ベクター (遺伝子工学)
ベクターは、遺伝子工学において、外部から特定の遺伝子やDNA、RNAの断片を標的となる細胞内へ運び込むために用いられるDNAまたはRNA分子です。ラテン語で「運び屋」を意味する言葉に由来し、遺伝情報の輸送媒体として機能します。これにより、導入された遺伝子の細胞内での増殖、維持、あるいはタンパク質としての発現を可能にします。遺伝子組換え技術において不可欠なツールであり、プラスミド、ウイルス、人工染色体などが、目的や用途に応じて使い分けられています。これらのベクターには、実験操作を効率化するために、複製開始点、複数の制限酵素で切断できる多目的クローニングサイト（MCS）、そしてベクターを取り込んだ細胞を選び出すためのマーカー遺伝子といった機能を持つものが多いのが特徴です。
遺伝情報の細胞への導入には主に二つの目的があります。一つは、導入した遺伝子断片を細胞内で大量にコピー（クローニング）すること。もう一つは、導入遺伝子から特定のタンパク質を合成（発現）させることです。これらの目的に特化したベクターが存在し、遺伝子断片の増幅や保存を主目的とするクローニングベクター、導入遺伝子からタンパク質を作らせることを目的とする発現ベクターなどがあります。また、タンパク質合成は行わず、転写によるmRNAの増幅のみを目的とする転写ベクターもあります。このように、導入したいDNA断片のサイズや、細胞内でどのような操作を行いたいかによって、適切なベクターが選択されます。
ベクターを細胞内に取り込ませる方法も、宿主細胞の種類によって異なります。細菌細胞では形質転換、真核細胞ではトランスフェクションと呼ばれるのが一般的です。ウイルスベクターを用いる場合は、形質導入と呼ばれることもあります。特定の細菌だけでなく、酵母や植物、哺乳動物など、多様な生物の細胞で機能するように設計されたベクターはシャトルベクターと呼ばれます。
代表的なベクタータイプとして、プラスミドベクターがあります。プラスミドは、多くの細菌に見られる環状二本鎖DNA分子で、宿主細胞の複製機構を利用して増殖します。ベクターとして改変されたプラスミドは、自律的な複製のために複製起点を含んでいます。クローニング用途のプラスミドには、外来遺伝子を挿入するためのマルチクローニングサイトや、細胞選択のための抗生物質耐性遺伝子が付加されています。発現ベクターとしてのプラスミドには、タンパク質翻訳に必要な配列（リボソーム結合部位、開始・終止コドンなど）が含まれています。pUCプラスミドやpET系プラスミドなどが代表的なプラスミドベクターです。
ウイルスベクターは、非感染性に改変されたウイルスやバクテリオファージの複製・感染機構を利用するものです。導入遺伝子を細胞に効率よく運び込み、ウイルス由来のプロモーターによって転写や翻訳を行います。安全のため、多くのウイルスベクターは自己複製能力を持たず、特別な細胞（パッケージング細胞）を介して扱われます。これにより、遺伝子治療など安全性が求められる分野で応用されています（レトロウイルス、アデノウイルスなど）。一部のウイルスベクターは、導入遺伝子を宿主のゲノムDNAに安定して組み込むことができます。
さらに大きなDNA断片を扱う場合には、人工染色体ベクターが用いられます。これには酵母人工染色体（YAC）、細菌人工染色体（BAC）、ヒト人工染色体（HAC）などがあり、通常のベクターよりはるかに長いDNAを搭載できます（BACでは最大30万塩基対以上）。複製起点、セントロメア、テロメアといった、染色体機能に必要な要素を含んでいます。
導入遺伝子の機能発現は、転写と翻訳を経て行われます。まず、DNA上の導入遺伝子情報がmRNAとしてコピーされる転写が行われ、その効率やタイミングはベクターに組み込まれたプロモーターによって制御されます。常に発現する恒常的発現や、特定の刺激に応答する誘導可能発現などがあり、プロモーターの種類で選択できます。転写されたmRNAに基づきタンパク質が合成されるのが翻訳です。発現ベクターは、この翻訳を効率よく行うために、プロモーターに加え、リボソーム結合部位や開始・終止コドンなど、翻訳に必要な要素を備えています。これらの要素は宿主細胞によって異なります。
ベクターには、実験を円滑に進めるための様々な付加機能が組み込まれています。ベクターを取り込んだ細胞を選択する抗生物質耐性遺伝子、導入遺伝子が正しく挿入されたかを確認するレポーター遺伝子（lacZ遺伝子を利用したブルー・ホワイトセレクションなど）、発現させたタンパク質を特定の場所に誘導するターゲティング配列、そして精製を容易にするためのタグ配列などが代表的です。
このように、ベクターは遺伝子工学における多様な操作を可能にする不可欠なツールであり、生命科学研究から応用分野まで幅広く利用されています。
遺伝情報の細胞への導入には主に二つの目的があります。一つは、導入した遺伝子断片を細胞内で大量にコピー（クローニング）すること。もう一つは、導入遺伝子から特定のタンパク質を合成（発現）させることです。これらの目的に特化したベクターが存在し、遺伝子断片の増幅や保存を主目的とするクローニングベクター、導入遺伝子からタンパク質を作らせることを目的とする発現ベクターなどがあります。また、タンパク質合成は行わず、転写によるmRNAの増幅のみを目的とする転写ベクターもあります。このように、導入したいDNA断片のサイズや、細胞内でどのような操作を行いたいかによって、適切なベクターが選択されます。
ベクターを細胞内に取り込ませる方法も、宿主細胞の種類によって異なります。細菌細胞では形質転換、真核細胞ではトランスフェクションと呼ばれるのが一般的です。ウイルスベクターを用いる場合は、形質導入と呼ばれることもあります。特定の細菌だけでなく、酵母や植物、哺乳動物など、多様な生物の細胞で機能するように設計されたベクターはシャトルベクターと呼ばれます。
代表的なベクタータイプとして、プラスミドベクターがあります。プラスミドは、多くの細菌に見られる環状二本鎖DNA分子で、宿主細胞の複製機構を利用して増殖します。ベクターとして改変されたプラスミドは、自律的な複製のために複製起点を含んでいます。クローニング用途のプラスミドには、外来遺伝子を挿入するためのマルチクローニングサイトや、細胞選択のための抗生物質耐性遺伝子が付加されています。発現ベクターとしてのプラスミドには、タンパク質翻訳に必要な配列（リボソーム結合部位、開始・終止コドンなど）が含まれています。pUCプラスミドやpET系プラスミドなどが代表的なプラスミドベクターです。
ウイルスベクターは、非感染性に改変されたウイルスやバクテリオファージの複製・感染機構を利用するものです。導入遺伝子を細胞に効率よく運び込み、ウイルス由来のプロモーターによって転写や翻訳を行います。安全のため、多くのウイルスベクターは自己複製能力を持たず、特別な細胞（パッケージング細胞）を介して扱われます。これにより、遺伝子治療など安全性が求められる分野で応用されています（レトロウイルス、アデノウイルスなど）。一部のウイルスベクターは、導入遺伝子を宿主のゲノムDNAに安定して組み込むことができます。
さらに大きなDNA断片を扱う場合には、人工染色体ベクターが用いられます。これには酵母人工染色体（YAC）、細菌人工染色体（BAC）、ヒト人工染色体（HAC）などがあり、通常のベクターよりはるかに長いDNAを搭載できます（BACでは最大30万塩基対以上）。複製起点、セントロメア、テロメアといった、染色体機能に必要な要素を含んでいます。
導入遺伝子の機能発現は、転写と翻訳を経て行われます。まず、DNA上の導入遺伝子情報がmRNAとしてコピーされる転写が行われ、その効率やタイミングはベクターに組み込まれたプロモーターによって制御されます。常に発現する恒常的発現や、特定の刺激に応答する誘導可能発現などがあり、プロモーターの種類で選択できます。転写されたmRNAに基づきタンパク質が合成されるのが翻訳です。発現ベクターは、この翻訳を効率よく行うために、プロモーターに加え、リボソーム結合部位や開始・終止コドンなど、翻訳に必要な要素を備えています。これらの要素は宿主細胞によって異なります。
ベクターには、実験を円滑に進めるための様々な付加機能が組み込まれています。ベクターを取り込んだ細胞を選択する抗生物質耐性遺伝子、導入遺伝子が正しく挿入されたかを確認するレポーター遺伝子（lacZ遺伝子を利用したブルー・ホワイトセレクションなど）、発現させたタンパク質を特定の場所に誘導するターゲティング配列、そして精製を容易にするためのタグ配列などが代表的です。
このように、ベクターは遺伝子工学における多様な操作を可能にする不可欠なツールであり、生命科学研究から応用分野まで幅広く利用されています。
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