जीन क्लोनिंग (gene cloning) में सबसे महत्वपूर्ण तत्वों में से एक वेक्टर (vector) है, जो पैसेंजर DNA (passenger DNA) के साथ मिलकर रिकॉम्बिनेंट DNA (recombinant DNA) बनाता है। इस रिकॉम्बिनेंट DNA को उपयुक्त होस्ट कोशिकाओं (host cells) में प्रवर्धित (propagated) किया जा सकता है। अपना कार्य करने के लिए, एक वेक्टर में निम्नलिखित गुण होने चाहिए:
उपर्युक्त बिंदुओं को दिशानिर्देश के रूप में उपयोग करके विभिन्न प्रकार के क्लोनिंग वेक्टर (cloning vectors) विकसित किए गए हैं। वे इस प्रकार हैं: प्लाज्मिड (plasmids), फेज (phages), कॉस्मिड (cosmids), फैस्मिड (phasmids), शटल वेक्टर (shuttle vectors), एक्सप्रेशन वेक्टर (expression vectors) और सिंगल स्ट्रैंडेड DNA (single stranded DNA)।
प्लाज्मिड स्व-प्रतिकृति (self-replicating), डबल स्ट्रैंडेड (double stranded), वृत्ताकार DNA अणु (circular DNA molecules) होते हैं जो बैक्टीरिया (bacteria) में स्वतंत्र अतिरिक्त गुणसूत्र संस्थाओं (independent extra chromosomal entities) के रूप में मौजूद रहते हैं। ये कुछ खमीर (yeast) में भी पाए जाते हैं लेकिन उच्च यूकेरियोट्स (higher eukaryotes) में नहीं। प्लाज्मिड प्रोकैरियोट्स (prokaryotes) में व्यापक रूप से वितरित होते हैं, जिनका आकार \(1 \times 10^6\) से लेकर \(200 \times 10^6\) डाल्टन (Da) से अधिक तक होता है और ये आम तौर पर अपरिहार्य (dispensable) होते हैं。
प्लाज्मिड को दो मुख्य प्रकारों में बांटा जा सकता है: कंजुगेटिव (conjugative) और नॉन-कंजुगेटिव (non-conjugative)। कंजुगेटिव प्लाज्मिड में ट्रांसफर जीन (tra) और मोबिलाइजिंग जीन (mob) मौजूद होते हैं जबकि नॉन-कंजुगेटिव प्लाज्मिड में tra जीन अनुपस्थित होते हैं। यदि mob जीन बरकरार है, तो नॉन-कंजुगेटिव प्लाज्मिड को उसी सेल में मौजूद किसी अन्य कंजुगेटिव प्लाज्मिड द्वारा मोबिलाइज किया जा सकता है।
नॉन-कंजुगेटिव प्लाज्मिड tra जीन की अनुपस्थिति के कारण कंजुगेटिव प्लाज्मिड से भिन्न होते हैं। प्लाज्मिड को सेल में उनकी प्रतियों की संख्या के आधार पर भी वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रति सेल कई प्रतियाँ (relaxed plasmids या high copy number plasmids) या प्रति सेल सीमित प्रतियाँ (stringent plasmids या low copy number plasmids)। स्ट्रिंजेंट प्लाज्मिड का प्रतिकृतिकरण (replication) गुणसूत्र प्रतिकृति (chromosome replication) से जुड़ा होता है, इसलिए इनकी प्रतिलिपि संख्या (copy number) कम होती है। आम तौर पर कंजुगेटिव प्लाज्मिड का आणविक भार कम होता है और प्रति कोशिका कई प्रतियों में मौजूद होते हैं। एक अपवाद कंजुगेटिव प्लाज्मिड RBK है जिसका आणविक भार \(25 \times 10^6\) डाल्टन है और इसे रिलैक्स्ड प्लाज्मिड (relaxed plasmid) के रूप में बनाए रखा जाता है।
असामान्य मेटाबोलाइट्स (unusual metabolites) के उपयोग के लिए जीन के विशिष्ट सेट ले जाने वाले प्लाज्मिड को डिग्रेडेटिव प्लाज्मिड (degradative plasmids) कहा जाता है। कुछ प्लाज्मिड में कोई स्पष्ट कार्यात्मक कोडिंग जीन (functional coding genes) नहीं होते हैं और इन्हें क्रिप्टिक प्लाज्मिड (cryptic plasmids) कहा जाता है। कुछ प्लाज्मिड चयन दबाव (selection pressure) की अनुपस्थिति में एक ही होस्ट सेल (host cell) में सह-अस्तित्व (coexist) में नहीं रह सकते हैं और इन्हें इनकम्पैटिबल प्लाज्मिड (incompatible plasmids) कहा जाता है। कुछ प्लाज्मिड अपने स्वयं के स्थानांतरण को होस्ट की एक विस्तृत श्रृंखला (wide range of host) में बढ़ावा देने में सक्षम होते हैं। इन प्लाज्मिड को प्रोमिस्कुअस प्लाज्मिड (promiscuous plasmids) कहा जाता है। प्लाज्मिड को उनकी संक्रामकता की प्रकृति के आधार पर नैरो-होस्ट रेंज प्लाज्मिड (narrow-host range plasmids) और वाइड-होस्ट रेंज प्लाज्मिड (wide host range plasmids) में भी समूहीकृत किया जा सकता है। प्लाज्मिड की उत्पत्ति के आधार पर, उन्हें स्वाभाविक रूप से पाए जाने वाले प्लाज्मिड (naturally occurring plasmids) और सिंथेटिक प्लाज्मिड (synthetic plasmids) में समूहीकृत किया जा सकता है।
| Plasmid | Size (kb) | Conjugative | Copy number | Amplifiable | Selectable marker |
|---|---|---|---|---|---|
| ColE1 | 7.0 | - | 10 – 15 | + | E1imm |
| RSF1030 | 9.3 | - | 20 – 40 | + | Apr |
| CloDF13 | 10.0 | - | 10 | + | DF13 imm |
| pSC101 | 9.7 | - | 1 - 2 | - | Tcr |
| R6K | 42 | + | 10 – 40 | - | AprSmr |
| F | 103 | + | 1 – 2 | - | - |
| R1 | 108 | + | 1 – 2 | - | AprCmrSn |
| RK2 | 56.4 | + | 3 – 5 | - | AprKmrTcr |
सामान्य तौर पर प्लाज्मिड क्लोनिंग वेक्टर (plasmid cloning vectors) को लोअरकेस 'p' द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, जो प्लाज्मिड के लिए होता है, और कुछ संक्षिप्ताक्षर (abbreviations) जो वर्णनात्मक (descriptive) हो सकते हैं।
प्लाज्मिड pBR322 सबसे अच्छी तरह से अध्ययन किए गए और सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले "सामान्य उद्देश्य" (general purpose) वाले प्लाज्मिड में से एक है। pBR322 का BR शोधकर्ताओं एफ. बोलिवर (F. Bolivar) और आर. रोड्रिग्ज (R. Rodriguez) के काम को मान्यता देता है, जिन्होंने इस प्लाज्मिड को बनाया था और 322 एक संख्यात्मक पदनाम है जो इन शोधकर्ताओं के लिए प्रासंगिक है। pBR322 4362 बेस पेयर (bp) लंबा है और पूरी तरह से अनुक्रमित (sequenced) है। pBR322 में दो एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन (antibiotic resistance genes) होते हैं। एक एम्पीसिलीन (ampicillin) (Ampr) के लिए प्रतिरोध प्रदान करता है और दूसरा टेट्रासाइक्लिन (tetracycline) (Tetr) के लिए प्रतिरोध प्रदान करता है। ऐसे ग्यारह ज्ञात एंजाइम हैं जो pBR322 को अद्वितीय साइटों (unique sites) पर क्लीव (cleave) करते हैं। तीन एंजाइमों, Hind III, Bam HI और Sal I के लिए, लक्ष्य स्थल (target site) Tetr जीन के भीतर स्थित है और अन्य दो, Pst I और Pvu I के लिए, वे Ampr जीन में स्थित हैं। इस प्रकार इन एंजाइमों की सहायता से pBR322 में क्लोनिंग के परिणामस्वरूप इंसर्शनल इनएक्टिवेशन (insertional inactivation) होता है जहां डाला गया DNA क्लोनिंग साइट वाले जीन के कार्य को बाधित करता है। जहां क्लोनिंग साइट एक एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन (antibiotic resistance gene) के भीतर होती है, ऐसा इंसर्शनल इनएक्टिवेशन ट्रांसफॉर्मेंट (transformants) को उपयुक्त एंटीबायोटिक के प्रति संवेदनशील (sensitive) बनाता है। इस प्रकार, इंसर्शनल इनएक्टिवेशन रिकॉम्बिनेंट (recombinants) के चयन में मदद करता है।
प्लाज्मिड pUC19 2686 bp लंबा है और इसमें एक एम्पीसिलीन प्रतिरोध जीन, ई. कोलाई (E. coli) के लैक्टोज ओपेरॉन (lactose operon) के \(\beta\)-गैलेक्टोसिडेस (lacZ) जीन का एक नियंत्रणीय खंड (regulatable segment), lac I जीन जो एक रिप्रेसर प्रोटीन (repressor protein) पैदा करता है जो lacZ जीन की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है, मल्टीपल क्लोनिंग साइटों (EcoRI, SacI, KpnI, XmaI, SmaI, BamHI, XbaI, SalI, HincII, AccI, BspMI, PstI, SphI और HindIII) के साथ एक छोटा अनुक्रम और pBR322 से प्रतिकृति की उत्पत्ति (origin of replication) शामिल है। lacZ और lacI जीन की उपस्थिति आइसोप्रोपिल-\(\beta\)-डी-थियोगैलेक्टोपाइरानोसाइड (IPTG) की उपस्थिति में \(\beta\)-गैलेक्टोसिडेस उत्पादन के आधार पर रिकॉम्बिनेंट का चयन करने की अनुमति देती है, जो लैक ओपेरॉन (lac operon) का एक इंड्यूसर (inducer) है। (pUC में UC का अर्थ यूनिवर्सिटी ऑफ़ कैलिफ़ोर्निया है)।
जीन तकनीक के शुरुआती दिनों से फेज के डेरिवेटिव (derivatives) को क्लोनिंग वेक्टर के रूप में विकसित किया गया है। फेज डेरिवेटिव को प्लाज्मिड के ऊपर निम्नलिखित फायदों के कारण जीनोमिक यूकेरियोटिक DNA (genomic eukaryotic DNA) को क्लोन करने के लिए सबसे उपयुक्त क्लोनिंग वाहन (cloning vehicles) माना जाता है।
बैक्टेरियोफेज (Bacteriophage) ई. कोलाई (E. coli) का आनुवंशिक रूप से जटिल लेकिन बहुत ही व्यापक रूप से अध्ययन किया गया वायरस है। फेज का DNA, जिस रूप में इसे फेज कण से अलग किया जाता है, 48502 bp (~49kb) लंबाई का एक रैखिक डुप्लेक्स अणु (linear duplex molecule) है। वायरस कणों से अलग किया गया DNA एक डबल स्ट्रैंडेड रैखिक अणु (double stranded linear molecule) है जिसके 5' सिरों पर 12 न्यूक्लियोटाइड्स के छोटे पूरक सिंगल स्ट्रैंडेड प्रोजेक्शन (complementary single stranded projections) होते हैं। इन चिपकने वाले सिरों (cohesive termini), जिन्हें cos साइट (cos sites) भी कहा जाता है, से होस्ट सेल के संक्रमण के बाद DNA को गोलाकार (circularized) किया जा सकता है।
फेज \(\lambda\) का आनुवंशिक मानचित्र (genetic map) लगभग 40 जीनों से बना है जो कार्यात्मक समूहों (functional clusters) में व्यवस्थित हैं। सिर (head) और पूंछ (tail) को कोड करने वाले जीन प्रोटीन होते हैं (जीन A-J) जो रैखिक मानचित्र (linear map) के बाईं ओर होते हैं। मध्य क्षेत्र (central region) में int, xis, exo आदि जीन होते हैं जो लाइसोजेनाइजेशन (lysogenisation) के लिए जिम्मेदार होते हैं यानी वह प्रक्रिया जो वायरल DNA के एकीकरण (integration) और अन्य पुनर्संयोजन घटनाओं (recombination events) की ओर ले जाती है। इस मध्य क्षेत्र का अधिकांश भाग लाइटिक विकास (lytic growth) के लिए आवश्यक नहीं है। मध्य क्षेत्र के दाईं ओर के जीनों में छह नियामक जीन (regulatory genes), दो जीन (O और P) जो लाइटिक विकास के दौरान DNA प्रतिकृति (DNA replication) के लिए आवश्यक हैं और दो और जीन (S और R) जो सेलुलर झिल्ली (cellular membranes) के विघटन (lysis) के लिए आवश्यक हैं, शामिल हैं।
फेज DNA में, बड़ा मध्य क्षेत्र फेज की वृद्धि और प्रतिकृति के लिए आवश्यक नहीं है। फेज विकास चक्र (phage growth cycle) को गंभीर रूप से नुकसान पहुंचाए बिना फेज के इस क्षेत्र को हटाया या बदला जा सकता है। फेज \(\lambda\) के इस गैर-आवश्यक क्षेत्र (non-essential region) का उपयोग करते हुए, कुशल जीन क्लोनिंग (efficient gene cloning) के लिए कई फेज वेक्टर डेरिवेटिव (phage vector derivatives) का निर्माण किया गया है।
जंगली प्रकार (wild type) के फेज DNA का उपयोग स्वयं एक वेक्टर के रूप में नहीं किया जा सकता क्योंकि इसमें बहुत अधिक रेस्ट्रिक्शन साइट (restriction sites) होते हैं। इसके अलावा, ये साइट अक्सर फेज की वृद्धि और विकास के लिए आवश्यक क्षेत्रों (essential regions) के भीतर स्थित होते हैं। इन जंगली फेज से, सिंगल टारगेट साइट (single target sites) और दो टारगेट साइट (two target sites) वाले डेरिवेटिव संश्लेषित (synthesized) किए गए हैं। विदेशी DNA (foreign DNA) के सम्मिलन के लिए सिंगल साइट वाले फेज वेक्टर को इंसर्शनल वेक्टर (insertional vectors) के रूप में नामित किया गया है; दो दरार साइटों (cleavage sites) वाले वेक्टर, जो विदेशी DNA को उन साइटों के बीच DNA अनुक्रमों (DNA sequences) के लिए प्रतिस्थापित करने की अनुमति देते हैं, को रिप्लेसमेंट वेक्टर (replacement vectors) कहते हैं। जाहिरा तौर पर यदि बहुत अधिक गैर-आवश्यक DNA (non-essential DNA) को जीनोम से हटा दिया जाता है तो इसे फेज कणों (phage particles) में कुशलतापूर्वक पैक (packaged) नहीं किया जा सकता है। दोनों प्रकार के वेक्टर के लिए, अंतिम रिकॉम्बिनेंट जीनोम जंगली प्रकार के फेज जीनोम के 39 और 52 kb के बीच होना चाहिए, यदि उन्हें संक्रामक कणों (infectious particles) में पैक किया जाना है। इसलिए अपनी जीवन क्षमता (viability) बनाए रखने के लिए इंसर्शन वेक्टर की लंबाई कम से कम 39 kb होनी चाहिए। यह विदेशी DNA टुकड़ों (foreign DNA fragments) के आकार के लिए लगभग 12 kb की ऊपरी सीमा (upper limit) रखता है जिसे डाला जा सकता है। रिप्लेसमेंट वेक्टर की क्षमता अधिक होती है क्योंकि संपूर्ण गैर-आवश्यक क्षेत्र को बदला जा सकता है, जिससे 22 kb तक के टुकड़ों की क्लोनिंग हो सकती है। कई प्रकार के वेक्टर विकसित किए गए हैं जो रिकॉम्बिनेंट फेज (recombinant phages) के लिए प्रत्यक्ष स्क्रीनिंग (direct screening) की अनुमति देते हैं और विशिष्ट DNA टुकड़ों को क्लोन करने के लिए उपयोगी होते हैं। फेज वेक्टर की सूची उनकी विशेषताओं के साथ नीचे दी गई है।
| Phage vector | Size (kb) | Enzyme | Size of insertion (kb) |
|---|---|---|---|
| Charon 4A | 45.3 | EcoRI, XbaI | 7-20 |
| \(\lambda\) L47.1 | 40.6 | EcoRI, HindIII | 8.6-21.6 |
| \(\lambda\) Dam sr1\(\lambda\)3 | 38.3 | EcoRI | 13 |
| \(\lambda\)1059 | 44.0 | BamHI | 6.3-24.4 |
फेज cos साइट (phage cos sites) युक्त प्लाज्मिड को कॉस्मिड कहते हैं। कॉस्मिड का उपयोग इन विट्रो पैकेजिंग सिस्टम (in vitro packaging system) में फेज का शोषण करके DNA के बड़े टुकड़ों को क्लोन करने के लिए किया जा सकता है। चूंकि कॉस्मिड में प्लाज्मिड और फेज वेक्टर दोनों के फायदे हैं, इसलिए उन्हें ट्रांसफॉर्मेशन (transformation) के बजाय अधिक कुशल संक्रमण प्रक्रियाओं (efficient infection procedures) द्वारा होस्ट को वितरित किया जा सकता है। कॉस्मिड वेक्टर के साथ क्लोनिंग ने निम्नलिखित तरीकों से प्लाज्मिड क्लोनिंग के दायरे को विस्तृत किया है:
| Cosmid | Size | Cleavage sites | Size of insertion (kb) |
|---|---|---|---|
| MUA3 | 4.76 | EcoRI/PstI/PvuII/PvuI | 40 – 48 |
| pJB8 | 5.40 | BamHI | 32 – 45 |
| Homer I | 5.40 | EcoRI/ClaI | 30 – 47 |
| Homer II | 6.38 | SstI | 32 – 44 |
| pJC79 | 6.40 | EcoRI/ClaI/BamHI | 32 – 44 |
फैस्मिड, जिन्हें फैजेमिड (phagemids) भी कहा जाता है, छोटे मल्टीकॉपी प्लाज्मिड (multicopy plasmids) और बैक्टेरियोफेज (bacteriophages) के बीच बने हाइब्रिड (hybrids) हैं। एक फैस्मिड को प्लाज्मिड के रूप में या लाइटिक रूप से (lytically) एक फेज के रूप में प्रवर्धित किया जा सकता है। उपयुक्त लाइसोजेन (lysogene) में प्रसार द्वारा फैस्मिड के लाइटिक कार्यों को बंद (switched off) किया जा सकता है जहां रखरखाव के लिए प्लाज्मिड प्रतिकृति मूल (plasmid origin of replication) का उपयोग किया जाता है। फैस्मिड एक फेज के रूप में प्रतिकृति (replicate) कर सकता है यदि इसे गैर-लाइसोजेनिक स्ट्रेन (non-lysogenic strain) में प्रचारित किया जाता है। \(\lambda\) पर आधारित फैस्मिड के मामले में, जैसे \(\lambda\)1130, वेक्टर द्वारा ले जाया जाने वाला तापमान संवेदनशील जीन (temperature sensitive gene), cI857, प्रतिकृति मोड (replication modes) के बीच स्विच करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, बस होस्ट को अनुमेय (permissive) (प्लाज्मिड मोड) या प्रतियुग्मितत्मक (restrictive) (फेज मोड) तापमान पर विकसित करके।
फैस्मिड विशेष रूप से गैर-चयन योग्य (non-selectable) या घातक फेनोटाइप (lethal phenotypes) प्रदर्शित करने वाले उत्परिवर्तन (mutations) के निर्माण और विश्लेषण में उपयोगी होते हैं, जैसे कि प्लाज्मिड की प्रतिकृति को प्रभावित करने वाले। फैस्मिड का उपयोग फेज रिप्लेसमेंट वेक्टर (phage replacement vectors) के रूप में और फेज मोड में प्रतिकृति द्वारा क्लोन किए गए अनुक्रमों (cloned sequences) से प्रोटीन की उच्च स्तर की अभिव्यक्ति (high level expression) को निर्देशित करने के लिए भी किया जा सकता है।
बीएसी (BACs) बैक्टीरियल मिनी-F प्लाज्मिड (bacterial mini-F plasmids) पर आधारित होते हैं, जो एपिसोमल बैक्टीरियल DNA (episomal bacterial DNA) के छोटे टुकड़े होते हैं जो बैक्टीरिया को आसन्न बैक्टीरिया (adjacent bacteria) के साथ संयुग्मन (conjugation) शुरू करने की क्षमता देते हैं। इनकी क्लोनिंग सीमा 75-300 kb होती है।
YACs कृत्रिम गुणसूत्र (artificial chromosomes) हैं जो खमीर कोशिकाओं (yeast cells) में प्रतिकृति करते हैं। इनमें शामिल हैं:
YAC वेक्टर बनाने की प्रक्रिया इस प्रकार है:
ये सबसे बड़े क्लोनिंग वेक्टर हैं, जिनकी क्लोनिंग सीमा 100-1000 kb है, हालांकि इनकी दक्षता बहुत कम (very low efficiency) है।
शटल वेक्टर में सामान्य रूप से एक ई. कोलाई प्लाज्मिड (E. coli plasmid) या ऐसे प्लाज्मिड का हिस्सा (उदा., pBR322) शामिल होता है, जिसे इन विट्रो (in vitro) में किसी अन्य प्रजाति के प्लाज्मिड या वायरस रेप्लिकॉन (virus replicon) के साथ जोड़ा जाता है। शटल वेक्टर, उदाहरण के लिए, ई. कोलाई/बी. सबटिलिस (E. coli/B. subtilis), ई. कोलाई/यीस्ट (E. coli/yeast) या ई. कोलाई/स्तनधारी कोशिकाओं (E. coli/mammalian cells) के लिए बनाए जा सकते हैं। शटल वेक्टर रणनीति (strategy) कई जोड़-तोड़ प्रक्रियाओं (manipulative procedures), जैसे प्रवर्धन (amplification), का शोषण करने की अनुमति देती है, जो ई. कोलाई (या अन्य आनुवंशिक रूप से अच्छी तरह से विशेषता वाली प्रजातियों जैसे बी. सबटिलिस या एस. सेरेविसिया (S. cerevisiae)) पृष्ठभूमि में उपलब्ध हैं। प्रजातियों की सीमाओं (species boundaries) के पार क्लोन किए गए जीन को स्थानांतरित करने की क्षमता औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण प्रजातियों के आनुवंशिक जोड़-तोड़ (genetic manipulations) में संभावित मूल्य की है और इसे शटल वैक्टर का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।
DNA क्लोनिंग प्रयोगों में वेक्टर DNA में कमजोर प्रमोटरों (weak promoters) के कारण सभी क्लोन किए गए जीन पूरी तरह से व्यक्त (expressed) नहीं होते हैं। ऐसे जीनों को मजबूत प्रमोटरों (strong promoters) के अनुप्रवाह (downstream) रखकर इसे नाटकीय रूप से सुधारा जा सकता है। ई. कोलाई में क्लोन किए गए जीनों की अभिव्यक्ति को अधिकतम करने में एक अतिरिक्त समस्या जो अक्सर एक विषम स्रोत (heterologous source) से जीन के साथ सामना की जाती है, वह यह है कि जीन में कोई अनुवाद प्रारंभ संकेत (translation start signal) नहीं होता है जिसे ई. कोलाई अनुवाद प्रणाली (E. coli translation system) द्वारा कुशलतापूर्वक पहचाना जा सके। यह समस्या किसी भी होस्ट में क्लोन किए गए विषम जीन (heterologous genes) के लिए उत्पन्न हो सकती है। इस प्रकार, भले ही जीन को वेक्टर के भीतर एक प्रमोटर से ट्रांसक्रिप्ट (transcribed) किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप एमRNA (mRNA) का खराब अनुवाद (poorly translated) होता है और बहुत कम या कोई प्रोटीन उत्पाद संश्लेषित नहीं होगा। ऐसे मामलों में उपलब्ध वैकल्पिक रणनीतियाँ (alternative strategies) हैं जीन को वेक्टर जीन के एमिनो टर्मिनल क्षेत्र (amino terminal region) में फ्यूज करना जो होस्ट में कुशलतापूर्वक अनुवादित होता है या जीन को एक DNA टुकड़े के साथ जोड़ना जो मजबूत प्रमोटर और राइबोसोमल बाइंडिंग साइट (ribosomal binding site) दोनों को वहन करता है। इस अतिरिक्त विशेषता वाले वेक्टर को एक्सप्रेशन वेक्टर कहा जाता है।
वेक्टर और उनके होस्ट रिकॉम्बिनेंट DNA अणुओं (recombinant DNA molecules) के निर्माण और रखरखाव के लिए एकीकृत प्रणाली (integrated system) बनाते हैं। किसी विशेष होस्ट-वेक्टर सिस्टम का चुनाव विभिन्न कारकों पर निर्भर करता है, जिसमें जोड़-तोड़ की आसानी और सुरक्षा (ease and safety of manipulations) और क्लोन किए गए जीनों की अभिव्यक्ति की संभावना शामिल है। होस्ट सिस्टम में ई. कोलाई सिस्टम (E. coli system) अच्छी तरह से शोषित (exploited) है। \(\chi 1776\) जैसे कई स्ट्रेन को संभावित रूप से खतरनाक क्लोनिंग प्रयोगों (hazardous cloning experiments) में सुरक्षित होस्ट (safe host) के रूप में उपयोग के लिए अक्षम कर दिया गया है। अधिकांश क्लोनिंग प्रयोग उन स्ट्रेन के साथ किए जा सकते हैं जो काफी कम अक्षम (disabled) हैं और इसलिए अन्य होस्ट की तुलना में अधिक आसानी से संभाले जा सकते हैं।
बैसिलस सबटिलिस (Bacillus subtilis) सभी ग्राम-पॉजिटिव (Gram positive) बैक्टीरिया में सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है। इसमें एक अच्छी तरह से परिभाषित आनुवंशिक मानचित्र है और परिवर्तन और ट्रांसफेक्शन (transfection) के लिए कुशल सिस्टम हैं। इसके अलावा, बी. सबटिलिस व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि पेप्टाइड एंटीबायोटिक (peptide antibiotic) और बाह्यकोशिकीय एंजाइम (extracellular enzymes), जैसे प्रोटीज (proteases) के संश्लेषण (synthesis) की प्रक्रियाएं उपलब्ध कराई गई हैं। इसके अलावा, यह प्रजाति गैर-रोगजनक (nonpathogenic) है जो इसे संभावित रूप से खतरनाक जीन क्लोनिंग के लिए एक सुरक्षित होस्ट बनाती है। हालांकि, बी. सबटिलिस आसानी से स्पोरुलेट (sporulate) करता है, जिससे यह संभावना बढ़ जाती है कि क्लोन किए गए जीन प्रयोगशाला या फर्मेन्टर (fermentor) के बाहर जीवित रहेंगे। बढ़े हुए ऑटोलिटिक गतिविधि (autolytic activity) वाले एस्पोरोजेनस म्यूटेंट (asporogenous mutants) का उपयोग हालांकि उच्च नियंत्रण होस्ट स्ट्रेन (high containment host strains) के रूप में किया जा सकता है। कई अन्य क्लोनिंग सिस्टम जैसे स्ट्रेप्टोकोकी (streptococci), स्टैफिलोकोकी (staphylococci), स्ट्रेप्टोमाइसेस (streptomyces) आदि के सिस्टम जीन संशोधन (gene manipulation) प्रयोगों के लिए विकसित किए गए हैं।
एक्टिनोमाइसेट्स होस्ट सिस्टम (Actinomycetes host system) कई कारणों से दिलचस्प है। एंटीनोमाइसेट्स मेटाबोलाइट्स (metabolites) की एक विस्तृत श्रृंखला (wide range) को संश्लेषित (synthesize) करते हैं जो अधिकांश चिकित्सीय और कृषि रूप से महत्वपूर्ण एंटीबायोटिक्स प्रदान करते हैं। एक्टिनोमाइसेट्स जीन नैदानिक रूप से महत्वपूर्ण एंटीबायोटिक प्रतिरोध निर्धारकों (antibiotic resistance determinants) का प्राथमिक स्रोत भी हो सकते हैं। अंततः उनके पास एक जटिल रूपात्मक विकास चक्र (morphological development cycle) होता है जिसमें वनस्पति मायसेलियल विकास (vegetative mycelial growth) से बीजाणु निर्माण (spore formation) तक परिवर्तनों की एक श्रृंखला शामिल होती है। एक्टिनोमाइसेट्स में जीन क्लोनिंग में वास्तविक रुचि यह है कि यह औद्योगिक स्ट्रेन (industrial strains) के विकास को सुविधाजनक बनाएगा जो बढ़ी हुई एंटीबायोटिक पैदावार देते हैं।
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