ในการโคลนนิ่งระดับโมเลกุลเวกเตอร์คืออนุภาคใดๆ (เช่นพลาสมิดคอสมิดแลมบ์ดาฟาจ ) ที่ใช้เป็นพาหะในการนำลำดับนิวคลีอิก ต่างประเทศ – โดยปกติคือ DNA – เข้าสู่เซลล์ อื่น ซึ่งสามารถจำลองและ/หรือแสดงออกได้ [ ^{1 ] เวก}เตอร์ที่มี DNA ต่างประเทศเรียกว่าDNA ลูกผสมเวกเตอร์หลักสี่ประเภท ได้แก่พลาสมิดเวกเตอร์ไวรัสคอสมิดและโครโมโซมเทียมในบรรดาเวกเตอร์เหล่านี้ พลาสมิดเป็นเวกเตอร์ที่ใช้กันมากที่สุด^{[ 2 ]} เวกเตอร์ที่ได้รับการออกแบบทั้งหมดมีส่วนประกอบร่วมกันคือจุดเริ่มต้นของการจำลองตำแหน่งการโคลนหลายตำแหน่งและเครื่องหมายที่เลือกได้

โดยทั่วไปแล้ว เวกเตอร์จะบรรจุ ลำดับ ดีเอ็นเอที่ประกอบด้วยส่วนแทรก (ในกรณีนี้คือยีนเป้าหมาย ) และลำดับที่ใหญ่กว่าซึ่งทำหน้าที่เป็น "โครงสร้างหลัก" ของเวกเตอร์ จุดประสงค์ของเวกเตอร์ที่ถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมไปยังเซลล์อื่นนั้น โดยทั่วไปคือการแยก ขยาย หรือแสดงออกของส่วนแทรกในเซลล์เป้าหมาย เวกเตอร์ทั้งหมดสามารถใช้สำหรับการโคลนนิ่งได้ ดังนั้นจึงเรียกว่าเวกเตอร์สำหรับการโคลนนิ่งแต่ก็มีเวกเตอร์ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสำหรับการโคลนนิ่ง ในขณะที่เวกเตอร์อื่นๆ อาจถูกออกแบบมาเพื่อวัตถุประสงค์อื่นๆ โดยเฉพาะ เช่น การถอดรหัสและการแสดงออกของโปรตีน เวกเตอร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการแสดงออกของยีนเป้าหมายในเซลล์เป้าหมายเรียกว่าเวกเตอร์สำหรับการแสดงออกและโดยทั่วไปจะมี ลำดับ โปรโมเตอร์ที่ควบคุมการแสดงออกของยีนเป้าหมาย เวกเตอร์ที่ง่ายกว่าที่เรียกว่าเวกเตอร์สำหรับการถอดรหัส สามารถถอดรหัสได้เท่านั้น แต่ไม่สามารถแปลได้ กล่าวคือ สามารถจำลองตัวเองในเซลล์เป้าหมายได้ แต่ไม่สามารถแสดงออกได้ ซึ่งแตกต่างจากเวกเตอร์สำหรับการแสดงออก เวกเตอร์สำหรับการถอดรหัสใช้เพื่อขยายส่วนแทรกของมัน

โดยปกติแล้วการจัดการ DNA จะดำเนินการบน เวกเตอร์ E. coliซึ่งมีองค์ประกอบที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ใน E. coliอย่างไรก็ตาม เวกเตอร์อาจมีองค์ประกอบที่ช่วยให้สามารถดำรงอยู่ในสิ่งมีชีวิตอื่น เช่น ยีสต์ พืช หรือเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และเวกเตอร์เหล่านี้เรียกว่าเวกเตอร์แบบชัตเติล เวกเตอร์ดังกล่าวมีองค์ประกอบของแบคทีเรียหรือไวรัสที่อาจถูกถ่ายโอนไปยังสิ่งมีชีวิตโฮสต์ที่ไม่ใช่แบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม เวกเตอร์อื่นที่เรียกว่าเวกเตอร์อินทราจีนิกได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อหลีกเลี่ยงการถ่ายโอนวัสดุพันธุกรรมใด ๆ จากสายพันธุ์ต่างถิ่น^{[ 3 ]}

การแทรกเวกเตอร์เข้าไปในเซลล์เป้าหมายมักเรียกว่าการแปลงสภาพสำหรับเซลล์แบคทีเรีย^{[ 4 ​​]}และการถ่ายทอดยีนสำหรับเซลล์ยูคาริโอต^{[ 5 ]}แม้ว่าการแทรกเวกเตอร์ไวรัสจะเรียกว่าการถ่ายทอดยีนก็ตาม^{[ 6 ]}

พลาสมิดเป็นลำดับดีเอ็นเอแบบสองสายที่อยู่นอกโครโมโซมและโดยทั่วไปเป็นวงกลม ซึ่งสามารถจำลองตัวเองได้โดยใช้กลไกการจำลองของเซลล์เจ้าบ้าน^{[ 7 ]}เวกเตอร์พลาสมิดประกอบด้วยต้นกำเนิดของการจำลอง แบบอย่างง่ายที่สุด ซึ่งช่วยให้พลาสมิดสามารถจำลองตัวเองได้แบบกึ่งอิสระในเจ้าบ้าน พลาสมิดพบได้ทั่วไปในแบคทีเรียหลายชนิด เช่น ในEscherichia coliแต่ก็อาจพบได้ในยูคาริโอตบางชนิด เช่น ในยีสต์ เช่นSaccharomyces cerevisiae [ ^{8 ] พ}ลาสมิดของแบคทีเรียอาจเป็นแบบถ่ายทอดได้ (conjugative/transmissible) และแบบไม่สามารถถ่ายทอดได้ (non-conjugative):

• การถ่ายทอดยีนแบบคอนจูเกชัน - ถ่ายทอด DNA ผ่านกระบวนการคอนจูเกชัน จึงแพร่กระจายอย่างรวดเร็วในหมู่เซลล์แบคทีเรียในประชากร ตัวอย่างเช่น พลาสมิด F, พลาสมิด R จำนวนมาก และพลาสมิด col บางชนิด
• แบบไม่ถ่ายทอดยีนผ่านการเชื่อมต่อ (nonconjugative) - ไม่ส่งผ่าน DNA ผ่านการเชื่อมต่อ เช่น พลาสมิด R และ col จำนวนมาก

พลาสมิดที่มีโครงสร้างพิเศษมักถูกใช้ในห้องปฏิบัติการเพื่อวัตถุประสงค์ในการโคลนนิ่งพลาสมิดเหล่านี้โดยทั่วไปจะไม่สามารถถ่ายทอดได้ แต่Hอาจมีคุณสมบัติอื่นๆ อีกมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง " ตำแหน่งการโคลนนิ่งหลาย ตำแหน่ง " ซึ่ง มีตำแหน่งการตัด ของเอนไซม์จำกัด หลายตำแหน่ง ที่ช่วยให้สามารถแทรกยีนเป้าหมายได้ แบคทีเรียที่มีพลาสมิดสามารถสร้างสำเนาของเวกเตอร์ได้หลายล้านชุดภายในแบคทีเรียในเวลาไม่กี่ชั่วโมง และเวกเตอร์ที่ขยายจำนวนแล้วสามารถสกัดออกจากแบคทีเรียเพื่อการจัดการเพิ่มเติมได้ พลาสมิดอาจถูกใช้เป็นเวกเตอร์สำหรับการถอดรหัสโดยเฉพาะ และพลาสมิดดังกล่าวอาจขาดลำดับที่สำคัญสำหรับการแสดงออกของโปรตีน พลาสมิดที่ใช้สำหรับการแสดงออกของโปรตีน เรียกว่าเวกเตอร์สำหรับการแสดงออกจะมีองค์ประกอบสำหรับการแปลโปรตีน เช่นตำแหน่งการจับของไรโบโซม รหัสเริ่มต้นและรหัส หยุด

ไวรัสเวกเตอร์เป็นไวรัสที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม โดยบรรจุดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอของไวรัสที่ถูกดัดแปลงให้ไม่ก่อให้เกิดการติดเชื้อ แต่ยังคงมีโปรโมเตอร์ของไวรัสและยีนเป้าหมายอยู่ ทำให้สามารถแปลรหัสยีนเป้าหมายผ่านโปรโมเตอร์ของไวรัสได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไวรัสเวกเตอร์มักขาดลำดับดีเอ็นเอที่ก่อให้เกิดการติดเชื้อ จึงจำเป็นต้องใช้ไวรัสช่วยหรือสายการผลิตสำหรับการถ่ายทอดยีนในปริมาณมาก ไวรัสเวกเตอร์มักถูกออกแบบมาให้รวมส่วนที่แทรกเข้าไปในจีโนมของโฮสต์อย่างถาวร และทิ้งร่องรอยทางพันธุกรรม ที่ชัดเจนไว้ ในจีโนมของโฮสต์หลังจากรวมยีนเป้าหมายเข้าไปแล้ว ตัวอย่างเช่นเรโทรไวรัสจะทิ้ง รูปแบบ การรวมตัวของเรโทรไวรัส ที่เป็นลักษณะเฉพาะ หลังจากแทรกตัวเข้าไป ซึ่งสามารถตรวจจับได้และบ่งชี้ว่าไวรัสเวกเตอร์ได้รวมตัวเข้ากับจีโนมของโฮสต์แล้ว

โครโมโซมเทียมคือโครโมโซมที่สร้างขึ้นในบริบทของโครโมโซมเทียมยีสต์ (YACs) โครโมโซมเทียมแบคทีเรีย (BACs) หรือโครโมโซมเทียมมนุษย์ (HACs) โครโมโซมเทียมสามารถบรรจุชิ้นส่วน DNA ที่ใหญ่กว่าเวกเตอร์อื่นๆ ได้มาก^{[ 9 ]} YACs และ BACs สามารถบรรจุชิ้นส่วน DNA ที่มีความยาวได้ถึง 300,000 นิวคลีโอไทด์ โครงสร้างที่จำเป็นสามประการของโครโมโซมเทียม ได้แก่ จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบ เซนโทรเมียร์ และลำดับปลายเทโลเมียร์^{[ 10 ]}

การถอดรหัสยีนที่ถูกโคลนเป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของเวกเตอร์เมื่อต้องการการแสดงออกของยีน: ยีนหนึ่งอาจถูกขยายผ่านการถอดรหัสเพื่อสร้างสำเนาmRNA หลายชุด ซึ่งเป็นแม่แบบที่โปรตีนสามารถผลิตได้ผ่านการแปล^{[ 11 ]}จำนวน mRNA ที่มากขึ้นจะแสดงออกโปรตีนในปริมาณที่มากขึ้น และจำนวนสำเนา mRNA ที่สร้างขึ้นจะขึ้นอยู่กับโปรโมเตอร์ที่ใช้ในเวกเตอร์^{[ 12 ]}การแสดงออกอาจเป็นแบบคงที่ หมายความว่าโปรตีนถูกผลิตอย่างต่อเนื่องในพื้นหลัง หรืออาจเป็นแบบเหนี่ยวนำได้ ซึ่งโปรตีนจะถูกแสดงออกเฉพาะภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง เช่น เมื่อมีการเพิ่มสารเหนี่ยวนำทางเคมี การแสดงออกสองประเภทที่แตกต่างกันนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของโปรโมเตอร์และตัวดำเนินการที่ใช้

โปรโมเตอร์ไวรัสมักใช้สำหรับการแสดงออกอย่างต่อเนื่องในพลาสมิดและเวกเตอร์ไวรัส เนื่องจากโดยปกติแล้วจะบังคับให้มีการถอดรหัสอย่างต่อเนื่องในเซลล์หลายสายพันธุ์และหลายประเภทได้อย่างน่าเชื่อถือ^{[ 13 ]}การแสดงออกที่เหนี่ยวนำได้ขึ้นอยู่กับโปรโมเตอร์ที่ตอบสนองต่อสภาวะการเหนี่ยวนำ ตัวอย่างเช่น โปรโมเตอร์ ไวรัสเนื้องอกเต้านมของหนูจะเริ่มการถอดรหัสหลังจาก ใช้ เดกซาเมทาโซน เท่านั้น และ โปรโมเตอร์ช็อกความร้อน ของแมลงหวี่จะเริ่มการถอดรหัสหลังจากอุณหภูมิสูงเท่านั้น

เวกเตอร์บางชนิดถูกออกแบบมาเพื่อใช้ในการถอดรหัสพันธุกรรมเท่านั้น เช่น สำหรับ การผลิต mRNA ในหลอดทดลองเวกเตอร์เหล่านี้เรียกว่าเวกเตอร์ถอดรหัสพันธุกรรม เวกเตอร์เหล่านี้อาจขาดลำดับที่จำเป็นสำหรับการเติมหมู่โพลีอะเดนิลและการยุติการถอดรหัส ดังนั้นจึงอาจไม่สามารถใช้ในการผลิตโปรตีนได้

เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของโปรตีนจะสร้างโปรตีนผ่านกระบวนการถอดรหัสของชิ้นส่วนดีเอ็นเอที่ใส่เข้าไปในเวกเตอร์ ตามด้วยการแปลรหัสของmRNAที่ได้ ดังนั้นจึงต้องการส่วนประกอบมากกว่าเวกเตอร์ที่ใช้การถอดรหัสเพียงอย่างเดียว การแสดงออกของโปรตีนในสิ่งมีชีวิตเจ้าบ้านที่แตกต่างกันจะต้องการองค์ประกอบที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะมีความต้องการที่คล้ายคลึงกัน เช่น โปรโมเตอร์สำหรับการเริ่มต้นการถอดรหัสตำแหน่งการจับของไรโบโซมสำหรับการเริ่มต้นการแปลรหัส และสัญญาณการยุติการถอดรหัส

• โปรโมเตอร์ - โปรโมเตอร์แบบเหนี่ยวนำที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ โปรโมเตอร์ที่ได้มาจากแลคโอเปรอนและ โปรโมเตอร์ T7โปรโมเตอร์ที่แรงอื่นๆ ที่ใช้กัน ได้แก่โปรโมเตอร์ Trpและโปรโมเตอร์ Tacซึ่งเป็นลูกผสมของโปรโมเตอร์ Trp และแลคโอเปรอน
• บริเวณจับกับไรโบโซม (RBS) - อยู่ถัดจากโปรโมเตอร์ และช่วยส่งเสริมการแปลรหัสโปรตีนเป้าหมายอย่างมีประสิทธิภาพ
• ตำแหน่งเริ่มต้นการแปล - ลำดับ Shine-Dalgarnoที่อยู่ภายใน RBS ห่างจากรหัสเริ่มต้น AUG ไปทางต้นน้ำ 8 คู่เบส

เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของยีนในยูคาริโอตต้องการลำดับเบสที่เข้ารหัสสำหรับ:

• ส่วนหางโพลีอะดีนิเลชัน : สร้างส่วนหางโพลีอะดีนิเลชันที่ปลายของพรีเอ็มอาร์เอ็นเอที่ถูกถอดรหัส ซึ่งทำหน้าที่ปกป้องเอ็มอาร์เอ็นเอจากเอนไซม์เอ็กโซนิวคลีเอสและรับประกันการสิ้นสุดของการถอดรหัสและการแปลรหัส ทำให้การผลิตเอ็มอาร์เอ็นเอมีความเสถียร
• ความยาว UTRขั้นต่ำ: UTR มีลักษณะเฉพาะบางประการที่อาจขัดขวางการถอดรหัสหรือการแปล ดังนั้นเวกเตอร์การแสดงออกที่เหมาะสมที่สุดจึงเลือกใช้ UTR ที่สั้นที่สุดหรือไม่มีเลย
• ลำดับโคแซค : เวกเตอร์ควรมีการเข้ารหัสลำดับโคแซคใน mRNA ซึ่งเป็นลำดับที่ประกอบไรโบโซมเพื่อแปล mRNA เป็นโปรตีน

เวกเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์ในยุคปัจจุบันนั้นประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญที่พบได้ในเวกเตอร์ทุกชนิด และอาจมีคุณสมบัติเพิ่มเติมอื่นๆ ที่พบได้เฉพาะในเวกเตอร์บางชนิดเท่านั้น:

• จุดเริ่มต้นของการจำลองแบบ : จำเป็นสำหรับการจำลองแบบและการคงอยู่ของเวกเตอร์ในเซลล์เจ้าบ้าน
• โปรโมเตอร์ : โปรโมเตอร์ใช้ในการควบคุมการถอดรหัสของยีนเป้าหมายในเวกเตอร์ รวมถึงยีนอื่นๆ ในเวกเตอร์ เช่น ยีนต้านทานยาปฏิชีวนะ เวกเตอร์สำหรับการโคลน บางชนิด ไม่จำเป็นต้องมีโปรโมเตอร์สำหรับยีนที่ต้องการโคลน แต่โปรโมเตอร์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของยีน เพื่อให้ผลิตภัณฑ์ที่โคลนสามารถแสดงออกได้
• บริเวณสำหรับการโคลน: บริเวณนี้อาจเป็นบริเวณสำหรับการโคลนหลายตำแหน่งหรือคุณลักษณะอื่นๆ ที่ช่วยให้สามารถแทรก DNA จากภายนอกเข้าไปในเวกเตอร์ได้โดยผ่านกระบวนการเชื่อมต่อ (ligation )
• เครื่องหมายทางพันธุกรรม : เครื่องหมายทางพันธุกรรมสำหรับเวกเตอร์ไวรัสช่วยให้สามารถยืนยันได้ว่าเวกเตอร์ได้รวมเข้ากับดีเอ็นเอจีโนมของโฮสต์แล้ว
• การดื้อยา ปฏิชีวนะ : เวกเตอร์ที่มี กรอบการอ่านแบบเปิดที่ต้านทานยาปฏิชีวนะช่วยให้เซลล์ที่รับเวกเตอร์เข้าไปสามารถอยู่รอดได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มียาปฏิชีวนะผ่านกระบวนการคัดเลือกด้วยยาปฏิชีวนะ
• เอพิโทป : เวกเตอร์บางชนิดอาจมีลำดับของเอพิโทปจำเพาะที่สามารถนำไปรวมเข้ากับโปรตีนที่แสดงออกได้ ซึ่งช่วยให้แอนติบอดีสามารถระบุเซลล์ที่แสดงออกโปรตีนเป้าหมายได้
• ยีนรายงานผล : เวกเตอร์บางชนิดอาจมียีนรายงานผลที่ช่วยในการระบุพลาสมิดที่มีลำดับดีเอ็นเอแทรกอยู่ ตัวอย่างเช่นlacZ-αซึ่งเข้ารหัสชิ้นส่วนปลาย N ของβ-galactosidaseซึ่งเป็นเอนไซม์ที่ย่อยกาแลคโตส ภายใน lacZ-αมีตำแหน่งการโคลนหลายตำแหน่งและชิ้นส่วนที่แทรกเข้าไปได้สำเร็จจะไปรบกวนลำดับยีน ทำให้ β-galactosidase ไม่ทำงาน เซลล์ที่มีเวกเตอร์พร้อมชิ้นส่วนที่แทรกอยู่สามารถระบุได้โดยใช้การคัดเลือกสีน้ำเงิน/ขาวโดยการเพาะเลี้ยงเซลล์ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีสารอะนาล็อกของกาแลคโตส ( X-gal ) เซลล์ที่แสดงออก β-galactosidase (ดังนั้นจึงไม่มีชิ้นส่วนที่แทรกอยู่) จะปรากฏเป็นโคโลนีสีน้ำเงิน โคโลนีสีขาวจะถูกเลือกเป็นโคโลนีที่อาจมีชิ้นส่วนที่แทรกอยู่ ยีน รายงานผลอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไปได้แก่โปรตีนเรืองแสงสีเขียวและลูซิเฟอเรส
• ลำดับเป้าหมาย: เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของยีนอาจมีการเข้ารหัสลำดับเป้าหมายในโปรตีนที่สร้างเสร็จแล้ว ซึ่งจะนำโปรตีนที่แสดงออกไปยังออร์แกเนลล์เฉพาะในเซลล์หรือตำแหน่งเฉพาะ เช่นช่องว่างเพริพลาสมิกของแบคทีเรีย
• แท็กสำหรับการทำให้โปรตีนบริสุทธิ์ : เวกเตอร์สำหรับการแสดงออกของยีนบางชนิดมีโปรตีนหรือลำดับเปปไทด์ที่ช่วยให้การทำให้โปรตีนที่แสดงออกบริสุทธิ์ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่นโพลีฮิสติดีนแท็ก กลูตาไธโอน-เอส-ทรานสเฟอเรสและโปรตีนจับมอลโทส แท็กเหล่านี้บางชนิดอาจช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายของโปรตีนเป้าหมายได้ด้วย โปรตีนเป้าหมายจะถูกเชื่อมเข้ากับโปรตีนแท็ก แต่ตำแหน่งการตัดของโปรตีเอสที่อยู่ในบริเวณตัวเชื่อมโพลีเปปไทด์ระหว่างโปรตีนและแท็กจะช่วยให้สามารถกำจัดแท็กออกได้ในภายหลัง

• พลาสมิด
• เวกเตอร์ไวรัส
• เวกเตอร์โคลนนิ่ง
• เวกเตอร์การแสดงออก
• เวกเตอร์ไฮบริด
• มินิเซอร์เคิล
• ดีเอ็นเอลูกผสม
• ดีเอ็นเอเปลือย
• พาหะ (ระบาดวิทยา)คือสิ่งมีชีวิตที่แพร่กระจายโรค
• โครโมโซมเทียมของมนุษย์
• โครโมโซมเทียมของยีสต์
• โครโมโซมเทียมของแบคทีเรีย
• การฉีดวัคซีนดีเอ็นเอ

• บทนำเกี่ยวกับเวกเตอร์จาก Waksman Scholars เก็บถาวรเมื่อวันที่ 18 มกราคม 2008 ที่Wayback Machine
• การเปรียบเทียบเวกเตอร์ที่ใช้ในการถ่ายทอดยีนทางคลินิก
• หน่วยขนส่งยีน (Gene Transport Unit) ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 6 ธันวาคม 2007 ที่Wayback Machine