Viimeisin päivitetty 4.2.2021 Sagar Aryal

• Geenivektorit ovat välineitä, joiden avulla voidaan kuljettaa vierasta DNA:ta vastaanottajasoluihin.
• Molekyylikloonauksessa vektori on DNA-molekyyli, jota käytetään välineenä vieraan geneettisen materiaalin keinotekoiseen kuljettamiseen toiseen soluun, jossa sitä voidaan monistaa ja/tai ilmentää.
• Vektorit voivat monistua itsenäisesti, ja niihin sisältyy tyypillisesti ominaisuuksia, jotka helpottavat DNA:n manipulointia, sekä geneettinen merkkiaine niiden selektiivistä tunnistamista varten.
• Kloonaukseen käytettävissä olevia erityyppisiä vektoreita ovat plasmidit, bakteriofagit, bakteerien keinotekoiset kromosomit (BAC:t), hiivan keinotekoiset kromosomit (YAC:t) ja nisäkkäiden keinotekoiset kromosomit (MAC:t).
• Kloonaukseen käytettävät vektorit ovat rajoitettuja insertin koon suhteen, jonka ne pystyvät kantamaan. Insertin koosta ja käyttökohteesta riippuen valitaan tiettyyn tarkoitukseen sopiva vektori.

Kloonausvektoreiden keskeiset ominaisuudet

Kloonausvektorin valinnasta riippumatta kaikki vektorit ovat kantavia DNA-molekyylejä. Näillä kantajamolekyyleillä tulisi olla yleisesti ottaen muutamia yhteisiä ominaisuuksia, kuten:

• Sen on oltava itse monistuva isäntäsolun sisällä.
• Sen on oltava ainutlaatuinen restriktiokohta RE-entsyymejä varten.
• Donori-DNA-fragmentin lisääminen ei saa häiritä vektorin monistumisominaisuutta.
• Seillä on oltava jokin merkkigeeni, jota voidaan käyttää rekombinanttisolun myöhempään tunnistamiseen (yleensä antibioottiresistenssigeeni, joka puuttuu isäntäsolusta).
• Sen on oltava helposti eristettävissä isäntäsolusta.

Plasmidit

• Plasmidit ovat ekstrakromosomaalisia, kromosomaalisia pyöreitä, kaksinkertaisia kaksoisketjuisia DNA:ta monistavia elementtejä, joita on olemassa bakteri-itiöissä.
• Plasmidien koko vaihtelee 5,0 kb:n ja 400 kb:n välillä.
• Plasmidit lisätään bakteerikutsuihin transformaatioksi kutsutulla prosessilla.
• Plasmidiin voi mahtua jopa 10 kb:n kokoinen DNA-fragmentti.
• Yleisesti plasmidivektorit kantavat merkkigeeniä, joka on useimmiten antibioottiresistenssigeeni; jolloin mikä tahansa plasmidia sisältävä solu kasvaa elatusaineeseen syötetyn vastaavan selektiivisen antibiootin läsnä ollessa.

Bakteriofagit

• Bakteereja infektoivia viruksia kutsutaan bakteriofageiksi. Ne ovat solunsisäisiä obligatteja loisia, jotka lisääntyvät bakteerisolun sisällä hyödyntäen joitakin tai kaikkia isännän entsyymejä.
• Bakteriofageilla on erittäin merkittävä mekanismi genominsa kuljettamiseksi bakteerisoluun. Näin ollen sitä voidaan käyttää kloonausvektorina suurempien DNA-segmenttien toimittamiseen.
• Suurin osa bakteriofagin genomista on epäolennaista, ja se voidaan korvata vieraalla DNA:lla.
• Käyttämällä bakteriofagia vektorina voidaan transformoida jopa 20 kb:n kokoinen DNA-fragmentti.
• BAC:illa on periaatteessa markkerin kaltaisia nähtävyyksiä, kuten antibioottiresistenssigeenejä, ja hyvin vakaa replikaatioalkuperä (ori), joka edistää plasmidin jakautumista bakteerisolun jakaantumisen jälkeen ja ylläpitää plasmidin kopioluvun yhteen tai kahteen solua kohti.
• BAC:ia käytetään periaatteessa organismien genomin sekvensoinnissa genomihankkeissa (esimerkki: BAC:ia käytettiin ihmisen genomihankkeessa).
• BAC:ien avulla voidaan kloonata useita satoja tuhansia emäspareja käsittäviä DNA-fragmentteja.

Hiivan keinotekoiset kromosomit (YAC:t)

• YAC:t ovat hiivan ekspressiovektoreita.
• YAC:ien avulla voidaan kloonata hyvin suuria DNA-fragmentteja, joiden koko vaihtelee 100 kb:n ja 3000 kb:n välillä.
• YAC:ia käytetään pääasiassa hyvin suurten DNA-fragmenttien kloonaukseen ja monimutkaisten genomien fyysiseen kartoitukseen.
• YAC:ien etuna BAC:iin verrattuna on eukaryoottisten proteiinien ilmentäminen, jotka vaativat translaation jälkeisiä modifikaatioita.
• YAC:ien tiedetään kuitenkin tuottavan kimeerisiä efektejä, minkä vuoksi ne eivät ole yhtä vakaita kuin BAC:t.

Ihmisen keinotekoiset kromosomit (HAC:t)

• Ihmisen keinotekoiset kromosomit (HAC:t) tai nisäkkään keinotekoiset kromosomit (MAC:t) ovat edelleen kehitteillä.
• HAC:t ovat mikrokromosomeja, jotka voivat toimia uutena kromosomina ihmissolupopulaatiossa.
• HAC:t ovat kooltaan 6-10 Mb:n kokoisia, ja ne kantavat ihmistutkijoiden tuomia uusia geenejä.
• HACeja voidaan käyttää vektoreina uusien geenien siirtämisessä, niiden ilmentymisen tutkimisessa ja nisäkkäiden kromosomien toimintaa voidaan myös selvittää käyttämällä näitä mikrokrosomeja nisäkkäiden järjestelmässä.

Muut vektorityypit

Kaikkia vektoreita voidaan käyttää kloonaukseen ja ne ovat siis kloonausvektoreita, mutta on myös vektoreita, jotka on suunniteltu erityisesti kloonausta varten, kun taas toiset vektorit voidaan suunnitella erityisesti muihin tarkoituksiin, kuten transkriptioon ja proteiinien ilmentämiseen.

Ekspressiovektorit

Vektoreita, jotka on suunniteltu erityisesti siirtogeenin ilmentämiseen kohdesolussa, kutsutaan ekspressiovektoreiksi, ja niissä on yleensä promoottorisekvenssi, joka ohjaa siirtogeenin ilmentämistä. Ekspressiovektorit tuottavat proteiineja vektorin insertin transkriptiolla, jota seuraa tuotetun mRNA:n translaatio.

Transkriptiovektorit

Transkriptiovektoreiksi kutsutut yksinkertaisemmat vektorit kykenevät vain transkriptioon, mutta eivät translaatioon: niitä voidaan monistaa kohdesolussa, mutta niitä ei voida ekspressoida, toisin kuin ekspressiovektoreita. Transkriptiovektoreita käytetään niiden insertin monistamiseen.

Vektoreiden käyttötarkoitukset

Vektoreita on kehitetty ja mukautettu monenlaisiin käyttötarkoituksiin. Kaksi ensisijaista käyttötarkoitusta ovat:

(1) suuremman genomin fragmenttien eristäminen, tunnistaminen ja arkistointi

(2) tiettyjen geenien koodaamien proteiinien selektiivinen ilmentäminen.

Vektorit olivat ensimmäiset geenitekniikassa käytetyt DNA-työkalut, ja ne ovat edelleenkin tekniikan kulmakiviä.

Vektorit olivat ensimmäiset geenitekniikassa käytetyt DNA-työkalut.