构建能够运载并表达此基因的运输工具——载体
基因分离出来后,是否可以将它直接引进受体细胞或生物中去呢?自然,这也未尝不可,而且似乎是一条捷径。但是,一个孤零零的、裸露的基因往往不易进入细胞,因为每种细胞都有称作限制修饰系统的屏障,以防止外来入侵者。即使基因能侥幸进入,也未必能在受体染色体上插队落户,不是被破坏掉,就是在细胞分裂时被清除掉。所以,孤军作战未必是上策。再者,基因总是积累到足够的量才好利用,这就需要有适当的复制系统。此外,科学家有一种有益的癖好,总希望把各种基因都保存起来,建立一个类似于银行的基因库或基因银行。这些问题的解决均需依赖于基因载体。载体也是一种DNA,物以类聚,否则基因就不好入座了。
载体是一种比染色体小得多的DNA,它通常分为两大类:一类叫作质粒(Plasmid),因存在于细菌细胞质中,故得此名);另一类是噬菌体或病毒。
载体的基本作用,就是携带所需基因,并将它运到适当的受体细胞中去。入选载体必须具备的条件:一是具有复制功能,即能够复制自己和侨居的外源DNA;二是具有外源DNA侨居位点(即插入点),而且在此点入座不能造成两者基本功能的破坏;三是具有可供选择的标记,而且最好有两个标记,第一个标记用来确定载体是否在细胞中存在,第二个标记判断外援基因是否已插入。第二个标记区常设在插入点,如果插入成功,这一标记就会破坏(插入失活),由此可判断此基因是否插入。上述两大类载体都具备这些条件,但又各有特点。
质粒是一类不在染色体上且独立存在于细菌细胞质中的环状DNA,能复制自己(自主复制),一般具有抗生素抗性标记。质粒复制的控制基本上有两种类型:单拷贝型和多拷贝型。在一个细胞中,对于单拷贝型质粒来说,一个染色体复制一个质粒;对于多拷贝型质粒来说,一个染色体复制10~50个质粒。此外,还有一种多拷贝型的变型,即不受控制的松弛型质粒,质粒的拷贝(复制)数在一个细胞中可以上千,它作为载体可将携带的外源基因复制成百上千份,此基因编码的蛋白质的总量相应地大幅度提高。它作为载体的优点不言而喻。最常用的质粒是pBR322及其衍生物。
噬菌体是另一类常用载体,它的DNA通常呈线形。噬菌体在离开宿主细菌之前,必须穿上一件保护性外衣,称为蛋白质外壳,DNA藏匿壳中,因为壳的大小有限,所以它所携带的基因总长度受到限制。它的优点是,其DNA比质粒大,外源基因能插入的位点多,所以常用来携带真核生物的各种DNA片段,构建基因库。为此目的,真核DNA一般被切成15 000~20 000个碱基对长度的片段,将它们拼接到噬菌体DNA上,这样,真核DNA产生的所有片段(超过百万)都有可能包含在噬菌体颗粒中,当我们需要某一基因时,则可用与之相应的特异探针将其探测并调离出来。