Vektor (Gentechnik)

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

In der Gentechnik und der Biotechnologie versteht man unter einem Vektor ein Transportvehikel ("Genfähre") zur Übertragung einer Fremd-Nukleinsäure (oft DNA) in eine lebende Empfängerzelle durch Transfektion oder Transduktion.

Als Vektoren werden verschiedene solcher Vehikel bezeichnet:

Eignung eines Vektors[Bearbeiten]

Verschiedene Vektoren können gemäß den gegebenen Rahmenbedingungen eine unterschiedliche Eignung als Transportvehikel aufweisen. Der Vektor sollte sich möglichst einfach in die Empfängerzelle einschleusen lassen (hierbei spielt unter anderem die spezifische Immunabwehr eine Rolle) und er sollte sich unabhängig von deren Hauptgenom replizieren können, um eine starke Vermehrung zu gewährleisten.

Vektor max. Kapazität (kbp) Grund
Plasmid 10-15 kbp sonst keine Ringbildung
M13-Phage < 6 kbp sonst keine Verpackung
Phagemid < 6 kbp sonst keine Verpackung
λ-Phage < 25 kbp sonst keine Verpackung
Cosmid < 50 kbp sonst keine Verpackung
P1-Phage 30-100 kbp  ?
BAC 100-300 kbp  ?
PAC 100-300 kbp  ?
YAC 20-2000 kbp Instabilität bei Mitose und Meiose

Vektortypen[Bearbeiten]

Vektoren werden nach den Lebewesen, die sie in sich tragen, in verschiedene Typen eingeteilt. Jeder Typ hat bestimmte Eigenschaften und sagt dadurch einiges über die Eignung des Vektors aus. Nach Einfügung eines Transgens durch Klonierung wird der Vektor umgangssprachlich auch als Konstrukt bezeichnet. Die gezielte Anpassung eines Vektors wird als Vektordesign bezeichnet.

Hauptartikel: Vektordesign

Plasmidvektoren[Bearbeiten]

Hauptartikel: Plasmid

Plasmidvektoren sind Vektoren, die aus Plasmiden gewonnen werden. Häufig tragen Prokaryoten Plasmide, jedoch auch einige Eukaryoten (Hefezellen). Die am meisten verwendete Wirtszelle für Plasmidvektoren ist das Bakterium Escherichia coli. Dieses Bakterium zählt wohl zu den am häufigsten verwendeten Organismen in der Gentechnik.

Die Vorteile von Plasmidvektoren sind klar: Sie sind einfach zu verwenden, da sie klein sind und können durch eine Plasmidpräparation leicht in größeren Mengen aus Zellen gewonnen werden. Außerdem sind Plasmide für das Überleben der Zelle nicht unbedingt notwendig. Ein Eingriff hat daher selten Auswirkungen auf die Wirtszelle. Darüber hinaus werden Plasmide unabhängig vom Bakterienchromosom repliziert und können daher in den Zellen in vielen Kopien vorliegen. Dabei ist die Kopienzahl abhängig von der Art des Plasmids und dessen Replikationsstartpunkt (origin of replication). Der Hauptnachteil von Plasmidvektoren besteht in ihrer geringen Kapazität: Schon bei einem DNA-Fragment von 5 kb Länge nimmt die Effektivität der Klonierung ab. Die maximal mögliche Länge liegt bei 10–15 kb. Da in vielen Fällen längere Sequenzen kloniert werden, ist man auf andere Vektoren angewiesen.

Virale Vektoren[Bearbeiten]

Hauptartikel: Viraler Vektor

Als virale Vektoren werden modifizierte Viren bezeichnet, die eukaryotische Zellen transduzieren und dabei fremde Gene in diese Zellen einschleusen können. Sie werden beispielsweise in der Gentherapie eingesetzt.

Bakteriophagenvektoren[Bearbeiten]

Bakteriophagen (kurz: „Phagen“) sind Viren, welche Bakterien befallen. Sie werden nach ihrer Wirtszelle in verschiedene Gruppen eingeteilt.

Die Verwendung von Bakteriophagenvektoren beruht auf dem lysogenen Zyklus der Phagen. Viren lassen sich in virulente und temperente einteilen. Virulente Viren haben einen lytischen Zyklus, das heißt sie dringen in ihre Wirtszelle ein und veranlassen diese zur Bildung neuer Viren. Temperente Viren haben einen lysogenen Zyklus, sie bauen ihr Genom in das der Wirtszelle ein.

Darin liegt das Interesse der Forscher. Durch den Einbau des Virusgenoms kann auch ein zu untersuchendes DNA-Fragment in die Zelle eingeschleust werden.

Cosmide[Bearbeiten]

Hauptartikel: Cosmid

Durch das Einbauen von cos-sites aus λ-Phagen in Plasmide erhält man so genannte Cosmide. Dessen Genom hat kurze einzelsträngige Enden, die zueinander komplementär sind und sich so zu einem Ring schließen können. Diese Enden werden als cos-Region (engl. cohesive sites: kohäsive Enden) bezeichnet.

Der große Vorteil von Cosmiden im Gegensatz zu Plasmidvektoren besteht darin, dass sie selbst wesentlich kürzer sind und daher eine größere Aufnahmekapazität besitzen. Cosmide können Abschnitte bis etwa 47 kb Länge aufnehmen und übertreffen dadurch sogar Phagenvektoren.

Verarbeitet werden Cosmide wie Bakteriophagenvektoren. Da sie jedoch keine Phagengene enthalten, verhalten sie sich in der Wirtszelle wie Plasmide. Dies macht sie zu sehr attraktiven Vektoren. Jedoch sind Cosmide schwer zu handhaben, wodurch die Vorteile wieder ausgeglichen werden.

Phagemide[Bearbeiten]

Hauptartikel: Phagemid

Ein Phagemid (manchmal auch „Phasmide") ist ein Plasmid, welches einen origin of replication zur einzelsträngigen Replikation von f1-Phagen trägt. Es ist also ebenfalls ein Hybridvektoren aus Plasmid und Phage. Liegt das Phagemid in Form eines Plasmids in der Zelle vor, so können die darauf liegenden Gene exprimiert werden.

Keimzellen[Bearbeiten]

Der spermienvermittelte Gentransfer verwendet Spermien, um im Rahmen einer künstlichen Befruchtung DNA in Eizellen einzuführen.

Literatur[Bearbeiten]

  • D.S.T. Nicholl: Gentechnische Methoden (ISBN 3-86025-298-4; 178 Seiten) Einführung in allgemeine gentechnische Bereiche.

Siehe auch[Bearbeiten]