От лат. vector – носитель, повозка (veho, vectum, vexi, vehere – нести, доставлять, привозить). В общебиологическом смысле вектор – переносчик. Генно-инженерный и генно-терапевтический термин для обозначения любых плазмид или фагов, в которые можно встроить чужеродную ДНК, подлежащую клонированию (молекулы ДНК, способные к включению чужеродной ДНК). В настоящее время под словом вектор понимаются также искусственные генетические конструкции, способные к репликации и интеграции, и предназначенные для переноса генетического материала (генов) в чужеродные клетки. Вектор для клонирования – автономно реплицирующаяся ДНК (например, плазмида), содержащая участки, необходимые для размножения в бактерии и участки, несущие чужеродную ДНК. Рекомбинантные векторы используются для переноса генетического материала (генов) между организмами, а также для его репликации и амплификации. Другими словами, векторы – это частицы, содержащие молекулы плазмидной, космидной или вирусной ДНК, которые служит “перевозчиками” нужного гена с целью интродукции его в нужный геном. В генной терапии чаще используются тропные к тем или иным клеткам (тканям) инактивированные вирусы, у которых часть генома замещается на материал, необходимый для терапии. К тому же, вирусный геном позволяет встроить большие по размеру человеческие гены (правда, далеко не всегда). Векторы, сконструированные на основе вирусов, обеспечивают наиболее высокую эффективность трансдукции и долгосрочную экспрессию целевых генов. Но вирусы, даже лишенные инфекционных свойств, далеко не безопасны. Прежде всего, они способны вызывать иммунный ответ, что не только препятствует успешному переносу генов, но и может привести к гибели пациента*. К тому же вирусная трансдукция может сопровождаться мутагенными эффектами, а процедура подготовки вирусных векторов сложна и требует высоких материальных затрат. Поэтому разрабатываются альтернативные способы упаковки и доставки целевых генов, в том числе небиологические системы доставки, например, с помощью модифицированных гиалуроновой кислотой липосом, катионных полимерных частиц, создаваемых на основе хитозанов, дендримеров**, полипептидов (точнее, так называемых пептоидов). Например, упаковка ДНК в сферическую оболочку из B-циклодекстринов (CD) с включением адамантан-полиэтиленгликоля диаметром ~1нм, или полимеров из модифицированного L-глицина и стеарил-полилизина, аргинина, орнитина, а также с помощью наночастиц из SiO2, несущих заряды и обеспечивающих компактизацию находящихся на них молекул ДНК. Полимерные частицы легко поддаются модификациям лигандами, обеспечивающими высокую специфичность взаимодействия с клетками-мишенями, но их применение ограничено низкой эффективностью трансфекции и слабой экспрессией целевых генов.
Разрабатываются также способы использования в качестве безопасных таргетных векторов доставки целевых генов с помощью транспозонов (см. Траспозоны). Однако необходимо научиться контролировать перемещение транспозонов в нужный сайт. Изучение особенностей взаимодействия транспозонов с целевой ДНК, а также белков, делающих в ней надрезы в нужном месте, и белков доставляющих транспозазу в клеточное ядро, позволит конструировать такие домены, содержащие специфические нуклеотидные последовательности, которые будут целенаправленно привлекать нужные для модификации гены.
В генной инженерии растений в качестве вектора используют полевую бактерию, вызывающую опухоли у растений*** (Agrobacterium tumefaciens), которая обладает способностью встраивать участки своей ДНК в геном растения, после чего поражённые клетки начинают быстро делиться, формируя опухоли. Получен штамм бактерии, не вызывающий образование опухоли, но сохраняющий функции вектора.
*Особенно опасными оказались векторы, полученные на основе аденовирусов. Поэтому стали использовать векторы, сконструированные на основе аденоассоциированных вирусов (AAV), которые не вызывают у человека инфекций, хотя большинство людей рано или поздно становятся их носителями. Кроме того, для AAV характерно множество серотипов (уже идентифицированы 11), обладающих различной тропностью к разным органам и тканям. Используют также ослабленный вариант вируса иммунодефицита человека, не вызывающий явного иммунного ответа и не активирующий онкогены. К тому же, лентивирусы по сравнению с AAV более “вместительны” и могут переносить сразу несколько целевых генов. И, наконец, векторы, изготовленные на основе обезвреженного варианта ВИЧ – это единственные векторы, способные доставлять гены в ядра покоящихся клеток, к которым относятся, например, плюри- и мультипотентные стволовые клетки костного мозга (см. Периоды покоя, Покоящиеся клетки). В результате модификации стволовых клеток генная терапия обладает долговременным эффектом, что и необходимо для достижения терапевтических целей. При этом клетки костного мозга можно извлекать и после необходимых манипуляций вновь возвращать пациенту (см. Адренолейкодистрофия, сцепленная с Х-хромосомой (X-АЛД)).
**Полиамидоаминов (PAMAM).
***Повышает уровень растительных гормонов-ауксинов.