Ultimo aggiornamento del 4 febbraio 2021 di Sagar Aryal

• I vettori genetici sono veicoli per trasportare DNA estraneo in cellule riceventi.
• Nella clonazione molecolare, un vettore è una molecola di DNA usata come veicolo per trasportare artificialmente materiale genetico estraneo in un’altra cellula, dove può essere replicato e/o espresso.
• I vettori possono replicarsi autonomamente e tipicamente includono caratteristiche per facilitare la manipolazione del DNA, nonché un marcatore genetico per il loro riconoscimento selettivo.
• I diversi tipi di vettori disponibili per il clonaggio sono plasmidi, batteriofagi, cromosomi artificiali batterici (BAC), cromosomi artificiali di lievito (YAC) e cromosomi artificiali di mammiferi (MAC).
• I vettori di clonazione sono limitati alla dimensione dell’inserto che possono portare. A seconda della dimensione e dell’applicazione dell’inserto il vettore adatto viene selezionato per uno scopo particolare.

Caratteristiche essenziali dei vettori di clonazione

A prescindere dalla selezione di un vettore, tutti i vettori sono molecole di DNA vettore. Queste molecole carrier dovrebbero avere poche caratteristiche comuni in generale come:

• Deve essere auto-replicante all’interno della cellula ospite.
• Deve possedere un sito di restrizione unico per gli enzimi RE.
• L’introduzione del frammento di DNA donatore non deve interferire con la proprietà di replicazione del vettore.
• Deve possedere qualche gene marcatore tale da poter essere usato per la successiva identificazione della cellula ricombinante (di solito un gene di resistenza agli antibiotici che è assente nella cellula ospite).
• Dovrebbero essere facilmente isolati dalla cellula ospite.

Plasmidi

• I plasmidi sono elementi replicanti del DNA a doppio filamento circolare extra cromosomico presenti nelle cellule batteriche.
• I plasmidi hanno dimensioni che vanno da 5.0 kb a 400 kb.
• I plasmidi sono inseriti nelle chiamate batteriche attraverso un processo chiamato trasformazione.
• I plasmidi possono ospitare un frammento di DNA di dimensioni fino a 10 kb.
• Generalmente i vettori plasmidici portano un gene marcatore che è per lo più un gene per la resistenza agli antibiotici; rendendo così qualsiasi cellula che contiene il plasmide crescerà in presenza dell’antibiotico corrispondente selezionabile fornito nei media.

Batteriofago

• I virus che infettano i batteri sono chiamati batteriofagi. Questi sono parassiti intracellulari obbligati che si moltiplicano all’interno della cellula batterica utilizzando alcuni o tutti gli enzimi dell’ospite.
• I batteriofagi hanno un meccanismo molto significativo per consegnare il loro genoma nella cellula batterica. Quindi può essere usato come un vettore di clonazione per consegnare segmenti di DNA più grandi.
• La maggior parte del genoma del batteriofago non è essenziale e può essere sostituito con DNA straniero.
• Utilizzando il batteriofago come vettore, un frammento di DNA di dimensioni fino a 20 kb può essere trasformato.

Cromosomi artificiali batterici (BACs)

• Cromosomi artificiali batterici (BACs) sono semplici plasmidi che sono progettati per clonare frammenti di DNA molto grandi che vanno da 75 a 300 kb.
• I BAC hanno fondamentalmente dei marcatori come i geni di resistenza agli antibiotici e un’origine di replicazione (ori) molto stabile che promuove la distribuzione del plasmide dopo la divisione delle cellule batteriche e mantenendo il numero di copie del plasmide a uno o due per cellula.
• I BAC sono fondamentalmente utilizzati nel sequenziamento del genoma di organismi in progetti di genoma (esempio: i BAC sono stati utilizzati nel progetto genoma umano).
• Frammenti di DNA di centinaia di migliaia di paia di basi possono essere clonati usando i BAC.

Cromosomi artificiali di lievito (YACs)

• Gli YACs sono vettori di espressione del lievito.
• Frammenti di DNA molto grandi le cui dimensioni vanno da 100 kb a 3000 kb possono essere clonati usando gli YACs.
• Sono usati soprattutto per clonare frammenti di DNA molto grandi e per il mapping fisico di genomi complessi.
• Gli YAC hanno un vantaggio rispetto ai BAC nell’esprimere proteine eucariotiche che richiedono modifiche post-traslazionali.
• Ma gli YAC sono noti per produrre effetti chimerici che li rendono meno stabili rispetto ai BAC.

Cromosomi artificiali umani (HACs)

• Cromosomi artificiali umani (HACs) o cromosomi artificiali di mammiferi (MACs) sono ancora in fase di sviluppo.
• Gli HACs sono microcromosomi che possono agire come un nuovo cromosoma in una popolazione di cellule umane.
• Gli HACs variano in dimensioni da 6 a 10 Mb che portano nuovi geni introdotti da ricercatori umani.
• HACs possono essere utilizzati come vettori nel trasferimento di nuovi geni, studiando la loro espressione e la funzione cromosomica dei mammiferi può anche essere chiarita utilizzando questi microcrosomi nel sistema dei mammiferi.

Altri tipi di vettori

Tutti i vettori possono essere utilizzati per la clonazione e sono quindi vettori di clonazione, ma ci sono anche vettori progettati appositamente per la clonazione, mentre altri possono essere progettati specificamente per altri scopi, come la trascrizione e l’espressione delle proteine.

Vettori di espressione

I vettori progettati specificamente per l’espressione del transgene nella cellula bersaglio sono chiamati vettori di espressione, e generalmente hanno una sequenza promotore che guida l’espressione del transgene. I vettori di espressione producono proteine attraverso la trascrizione dell’inserto del vettore seguita dalla traduzione dell’mRNA prodotto.

Vettori di trascrizione

Vettori più semplici chiamati vettori di trascrizione sono solo in grado di essere trascritti ma non tradotti: possono essere replicati in una cella bersaglio ma non espressi, a differenza dei vettori di espressione. I vettori di trascrizione sono usati per amplificare il loro inserto.

Usi dei vettori

I vettori sono stati sviluppati e adattati per una vasta gamma di usi. Due usi primari sono:

(1) per isolare, identificare e archiviare frammenti di un genoma più grande

(2) per esprimere selettivamente proteine codificate da geni specifici.

I vettori sono stati i primi strumenti di DNA usati nell’ingegneria genetica, e continuano ad essere pietre miliari della tecnologia.