เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของยีนหรือที่รู้จักกันในชื่อโครงสร้างสำหรับการแสดงออกของยีนมักจะเป็นพลาสมิด หรือไวรัสที่ออกแบบมาเพื่อการแสดงออกของยีน ในเซลล์เวกเตอร์ นี้ ใช้ในการนำยีน เฉพาะเข้าไปในเซลล์เป้าหมาย และสามารถควบคุมกลไก การสังเคราะห์โปรตีนของเซลล์เพื่อผลิตโปรตีนที่ถูกเข้ารหัส โดยยีน นั้น เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของยีนเป็นเครื่องมือพื้นฐานในเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการผลิตโปรตีน

เวกเตอร์ได้รับการออกแบบให้มีลำดับควบคุมที่ทำหน้าที่เป็น บริเวณ ตัวเร่งและตัวส่งเสริมและนำไปสู่การถอดรหัสยีนที่บรรจุอยู่ในเวกเตอร์การแสดงออกอย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 1 ]}เป้าหมายของเวกเตอร์การแสดงออกที่ออกแบบมาอย่างดีคือการผลิตโปรตีนอย่างมีประสิทธิภาพ และอาจบรรลุได้โดยการผลิตอาร์เอ็นเอส่ง สารที่มีความเสถียรในปริมาณมาก ซึ่งสามารถแปลเป็นโปรตีนได้ การแสดงออกของโปรตีนอาจถูกควบคุมอย่างเข้มงวด และโปรตีนจะถูกผลิตในปริมาณมากเมื่อจำเป็นเท่านั้นโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำอย่างไรก็ตาม ในบางระบบ โปรตีนอาจถูกแสดงออกอย่างต่อเนื่องEscherichia coliมักใช้เป็นโฮสต์สำหรับการผลิตโปรตีนแต่เซลล์ชนิดอื่นก็อาจถูกนำมาใช้เช่นกัน ตัวอย่างของการใช้เวกเตอร์การแสดงออกคือการผลิตอินซูลินซึ่งใช้ในการรักษาโรค เบาหวาน

เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกมีคุณสมบัติที่เวกเตอร์ ทั่วไป อาจมี เช่นจุดเริ่มต้นของการจำลองแบบ (origin of replication ) เครื่องหมายคัดเลือก (selectable marker ) และตำแหน่งที่เหมาะสมสำหรับการแทรกยีน เช่น ตำแหน่งการโคลนหลายตำแหน่ง (multiple cloning site)ยีนที่ถูกโคลนอาจถูกถ่ายโอนจากเวกเตอร์โคลน เฉพาะทาง ไปยังเวกเตอร์สำหรับการแสดงออก แม้ว่าจะสามารถโคลนโดยตรงลงในเวกเตอร์สำหรับการแสดงออกได้เช่นกัน กระบวนการโคลนนิ่งมักทำใน แบคทีเรีย Escherichia coliเวกเตอร์ที่ใช้สำหรับการผลิตโปรตีนในสิ่งมีชีวิตอื่นที่ไม่ใช่E.coliอาจมี นอกจากจุดเริ่มต้นของการจำลองแบบที่เหมาะสมสำหรับการแพร่กระจายในE.coliแล้ว ยังมีองค์ประกอบที่ช่วยให้สามารถคงอยู่ในสิ่งมีชีวิตอื่นได้ และเวกเตอร์เหล่านี้เรียกว่า เวกเตอร์ขนส่ง (shuttle vectors )

เวกเตอร์การแสดงออกต้องมีองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการแสดงออกของยีน ซึ่งอาจรวมถึงโปรโมเตอร์ลำดับการเริ่มต้นการแปลที่ถูกต้อง เช่นตำแหน่งการจับของไรโบโซมและรหัสเริ่มต้นรหัสยุติและลำดับการยุติการถอดรหัส [ ^{2 ] มี}ความแตกต่างในกลไกการสังเคราะห์โปรตีนระหว่างโปรคาริโอตและยูคาริโอต ดังนั้นเวกเตอร์การแสดงออกต้องมีองค์ประกอบสำหรับการแสดงออกที่เหมาะสมกับโฮสต์ที่เลือก ตัวอย่างเช่น เวกเตอร์การแสดงออกของโปรคาริโอตจะมีลำดับ Shine-Dalgarnoที่ตำแหน่งการเริ่มต้นการแปลสำหรับการจับของไรโบโซม ในขณะที่เวกเตอร์การแสดงออกของยูคาริโอตจะมีลำดับฉันทามติ Kozak

โปรโมเตอร์เป็นตัวเริ่มต้นการถอดรหัสและจึงเป็นจุดควบคุมการแสดงออกของยีนที่ถูกโคลน โปรโมเตอร์ที่ใช้ในเวกเตอร์แสดงออกมักจะเป็นแบบเหนี่ยวนำได้ซึ่งหมายความว่าการสังเคราะห์โปรตีนจะเริ่มต้นก็ต่อเมื่อจำเป็นโดยการใส่สารเหนี่ยว นำ เช่นIPTGเท่านั้น อย่างไรก็ตาม การแสดงออกของยีนอาจเป็นแบบคงที่ (กล่าวคือ โปรตีนถูกแสดงออกอย่างต่อเนื่อง) ในเวกเตอร์แสดงออกบางชนิด การสังเคราะห์โปรตีนแบบคงที่ในระดับต่ำอาจเกิดขึ้นได้แม้ในเวกเตอร์แสดงออกที่มีโปรโมเตอร์ที่ควบคุมอย่างเข้มงวด

หลังจากการแสดงออกของผลิตภัณฑ์ยีน อาจจำเป็นต้องทำให้โปรตีนที่แสดงออกบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม การแยกโปรตีนที่สนใจออกจากโปรตีนส่วนใหญ่ของเซลล์เจ้าบ้านอาจเป็นกระบวนการที่ยืดเยื้อ เพื่อให้กระบวนการทำให้บริสุทธิ์นี้ง่ายขึ้น อาจมีการเพิ่ม แท็กการทำให้บริสุทธิ์ลงในยีนที่โคลน แท็กนี้อาจเป็นแท็กฮิสติดีน (His)เพปไทด์เครื่องหมายอื่นๆ หรือพันธมิตรฟิวชั่นเช่นกลูตาไธโอน เอส-ทรานสเฟอเรสหรือโปรตีนจับมอลโทส [ ^{3 ] พันธมิตร}ฟิวชั่นบางตัวอาจช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายของโปรตีนที่แสดงออกบางชนิดได้ โปรตีนฟิวชั่นอื่นๆ เช่นโปรตีนเรืองแสงสีเขียวอาจทำหน้าที่เป็นยีนรายงานสำหรับการระบุยีนที่โคลนสำเร็จ หรืออาจใช้เพื่อศึกษาการแสดงออกของโปรตีนใน การ ถ่ายภาพเซลล์^{[ 4 ] [ 5 ]}

เวกเตอร์แสดงออกจะถูกถ่ายโอนหรือถ่ายทอดเข้าไปในเซลล์เจ้าบ้านเพื่อสังเคราะห์โปรตีน เวกเตอร์แสดงออกบางชนิดอาจมีองค์ประกอบสำหรับการถ่ายโอนหรือการแทรก DNA เข้าไปในโครโมโซมของเจ้าบ้าน ตัวอย่างเช่นยีนvirสำหรับการถ่ายโอนในพืชและ ตำแหน่ง อินทิเกรสสำหรับการรวมเข้ากับโครโมโซม

เวกเตอร์บางชนิดอาจมีลำดับเป้าหมายที่สามารถกำหนดเป้าหมายโปรตีนที่แสดงออกไปยังตำแหน่งเฉพาะ เช่นช่องว่างเพริพลาสมิกของแบคทีเรีย

อาจใช้สิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ในการแสดงออกของโปรตีนเป้าหมายของยีน และเวกเตอร์การแสดงออกที่ใช้จึงจะมีองค์ประกอบเฉพาะสำหรับการใช้งานในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด สิ่งมีชีวิตที่ใช้กันมากที่สุดในการผลิตโปรตีนคือแบคทีเรียEscherichia coliอย่างไรก็ตาม โปรตีนบางชนิดไม่สามารถแสดงออกได้อย่างประสบความสำเร็จในE. coliหรือแสดงออกโดยมีการดัดแปลงหลังการแปลรหัสที่ถูกต้อง เช่น การเติมหมู่ไกลโคซิล ดังนั้นจึงอาจต้องใช้ระบบอื่น ๆ

แบคทีเรียที่นิยมใช้ในการผลิตโปรตีนหลายชนิดคือEscherichia coliเนื่องจากกระบวนการผลิตโปรตีนต่างชนิดในE. coliนั้นค่อนข้างง่าย สะดวก รวดเร็ว และราคาถูก นอกจากนี้ ยังมีพลาสมิดสำหรับการแสดงออกของโปรตีน ใน E. coli จำนวนมาก ให้เลือกใช้ตามความต้องการที่หลากหลาย แบคทีเรียชนิดอื่นที่ใช้ในการผลิตโปรตีน ได้แก่Bacillus subtilis

โปรตีนต่างชนิดส่วนใหญ่จะถูกแสดงออกในไซโตพลาสซึมของE. coliอย่างไรก็ตาม โปรตีนที่เกิดขึ้นทั้งหมดอาจไม่ละลายในไซโตพลาสซึม และโปรตีนที่พับตัวไม่ถูกต้องซึ่งเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมอาจก่อตัวเป็นสารรวมตัวที่ไม่ละลายน้ำที่เรียกว่าอินคลูชัน บอดี้โปรตีนที่ไม่ละลายน้ำดังกล่าวจะต้องได้รับการพับตัวใหม่ ซึ่งอาจเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและอาจไม่ได้ให้ผลผลิตสูงเสมอไป^{[ 6 ]}โปรตีนที่มีพันธะไดซัลไฟด์มักจะไม่สามารถพับตัวได้อย่างถูกต้องเนื่องจากสภาพแวดล้อมที่ลดลงในไซโตพลาสซึมซึ่งป้องกันการก่อตัวของพันธะดังกล่าว และวิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้คือการกำหนดเป้าหมายโปรตีนไปยังช่องว่างเพริพลาสมิกโดยใช้ลำดับสัญญาณ ที่ปลาย N อีกความเป็นไปได้หนึ่งคือการจัดการสภาพแวดล้อมรีด็อกซ์ของไซโตพลาสซึม^{[ 7 ]}ระบบที่ซับซ้อนกว่าอื่นๆ กำลังได้รับการพัฒนา ระบบดังกล่าวอาจช่วยให้สามารถแสดงออกของโปรตีนที่ก่อนหน้านี้คิดว่าเป็นไปไม่ได้ในE. coliเช่นโปรตีนไกลโคซิเลต^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

โปรโมเตอร์ที่ใช้สำหรับเวกเตอร์เหล่านี้มักจะอิงตามโปรโมเตอร์ของlac operonหรือโปรโมเตอร์T7 ^{[ 11 ]}และโดยปกติจะถูกควบคุมโดยlac operatorโปรโมเตอร์เหล่านี้อาจเป็นไฮบริดของโปรโมเตอร์ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นTac-Promoterเป็นไฮบริดของโปรโมเตอร์trpและlac ^{[ 12 ]} โปรดทราบว่าโปรโมเตอร์ lacหรือ โปรโมเตอร์ที่ได้จาก lacที่ใช้กันทั่วไปส่วนใหญ่จะอิงตามlac UV5 mutant ซึ่งไม่ไวต่อการยับยั้งโดย catabolite mutant นี้ช่วยให้สามารถแสดงออกของโปรตีนภายใต้การควบคุมของ โปรโมเตอร์ lacเมื่ออาหารเลี้ยงเชื้อ มีกลูโคส เนื่องจากกลูโคสจะยับยั้งการแสดงออกของยีนหาก ใช้โปรโมเตอร์lacชนิดปกติ^{[ 13 ]}อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของกลูโคสยังคงสามารถใช้เพื่อลดการแสดงออกพื้นหลังผ่านการยับยั้งที่เหลืออยู่ในบางระบบได้^{[ 14 ]}

ตัวอย่างของ เวกเตอร์การแสดงออก ของ E. coliได้แก่ เวกเตอร์ซีรีส์ pGEX ซึ่งใช้กลูตาไธโอน เอส-ทรานสเฟอเรส เป็นคู่ฟิวชั่น และการแสดงออกของยีนอยู่ภายใต้การควบคุมของโปรโมเตอร์ tac ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}และเวกเตอร์ซีรีส์ pET ซึ่งใช้โปรโมเตอร์T7 ^{[ 18 ]}

เป็นไปได้ที่จะแสดงโปรตีนที่แตกต่างกันสองชนิดขึ้นไปพร้อมกันในE. coliโดยใช้พลาสมิดที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้พลาสมิด 2 ตัวขึ้นไป พลาสมิดแต่ละตัวจะต้องใช้การคัดเลือกยาปฏิชีวนะที่แตกต่างกัน รวมถึงต้นกำเนิดการจำลองแบบที่แตกต่างกัน มิฉะนั้นพลาสมิดตัวใดตัวหนึ่งอาจไม่สามารถคงอยู่ได้อย่างเสถียร พลาสมิดที่ใช้กันทั่วไปจำนวนมากมีพื้นฐานมาจาก รีพลิคอน ColE1ดังนั้นจึงไม่เข้ากัน หากพลาสมิดที่มีพื้นฐานมาจาก ColE1 สามารถอยู่ร่วมกับพลาสมิดอีกตัวหนึ่งในเซลล์เดียวกันได้ พลาสมิดอีกตัวจะต้องมีรีพลิคอนที่แตกต่างกัน เช่น พลาสมิดที่มีพื้นฐานมาจากรีพลิคอน p15A เช่น พลาสมิดตระกูล pACYC ^{[ 19 ]}อีกแนวทางหนึ่งคือการใช้เวกเตอร์สองซิสตรอนตัวเดียวหรือออกแบบลำดับการเข้ารหัสแบบเรียงต่อกันเป็นโครงสร้างแบบไบซิสตรอนหรือโพลีซิสตรอน^{[ 20 ] [ 21 ]}

ยีสต์ที่นิยมใช้ในการผลิตโปรตีนคือPichia pastoris [ ^{22 ] ตัวอย่าง}ของเวกเตอร์การแสดงออกของยีสต์ในPichiaคือเวกเตอร์ตระกูล pPIC และเวกเตอร์เหล่านี้ใช้ โปรโมเตอร์ AOX1ซึ่งสามารถเหนี่ยวนำได้ด้วยเมทานอล [ ^{23 ] พ}ลาสมิดอาจมีองค์ประกอบสำหรับการแทรก DNA ต่างประเทศเข้าไปในจีโนมของยีสต์และลำดับสัญญาณสำหรับการหลั่งโปรตีนที่แสดงออก โปรตีนที่มีพันธะไดซัลไฟด์และการไกลโคซิเลชันสามารถผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพในยีสต์ ยีสต์อีกชนิดหนึ่งที่ใช้ในการผลิตโปรตีนคือKluyveromyces lactisและยีนจะถูกแสดงออกโดยขับเคลื่อนด้วยตัวแปรของ โปรโมเตอร์ แลคเตส LAC4 ที่แข็งแกร่ง ^{[ 24 ]}

Saccharomyces cerevisiaeถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาการแสดงออกของยีนในยีสต์ เช่น ในระบบยีสต์ทูไฮบริดสำหรับการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีน ^{[ 25 ]}เวกเตอร์ที่ใช้ในระบบยีสต์ทูไฮบริดประกอบด้วยคู่ฟิวชั่นสำหรับยีนที่ถูกโคลนสองตัว ซึ่งช่วยให้สามารถถอดรหัสยีนรายงานได้เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโปรตีนสองตัวที่แสดงออกจากยีนที่ถูกโคลน

ไวรัสบาคุโลไวรัส ซึ่งเป็นไวรัสรูปแท่งที่ติดเชื้อเซลล์แมลง ถูกใช้เป็นเวกเตอร์การแสดงออกในระบบนี้^{[ 26 ]}เซลล์แมลงสายพันธุ์ที่ได้มาจาก ผีเสื้อ กลางคืนและผีเสื้อกลางวัน เช่นSpodoptera frugiperdaถูกใช้เป็นโฮสต์ เซลล์สายพันธุ์ที่ได้มาจากหนอนผีเสื้อกะหล่ำมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากได้รับการพัฒนาให้เติบโตอย่างรวดเร็วและไม่ต้องใช้ซีรั่มราคาแพงที่ปกติจำเป็นต้องใช้เพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโตของเซลล์^{[ 27 ] [ 28 ]}เวกเตอร์ขนส่งเรียกว่า bacmid และการแสดงออกของยีนอยู่ภายใต้การควบคุมของโปรโมเตอร์ pPolh ที่แข็งแกร่ง^{[ 29 ]}บาคุโลไวรัสยังถูกใช้กับเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในระบบBacMam ด้วย ^{[ 30 ]}

โดย ปกติแล้วไวรัสบาคุโลจะใช้ในการผลิตไกลโคโปรตีนแม้ว่าการเติมหมู่ไกลโคซิลอาจแตกต่างจากที่พบในสัตว์มีกระดูกสันหลังก็ตาม โดยทั่วไปแล้ว การใช้ไวรัสบาคุโลมีความปลอดภัยกว่าไวรัสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เนื่องจากมีช่วงโฮสต์ที่จำกัดและไม่ติดเชื้อในสัตว์มีกระดูกสันหลังหากไม่มีการดัดแปลง

เวกเตอร์การแสดงออกของพืชจำนวนมากมีพื้นฐานมาจากพลาสมิด TiของAgrobacterium tumefaciens [ ^{31 ] ใน}เวกเตอร์การแสดงออกเหล่านี้ DNA ที่จะแทรกเข้าไปในพืชจะถูกโคลนลงในT-DNAซึ่งเป็นส่วนของ DNA ที่มีลำดับการทำซ้ำโดยตรง 25 bp ที่ปลายทั้งสองข้าง และสามารถรวมเข้ากับจีโนมของพืชได้ T-DNA ยังมีเครื่องหมายที่เลือกได้ด้วยAgrobacteriumให้กลไกสำหรับการเปลี่ยนแปลงการรวมเข้ากับจีโนมของพืช และโปรโมเตอร์สำหรับ ยีน vir ของมัน ยังสามารถใช้กับยีนที่ถูกโคลนได้ด้วย อย่างไรก็ตาม ความกังวลเกี่ยวกับการถ่ายโอนวัสดุพันธุกรรมของแบคทีเรียหรือไวรัสเข้าไปในพืชได้นำไปสู่การพัฒนาเวกเตอร์ที่เรียกว่าเวกเตอร์อินทราเจนิก ซึ่งใช้สิ่งที่เทียบเท่ากับการทำงานของจีโนมพืช เพื่อไม่ให้มีการถ่ายโอนวัสดุพันธุกรรมจากสายพันธุ์ต่างถิ่นเข้าไปในพืช^{[ 32 ]}

ไวรัสพืชอาจถูกใช้เป็นพาหะ เนื่องจาก วิธีการใช้ Agrobacteriumไม่ได้ผลกับพืชทุกชนิด ตัวอย่างของไวรัสพืชที่ใช้ ได้แก่ไวรัสโมเสกยาสูบ (TMV) ไวรัส X ของมันฝรั่งและไวรัสโมเสกถั่วฝักยาว^{[ 33 ]}โปรตีนอาจถูกแสดงออกในรูปของฟิวชั่นกับโปรตีนเปลือกของไวรัสและแสดงอยู่บนพื้นผิวของอนุภาคไวรัสที่ประกอบขึ้น หรือในรูปของโปรตีนที่ไม่ฟิวชั่นซึ่งสะสมอยู่ภายในพืช การแสดงออกในพืชโดยใช้พาหะพืชมักจะเป็นแบบคงที่^{[ 34 ]}และโปรโมเตอร์แบบคงที่ที่ใช้กันทั่วไปในพาหะการแสดงออกของพืชคือ โปรโมเตอร์ 35S ของไวรัสโมเสกกะหล่ำดอก (CaMV) ^{[ 35 ] [ 36 ]}

เวกเตอร์การแสดงออกของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีข้อดีมากมายสำหรับการแสดงออกของโปรตีนสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเมื่อเทียบกับระบบการแสดงออกของแบคทีเรีย ได้แก่ การพับตัวที่เหมาะสม การดัดแปลงหลังการแปล และกิจกรรมเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง นอกจากนี้ยังอาจเป็นที่ต้องการมากกว่าระบบยูคาริโอตที่ไม่ใช่สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ ซึ่งโปรตีนที่แสดงออกอาจไม่มีการไกลโคซิเลชันที่ถูกต้อง มีประโยชน์อย่างยิ่งในการผลิตโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งต้องการชาเปอโรนเพื่อการพับตัวและความเสถียรที่เหมาะสม รวมถึงการดัดแปลงหลังการแปลจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือผลผลิตของผลิตภัณฑ์ต่ำเมื่อเทียบกับเวกเตอร์โปรคาริโอต รวมถึงลักษณะที่มีราคาแพงของเทคนิคที่เกี่ยวข้อง เทคโนโลยีที่ซับซ้อนและการปนเปื้อนที่อาจเกิดขึ้นจากไวรัสสัตว์ในการแสดงออกของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมยังเป็นข้อจำกัดในการใช้งานในการผลิตทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่^{[ 37 ]}

เซลล์สายพันธุ์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เพาะเลี้ยง เช่นเซลล์รังไข่ของหนูแฮมสเตอร์จีน (CHO) , COSรวมถึงเซลล์สายพันธุ์มนุษย์ เช่นHEKและHeLaอาจใช้ในการผลิตโปรตีน เวกเตอร์จะถูกถ่ายโอนเข้าไปในเซลล์ และ DNA อาจถูกรวมเข้ากับจีโนมโดยการรวมตัวกันแบบโฮโมโลจัสในกรณีของการถ่ายโอนแบบเสถียร หรือเซลล์อาจถูกถ่ายโอนแบบชั่วคราว ตัวอย่างของเวกเตอร์การแสดงออกในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ได้แก่เวกเตอร์อะดีโนไวรัส^{[ 38 ]}เวกเตอร์พลาสมิดซีรีส์ pSV และ pCMV เวกเตอร์แวคซิเนียและเรโทร ไวรัส ^{[ 39 ]}รวมถึงบาคุโลไวรัส^{[ 30 ]}โปรโมเตอร์สำหรับไซโตเมกาโลไวรัส (CMV) และSV40มักใช้ในเวกเตอร์การแสดงออกในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพื่อขับเคลื่อนการแสดงออกของยีน โปรโมเตอร์ที่ไม่ใช่ไวรัส เช่น โปรโมเตอร์ปัจจัยการยืดตัว (EF)-1 ก็เป็นที่รู้จักเช่นกัน^{[ 40 ]}

สารละลายเซลล์E. coliที่มีส่วนประกอบของเซลล์ที่จำเป็นสำหรับการถอดรหัสและการแปลรหัสจะถูกนำมาใช้ใน วิธีการผลิตโปรตีน ในหลอดทดลอง นี้ ข้อดีของระบบดังกล่าวคือสามารถผลิตโปรตีนได้เร็วกว่าที่ผลิตในร่างกายเนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้เวลาในการเพาะเลี้ยงเซลล์ แต่ก็มีราคาแพงกว่าเช่นกัน เวกเตอร์ที่ใช้สำหรับ การแสดงออกของ E. coliสามารถนำมาใช้ในระบบนี้ได้ แม้ว่าจะมีเวกเตอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับระบบนี้ก็ตาม สารสกัดจากเซลล์ยูคาริโอตอาจถูกนำมาใช้ในระบบที่ปราศจากเซลล์อื่นๆ เช่นระบบการแสดงออกที่ปราศจากเซลล์ของจมูกข้าวสาลี^{[ 41 ]}ระบบที่ปราศจากเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมก็ได้รับการผลิตขึ้นเช่นกัน^{[ 42 ]}

การใช้เวกเตอร์แสดงออกในโฮสต์แสดงออกเป็นวิธีการที่นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อผลิตโปรตีนสำหรับการวิจัย โปรตีนส่วนใหญ่ผลิตในE. coliแต่สำหรับโปรตีนที่มีการเติมหมู่ไกลโคซิลและโปรตีนที่มีพันธะไดซัลไฟด์ อาจใช้ยีสต์ บาคุโลไวรัส และระบบของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้

ปัจจุบัน ยาโปรตีนส่วนใหญ่ผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีดีเอ็นเอลูกผสมโดยใช้เวกเตอร์การแสดงออก ยาเปปไทด์และโปรตีนเหล่านี้อาจเป็นฮอร์โมน วัคซีน ยาปฏิชีวนะ แอนติบอดี และเอนไซม์^{[ 43 ]} อินซูลินซึ่งเป็นโปรตีนลูกผสมของมนุษย์ตัวแรกที่ใช้ในการจัดการโรค ได้รับการแนะนำในปี 1982 ^{[ 43 ]}เทคโนโลยีชีวภาพช่วยให้สามารถผลิตยาเปปไทด์และโปรตีนเหล่านี้ ซึ่งบางชนิดก่อนหน้านี้หายากหรือหาได้ยาก ในปริมาณมาก นอกจากนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อน เช่น ไวรัสของโฮสต์ สารพิษ และพรีออนตัวอย่างจากอดีต ได้แก่ การปนเปื้อนของ พรีออนในฮอร์โมนการเจริญเติบโตที่สกัดจากต่อมใต้สมองที่เก็บเกี่ยวจากศพมนุษย์ ซึ่งทำให้เกิดโรคครอยซ์เฟลด์-จาคอบในผู้ป่วยที่ได้รับการรักษาภาวะแคระแกร็น^{[ 44 ]}และการปนเปื้อนของไวรัสในปัจจัยการแข็งตัวของเลือดVIIIที่แยกได้จากเลือดมนุษย์ ซึ่งส่งผลให้เกิดการแพร่กระจายของโรคไวรัส เช่นโรคตับอักเสบและเอดส์^{[ 45 ] [ 46 ]}ความเสี่ยงดังกล่าวจะลดลงหรือถูกกำจัดออกไปโดยสิ้นเชิงเมื่อโปรตีนถูกผลิตในเซลล์โฮสต์ที่ไม่ใช่มนุษย์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เวกเตอร์การแสดงออกถูกนำมาใช้เพื่อนำยีนเฉพาะเข้าไปในพืชและสัตว์เพื่อผลิต สิ่งมีชีวิต ดัดแปลงพันธุกรรม ตัวอย่างเช่น ในด้านการเกษตรใช้ในการผลิตพืชดัดแปลงพันธุกรรมเวกเตอร์การแสดงออกถูกนำมาใช้เพื่อนำสารตั้งต้น ของ วิตามินเอ คือ เบต้าแคโรทีนเข้าไปในต้นข้าว ผลิตภัณฑ์นี้เรียกว่าข้าวสีทองกระบวนการนี้ยังถูกนำมาใช้เพื่อนำยีนเข้าไปในพืชที่ผลิตสารฆ่าแมลงเรียกว่าสารพิษ Bacillus thuringiensisหรือสารพิษ Btซึ่งช่วยลดความจำเป็นที่เกษตรกรจะต้องใช้สารฆ่าแมลง เนื่องจากสารนี้ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการดัดแปลง นอกจากนี้ เวกเตอร์การแสดงออกยังถูกนำมาใช้เพื่อยืดอายุการสุกของมะเขือเทศโดยการดัดแปลงพืชเพื่อให้ผลิตสารเคมีที่ทำให้มะเขือเทศเน่าเสียน้อยลง^{[ 47 ]}มีข้อโต้แย้งเกี่ยวกับการใช้เวกเตอร์การแสดงออกเพื่อดัดแปลงพืชผล เนื่องจากอาจมีความเสี่ยงต่อสุขภาพที่ไม่ทราบแน่ชัด ความเป็นไปได้ที่บริษัทต่างๆ จะจดสิทธิบัตร พืช อาหารดัดแปลงพันธุกรรม บางชนิด และข้อกังวลด้านจริยธรรม อย่างไรก็ตาม เทคนิคนี้ยังคงถูกนำมาใช้และวิจัยอย่างกว้างขวาง

สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมยังถูกผลิตขึ้นเพื่อศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการทางชีวเคมีของสัตว์และโรคของมนุษย์ หรือใช้ในการผลิตยาและโปรตีนอื่นๆ นอกจากนี้ยังอาจถูกดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้มีลักษณะที่เป็นประโยชน์หรือได้เปรียบโปรตีนเรืองแสงสีเขียวบางครั้งถูกใช้เป็นตัวบ่งชี้ ทำให้สัตว์สามารถเรืองแสงได้ และมีการนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตปลาเรืองแสง (GloFish )

การบำบัดด้วยยีนเป็นวิธีการรักษาที่น่าสนใจสำหรับโรคหลายชนิด โดยการนำยีน "ปกติ" ที่บรรจุอยู่ในเวกเตอร์มาแทรกเข้าไปในจีโนม เพื่อแทนที่ยีน "ผิดปกติ" หรือเสริมการแสดงออกของยีนเฉพาะ โดยทั่วไปจะใช้เวกเตอร์ไวรัส แต่กำลังมีการพัฒนาวิธีการนำส่งแบบไม่ใช้ไวรัสอื่นๆ การรักษานี้ยังคงมีความเสี่ยงอยู่ เนื่องจากเวกเตอร์ไวรัสที่ใช้สามารถก่อให้เกิดผลเสียได้ เช่น ทำให้เกิดการกลายพันธุ์จากการแทรก ซึ่งอาจนำไปสู่โรคมะเร็งได้^{[ 48 ] [ 49 ]}อย่างไรก็ตาม ก็มีผลลัพธ์ที่น่าสนใจ^{[ 50 ] [ 51 ]}

เวกเตอร์แสดงออก (Expression vectors) เป็นเครื่องมือพื้นฐานในชีววิทยาระดับโมเลกุลและเทคโนโลยีชีวภาพสำหรับการควบคุมการแสดงออกของยีนที่ถูกโคลนในเซลล์เจ้าบ้าน ทำให้สามารถศึกษาการทำงานของยีนและการผลิตโปรตีนลูกผสมได้ เนื่องจากการใช้งานอย่างแพร่หลายในการวิจัย เวกเตอร์แสดงออกอ้างอิงจึงได้รับการเก็บรักษาไว้โดยศูนย์ทรัพยากรชีวภาพสาธารณะและคลังข้อมูลที่ไม่แสวงหาผลกำไร เพื่ออำนวยความสะดวกในการเข้าถึงวัสดุมาตรฐานสำหรับนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก คลังข้อมูลดังกล่าว ได้แก่ BCCM/GeneCorner และ Addgene

• เวกเตอร์โคลนนิ่ง
• โปรตีนของเซลล์เจ้าบ้าน

• คู่มือระบบการหลอมรวมยีน GST (GST Gene Fusion System Handbook) เก็บถาวรเมื่อวันที่ 5 ธันวาคม 2008 ที่Wayback Machine