基因工程中载体的种类
除了质粒之外,细菌病毒(噬菌体)等也可以作为基因工程载体,但是,质粒和病毒在作为基因工程载体时是有区别的。利用病毒作为基因运载体时,所带的基因一般还需要转到受体细胞的染色体DNA上,才能成为稳定的遗传结构。质粒载体虽然也可以整合到宿主染色体上,但绝大多数情况下都是独立存在的。质粒本身就是一种稳定的重组DNA,进入受体细胞后不需要把所带的基因转到受体细胞的染色体上去,本身就能进行自我复制,携带的异源DNA也同时得到了复制。此外,质粒的提取较简单快捷,这就使得利用质粒作为基因运载体非常方便,所以目前进行的基因工程操作,多用质粒作为基因的运载体。
在基因工程中应用的载体种类很多,按照载体应用的不同,一般可以将基因工程载体分为克隆载体、表达载体和穿梭载体。
1.克隆载体
克隆载体,也称DNA克隆载体,是指通过不同途径将携带的外源DNA片段带入宿主细胞且能在其中维持的DNA分子,用于目的基因的克隆,如文库构建等。最简单的克隆载体是其上有复制子即可,常用克隆载体多从质粒和病毒改造而来,一些高等生物细胞的质粒或者DNA的复制子也可以用于构建克隆载体,如人工酵母染色体。大肠杆菌的克隆载体是DNA分子操作中最常用也是最重要的,作为这类载体应满足一定的要求:
第一,具有大肠杆菌的复制子的功能,能在大肠杆菌细胞中独立复制繁殖,最好有较高的自主复制能力。
第二,具备一个或多个克隆位点(multi-cloning site,MCS),在载体上要有一个或多个克隆位点可以插入大小合适的外源DNA片段并不影响载体进入宿主细胞和在细胞中的复制,这就要求载体DNA上有合适的限制性核酸内切酶位点。
第三,容易进入宿主细胞,而且进入效率越高越好,也容易从宿主细胞中分离出来。
第四,具有选择克隆子的选择性标记,使克隆子容易被识别筛选。当其进入宿主细胞或携带着外来的核酸序列进入宿主细胞时,能容易地被辨认和分离出来。
第五,安全性高,不含损害受体的基因,不能任意转入别的宿主细胞,尤其是人的细胞。
2.表达载体
表达载体是使目的基因能够在宿主细胞中表达的一类载体,是在克隆载体基本骨架的基础上增加控制基因表达的相关表达元件(如启动子、RBS、终止子等)构建而成。一般的表达载体是以细菌质粒为基础构建的。
3.穿梭载体
穿梭载体狭义上是指含有两个亲缘关系不同的复制子,能在两种不同的生物中复制的载体,例如既能在原核生物中复制,又能在真核生物中复制的载体。广义的穿梭载体是指能在不同的宿主细胞中执行一定功能的载体,例如,既能在原核生物中复制,又能在真核细胞中进行DNA的整合交换等功能,这类载体不需要一定有两个不同的复制子。和表达载体一样,穿梭载体也是以细菌质粒为基础构建的。