Last Updated on February 4, 2021 by Sagar Aryal

• Wektory genetyczne są nośnikami do dostarczania obcego DNA do komórek biorcy.
• W klonowaniu molekularnym wektor jest cząsteczką DNA używaną jako nośnik do sztucznego przenoszenia obcego materiału genetycznego do innej komórki, gdzie może on być replikowany i/lub wyrażany.
• Wektory mogą replikować się autonomicznie i zazwyczaj zawierają cechy ułatwiające manipulację DNA, jak również marker genetyczny do ich selektywnego rozpoznawania.
• Różne typy wektorów dostępnych do klonowania to plazmidy, bakteriofagi, sztuczne chromosomy bakteryjne (BAC), sztuczne chromosomy drożdżowe (YAC) i sztuczne chromosomy ssaków (MAC).
• Wektory do klonowania są ograniczone wielkością insertu, który mogą przenosić. W zależności od wielkości i zastosowania wstawki wybiera się odpowiedni wektor do konkretnego celu.

Podstawowe cechy wektorów klonujących

Niezależnie od wyboru wektora, wszystkie wektory są nośnikowymi cząsteczkami DNA. Te nośnikowe cząsteczki powinny mieć kilka wspólnych cech, takich jak:

• Musi być samoreplikujący się wewnątrz komórki gospodarza.
• Musi posiadać unikalne miejsce restrykcyjne dla enzymów RE.
• Wprowadzenie fragmentu DNA dawcy nie może zakłócać właściwości replikacyjnych wektora.
• Musi posiadać jakiś gen markerowy, aby mógł być użyty do późniejszej identyfikacji zrekombinowanej komórki (zwykle gen oporności na antybiotyki, który jest nieobecny w komórce gospodarza).
• Powinny być łatwo izolowane z komórki gospodarza.

Plazmidy

• Plazmidy są pozachromosomalnymi kolistymi elementami replikującymi podwójną nić DNA obecnymi w komórkach bakteryjnych.
• Plazmidy mają wielkość od 5,0 kb do 400 kb.
• Plazmidy są wprowadzane do komórek bakteryjnych w procesie zwanym transformacją.
• Plazmidy mogą zawierać fragment DNA o wielkości do 10 kb.
• Generalnie wektory plazmidowe niosą gen markera, który jest najczęściej genem oporności na antybiotyki; w ten sposób każda komórka zawierająca plazmid będzie rosła w obecności wybieralnego antybiotyku dostarczonego w pożywce.

Bakteriofag

• Wirusy, które infekują bakterie są nazywane bakteriofagami. Są to wewnątrzkomórkowe pasożyty obligatoryjne, które namnażają się wewnątrz komórki bakteryjnej wykorzystując niektóre lub wszystkie enzymy gospodarza.
• Bakteriofagi mają bardzo znaczący mechanizm dostarczania swojego genomu do komórki bakteryjnej. Stąd mogą być używane jako wektor klonujący do dostarczania większych segmentów DNA.
• Większość genomu bakteriofagów jest nieistotna i może być zastąpiona obcym DNA.
• Używając bakteriofaga jako wektora, można transformować fragment DNA o wielkości do 20 kb.

Bakteryjne sztuczne chromosomy (BACs)

• Bakteryjne sztuczne chromosomy (BACs) są prostymi plazmidami, które są przeznaczone do klonowania bardzo dużych fragmentów DNA o wielkości od 75 do 300 kb.
• BACs zasadniczo mają markery takie jak geny oporności na antybiotyki i bardzo stabilne pochodzenie replikacji (ori), które promuje dystrybucję plazmidu po podziale komórki bakteryjnej i utrzymanie liczby kopii plazmidu do jednej lub dwóch na komórkę.
• BACs są zasadniczo używane do sekwencjonowania genomu organizmów w projektach genomowych (przykład: BACs były używane w projekcie genomu człowieka).
• Kilkaset tysięcy fragmentów DNA o parach bazowych może być sklonowanych przy użyciu BACs.

Sztuczne chromosomy drożdży (YACs)

• YACs są drożdżowymi wektorami ekspresyjnymi.
• Bardzo duże fragmenty DNA o rozmiarach od 100 kb do 3000 kb mogą być klonowane przy użyciu YACs.
• Najczęściej YACs są używane do klonowania bardzo dużych fragmentów DNA oraz do fizycznego mapowania złożonych genomów.
• YAC mają przewagę nad BAC w ekspresji białek eukariotycznych, które wymagają modyfikacji po translacji.
• Ale wiadomo, że YAC wytwarzają efekty chimeryczne, co czyni je mniej stabilnymi w porównaniu z BAC.

Człowiecze sztuczne chromosomy (HACs)

• Człowiecze sztuczne chromosomy (HACs) lub sztuczne chromosomy ssaków (MACs) są wciąż w fazie rozwoju.
• HACs są mikrochromosomami, które mogą działać jak nowy chromosom w populacji ludzkich komórek.
• HACs mają rozmiar od 6 do 10 Mb, które przenoszą nowe geny wprowadzone przez ludzkich badaczy.
• HAC mogą być używane jako wektory w przenoszeniu nowych genów, badaniu ich ekspresji i funkcji chromosomów ssaków mogą być również wyjaśnione przy użyciu tych mikrochrosomów w systemie ssaków.

Inne typy wektorów

Wszystkie wektory mogą być używane do klonowania i dlatego są wektorami klonowania, ale istnieją również wektory zaprojektowane specjalnie do klonowania, podczas gdy inne mogą być zaprojektowane specjalnie do innych celów, takich jak transkrypcja i ekspresja białka.

Wektory ekspresyjne

Wektory zaprojektowane specjalnie do ekspresji transgenu w komórce docelowej nazywane są wektorami ekspresyjnymi i generalnie posiadają sekwencję promotora, która napędza ekspresję transgenu. Wektory ekspresyjne wytwarzają białka poprzez transkrypcję wstawki wektora, po której następuje translacja wytworzonego mRNA.

Wektory transkrypcyjne

Wektory prostsze zwane wektorami transkrypcyjnymi są zdolne jedynie do transkrypcji, ale nie do translacji: mogą być replikowane w komórce docelowej, ale nie ulegają ekspresji, w przeciwieństwie do wektorów ekspresyjnych. Wektory transkrypcyjne są używane do amplifikacji ich insertu.

Usługi wektorów

Wektory zostały opracowane i przystosowane do szerokiego zakresu zastosowań. Dwa podstawowe zastosowania to:

(1) izolacja, identyfikacja i archiwizacja fragmentów większego genomu

(2) selektywna ekspresja białek kodowanych przez specyficzne geny.

Wektory były pierwszymi narzędziami DNA używanymi w inżynierii genetycznej i nadal są kamieniami węgielnymi tej technologii.

Wektory są wykorzystywane w inżynierii genetycznej.