Біологічні (біотехнологічні) вектори - це біологічні структури, здатні вносити чужорідний генетичний матеріал в клітину: плазміди, бактеріофаги, віруси.
Термін "вектор" застосовується в науці зазвичай в тих випадках, коли треба підкреслити існування певного напрямку.
Так що вже за змістом терміна можна зрозуміти, що біологічні вектори направляють штучно впроваджену в них ДНК в інтактні клітини-мішені. Для введення невеликої кількості ДНК в стародавні прокариотические безядерние клітини зазвичай використовують плазміди. і цей процес відбувається за допомогою хлориду кальцію (CaCl2). Така плазмідна система біовекторов працює дуже добре для невеликої кількості генетичного матеріалу, тому що самі плзміди - це невеликі молекули. А ось для більших генів вже потрібні інші вектори.
Біологічні (біотехнологічні) вектори - це біологічні структури, здатні вносити чужорідний генетичний матеріал в клітину. До них відносяться: 1) плазміди, 2) бактеріофаги, 3) віруси.
Ці біовектори використовуються для перенесення в чужу клітку штучно зміненої ДНК, яка називається рекомбінантної.
Рекомбінантний а ДНК - це модифікована молекула ДНК, отримана за рахунок об'єднання ін вітро ( «в пробірці», в штучних умовах) різнорідний фрагментів ДНК. які ніде в природі не існують спільно.
Наприклад, рекомбінантний ой ДНК називають плазмиду. в яку вбудований ділянку ДНК, чужорідної для бактерії.
Плазміди (епісоми) - це окремі кільцеві молекули ДНК у бактерій, які визначають позахромосомних спадковість бактеріальної клітини і предсталяют собою генетичний елемент, здатний до тривалого автономного існування і реплікації. Зазвичай це дволанцюжкова кільцева ДНК довжиною 1-200 т.п.н. (Тисяч пар нуклеотидів).
Кількість плазмід у бактерії може бути різний, і чим більше плазмід, тим вони дрібніші.
Плазміди передають генетичну інформацію від "своїх" бактерій всім іншим бактеріям, навіть якщо ці бактерії відносяться до інших сімейств. Вони містять інформацію про ферментах, що забезпечують пристосування до використання конкретного субстрату в якості джерела живлення або про ферментах, що забезпечують стійкість бактерій до різних несприятливих факторів середовища: антибіотиків, ксенобіоікам тощо.
Зазвичай плазміди захоплюються бактеріями з навколишнього середовища і використовуються ними вже в якості своїх власних додаткових джерел генетичної інформації.
Оскільки бактерії в нормі захоплюють плазміди з навколишнього середовища, то плазміди використовуються в біотехнології як векторів: в них вбудовують потрібні гени і таким чином ці гени разом з плазмидой впроваджуються в бактерію і починають в ній діяти.
Як векторів в біотехнології використовуються не тільки плазміди. але також віруси і бактеріофаги.
Бактеріофакі як біовектори
Особливо вдалий вектор був сконструйований на основі такого бактеріофага, як Коліфаги λ.
Фаг λ - помірний Коліфаги з довгим несократітельного хвостовим відростком і днДНК геномом розміром 48 502 пар основ Центральна частина генома фага несуттєва для його функціонування і використовується для замісної вставки клонованої ДНК по єдиному сайту впізнавання для рестріктази EcoRI. Сам по собі цей вектор короткий для упаковки в головку фага (розміри голівки накладають обмеження не тільки на максимальну, але і на мінімальну довжину генома). Таким чином, щоб отримати фаг, здатний розмножуватися з утворенням зрілих фагових частинок, в розрізаний батьківський вектор повинен бути неодмінно вбудований фрагмент чужорідної ДНК. Це призводить до утворення автоматичної селективної системи для відбору химерних фагів геномів. Для зручності відбору рекомбінантних фагів в несуттєву область генома, яка використовується для вставки, введений ген lacZ. Рекомбінантні фаги відбирають з зон лізису бактеріального газону, мають білий колір.
Фаг M13 - ниткоподібний Коліфаги, що має кільцевої онДНК-геном. Для отримання рекомбінантних ДНК використовують репликативную форму фага, що представляє собою кільцеву двухнітевая ДНК розміром 6400 п.н. в яку вставлений ген lacZ, що містить полілінкера сайтів для цілого ряду рестриктаз. Рекомбінантні фаги відбирають з зон лізису бактеріального газону, мають білий колір. Використання векторів на основі фага M13 має ряд позитивних моментів. Так, одне клонування дає два види фагів з однонітевую ДНК-геномом. Кожен вид фага містить тільки одну з ниток вставки ДНК, які можуть перебувати в різних орієнтаціях. У зв'язку з цим, клонування з використанням фага M13 зручно для створення однониткових ДНК-зондів і секвенування ДНК.
Спроба об'єднати переваги плазмідних і фагових векторів привела до створення косміди. Це плазміди з вбудованими специфічними послідовностями ДНК (cos - сайтами), що відповідають за Упаковку ДНК фага λ в фаговой частці. Такі вектори можуть існувати в бактерії у вигляді плазмід, але можуть бути виділені в чистому вигляді шляхом їх упаковки в фагів частинки in vitro. Цінність космідних векторів полягає в їх великої місткості - тобто в можливості клонування вставок великого розміру. На довжину цих векторів також накладаються обмеження, обумовлені розміром головки фага, але в такому геномі не обов'язково присутність генів, необхідних для литического циклу.
Малюнок: Перенесення генетичного матеріалу у бактерій за допомогою плазмід