وکتورهای کلونینگ چیست؟ تعریف، ویژگی، انواع و کاربرد

فهرست مطالب نمایش

مقدمه‌ای بر وکتورهای کلونینگ

وکتور یا ناقل‌های ژنتیکی وسیله ای برای انتقال DNA خارجی به سلول های گیرنده هستند.
در شبیه سازی مولکولی، وکتور یک مولکول DNA است که به عنوان وسیله ای برای انتقال مصنوعی مواد ژنتیکی خارجی به سلول دیگر، جایی که می‌تواند تکثیر و یا بیان شود، استفاده می‌شود.
وکتورها می توانند به طور مستقل تکثیر شوند و معمولاً شامل ویژگی هایی برای تسهیل دستکاری DNA و همچنین نشانگر ژنتیکی برای تشخیص انتخابی آنها می شوند.
انواع مختلف ناقل‌های موجود برای شبیه سازی عبارتند از: پلاسمیدها، باکتریوفاژها، کروموزوم‌های مصنوعی باکتریایی (BACs)، کروموزوم‌های مصنوعی مخمری (YACs) و کروموزوم‌های مصنوعی پستانداران (MACs).
وکتورهای کلونینگ براساس قسمتی از مولکول که وارد وکتور میشود، محدود میشوند. بسته به اندازه و کاربرد آن قسمت، ناقل مناسب برای یک هدف خاص انتخاب می شود.

ویژگی های اساسی وکتورهای کلونینگ

صرف نظر از انتخاب یک ناقل، همه ناقل‌ها مولکول‌های DNA حامل هستند. این مولکول‌های حامل باید به طور کلی دارای چند ویژگی مشترک باشند مانند:

باید در داخل سلول میزبان خود تکثیر شوند.
باید یک مکان محدود منحصر به فرد برای آنزیم های RE داشته باشد.
معرفی قطعه DNA دهنده نباید با خاصیت همانندسازی ناقل تداخل داشته باشد.
باید دارای یک ژن نشانگر باشد تا بتوان از آن برای شناسایی بعدی سلول نوترکیب (معمولاً یک ژن مقاومت آنتی بیوتیکی که در سلول میزبان وجود ندارد) استفاده کرد.
آنها باید به راحتی از سلول میزبان جدا شوند.

پلاسمیدها

پلاسمیدها کروموزومهای اضافی حلقوی دو رشته‌ای تکثیر کننده DNA هستند که در سلول‌های باکتریایی وجود دارند.
پلاسمیدها اندازه ای از 5.0 کیلو باز تا 400 کیلوباز را نشان می دهند.
پلاسمیدها با فرآیندی به نام ترانسفورماسیون وارد باکتری می‌شوند.
پلاسمیدها می توانند یک قطعه DNA تا 10 کیلوباز را در خود جای دهند.
به طور کلی ناقل‌های پلاسمید حامل یک ژن نشانگر هستند که عمدتاً یک ژن برای مقاومت آنتی بیوتیکی است. در نتیجه هر سلولی که حاوی پلاسمید باشد در حضور آنتی بیوتیک انتخابی عرضه شده در محیط، رشد می کند.

باکتریوفاژ

ویروس‌هایی که باکتری ها را آلوده می کنند، باکتریوفاژ نامیده می شوند. اینها انگلهای اجباری داخل سلولی هستند که با استفاده از برخی یا همه آنزیمهای میزبان در داخل سلول باکتری تکثیر می‌شوند.
باکتریوفاژها مکانیسم بسیار پیشرفته‌ای برای رساندن ژنوم خود به سلول باکتری دارند. از این رو می توان از آن به عنوان یک وکتور کلونینگ برای تحویل بخش های DNA بزرگتر استفاده کرد.
بیشتر ژنوم باکتریوفاژ غیر ضروری است و می تواند با DNA خارجی جایگزین شود.
با استفاده از باکتریوفاژ به عنوان یک ناقل، یک قطعه DNA با اندازه تا 20 کیلوباز را می توان ترانسفرمیشن کرد.

کروموزوم های مصنوعی باکتریایی (BAC)

کروموزوم های مصنوعی باکتریایی (BACs) پلازمید ساده ای هستند که برای کلونینگ قطعات DNA بسیار بزرگ در اندازه های 75 تا 300 کیلوباز طراحی شده اند.
BACها اساساً دارای قسمت نشانگر مانند ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی و منشا بسیار پایدار همانندسازی (ori) هستند که توزیع پلازمید را پس از تقسیم سلولی باکتریایی افزایش می‌دهد و تعداد کپی پلازمید را به یک یا دو در هر سلول حفظ می‌کند.
BAC ها اساساً در تعیین توالی ژنوم موجودات در پروژه های ژنومی استفاده می شوند. برای مثال BAC ها در پروژه ژنوم انسان استفاده شدند.
چند صد هزار قطعه DNA را می توان با استفاده از BACs کلون کرد.

کروموزوم های مصنوعی مخمر (YAC)

YAC ها ناقل بیان مخمر هستند.
یک قطعه DNA بسیار بزرگ که اندازه آن از 100 کیلوباز تا 3000 کیلوباز متغیر است را می‌توان با استفاده از YAC کلون کرد.
بیشتر YAC ها برای شبیه سازی قطعات DNA بسیار بزرگ و برای نقشه برداری فیزیکی ژنوم های پیچیده استفاده می شوند.
YAC ها نسبت به BAC ها در بیان پروتئین های یوکاریوتی که نیاز به تغییرات پس از ترجمه دارند، برتری دارند.
اما، YACها به تولید اثرات کایمریک معروف هستند که آنها را در مقایسه با BAC ها پایدارتر می کند.

کروموزوم های مصنوعی انسان (HAC)

کروموزوم های مصنوعی انسان (HACs) یا کروموزوم های مصنوعی پستانداران (MACs) در حال توسعه هستند.
HAC ها میکروکروموزوم هایی هستند که می‌توانند به عنوان یک کروموزوم جدید در جمعیتی از سلول‌های انسانی عمل کنند.
اندازه HAC ها از 6 تا 10 مگاباز است که حامل ژن های جدید معرفی شده توسط محققان انسانی است.
HAC ها را می توان به عنوان ناقل در انتقال ژن های جدید، مطالعه بیان و عملکرد کروموزومی پستانداران نیز با استفاده از این میکروکروزوم‌ها در سیستم پستانداران مورد استفاده قرار داد.

انواع دیگر وکتورها

همه وکتورها ممکن است برای کلونینگ استفاده شوند و بنابراین وکتورهای کلونینگ هستند، اما ناقل‌هایی نیز وجود دارند که به‌ویژه برای کلونینگ طراحی شده‌اند، در حالی که برخی دیگر ممکن است به‌طور خاص برای اهداف دیگری مانند رونویسی و بیان پروتئین طراحی شوند.

وکتورهای بیان

وکتورهایی که به طور خاص برای بیان ژن در سلول هدف طراحی شده اند، وکتورهای بیانی نامیده می شوند و به طور کلی دارای یک توالی پروموتر هستند که بیان ژن تراریخته را هدایت می کند. وکتورهای بیانی، پروتئین ها را از طریق رونویسی قسمت وارد شده به ناقل تولید می کنند که با ترجمه mRNA تولید شده همراه است.

وکتورهای رونویسی

ناقلهای ساده تری به نام وکتورهای رونویسی فقط قابلیت رونویسی را دارند اما ترجمه نمی شوند: آنها را می توان در یک سلول هدف تکثیر کرد اما بر خلاف وکتورهای بیانی بیان نمی شود. ناقل‌های رونویسی برای تقویت قسمت وارد شده به ناقل، استفاده می شود.