什么是载体(Vector)?深入解析基因工程的核心工具

让我们首先来理解一下载体究竟是什么。简单来说,载体是一种将一组 DNA(大多数情况下)携带并转运到其他地方的方法。因此,载体的作用在于让我们能够将感兴趣的 DNA,在我们选定的生物体中进行增殖。这其实是重组 DNA 技术最原始的起点。

科学家们制造了 RNA 的副本,并成功将其插入到一种被称为质粒的结构中。质粒可以被看作是小型的细菌染色体。它们具有自我复制的能力,而其运作的关键在于,它们携带了几个特定的基因,使其能够抵抗特定的抗生素。

那么,如果我们能将感兴趣的基因插入到这个质粒中,就可以通过在含有抗生素的培养基中培养细菌,来筛选出那些获得了该质粒的细菌——因为如果没有获得质粒,抗生素就会杀死它们。

这样一来,质粒就成了将特定 DNA 序列带入细菌的载体。随后,我们可以分离出一个细菌菌落,对其进行克隆并扩大培养,这就是我们增殖 DNA 的方式。此外,还有更大的载体,它们拥有多个复制起始位点,这些被称为细菌人工染色体(Bacterial Artificial Chromosomes),它们能够处理更长的 DNA 片段。

特征

以下是载体的一些典型特征;

  • 载体应当具备自主复制的能力,这取决于载体中是否存在特定的序列,这些序列使它们能够在宿主细胞内启动复制和增殖。
  • 某些载体甚至可能包含允许产生插入 DNA 所需蛋白质的序列,以及对过程的调控,以及在载体之间进一步转移插入片段的序列。
  • 理想载体的大小也应该足够小,以便能够整合到宿主基因组中。载体的小体积也使其能够整合大尺寸的插入片段进行转移。
  • 载体应当易于分离和纯化,因为它们需要在不同过程中被回收和重复使用。
  • 为了使载体有效,它们还应具有特定的组成部分,以便于确定宿主细胞是否已接收到了该载体。
  • 大多数在此过程中使用的载体都含有一个基因,要么赋予抗生素抗性,要么产生特定类型的蛋白质。这些成分被称为标记基因(Marker Genes)。

载体的分类(Sorts or Types of Vectors)

根据工艺目的和过程中使用的分子类型,载体可以划分为不同的组别。以下是用于不同目的的常见载体类别;

克隆载体

  • 克隆载体是指具备自主复制能力的载体,因此用于在宿主细胞内进行重组 DNA 的复制。
  • 克隆载体负责确定哪些细胞适合复制特定的 DNA 片段。
  • 克隆载体还有多种不同的子类型,根据每种载体独有的特征进行定义。

#### 质粒载体

!Plasmid Vector

  • 质粒是小的染色体外环状 DNA 分子,能够在宿主细胞内自主复制。
  • 它们也被称为重组 DNA 技术中的“主力”克隆载体。
  • 质粒在生命的三界(细菌、古菌、真核生物)中都被广泛用作载体,尤其是在细菌和酵母中最为常用。
  • 质粒最关键的特征之一是其体积小。质粒的小尺寸有助于将重组 DNA 与宿主的基因组 DNA 分离开来。
  • 质粒的大小范围从几千个碱基对到超过 100 千碱基(kb)。然而,载体的小尺寸确实会影响其所能携带的外源 DNA 的最大尺寸。
  • 质粒可以携带小于 20 kb 的插入 DNA,因为随着载体尺寸的增加,克隆效率和质粒的稳定性会下降。

#### 柯斯质粒载体

  • 柯斯质粒载体是由质粒和 噬菌体 λ(Lambda)载体组成的混合载体,能够整合长达 42 kb 的 DNA。
  • 柯斯质粒载体是通过将噬菌体载体的 cos 位点插入到质粒载体中而制备的。
  • 柯斯质粒载体是大尺寸的载体,大小范围从 400 个碱基对到 30 kb 不等。它们可以携带大小在 28 到 46 kb 之间的 DNA 序列。
  • 柯斯质粒载体是经过特殊设计的(注:原文在此处截断,根据上下文补充完整)。
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