

Page 43: Thesis- Final Sep 21-1

  31  

to  set  at  room  temperature,  and  additional  1  ml  of  TC100/10%FCS  media  

was  then  added  to  each  dish,  which  was  then  left  to  incubate  for  5  days  at  

28OC.  After  4  days  of  incubation,  the  liquid  overlay  was  removed  and  each  

dish  was  stained  with  neutral  red  dye  diluted  in  PBS.  The  stain  was  removed  

after  24  hours  and  the  plates  dried  on  tissue  paper.  Plaques  were  counted  

over  the  light  box.  The  equation  used  for  calculating  the  virus  titer  pfu/mL  is  

as  follows:  

Virus  titer  =  ! !(!!)!

 

The  P  represents  the  number  of  plaques  counted  and  average  of  two  wells.  D  

is  the  dilution  of  virus  in  the  well  from  which  the  plaques  are  counted.  V  is  

the  volume  of  virus  added  to  that  well.    

 

2.11  Purification  of  virus  DNA      

1.5ml  harvested  supernatant  from  each  T-­‐25  flask  was  pelleted  by  

centrifugation  at  14,800rpm  for  30  minutes.  The  supernatant  was  removed  

and  1  ml  TE  buffer  was  added  and  again  centrifuged  at  14,800rpm  for  15  

minutes.  The  supernatant  was  removed  and  50μl  of  TE  buffer  was  added  to  

cover  the  pallet  and  was  left  to  incubate  for  1  hour  at  4OC.  The  samples  were  

then  lysed  after  1-­‐hour  incubation  by  placing  5μl  of  sample  and  16μl  of  lysis  

buffer  (microlysis-­‐plus)  into  PCR  tubes.  The  Agilent  technology  sure  cycle  

8800  was  used  to  do  the  lysing.  The  lysing  conditions  were:  96OC-­‐2  minutes,  

65OC  4  minutes,  96OC  1  minute,  65OC-­‐  1  minute,  96OC-­‐30seconds.    

 

2.12  PCR  analysis      

Further  analysis  of  co-­‐transfection  was  carried  out  using  PCR  amplification  

of  the  gene  that  was  inserted  into  the  genome.  The  Agilent  technology  sure  

cycle  8800  and  PCR  Reagent  System  kit  were  used.  The  primers  from  

Eurofins  MWG  Operon,  RDP  213c  and  RDP  214c  were  used  to  detect  the  

polyhedron  gene  in  the  recombinant  flashBAC  genome.  The  sequence  for  

RDP  213c  follows  5’  TGA  GAC  GCA  CAA  ACT  AAT  ATC  ACA  AAC3’,  and  RDP  

Page 44: Thesis- Final Sep 21-1

  32  

214c  follows,  5’  ATA  CGT  ACA  ACA  ATT  FTC  TGT  AAA  AC3’.  The  reaction  

mixture  was  prepared  with  2.5μl  NH4  buffer,  1.25μl  50mM  MgCl2,  0.125μl  

100mM  dNTPs,  19.4μl  dI  water,  5μl  template,  0.25  μl  Taq,  0.25μl  primer  1  

(213)-­‐  (100pM/μl),  0.25μl  primer  2  (214)  –  (100pM/μl).  The  primers  that  

were  used  were  specific  for  target  sequences.  The  amplification  conditions  

were:  95OC  for  denaturing,  annealing,  followed  by  25  cycles,  Extension  set  at  

72OC  for  4  minutes.  

2.13  Agarose  gel  electrophoresis    

The  high-­‐temperature  agarose  gel  was  made  at  1%.  and  was  submerged  in  

gel  tanks  containing  1x  TAE  (Tris-­‐acetate  40mM,  EDTA  1  mM)  buffer,  

containing  ethidium  bromide.  The  electrophoresis  was  run  at  75volts  for  

about  1-­‐2  hours  as  needed.  After,  gel  electrophoresis  the  DNA  was  observed  

using  UV  transilluminator  (Syngene  Bio  imaging  Ltd).    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 45: Thesis- Final Sep 21-1

  33  

 Chapter  3  –  Results  

 

3.1  Viruses    The  six  viruses  that  were  used  in  this  study  were:  AcRP23.lacZ,  AcUK,  

AcOET6.NaV1.4,  AcHANA,  AcMNPV,  LacZ.AcRP23.  The  virus  AcHANA  

consists  of  two  glycoproteins  of  influenza  A  virus:  hemagglutinin  (HA)  and  

neuraminidase  (NA).  Influenza  HA  is  a  surface  glycoprotein  that  mediates  

virus  attachment  and  uptake  into  host  cells;  NA  is  a  virus  surface  

glycoprotein  that  enables  detachment  of  the  mature  virus  particle  from  cells  

after  it  has  budded  from  the  cell  plasma  membrane  (Thaa  et  al.,  2010).  The  

virus  AcUK  contains  the  gene  urokinase,  which  encodes  serine  protease  that  

helps  degrades  extracellular  matrix  and  migration  of  tumor  cells  (Database,  

2015).  The  AcRP23.lacZ  virus  contain  beta-­‐galactosidase.  It  is  usually  used  

as  a  reporter  to  monitor  the  strength  of  promoter  gene.  It  serves  as  the  

control  during  the  transient  transfection  experiment  (Smale,  2010).    The  

virus  AcOET6.NaV1.4  has  the  gene  Nav1.4,  which  is  a  voltage-­‐gated  sodium  

channel,  which  is  responsible  for  action  in  muscles  and  neurons  (Database,  

2015).  The  flashBAC  DNA  was  mixed  with  each  transfer  vector  as  described  

in  methods  (2.4)  after  incubation  of  5  days  the  cell  media  was  harvested.  

The  infectious  virus  was  titrated  using  a  plaque  assay  as  described  in  

methods  (2.10)  (Figure  3.3)(Table  3.2).  

 

The  PCR  analysis  was  performed  on  recombinant  genes  prior  to  

passaging  of  the  virus  using  the  DNA  concentration  (Table  3.1)  to  test  the  

presence  of  the  gene  (Figure  3.1).  The  viruses  have  been  passaged  for  5  

times  in  Sf9  cells.  The  results  are  presented  in  Figures  3.4  to  3.9.  The  cell  

DNA  extracted  from  supernatants  of  each  passage  was  amplified  using  PCR.  

The  analysis  focused  on  both  high  and  low  multiplicity  (0.1  and  5)  pfu.  The  

PCR  products  were  then  analyzed  with  the  use  of  1%  agarose  gel  

electrophoresis.  The  primers  were  all  the  same  for  all  viruses  (RDP  213  and  

214),  except  for  AcOET6NaV1.4,  which  used  RDP  743  as  its  forward  primer  

and  RDP  214  as  its  backward  primer  as  indicated  in  methods  section  2.1.1.  

Page 46: Thesis- Final Sep 21-1

  34  

The  results  collected  in  this  study  will  help  determine  whether  the  

baculovirus  expression  vectors  used  in  this  study  have  genetic  instability.  It  

will  also  help  us  determine  the  protein  yield,  as  it  is  a  necessary  factor  for  

commercial  use.    

 

                     

A  

Page 47: Thesis- Final Sep 21-1

  35  

         

                   

                                                 

Figure  3.1.  A.  PCR  analysis  of  the  recombinant  genes.  B.  A  plasmid  map  of  pAcRP23.lacZ  C.  A  plasmid  map  of  pOET6NaV1.4.        

B  

C  

Page 48: Thesis- Final Sep 21-1

  36  

The  PCR  analysis  of  the  recombinant  genes  (Figure  3.1),  shows  various  sizes  

for  each  gene.  The  pAcHANA  (Weyer  and  Possee,  1991)  has  a  band  at  

5000bp  and  pOET6.NaV1.4  (RD  Possee,  pers.  Comm.)  has  a  band  at  6000bp.  

The  band  for  pAcUK  is  prominent  at  2000bp,  while  the  bands  for  

AcRP23.lacZ,  pACRP23  (lan2  6  and  lane  7)  is  visible  at  5000bp.  The  plasmid  

map  of  pAcRP23.lacZ  (Figure  3.1A),  indicates  the  location  of  binding  site,  lac  

operator  and  binding  site  of  primers  RDP  213  and  214.  The  plasmid  map  of  

pOET6NaV1.4  (Figure  3.1B),  indicates  the  location  of  T7  promoter,  binding  

sites  of  primers  RDP  743,  213,  214.        Table  3.1.  DNA  concentration  of  virus  cells  using  Nanovue      Spectrophotometer.    

Virus   DNA  concentration  AcHANA   43.0  ng/μl  AcUK   23.0  ng/μl  AcRP23.  lacZ   15.0  ng/μl  Control  AcRP23.lacZ   10.2  ng/μl  Control  AcMNPV   21.0  ng/μl  

 

                                                                         Figure  3.2.  PCR  analysis  of  cell  DNA  and  plasmid  DNA.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  Lane  2,  6,  8,  are  plasmid  DNA.  Lane  2,  4,  5,  7,  are  cell  DNA.  Lane9,  10  are  control  groups.      

The  cell  DNA  concentration  (Table  3.1)  after  harvesting  the  cells  from  petri  

dishes  as  mentioned  in  materials  and  methods  section  (2.6-­‐2.7).  This  was  

Page 49: Thesis- Final Sep 21-1

  37  

done  prior  to  setting  up  serial  passaging.  The  PCR  was  performed  (Figure  

3.2)  after  obtaining  DNA  concentration  of  virus-­‐infected  cell  DNA  (Table  

3.1),  to  observe  the  success  of  cotransfection  prior  to  setting  up  serial  

passaging  with  high  and  low  MOI’s.  The  control  band  of  pAcHANA  plasmid  

control  (lane  3)  can  be  seen  around  4000bp,  which  is  also  seen  in  co-­‐

transfected  cells  AcHANA  (lane  2).  pAcUK  (lane  6),  shows  the  plasmid  

control  band  around  2500bp,  which  is  also  seen  in  virus  cells  (lane  4),  in  

addition  a  faint  band  is  also  see  above  400  bp  for  AcUK  (lane  4).  However,  

no  indications  of  bands  were  found  in  duplicate  of  AcUK  (lane  5).  The  

plasmid  control  pAcRP23.lacZ  has  a  band  around  5000  bp  (lane  8),  which  is  

also  observed  in  cell  DNA  (lane  7).  The  control  AcRP23.lacZ  shows  a  band  

around  5000  bp  (lane  8).  The  control  AcMNPV  shows  a  band  around  1000  

bp  (lane  10).    

 

 Figure  3.3.  The  virus  stock  titration  done  by  plaque  assay.  A.  AcNaV1.4  virus  dilution  10-­‐4.  B.  AcUK,  virus  dilution10-­‐1.  C.  AcHANA  ,  virus  dilution10-­‐2.  D.  AcRP23.lacZ  virus  dilution10-­‐5.  

 

Table  3.2.  Titration  using  plaque  assay  of  each  virus.    

Virus   Pfu/ml  P0   Pfu/ml  P1  AcNaV1.4   2.6x106   2.95x108  AcUK   2.4x103   2.95108  AcHANA   3.5x103   7.5x107  AcRP23.  lacZ   8.5x106   2.95x108  Control  AcMNPV   2x107   2.2x108  Control  AcRP23.lacZ   2.5x108   2.95x108  

Page 50: Thesis- Final Sep 21-1

  38  

Plaque  assay  was  then  performed  (Figure  3.3)  to  titrate  the  viruses    (Table  

3.2)  prior  to  setting  up  serial  passaging  accurately.  Table  3.2  indicates  the  Po  

and  P1  titration  of  the  virus  cells.                                

 Figure  3.4.  Genomic  DNA  isolated  from  AcMNPV  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).    

 

In  Figure  3.4  results  of  control  plasmid  AcMNPV  can  be  observed  (lane  12)  

at  around  1000  bp.  The  same  size  can  also  be  observed  in  both  low  and  high  

MOI  (lane  2-­‐11).                                                                          

   

Figure  3.5.  Genomic  DNA  isolated  from  AcRP23.lacZ  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  

 

Page 51: Thesis- Final Sep 21-1

  39  

In  Figure  3.5,  results  of  control  AcRP23.  lacZ  can  be  observed.  The  control  

band  lane  11  shows  the  band  at  5000  bp,  which  can  also  be  observed  in  high  

MOI  (lane  6-­‐10).  In  low  MOI,  the  band  in  lane  2  is  observed  to  be  around  the  

same  size  (5000  bp)  but  those  bands  in  lane  3-­‐5  are  very  faint  at  5000bp.    

         

   Figure  3.6.  Genomic  DNA  isolated  from  AcUK  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  A.  Ethidium  bromide  nucleic  acid  gel  stain  used.  B.  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  used.  

 

A  

B  

Page 52: Thesis- Final Sep 21-1

  40  

In  Figure  3.6,  results  of  AcUK  can  be  observed.  The  control  plasmid  (lane  12)  

was  observed  at  2000bp.  Low  molecular  bands  can  be  observed  just  above  

400bp  and  1000bp  (lane  2-­‐11).  Due  to  the  light  visible  stains,  SYBR  Gold  

nucleic  acid  gel  stain  was  also  used,  as  it  is  more  sensitive  than  ethidium  

bromide  nucleic  acid  gel  stain.  The  faint  bands  can  be  easily  observed  with  

SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  Figure  3.6b.  There  is  still  evidence  the  bands  are  

present  at  the  right  size  (Figure  3.6b  lane4-­‐8).  It  is  not  clear  whether  the  

non-­‐specific  bands  contain  urokinase  but  many  bands  can  be  observed  at  

the  wrong  size  (Figure  3.6  a  &  b).    

 

 Figure  3.7.  Genomic  DNA  isolated  from  AcRP23.lacZ  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  A.  Ethidium  bromide  nucleic  acid  gel  stain  used.  B.  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  used.    

B  

A  

Page 53: Thesis- Final Sep 21-1

  41  

In  Figure  3.7,  agarose  gel  results  of  AcRP23.lacZ  can  be  observed.  The  

plasmid  control  (lane  12)  shows  the  band  in  at  4000bp.  This  is  only  seen  in  

high  MOI  (lane  7,  8),  but  the  bands  are  also  faintly  seen  (lane  9,10).      

However,  the  band  is  faintly  seen  in  low  MOI  (lane2  &3)  at  4000  bp,  but  no  

bands  are  observed  matching  up  to  the  control  in  lane  4,  5,6.  There  are  some  

bands  observed  at  1500/1517  bp  (lane  2-­‐6  and  lane  8-­‐11).  More  bands  are  

visible  above  400bp  (lane  2-­‐6  and  lane  8-­‐11).  SYBR  Gold  was  also  used,  as  

there  were  many  faint  bands.  In  Figure  3.7b,  there  is  still  evidence  that  

bands  match  up  to  control  plasmid  4000bp  in  high  MOI  (lane  7-­‐8),  but  were  

still  faintly  present  in  lane  9  and  10.  In  low  MOI  only  lane  2  match  up  to  

plasmid  control  4000  bp.  There  are  many  variable  size  bands  seen  in  both  

high  and  low  MOI  that  do  not  match  up  to  the  control  plasmid.  

Page 54: Thesis- Final Sep 21-1

  42  

                       

 Figure  3.8.  Genomic  DNA  isolated  from  AcPOET6NaV1.4  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  743.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  A.  Ethidium  bromide  nucleic  acid  gel  stain  used.  B.  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  used.    

 In  Figure  3.8,  agarose  gel  results  of  AcPOET6NaV1.4  can  be  observed.  The  

plasmid  control  (lane  12)  shows  the  band  at  6000bp  but  no  bands  are  

observed  matching  up  to  the  control.  This  gene  may  not  have  entered  the  

virus.  The  same  results  were  observed  in  Figure  3.8b.      

B  

A  

Page 55: Thesis- Final Sep 21-1

  43  

                                             Figure  3.  9.  Genomic  DNA  isolated  from  AcHANA  passaged  five  times  at  low  (0.1  pfu/cell,  lane  2-­‐6)  and  (high  5pfu/cell,  land  7-­‐11).  The  MOI  was  amplified  using  PCR  with  oligonucleotide  primers  RDP  213  and  214.  Lane  1,  molecular  weight  markers  (New  England  Biolabs).  

 

In  Figure  3.9,  agarose  gel  results  of  AcHANA  can  be  observed.  The  plasmid  

control  (lane  12)  shows  the  band  at  4000bp,  which  also  see  in  all  passages  in  

both  low  and  high  MOI  except  for  lane  10  in  high  MOI.    

 

                                     Figure  3.10.  PCR  analysis  of  virus  DNA  provided  by  Robert  Possee.      

In  Figure  3.10,  PCR  analysis  was  performed  on  virus  DNA  provided  by  

Robert  Possee.  The  gene  RSF  (lane  2),  shows  band  at  2000bp.  The  gene  

Page 56: Thesis- Final Sep 21-1

  44  

fBuHAM1  (lane  3)  shows  band  present  at  2500bp,  2000  bp  and  faint  band  

around  800bp.  AcMNPV  (lane  4)  has  a  band  at  1000bp,  fbUKe9  (lane5)  

shows  band  at  1500/1517  bp  and  3ABC  (lane  6)  has  visible  bands  at  

1500/1517bp  and  1000bp.  3AB  (lane  7)  has  a  band  present  at  2000bp,  

BacPAK6  (lane  8)  has  band  around  3000bp  and  BacPAK6  (lane  9)  also  has  a  

visible  band  at  3000bp.  While  it  was  not  possible  to  compare  the  virus  DNA  

with  the  corresponding  plasmid  DNA  used  to  make  the  recombinants,  the  

results  show  that  those  containing  genes  RSF,  KE9,  3AB  and  lacZ(BacPAK6)  

only  generated  a  single  DNA  product  after  analysis  using  PCR.  Viruses  

containing  HAM1  and  3ABC  generated  multiple  DNA  products.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 57: Thesis- Final Sep 21-1

  45  

Chapter  4-­‐  Discussion    

In  this  experiment  the  genetic  stability  of  the  four  baculoviruses  were  tested.  

These  baculovirus  expression  vectors  contained  DNA  sequences  encoding  a  

range  of  proteins  from  viral,  bacterial  and  mammalian  sources.  Sequences  

encoding  the  haemagglutinin  (HA)  and  neuraminidase  (NA)  glycoproteins  

from  influenza  A  virus  were  cloned  into  the  AcHANA  baculovirus;  the  

Autographa  californica  multicapsid  nucleopolyhedrovirus  was  used  as  a  

control;  the  mammalian  gene  urokinase  was  cloned  into  the  AcUK  

baculovirus;  beta-­‐galactosidase  was  cloned  into  AcRP23.lacZ  and  the  

mammalian  gene  Nav1.4,  a  voltage-­‐gated  sodium  channel  was  cloned  into  

the  AcNaV1.4  baculovirus.  Prior  to  doing  the  co-­‐transfection,  PCR  analysis  of  

the  recombinant  genes  was  performed  to  determine  if  the  genes  were  

present  in  the  transfer  plasmids  (Figure  3.1).    

    DNAeasy  Blood  &  Tissue  Kit  mentioned  in  materials  and  methods  

section  3.7  was  only  used  in  the  beginning  of  this  experiment  but  not  

throughout  the  entire  experiment.  Even  though  the  DNAeasy  Blood  &  Tissue  

Kit  was  very  convenient  but  it  was  expensive  and  very  time  consuming  for  

multiple  samples  due  its  multiple  steps.  Therefore,  DNA  purification  was  

done  by  pelleting  the  virus  cells  and  performing  lysis  as  described  in  

material  methods  section  3.12.  This  method  was  used  throughout  the  

experiment  is  it  was  fast  and  affordable  compared  to  DNAeasy  Blood  &  

Tissue  Kit.    

The  plaque  assay  method  was  used  to  determine  the  titration  of  P0  

and  P1;  it  was  not  carried  out  after  every  passage,  as  it  was  too  time  

consuming.  It  could  have  been  used  to  determine  the  accurate  infection  titre  

of  the  viruses  in  order  to  set  the  passaging  accurately  but  instead  a  set  value  

of  1x108Pfu/ml  was  used,  as  it  was  a  reasonable  assumption  that  each  of  the  

titer  for  the  passage  should  be  similar  to  the  previous  passage.  Even  though,  

titration  should  have  been  done  after  every  passage  to  get  the  accurate  

figure  but  it  was  not  performed  as  there  was  limited  time  to  do  this  research.    

Real  time  PCR  analysis  of  virus  could  also  have  been  used  to  determine  the  

titres  of  infectious  virus.  This  method  can  be  done  in  a  few  hours.    

Page 58: Thesis- Final Sep 21-1

  46  

SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain  was  used  for  pAcUK,  AcRP23.lacZ,  

AcNaV1.4  for  visibility  of  faint  bands  that  were  observed  with  the  use  of  

ethidium  bromide  nucleic  acid.  SYBR  Gold  stain  is  more  sensitive  than  

ethidium  bromide  due  to  quantum  yield  of  nucleic  acid  complexes  (Tuma  et  

al.,  1999).    

The  viruses  control  AcMNPV  (Figure  3.4),  control  AcRP23.lacZ  

(Figure  3.5),  and  AcHANA  (Figure  3.9),  all  have  genetic  stability  as  the  bands  

amplified  equally  to  the  plasmid  control.  However,  this  was  not  the  case  for  

AcUK,  which  contained  the  mammalian  gene  urokinase  (Figure  3.6),  

AcRP23.lacZ,  which  contained  the  bacterial  beta-­‐galactosidase  gene  (Figure  

3.7),  and  AcNaV1.4  which  contained  the  mammalian  Nav1.4  gene  (Figure  

3.8).  Although  both  baculoviruses,  which,  contained  mammalian  cloned  

sequences  were  found  to  be  genetically  unstable,  one  of  the  baculoviruses  

which,  contained  a  bacterial  gene  (AcRP23.lacZ)  was  unstable  whereas  the  

other  (control  AcRP23.lacZ)  demonstrated  genetic  stability  in  these  

experiments.  Therefore,  there  is  no  clear  relationship  between  the  origin  of  

the  cloned  sequence  within  the  baculovirus  and  the  species  of  origin  of  the  

cloned  DNA.  One  reason  for  stability  in  control  AcRP23.lacZ  could  be  due  to  

its  plaque  purification,  while  the  AcRP23.lacZ  (Figure  3.7)  was  not  plaque  

purified.  This  may  have  caused  the  low  molecular  weight  concatemers.  

Similar  results  were  found  in  the  study  done  by  Wu  et  al.,  1999.  They  

believed  that  it  could  be  due  to  formation  of  multimers  of  replicated  plasmid  

DNA  (Wu  et  al.,  1999).  The  development  of  multimeric  insert  can  take  place  

when  plasmid-­‐plasmid  recombination  occurs  in  result  to  unequal  crossing-­‐

over  in-­‐between  genomes  (Wu  et  al.,  1999).  In  addition  to  the  serial  

passaging,  PCR  analysis  was  also  performed  on  virus  DNA  provided  by  

Robert  Possee  (Figure  3.10).  Which  contained  BackPAk6  that  was  similar  to  

AcRP23.lacZ,  and  3AB,  which  was  similar  to  AcMNPV.  These  virus  cells  were  

made  using  the  standard  method.  The  results  (Figure  3.10)  indicate  that  the  

control  viruses  in  Figure  3.4  and  Figure  3.5  have  accurate  results.    

The  unstable  baculoviruses  varied  in  their  degree  of  instability.  For  

example  passaged  AcUK  virus  showed  only  a  weak  PCR  band,  sized  around  

2000  bp,  in  common  with  the  control  at  passage  1  with  the  high  MOI  of  5,  

Page 59: Thesis- Final Sep 21-1

  47  

with  not  obvious  PCR  product  at  around  2000  bp  being  observed  in  

subsequent  passages  (Figure  3.6).  This  result  shows  that  there  was  genetic  

instability  of  the  AcUK  virus  after  the  first  passage.  Non-­‐specific  binding  and  

primers  can  be  the  cause  of  low  molecular  bands.  It  is  also  possible  that  gene  

responsible  in  urokinase  for  production  of  viruses  made  a  deletion,  which  

may  have  lead  to  the  amplification  of  different  size  fragments  (Kool  et  al.,  

1991).  In  contrast,  AcRP23.lacZ  had  prominent  band  at  around  4000bp  for  

passage  1  and  2  with  high  MOI  of  5,  but  this  was  much  weaker  at  passages  3  

and  4  and  absent  from  passage  5  which  suggests  the  gradual  loss  of  full  

length  insert  over  time,  with  loss  occurring  after  the  second  passage  (Figure  

3.7).  In  contrast,  results  with  AcRP23.lacZ  with  the  low  MOI  of  1  show  

specific  band  at  around  4000bp  at  passage  1  and  a  much  weaker  band  at  

passage  2,  which  indicate  that  loss  of  the  full  sized  insert  was  starting  after  

the  first  passage  (Figure  3.7).    Whether  the  loss  of  the  full-­‐length  insert  of  

AcRP23.lacZ  was  beginning  after  the  first  or  the  second  passage  is  somewhat  

academic,  but  both  sets  of  results  show  the  genetic  instability  of  this  cloned  

sequence.    

In  AcUK  (Figure  3.6)  and  AcRP23.lacZ  (Figure  3.7),  the  presence  of  

non-­‐specific  bands  was  observed  at  various  sizes  at  around  (400bp,  1000bp  

and  1500/1517bp).  The  bands  that  are  found  at  low  molecular  weight  can  

be  further  characterized  by  various  tests.  The  results  were  similar  in  Figure  

3.10,  the  low  molecular  weight  markers  can  be  observed  in  fBuHAM1  and  

3ABC.    Wu  et  al.  suggested  in  their  study  that  large  amount  of  plasmid  DNA  

may  have  integrated  into  the  virus  DNA  for  the  appearance  of  non-­‐specific  

bands  (1999).  In  another  study  done  by  Wu  and  Carstens,  they  found  that  

replication  of  nonspecific  plasmids  appeared  even  when  the  virus  infection  

was  present  (1996).  The  possibility  of  the  visible  bands  at  various  sizes  

could  be  due  to  defective  interfering  particles  (DIPs),  which  form  during  

viral  infections  over  time  in  the  process  of  serial  passaging  of  the  virus,  

which  can  also  cause  plaque-­‐morphology  mutants  (Pijlman  et  al.,  2004;  Kool  

et  al.,  1991).  Wu  and  Carstens,  also  suggested  that  inserted  DNA  may  have  

characterized  specifically  that  it  can  allow  nonspecific  initiation  to  take  place  

on  any  DNA,  when  the  viral  DNA  proteins  replication  synthesized  and  taken  

Page 60: Thesis- Final Sep 21-1

  48  

to  the  nuclear  sites  (1996).  The  occurrence  of  nonspecific  bands  may  be  due  

to  random  nonhomologous  recombination  (Wu  et  al,  1999).      The  

nonsequence  bands  can  also  occur  if  plasmid  sequences  and  cellular  

sequences  insert  at  numerous  location  in  viral  genome    (Wu  et  al,  1999).    

Caution  should  be  exercised  in  interpreting  the  intensity  of  DNA  bands  

generated  from  PCR  analysis.  Unlike  real  time  or  quantitative  (q)  PCR,  gel  

analysis  of  virus  genome  DNA  is  not  amenable  to  accurate  determination  of  

original  template  concentration.  Smaller  PCR  products  are  likely  to  be  

generated  more  readily  than  larger  ones  and  may  give  a  false  impression  of  

relative  amounts  in  the  sample.  More  detailed  analysis  of  the  virus  

populations  would  nucleic  acid  hybridization  or  preferably  qPCR.    

It  is  still  in  question  whether  the  recovered  gene  in  AcUK  (Figure  

3.6)  and  AcRP23.lacZ  (Figure  3.7)  are  either  from  the  host  or  from  the  virus.  

The  unknown  sequences  may  possibly  be  derived  from  the  host  insect  cells,  

as  it  has  been  observed  in  the  genome  of  defective  viruses  (Kool  et  al.,  1991).  

More  tests  can  be  done  to  characterize  the  bands  present  in  both  AcUK  and  

AcRP23.lacZ  such  as:  gene  expression,  enzyme  assay,  and  plaque  

purification.  Another  specific  approach  to  characterize  the  non-­‐specific  

bands  of  AcRP23.lacZ  can  be  performed  by  plaque  purification  of  the  virus  

or  by  purifying  each  individual  visible  band  on  the  electrophoresis  gel.  As  

AcRP23.lacZ  has  a  bacterial  promoter  in  addition  to  the  polyhedron  

promoter,  the  E.coli  can  be  stained  with  X-­‐gal,  which  will  then  form  blue  and  

white  colonies  The  white  colonies  would  indicate  the  presence  of  the  

bacterial  DNA,  which  can  be  individually  picked  up  to  do  the  passaging.  It  

may  give  similar  results  to  control  AcRP23.lacZ.  This  will  help  indicate  

whether  the  bands  present  in  Figure  3.7  were  from  AcRP23.lacZ  or  the  virus  

DNA.    

  As  AcNaV1.4  (Figure  3.8)  showed  no  bands,  sized  around  5000bp,  in  

common  with  the  control  for  any  of  the  5  passages  the  genetic  instability  of  

the  baculovirus  over  time  could  not  be  assessed  (Figure  3.8).  Previous  

studies  to  generate  recombinant  viruses  containing  this  gene  were  very  

difficult  (R.D.  Possee,  pers  comm).  The  absence  of  the  bands  in  AcNAV1.4  

could  be  due  to  the  occurrence  of  integration  at  multiple  sites  surrounding  

Page 61: Thesis- Final Sep 21-1

  49  

the  viral  genome  or  integration  occurred  in  different  sizes  (Wu  et  al.,  1999).  

On  the  other  hand,  absence  of  the  bands  may  also  result  if  the  gene  was  not  

properly  cloned  into  the  virus  properly.  Whether  the  absence  of  the  bands  is  

due  to  complete  loss  of  the  baculovirus  or  a  substantial  reduction  in  the  copy  

number  of  the  vector  is  unknown.  One  aspect  that  maybe  taken  to  approach  

this  problem  is  by  redoing  the  experiment  with  the  gene  NaV1.4  using  linear  

DNA  instead  of  circular  DNA.  As  in  circular  DNA  crossover  occurs,  which  can  

cause  the  entire  plasmid  to  enter  the  virus.  Another  way  of  solving  this  

problem  is  by  increasing  the  number  of  cycles  in  the  PCR  would  determine  

whether  any  vector  remained  after  the  first  passage.  This  is  a  more  sensitive  

approach  than  that  adopted  by  Chakiath  and  Esposito  (2007)  in  their  studies  

of  E.  coli  strains  using  gel  electrophoresis  of  purified  plasmids  following  

transfection  with  a  lentiviral  expression  vector  which  is  discussed  below.  

Establishing  the  genetic  stability  of  vectors  carrying  exogenous  DNA  

sequences  is  an  important  consideration  for  their  long-­‐term  use.  This  has  

been  recognized  for  a  variety  of  different  vector  systems.  For  example,  

highly  purified  plasmid  DNA  used  for  gene  therapy  and  a  DNA  vaccination  

application  is  vulnerable  to  degradation  of  supercoiled  isoforms  following  

cell  culture  of  E.  coli  transfectants  and  subsequent  purification  of  the  DNA.  

Plasmid  DNA  was  found  to  be  stable  in  E.  coli  pellets,  even  at  4oC,  but  storage  

at  -­‐20oC  of  alkaline  lysates  was  required  to  avoid  degradation  of  DNA  over  

time  (Freitas  et  al.,  2007).    

Lentiviral  expression  vectors  which  are  derived  from  retroviruses  

generally  contain  regions  of  long  terminal  repeats  which  leads  to  genetic  

instability  following  cloning  in  E.  coli  hosts  due  to  deletion  of  the  regions  

between  these  repeats.  The  mechanism  considered  to  be  responsible  for  

deletion  of  these  sequences  is  homologous  recombination.  These  deletion  

events  commonly  remove  critical  lentiviral  sequences,  which  makes  

recovery  of  full  length  clones  difficult  as  only  the  marker  of  antibiotic  

resistance  and  the  origin  of  replication  are  retained  within  the  plasmid  

following  deletion.  The  use  of  a  strain  of  E.  coli,  MDS42,  which  had  a  

genetically  engineered  reduced  genome,  resulted  in  stabilization  of  lentiviral  

expression  clones,  which  contained  these  repeat  sequences.  In  these  

Page 62: Thesis- Final Sep 21-1

  50  

experiments  agarose  gel  electrophoresis  was  used  to  determine  the  relative  

number  of  the  7.4  kb  full  length  plasmids  and  3.6  kb  genetically  deleted  

plasmids  in  each  of  the  E.  coli  strains  transfected  with  the  lentiviral  

expression  vector.  In  several  clones  of  one  strain  of  E.  coli,  STBL3,  no  

plasmid  DNA  could  be  recovered  which  may  indicate  loss  of  the  plasmid  or  a  

substantial  reduction  in  the  copy  number  of  the  plasmid  (Chakiath  and  

Esposito,  2007).    

The  stability  of  a  second  type  of  viral  vector,  replication  defective  

adenoviral  vectors  was  studied  by  Smith  et  al.  (2009)  who  investigated  the  

effect  of  genome  length  on  virion  stability.  Adenoviral  vectors  are  commonly  

used  to  deliver  foreign  genes  into  mammalian  cells  for  gene  therapy.  Smaller  

adenoviral  vectors  of  around  30  kb  were  much  more  sensitive  to  heat  

inactivation  than  their  larger  parental  helper  viruses,  which  were  greater  

than  36  kb  on  length.  Thus  the  proteins  encoded  by  the  longer  parental  

viruses  had  an  important  role  in  the  maintenance  of  capsid  strength  and  

integrity  (Smith  et  al.,  2009).  These  results  show  that  genetic  stability  or  

instability  is  not  the  only  consideration  for  an  effective  viral  vector.  

The  baculovirus-­‐insect  cell  expression  system  has  become  a  valuable  

tool  for  production  of  recombinant  proteins.  This  system  has  been  wide  

spread  due  to  its  ability  to  isolate  recombinant  virus  technique  with  either  a  

large  number  or  a  small  number  of  insect  cells.  Large  numbers  of  

laboratories  are  using  cloning  methods  and  protein  purification  instruments  

as  this  system  is  becoming  popular  over  time.  For  more  than  30  years  

baculoviruses  have  been  found  to  be  adaptable  for  the  expression  of  

proteins  in  insect  cells,  but  more  recently  have  also  been  used  for  protein  

expression  in  mammalian  cells  (Kost  et  al.,  2005;  Aucoin  et  al.,  2010;  

Kroemer  et  al.,  2015).    Baculovirus  expression  vectors  have  been  used  

successfully  for  manufacturing  of  biological  products  including  viral  

antigens  and  vaccines  for  use  in  humans  and  for  veterinary  purposes.  For  

example,  a  baculovirus  expression  system  is  used  to  produce  the  

homologous  vaccine  against  human  papilloma  virus  for  the  prevention  of  

cervical  cancer  (Aucoin  et  al.,  2010).    

Page 63: Thesis- Final Sep 21-1

  51  

The  Sf9  insect  cell  line,  which  is  derived  from  Spodoptera  frugiperda  

was  used  in  these  experiments  and  has  been  widely  used  for  the  study  of  

cloning,  amplification  and  titration  of  variety  of  recombinant  baculoviruses.  

An  alternative  source  of  insect  cells  for  such  studies  is  the  High  Five  cell  line,  

which  is  obtained  from  Trichoplusia  ni,  and  has  a  higher  protein  yield  and  a  

higher  virus  like  particle  yield  than  Sf9  cells  (Aucoin  et  al.,  2010).  It  would  be  

interesting  to  know  whether  the  genetic  instability  of  the  three  (pAcUK,  

AcRP23.lacZ  and  AcNaV1.4)  recombinant  baculoviruses  in  Sf9  cells  found  in  

this  study  can  also  be  found  in  the  High  Five  cell  line.      

Conclusion  and  future  developments      

Examining  the  genetic  stability  of  six  recombinant  baculoviruses  containing  

bacterial,  viral  or  mammalian  exogenous  sequences  by  PCR  amplification  

following  5  passages  in  Sf9  insect  cells  showed  that  three  baculoviruses  

(control  AcMNPV,  control  AcRP23.lacZ,  AcHANA)  were  genetically  stable  

whereas  three  other  baculoviruses  (pAcUK,  AcRP23.lacZ,  AcNaV1.4)  were  

genetically  unstable.    

One  limitation  of  the  present  study  is  the  lack  of  replication  of  

results.  Replicating  the  results  would  increase  the  confidence  that  the  three  

recombinant  viruses,  which  have  been  shown  to  be  genetically  stable,  could  

be  suitable  for  commercial  use.  The  remaining  three  recombinant  viruses  

(pAcUK,  AcRP23.lacZ,  AcNaV1.4),  require  further  study  to  determine  the  

possible  reason  for  their  genetic  instability.  This  could  include  sequencing  of  

the  native  cloned  viral  sequences  and  those  following  a  change  in  the  size  of  

the  PCR  products  after  passaging  to  determine  the  nature  of  the  genetic  

instability.  This  could  identify  if  there  were  any  specific  DNA  sequences  

within  the  cloned  inserts  for  example  repeat  sequences,  which  may  have  

been  responsible  for  the  observed  genetic  instability.    More  interestingly,  it  

would  be  interesting  to  see  the  result  difference  if  linear  viruses  were  used  

than  the  circular  viruses.  Further  tests  such  as  northern  blotting,  western  

blotting,  fluorescent  in  situ  hybridization  (FISH),  reverse  transcription  

polymerase  chain  reaction  (RT-­‐PCR)  and  DNA  microarray  can  be  useful  in  

Page 64: Thesis- Final Sep 21-1

  52  

determination  of  the  non-­‐specific  bands  in  the  unstable  viruses.  Such  tests  

will  help  us  conclude  their  stability  for  commercial  use.  The  low  molecular  

bands  can  also  be  sequenced  and  compared  with  other  genes  using  the  

BLAST  system.  The  sequencing  system  will  help  us  determine  the  

similarities  and  the  change  that  took  place  during  the  passaging.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 65: Thesis- Final Sep 21-1

  53  

References    Ahrens,  C.  H.,  Russell,  R.,  Funk,  C.  J.,  Evans,  J.  T.,  Harwood,  S.  H.,  &  Rohrmann,  

G.  F.  (1997).  The  sequence  of  the  Orgyia  pseudotsugata  multinuclocapsid  nuclear  polyhedrosis  virus  genome.  Virology  ,  229,  381.  

 Anderson,  D.,  Harris,  R.,  Polayes,  D.,  Ciccarone,  V.,  Donahue,  R.,  Gerard,  G.,  et  

al.  (1996).  Rapid  generation  of  recombinant  baculoviruses  and  expression  of  foreign  genes  using  the  Bac-­‐to-­‐Bac  baculovirus  expression  system.  Focus  ,  17,  53-­‐58.  

 Au,  S.  P.  (2012).  Nuclear  transport  of  baculovirus:  revealing  the  nuclear  pore  

complex  passage.  Journal  of  Structural  Biology  ,  177  (1),  90-­‐98.    Aucoin,  M.  G.,  Mena,  J.  A.,  &  Kamen,  A.  A.  (2010).  Bioprocessing  of  

baculovirus  vectors:  a  review  .  Current  Gene  Therapy  ,  10  (3),  174-­‐186.  

 Blissard,  G.  W.,  &  Rohrmann,  G.  F.  (1989).  Location,sequence,  transcriptional  

mapping,  and  temporal  expression  of  the  gp64  envelope  glycoprotein  gene  of  the  Orgyia  pseudotsugata  multicapsid  nuclear  polyhedrosis  virus.  Journal  of  Virology  ,  170,  537-­‐555.  

 Burgess,  R.  B.,  &  Deutscher,  M.  P.  (2009).  Guide  to  Protein  Purification  (Vol.  

463).  London:  Academic  Press.    Chakiath,  C.  S.,  &  Esposito,  D.  (2007).  Improved  recombinational  stability  of  

lentiviral  expression  vectors  using  reduced-­‐genome  Escherichia  coli.  Bio  Techniques  ,  43  (4),  466-­‐469.  

 Cheng,  X.,  Hillman,  C.  C.,  Zhang,  C.,  &  Cheng,  X.  (2013).  Reduction  of  

polyhedrin  mRNA  and  protein  expression  levels  in  Sf9  and  Hi5  cell  lines,  but  not  in  Sf21  cells,  infected  with  Autographa  californica  multiple  nucleopolyherovirus  fp25k  mutants.  Journal  of  General  Virology  ,  95  (5),  166-­‐176.  

 Clem,  R.  J.,  &  Passarelli,  A.  L.  (2013).  Baculoviruses:  Sophisticated  Pathogens  

of  Insects.  PLoS  Pathogens  Journal  ,  9  (11).    Clem,  R.  J.,  &  Passarelli,  L.  A.  (2013).  Baculoviruses:  Sophisticated  pathogens  

of  Insects.  PLOS  Pathogens  ,  9  (11),  1-­‐4.    Condreay,  J.  P.,  Witherspoon,  S.  M.,  Clay,  W.  C.,  &  Kost,  T.  A.  (1999).  Transient  

and  stable  gene  expression  in  mammalian  cells  transduced  with  a  recombinant  baculovirus  vector.  Proceedings  of  the  National  Academy  of  Science  of  the  United  States  of  America  ,  96  (1),  127-­‐132.  

Page 66: Thesis- Final Sep 21-1

  54  

Danguah,  J.  O.,  Botchway,  S.,  Jeshtadi  ,  A.,  &  Kingh,  L.  A.  (2012).  Direct  interaction  of  baculovirus  capsid  proteins  VP39  and  EXON0  with  kinesin-­‐1  in  insect  cells  determined  by  fluorescence  resonance  energy  transfer-­‐fluorescence  lifetime  imaging  microscopy.  Journal  of  Virology  ,  86  (2),  844-­‐853.  

 Database,  G.  (2015).  PLAU  Gene  (Protein  Coding)  Plasminogen  Activator,  

Urokinase.  Retrieved  05/09/2015,  from  Gene  Cards  Human  Gene  Database:  http://www.genecards.org/cgi-­‐bin/carddisp.pl?gene=PLAU  

 Dickison,  V.  L.,  Willis,  L.  G.,  Sokal,  N.  R.,  &  Theilmann,  D.  A.  (2012).  Deletion  of  

AcMNPV  ac146  eliminates  the  production  of  budded  virus.  Virology  ,  431  (1-­‐2),  29-­‐39.  

 Freitas,  S.  S.,  Azzoni,  A.  R.,  Santos  ,  J.  A.,  Monterio,  G.  A.,  &  Prazeres,  D.  M.  

(2007).  On  the  stability  of  plasmid  DNA  vectors  during  cell  culture  and  purification.  Molecular  Biotechnology  ,  36  (2),  151-­‐158.  

 Giri,  L.,  Feiss,  M.  G.,  Bonning,  B.  C.,  &  Murhammer,  D.  W.  (2012).  Production  

of  baculovrius  defective  interfering  particles  during  serial  passage  is  delayed  by  removing  transposon  target  sites  in  fp25k.  Journal  of  General  Virology  ,  93,  389-­‐399.  

 Giri,  L.,  Li,  H.,  Sandgren,  D.,  Feiss,  M.  G.,  Roller,  R.,  Bonning,  B.  C.,  et  al.  (2010).  

Removal  of  transposon  target  sites  from  the  Autographa  californica  multiple  nucleopol.  Journal  of  General  Virology  ,  91  (12),  3053-­‐3064.  

 Haines,  F.  J.,  Possee,  R.  D.,  &  King,  L.  A.  (2006).  Baculovirus  Expression  

Vectors.  In  V.  R.  M.,  Encyclopedia  of  Virology  (3rd  ed.,  pp.  451-­‐454).  London:  Elsevier.  

 Harrion,  R.  L.,  &  Summers,  M.  D.  (1995a).  Biosynthesis  and  localization  of  the  

Autographa  californica  nuclear  polyhedrosis  virus  25K  gene  product.  Virology  ,  208,  279-­‐288.  

 Harrison,  R.  (2009).  Structural  divergence  among  genomes  of  closely  related  

baculoviruses  and  its  implications  for  baculovirus  evolution.  Journal  of  Invertebrate  Pathology  ,  101  (3),  181-­‐186.  

 Heimpel,  A.  M.,  Thomas,  E.  O.,  Adams,  J.  R.,  &  Smith,  L.  J.  (1973).  The  presence  

of  nuclear  polyhedrosis  viruses  of  Trichoplusia  ni  on  cabbage  from  the  market  shelf.  Environment  Entomol  ,  2  (173).  

 Hink,  W.  F.  (1970).  Established  insect  cell  line  from  the  cabbage  

looper,Established  insect  cell  line  from  the  cabbage  looper,  Trichoplusia  ni.  Nautre  ,  466-­‐467.  

 

Page 67: Thesis- Final Sep 21-1

  55  

Hitchman,  R.  B.,  Locanto,  E.,  Possee,  R.  D.,  &  King,  L.  A.  (2011).  Optimizing  the  baculovirus  expression  vector  system.  Methods  ,  55,  52-­‐57.  

 Jarvis,  D.  L.  (1997).  Baculovirus  Expression  Vector.  In  L.  K.  Miller,  The  

Baculoviruses  (pp.  389-­‐391).  Athens,  Georgia:  Plenum  Press.    Jehle,  J.  A.,  Blissard,  G.  W.,  Bonning,  B.  C.,  Cory,  J.  S.,  Hernious,  E.  A.,  

Rohrmann,  G.  F.,  et  al.  (2006).  On  the  classification  and  nomenclature  of  baculoviruses:  A  proposal  for  revision.  Archives  of  Virology  ,  151,  1257-­‐1266.  

 Keddie,  B.  A.,  Aponte,  G.  W.,  &  Volkman,  L.  E.  (1989).  The  pathway  of  

infection  of  Autographa  californica  nuclear  polyhedrosis  virus  in  an  insect  host.  Journal  of  Science  ,  243,  1728-­‐1730.  

 Kelly,  B.  J.,  Chapple,  S.  D.,  Allen,  C.,  Pritchard,  C.,  King,  L.  A.,  &  Possee,  R.  D.  

(2008).  Extended  budded  virus  formation  and  induction  of  apoptosis  by  an  AcMnpv  Fp-­‐25/p35  double  mutant  in  Trichoplusia  ni  cells.  Virus  Research  ,  133,  157-­‐166.  

 King,  L.  A.,  Hitchman,  R.,  &  Possee,  R.  D.  (2007).  Recombinant  baculovirus  

isolation.  Methods  in  Molecular  Biology  ,  388,  77-­‐94.    King,  L.,  &  Possee,  R.  D.  (1992).  The  Baculovirus  Expression  System  A  

laboratory  guide.  London:  Chapman  &  Hall.    Kitts,  P.  A.,  &  Possee,  R.  D.  (1993).  A  method  for  producing  recombinant  

baculovirus  expression  vectors  at  high  frequency.  BioTechniques  ,  14,  810-­‐817.  

 Kitts,  P.  A.,  Ayres,  M.  D.,  &  Possee,  R.  D.  (1990).  Linearisation  of  baculovirus  

DNA  enhances  the  recovery  of  recombinant  virus  expression  vectors.  Nucleic  Acids  Research:  Oxford  Journals  ,  18,  5667-­‐5672.  

 Kool,  M.,  Voncken,  J.  W.,  Van  Lier,  F.  L.,  &  Tramper,  J.  V.  (1991).  Detection  and  

analysis  of  autographa  californica  nuclear  polyhedrosis  virus  mutants  with  defective  interfering  properities.  .  Virology  ,  183  (2),  739-­‐746.  

 Kost,  T.  A.,  Condreay,  J.  P.,  &  Jarvis,  D.  L.  (2005).  Baculovirus  as  versatile  

vectors  for  protein  expression  in  insect  and  mammalian  cells.  Nature  Biotechnology  ,  23  (5),  567-­‐575.  

 Kroemer  ,  J.  A.,  Bonning,  B.  C.,  &  Harrison,  R.  L.  (2015).  Expression,  delivery  

and  function  of  insecticidal  proteins  expressed  by  recombinat  baculoviruses.  Viruses  ,  7  (1),  422-­‐455.  

 

Page 68: Thesis- Final Sep 21-1

  56  

Lee,  H.  S.,  Lee,  H.  Y.,  Kim,  Y.,  Jung,  H.,  Choi,  K.  J.,  Yang,  J.  M.,  et  al.  (2015).  Small  interfering  (Si)  RNA  mediated  baculovirus  replication  reduction  without  affecting  target  gene  expression.  Virus  Research  ,  199,  68-­‐76.  

 Licari,  P.,  &  Bailey,  J.  E.  (1991).  Factors  influencing  recombinat  protein  yields  

in  an  insect  cell  baculovirus  expression  system:  Multiplicity  of  infection  and  intracellular  protein  degradation.  Biotechnology  and  Bioengineering  ,  37,  238-­‐246.  

 Luckow,  V.  A.,  Lee,  S.  C.,  Barry,  G.  F.,  &  Olins,  P.  O.  (1993).  Efficient  generation  

of  infectious  recombinant  baculoviruses  by  site-­‐specific  transposon  mediated  insertion  of  foreign  genes  into  a  baculovirus  genome  propagated  in  Escherichia  coli.  Journal  of  Virology  ,  67  (8),  4566-­‐4579.  

 Lynn,  D.  (2003).  Comparative  susceptibilities  of  insect  cell  lines  to  infection  

by  the  occlusion-­‐body  derived  phenotype  of  bacloviruses.  Journal  of  Invrtebrate  Pathology  ,  83,  215-­‐222.  

 M.  van  Oers,  M.  (2011).  Opportunities  and  challenges  for  the  baculovirus  

expression  system.  Journal  of  Invertebrate  Pathology  ,  107,  S3-­‐S15.    Maciag,  K.,  Olszowka,  M.,  &  Klein,  A.  (2014).  Biotechnology  progress-­‐The  

polish  students'  scientific  interest.  Cracow:  Academic  Society  of  Biotechnology  Students.  

 McCarthy  ,  C.  B.,  &  Theilmann,  D.  A.  (2008).  AcMNPV  ac143  (odv-­‐e18)  is  

essential  for  meidating  budded  virus  production  and  is  the  30th  baculovirus  core  gene.  Virology  ,  375,  277-­‐291.  

 Morokuma,  D.,  Xu,  J.,  Mon,  H.,  Hirata,  K.,  Hino,  M.,  Kuboe,  S.,  et  al.  (2015).  

Human  alpha  1-­‐acid  glycoprotein  as  a  model  protein  for  glcoanalysis  in  baculovirus  expession  vector  system.  Journal  of  Asia-­‐Pacific  Entomology  ,  18  (2),  303-­‐309.  

 Ohkawa,  T.,  Volkman,  L.  E.,  &  Welch,  M.  D.  (2010).  Actin-­‐based  motility  

drives  baculovirus  transit  to  the  nucleus  and  cell  surface.  Journal  of  Cell  Biology  ,  190  (2),  187-­‐195.  

 O'Reilly,  D.  R.,  Miller,  L.  K.,  &  Luckow,  V.  A.  (1994).  Baculovirus  Expression  

Vectors.  A  laboratory  manual  .  New  York:  Oxford  University  Press.    Pearson,  M.  N.,  Russell,  R.,  &  Rohrmann,  G.  F.  (2001).  Characterization  of  a  

baculovirusencoded  protein  that  is  associated  with  infected-­‐cell  membranes  and  budded  virions.  Journal  of  Virology  ,  291,  22-­‐31.  

 Pennock,  G.  D.,  Shoemaker,  C.,  &  Miller,  L.  K.  (1984).  Strong  and  regulated  

expression  of  E.  coli  B-­‐galactosidase  in  insect  cells  using  a  bculovirus  vector.  .  Journal  of  Molecular  Cell  Biology  ,  4,  399-­‐406.  

Page 69: Thesis- Final Sep 21-1

  57  

Pijlman,  G.  P.,  Vrij,  J.  d.,  vanden  End,  F.  J.,  VIak,  J.  M.,  &  Martens  ,  D.  E.  (2004).  Evaluation  of  baculovirus  expression  vectors  with  enchanced  stability  in  continous  cascaded  insect-­‐cell  bioreactors.  Journal  of  Biotechnology  and  Bioengineering  ,  87  (6),  743-­‐753.  

 Possee,  R.  D.,  &  Howard,  S.  C.  (1987).  Analysis  of  the  polyhedrin  gene  

promoter  of  the  Autographa  californica  nuclear  polyhedrosis  virus.  Nucleaic  Acids  Research  ,  15,  10233-­‐10248.  

 Possee,  R.  D.,  &  King,  L.  A.  (2007).  Baculovirus  Transfer  Vectors.  In  D.  W.  

Murhammer,  Baculovirus  and  Insect  Cell  Expression  Protocols  Methods  in  Molecular  Biology  (Vol.  388,  pp.  55-­‐75).  Totowa  :  Humana  Press.  

 Possee,  R.  D.,  &  Rohrmann,  G.  F.  (1997).  Baculovirus  Genome  Organization  

and  Evolution.  In  L.  K.  Miller,  The  Baculoviruses  (pp.  109-­‐110).  Athens,  Georgia:  Plenum  Press.  

 Possee,  R.  D.,  Hitchman,  R.  B.,  Richards,  K.  S.,  Mann,  S.  G.,  Siaterli,  E.,  Nixon,  C.  

P.,  et  al.  (2008).  Generation  of  baculovirus  vectors  for  the  high-­‐throughput  production  of  proteins  in  insect  cells.  Biotechnology  and  Bioengineering  ,  101  (6),  1115-­‐1122.  

 Radford,  K.  M.,  Cavegn,  C.,  Bertrand,  M.,  Bernard,  A.  R.,  Reid,  S.,  &  Greenfield,  

P.  F.  (1997).  The  indirect  effects  of  multiplicity  of  infection  on  baculovirus  expressed  proteins  in  insect  cells:  Secreted  and  non-­‐secreted  products.  Cytotechnology  ,  24  (1),  73-­‐81.  

 Rohrmann,  G.  (2013).  Baculovirus  Molecular  Biology  (Third  ed.).  Bethesda:  

National  Center  for  Biotechnology  Information.    Shi,  Y.,  Tang,  P.,  Li,  Y.,  zhou,  Q.,  Yang,  K.,  &  Zhang,  Q.  (2015).  Three-­‐

dimensional  visulization  of  the  Autographa  californica  multiple  nucleopolyherovirus  occlusion-­‐derived  virion  envelopment  process  gives  new  clues  as  to  its  mechanism  .  Virology  ,  476,  298-­‐303.  

 Shu-­‐ffen,  L.,  Hua-­‐lin,  W.,  Zhi-­‐hong,  H.,  &  Fei  ,  D.  (2012).  Genetic  Modification  

of  Baculovirus  Expression  Vectors.  Virologica  Sinica  ,  27  (2),  71-­‐82.    Smale,  S.  T.  (2010).  Beta-­‐galactosidase  assay.  Cold  Spring  Harbor  Protocols  ,  

5.  Smith,  A.  C.,  Poulin,  K.  L.,  &  Parks,  R.  J.  (2009).  DNA  genome  size  affects  the  

stability  of  the  adenovirus  virion.  Journal  of  Virology  ,  83  (4),  2025-­‐2028.  

 Thaa,  B.,  Hofmann,  K.  P.,  &  Veit,  M.  (2010).  Viruses  as  vesicular  carriers  of  

the  viral  genome:  A  functional  module  perspective.  Biochimica  et  Biophysica  Acta  (BBA)-­‐  Molecular  Cell  Research  ,  1803  (4),  507-­‐519.  

Page 70: Thesis- Final Sep 21-1

  58  

Toprak,  U.,  Harris,  S.,  Theilmann,  D.,  Gillott,  C.,  Hegedus,  D.  D.,  &  Erlandson,  M.  A.  (2012).  Role  of  enhancin  in  Mamestra  configurata  nucleopolyhedrovirus  virulence:  selective  degradation  of  host  peritrophic  matrix  proeins.  The  Journal  of  general  virology  ,  4,  744-­‐753.  

 Tuma  ,  R.  S.,  Beaudet,  M.  P.,  Jin,  X.,  Jones,  L.  J.,  Cheung,  C.  Y.,  Yue,  S.,  et  al.  

(1999).  Characterization  of  SYBR  Gold  nucleic  acid  gel  stain:  a  dye  optimized  for  use  with  300n,  ultraviolet  transilluminators.  Analytical  biochemistry  ,  268  (2),  278-­‐288.  

 Van  Loo,  N.,  Fortunati,  E.,  Ehlert,  E.,  Rabelink,  M.,  Grosveld,  F.,  &  Scholte,  B.  J.  

(2001).  Baculovirus  Infection  of  Nondividing  Mammalian  Cells:  Mechanisms  of  Entry  and  Nuclear  Transport  of  Capsids.  Journal  of  Virology  ,  75  (2),  961-­‐970.  

 Wang,  P.,  &  Granados,  R.  R.  (1997).  An  intestinal  mucin  is  the  target  

substrate  for  a  baculovirus  enhancin.  Proceedings  of  the  National  Academy  of  Science  of  the  United  States  of  America  ,  94  (13),  6977-­‐6982.  

 Weyer,  U.,  &  Possee,  R.  D.  (1991).  A  baculovirus  dual  expression  vector  

derived  from  the  Autographa  Californica  nuclear  polyhedrosis  virus  polyhedrin  and  p10  promoters:  co-­‐expression  of  two  influenza  virus  genes  in  insect  cells.  Journal  of  General  Virology  ,  72,  2967-­‐2974.  

 Wong,  K.  T.,  Peter,  C.  H.,  Greenfield,  P.  F.,  Reid,  S.,  &  Nielsen,  L.  K.  (1996).  Low  

Multiplicity  infection  of  insect  cells  with  a  recombinant  baculovirus:  The  cell  yield  concept.  Biotechnology  and  Bioengineering  ,  49  (6),  659-­‐666.  

 Wu,  Y.,  &  Carstens,  E.  B.  (1996).  Initiation  of  baculovirus  DNA  replication:  

early  promoter  regions  can  function  as  infection-­‐dependent  replicating  sequences  in  a  plasmid-­‐based  replication  assay.  Journal  of  Virology  ,  70,  6967-­‐6972.  

 Wu,  Y.,  Liu,  G.,  &  Carstens,  E.  B.  (1999).  Replication,  Integration,  and  

Packaging  of  Plasmid  DNA  following  Cotransfection  with  Baculoviurs  Viral  DNA.  Journal  of  Virology  ,  73  (7),  5473-­‐5480.  

 Zhang,  J.  H.,  Ohkawa,  T.,  Washburn,  J.  O.,  &  Volkman,  L.  E.  (2005).  Effects  of  

Ac150  on  virulence  and  pathogenesis  of  Autographa  californica  multiple  nucleopolyhedrovirus  in  noctuid  hosts.  Journal  of  Genetic  Virology  ,  86  (6),  1619-­‐1627.  

 Zhao,  Y.,  Chapman,  D.  A.,  &  Jones,  I.  M.  (2003).  Improving  rcombination.  

Nucleic  Acids  Research  ,  31  (2),  E6.    

Page 71: Thesis- Final Sep 21-1

  59  

Zwart,  M.  P.,  Pijlman,  G.  P.,  Sardanyes,  J.,  Duarte,  J.,  Januario,  C.,  &  Elena,  S.  F.  (2013).  Complex  dynamics  of  defctive  interfering  baculoviruses  during  serial  passage  in  insect  cells.  Journal  of  Biological  Physics  ,  39,  327-­‐342.  

 Zwart,  M.  P.,  Van  Oers,  M.  M.,  Cory,  J.  S.,  Van  Lent,  J.  W.,  Van  der  Werf,  W.,  &  

Vlak,  J.  M.  (2008).  Development  of  a  quantitative  real-­‐time  PCR  for  determination  of  genetype  frequencies  for  studies  in  baculovirus  population  biology  .  Journal  of  Virological  Methods  ,  148  (1-­‐2),  146-­‐154.  

   

 

 

 

 

 

 

 

   

 

     

 

 

 

 

 


Recommended