Last Updated on February 4, 2021 by Sagar Aryal

• Genetic Vectors are vehicles for delivering foreign DNA into recipient cells.
• Beim molekularen Klonen ist ein Vektor ein DNA-Molekül, das als Vehikel verwendet wird, um fremdes genetisches Material künstlich in eine andere Zelle zu transportieren, wo es repliziert und/oder exprimiert werden kann.
• Vektoren können sich autonom replizieren und enthalten typischerweise Merkmale, die die Manipulation der DNA erleichtern, sowie einen genetischen Marker für ihre selektive Erkennung.
• Die verschiedenen Arten von Vektoren, die für die Klonierung zur Verfügung stehen, sind Plasmide, Bakteriophagen, bakterielle künstliche Chromosomen (BACs), künstliche Hefechromosomen (YACs) und künstliche Säugetierchromosomen (MACs).
• Die Klonierungsvektoren sind hinsichtlich der Größe des Inserts, das sie tragen können, begrenzt. Je nach Größe und Anwendung des Inserts wird der geeignete Vektor für einen bestimmten Zweck ausgewählt.

Wesentliche Merkmale von Klonierungsvektoren

Ungeachtet der Auswahl eines Vektors sind alle Vektoren Träger-DNA-Moleküle. Diese Trägermoleküle sollten im Allgemeinen einige gemeinsame Merkmale aufweisen, wie z. B.:

• Sie müssen sich in der Wirtszelle selbst replizieren.
• Sie müssen eine einzigartige Restriktionsstelle für RE-Enzyme besitzen.
• Das Einbringen eines Donor-DNA-Fragments darf die Replikationseigenschaften des Vektors nicht beeinträchtigen.
• Es muss ein Markergen besitzen, damit es zur späteren Identifizierung der rekombinanten Zelle verwendet werden kann (normalerweise ein Antibiotikaresistenzgen, das in der Wirtszelle fehlt).
• Sie sollten leicht aus der Wirtszelle isoliert werden können.

Plasmide

• Plasmide sind extrachromosomale zirkuläre doppelsträngige DNA-Replikationselemente, die in Bakterienzellen vorhanden sind.
• Plasmide weisen eine Größe von 5,0 kb bis 400 kb auf.
• Plasmide werden durch einen Prozess, der Transformation genannt wird, in bakterielle Zellen eingefügt.
• Plasmide können eine Insertgröße von bis zu 10 kb DNA-Fragmenten aufweisen.
• Im Allgemeinen tragen Plasmidvektoren ein Markergen, das meist ein Gen für Antibiotikaresistenz ist; dadurch wächst jede Zelle, die das Plasmid enthält, in Gegenwart des entsprechenden selektierbaren Antibiotikums, das in den Medien bereitgestellt wird.

Bakteriophagen

• Die Viren, die Bakterien infizieren, werden Bakteriophagen genannt. Es handelt sich um intrazelluläre obligate Parasiten, die sich in der Bakterienzelle vermehren, indem sie einige oder alle Enzyme des Wirts nutzen.
• Bakteriophagen haben einen sehr bedeutenden Mechanismus, um ihr Genom in die Bakterienzelle einzuschleusen. Daher können sie als Klonierungsvektor verwendet werden, um größere DNA-Segmente einzuschleusen.
• Der größte Teil des Bakteriophagengenoms ist nicht essentiell und kann durch Fremd-DNA ersetzt werden.
• Bei Verwendung von Bakteriophagen als Vektor kann ein DNA-Fragment mit einer Größe von bis zu 20 kb transformiert werden.

Bakterielle künstliche Chromosomen (BACs)

• Bakterielle künstliche Chromosomen (BACs) sind einfache Plasmide, die zum Klonen sehr großer DNA-Fragmente mit einer Größe von 75 bis 300 kb bestimmt sind.
• BACs haben im Wesentlichen markerähnliche Sehenswürdigkeiten wie Antibiotikaresistenzgene und einen sehr stabilen Replikationsursprung (Ori), der die Verteilung des Plasmids nach der bakteriellen Zellteilung fördert und die Plasmidkopienzahl auf ein oder zwei pro Zelle hält.
• BACs werden hauptsächlich bei der Sequenzierung des Genoms von Organismen in Genomprojekten eingesetzt (Beispiel: BACs wurden im Humangenomprojekt verwendet).
• Mit BACs können mehrere hunderttausend Basenpaar-DNA-Fragmente geklont werden.

Yeast artificial chromosomes (YACs)

• YACs sind Hefe-Expressionsvektoren.
• Mit YACs können sehr große DNA-Fragmente geklont werden, deren Größe von 100 kb bis 3000 kb reicht.
• Vor allem werden YACs zum Klonen sehr großer DNA-Fragmente und zur physikalischen Kartierung komplexer Genome verwendet.
• YACs haben gegenüber BACs den Vorteil, dass sie eukaryotische Proteine exprimieren, die posttranslationale Modifikationen erfordern.
• Allerdings sind YACs dafür bekannt, dass sie chimäre Effekte erzeugen, was sie im Vergleich zu BACs weniger stabil macht.

Humane künstliche Chromosomen (HACs)

• Humane künstliche Chromosomen (HACs) oder künstliche Säugetierchromosomen (MACs) sind noch in der Entwicklung.
• HACs sind Mikrochromosomen, die in einer Population menschlicher Zellen wie ein neues Chromosom wirken können.
• HACs haben eine Größe von 6 bis 10 Mb und tragen neue Gene, die von menschlichen Forschern eingeführt wurden.
• HACs können als Vektoren für die Übertragung neuer Gene verwendet werden, ihre Expression kann studiert werden, und die Funktion von Säugetierchromosomen kann mit Hilfe dieser Mikrochrosomen in Säugetiersystemen ebenfalls aufgeklärt werden.

Andere Arten von Vektoren

Alle Vektoren können für das Klonen verwendet werden und sind daher Klonierungsvektoren, aber es gibt auch Vektoren, die speziell für das Klonen entwickelt wurden, während andere speziell für andere Zwecke wie Transkription und Proteinexpression entwickelt werden können.

Expressionsvektoren

Vektoren, die speziell für die Expression des Transgens in der Zielzelle entwickelt wurden, werden als Expressionsvektoren bezeichnet und haben im Allgemeinen eine Promotorsequenz, die die Expression des Transgens steuert. Expressionsvektoren produzieren Proteine durch die Transkription des Vektor-Inserts, gefolgt von der Translation der produzierten mRNA.

Transkriptionsvektoren

Einfachere Vektoren, die Transkriptionsvektoren genannt werden, können nur transkribiert, aber nicht translatiert werden: Sie können in einer Zielzelle repliziert, aber nicht exprimiert werden, im Gegensatz zu Expressionsvektoren. Transkriptionsvektoren werden zur Vervielfältigung ihres Inserts verwendet.

Verwendungen von Vektoren

Vektoren wurden für ein breites Spektrum von Verwendungen entwickelt und angepasst. Zwei Hauptzwecke sind:

(1) die Isolierung, Identifizierung und Archivierung von Fragmenten eines größeren Genoms

(2) die selektive Expression von Proteinen, die von bestimmten Genen kodiert werden.

Vektoren waren die ersten DNA-Werkzeuge, die in der Gentechnik verwendet wurden, und sind weiterhin Eckpfeiler dieser Technologie.