Online Vector Design

VectorBuilder는 정교하고 직관적인 벡터 디자인 툴과 간소화된 온라인 주문을 결합한 매우 혁신적인 웹 기반 플랫폼을 제공한다. VectorBuilder 계정이 있든 없든, 몇번의 마우스 클릭만으로 다양한 custom 벡터를 디자인할 수 있는 온라인 벡터 디자인 플랫폼에 무료로 무제한 액세스할 수 있다. 벡터를 설계하는 것 외에도 당사 플랫폼에서 virus packaging 및 plasmid DNA preparation과 같은 관련 서비스와 함께 디자인된 벡터의 custom cloning을 주문할 수 있다.

Highlights
  • Regular plasmid, lentivirus, AAV, adenovirus, MMLV, piggyBac 등을 포함한 다양한 벡터 백본 컬렉션
  • Promoter, ORF, marker, epitope tags, shRNA 등을 포함한 광범위한 벡터 컴포넌트 데이터베이스
  • 벡터 컴포넌트의 풍부한 주석이 포함된 상세한 vector map
  • 벡터 시스템 및 벡터 컴포넌트에 대한 풍부하고 포괄적인 교육 가이드
  • 벡터 디자인 및 분석을 지원하는 무료 bioinformatic tools
  • 간편한 사용자 계정 관리
Key Features
  • Available vector systems
  • Vector design studio
  • Vector information overview
  • Retrieve vector design
  • Send design request
  • Find popular vectors
Technical Information
  • Essential components of a vector
  • Selection of vector system

Key Features

Vectorbuilder의 사용자 친화적인 온라인 벡터 디자인 플랫폼에서 custom 벡터를 디자인하는 것은 매우 쉬우며 아래와 같은 몇 가지 이점을 제공한다.

Available vector systems

홈페이지에서 나의 벡터 디자인을 클릭하여 자신만의 벡터 디자인을 시작할 수 있으며, 약 200개의 시스템 중에서 실험에 적합한 적절한 벡터 시스템을 선택할 수 있다.

  • Vector backbone – 다음을 포함한 광범위한 벡터 백본을 제공한다.

    • Regular plasmid: for conventional transfection-based gene delivery
    • Viral vectors (e.g. lentivirus, AAV, adenovirus and retrovirus): for viral transduction-based gene delivery
    • Transposon-based vectors (e.g. piggyBac, Tol2 and sleeping beauty): for transposon-mediated gene transfer
  • Application – 풍부한 벡터 컬렉션에는 다음과 같은 다양한 응용 분야를 위한 벡터가 포함되어 있다.

    • Gene overexpression (e.g. constant, inducible and conditional)
    • shRNA-mediated gene knockdown
    • CRISPR-based gene editing and regulation
    • Recombinant protein expression
    • In vitro transcription
    • Enhancer/promoter testing
    • Non-coding RNA expression
  • Species – mammals, zebrafish, Drosophila, plants, bacteria, yeast 및 insects를 포함한 다양한 종에서 유전자 발현을 위한 벡터를 제공한다.

Vector design studio

실험에 적합한 벡터 시스템을 선택한 후 Go to Design을 클릭하여 Vector Design Studio 에서 다음과 같은 다양한 사용자 정의 옵션으로 벡터를 디자인할 수 있다.

1)  Adding vector components (e.g. promoter, ORF, marker, linker, etc.)View more

벡터 컴포넌트를 추가하는 세가지 방법이 있다: 인기있는 벡터 컴포넌트 컬렉션에서 선택하기, 관심 유전자 (GOI)로 검색하기 또는 서열을 직접 붙여넣기. GOI로 검색할 때 ORF, shRNA 및 gRNA 데이터베이스에 무제한으로 액세스할 수 있으므로 원하는 서열을 빠르게 선택하여 벡터에 삽입할 수 있다.

2)  Expressing multiple genes as a polycistronView more

Vector Design Studio에서는 promoter 뒤에 최대 4개의 ORF를 polycistron으로 배치할 수 있다. 다중 ORF는 단일 융합단백질로 발현되거나 2A 또는 IRES linker로 분리된 별개의 단백질로 발현될 수 있다.

3)  Editing the ORF sequenceView more

벡터에 ORF를 추가한 후 ORF editor를 열어 epitope tag를 추가하거나 서열에 돌연변이를 도입할 수 있다. ORF의 N 또는 C 말단에 추가할 수 있는 수십 개의 인기 있는 단백질 tag를 제공한다. Codon optimization, nucleotide 서열을 아미노산 서열로 translating, ORF 보기 및 상보적인 가닥 보기를 포함한 기타 편리한 기능을 사용할 수 있다.

Vector information overview

벡터 디자인을 마치면  Vector Information page로 이동한다. 여기에서 다음을 수행할 수 있다.

  • 주석이 달린 벡터 map과 서열 보기
  • PDF, GenBank, FASTA 및 SnapGene을 포함한 다양한 포맷의 벡터 리포트 다운로드
  • 벡터의 가격 및 소요시간을 확인하거나 벡터에 대한 가격문의 제출
  • 바이러스 패키징과 같은 downstream 서비스와 함께 벡터를 장바구니에 추가
  • 벡터 디자인을 계정에 저장
  • 동료에게 벡터 디자인 공유
Retrieve vector design

VectorBuilder에서 생성된 벡터에는 고유한 벡터 ID가 자동으로 부여된다 (자세한 내용은 정보 자료 > VectorBuilder 사용 방법 > 벡터 ID는 어떻게 부여되는가? 참조). 이 ID를 사용하여 로그인하지 않고도 벡터 디자인 메뉴의 벡터 정보 찾아보기을 통해 벡터에 대한 전체 정보를 검색할 수 있다.

Send design request

Vector Design Studio에서 벡터를 디자인하는데 어려움이 있는 경우 (예: VectorBuilder에 없는 백본을 사용하는 경우), VectorBuilder 홈페이지의 디자인 의뢰하기를 클릭하여 원하는 벡터에 대한 요청사항을 제출할 수 있다. 숙련된 과학자들이 무료로 벡터를 디자인하고 가격 및 소요시간 정보와 함께 벡터 디자인을 보내 드립니다..

Find popular vectors

자신의 벡터를 디자인하거나 디자인 의뢰를 보내는 것 외에도 VectorBuilder 홈페이지에서 인기있는 벡터 검색하기를 클릭하여 GOI에 대한 인기있는 벡터 디자인을 검색할 수도 있다. 이 옵션을 사용하여 유전자를 검색하면 VectorBuilder의 표준 백본을 사용하는 gene expression, shRNA-based gene knockdown 및CRISPR-based gene knockout을 위한 표준 벡터 디자인 목록이 표시된다. 이 옵션을 사용하면 GOI에 대해 미리 만들어진 벡터를 바로 사용 가능한지 확인할 수도 있다. 그런 다음 원하는 벡터를 선택하여 완전히 주석이 달린 map과 서열을 보고 필요한 경우 디자인을 추가로 수정할 수 있다.

Technical Information

Essential components of a vector

Promoter – promoter는 downstream에 있는 GOI의 전사를 유도하기 때문에 모든 발현 벡터의 중요한 구성 요소이다. 벡터에 대한 promoter의 선택은 원하는 위치와 표적 유전자 발현 수준에 따라 달라진다. Promoter는 모든 세포 유형에서 유전자 발현을 유도하는 ubiquitous이거나 특정 세포 유형에서만 유전자 발현을 유도하는 tissue-specific일 수 있다. 또한 promoter는 타겟 유전자 발현 수준에 따라 다양한 강도 (weak, medium 또는 strong)를 가질 수 있다.

ORF – ORF는 단백질로 번역되는 사용자 GOI의 open reading frame을 나타낸다. ORF는 발현 벡터에 필수적이며 프로모터의 downstream에 위치한다. 여러 단백질을 동시에 발현해야 하는 경우, 해당 단백질에 해당하는 ORF를 linker로 분리하여 동일한 promoter 아래에 배치하여 polycistron으로 발현할 수 있다.

polyA signal – polyA는 polyadenylation signal sequence를 나타내며 upstream ORF 서열에서 생성된 전 사체의 transcription termination및 polyadenylation을 담당한다. 벡터에 polyA signal을 넣으면 mRNA가 polyadenylation되어 mRNA가 nuclease 및 phosphatase에 의해 분해되는 것을 방지한다. 또한, polyadenylation은 mRNA의 핵에서 세포질로의 수송과 ribosome에 의한 단백질 번역에 필수적이다.

Selection marker – selection marker를 사용하면 실험자는 벡터가 transfection 또는 transduction된 세포를 성공적으로 식별할 수 있다. 일반적으로 drug-selection marker와 fluorescent protein marker두가지 유형의 마커가 양성 transfection 또는 transduction된 mammalian 세포를 선택하는 데 사용된다. Drug-selection marker는 마커가 있는 벡터를 운반하는 세포에서 각 항생제에 대한 내성을 부여하여 기능한다. 반면에 벡터를 가지고 있지 않은 세포는 항생제에 내성이 없으므로 생존할 수 없다. Fluorescent marker를 사용하면 연구자들은 형광 현미경으로 시각화하거나 FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting)를 통해 양성 transfection 또는 transduction된 세포를 선택할 수 있다.

Origin of replication – 복제 기점은 박테리아 숙주 세포에서 plasmid 벡터 복제에 필수적이다. 복제 기점의 선택은 일반적으로 숙주 세포 내에서 유지되어야 하는 벡터의 카피 수에 따라 달라지며, 이는 차례로 벡터의 안정성에 영향을 준다. 높은 카피 수의 plasmid는 plasmid prep.에서 더 높은 DNA 수율을 얻는데 도움이 되지만, 낮은 카피 수의 plasmid는 독성 또는 불용성 단백질 발현에 선호되는 선택이다. 또한, 동일한 박테리아 세포 내에서 하나 이상의 plasmid를 성장시킬 때 두 plasmid가 동일한 복제 기점을 포함하지 않는 것이 중요하다. 그 이유는 두 plasmid가 호환되지 않고 plasmid가 복제되는 것을 막을 수 있기 때문이다.

Antibiotic resistance gene – 항생제 내성 유전자는 벡터를 운반하는 박테리아 세포를 선택할 수 있게 하여 박테리아 집단에서 벡터의 유지를 용이하게 한다. 벡터를 운반하지 않는 세포는 항생제에 내성이 없으므로 생존할 수 없다.

Other components – 위에 기재된 컴포넌트는 일반적으로 대부분의 벡터 유형에 있지만, 특정 응용 분야에 따라 다양한 컴포넌트가 있을 수 있다. 예를 들어, lentivirus 및 AAV 벡터와 같은 바이러스 벡터는 타겟 세포에서 GOI의 바이러스 의존적 발현에 필수적인 long terminal repeats (LTR) 및 inverted terminal repeats (ITR)과 같은 바이러스 서열이 존재한다. 유사하게, 모든 transposon 벡터에서 발견되는 terminal repeat sequence는 각각의 transposase 효소의 존재하에 GOI의 타겟 세포로의 transposon-mediated transfer에 필수적이다.

또한 벡터의 기본 기능에 필수적이지 않을 수 있는 다양한 벡터 컴포넌트가 있지만 벡터 기능성의 다양성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, multiple cloning site (MCS) 영역은 일반적으로 벡터에 여러 제한효소 사이트를 추가하기 위해 통합되어 사용자가 해당 사이트 중 하나를 사용하여 GOI를 벡터에 복제할 수 있는 유연성을 제공한다. T2A 및 IRES와 같은 linker는 벡터가 작동하는데 필요하지 않을 수 있는 벡터 컴포넌트이지만 이들이 추가되면 polycistronic expression cassette와 동일한 벡터에서 여러 ORF를 발현하여 기능성을 향상시킨다.

Figure 1. Essential components of a vector

Selection of vector system

성공적인 실험 설계의 기본요소 중 하나는 타겟 세포에 GOI를 전달하는데 사용되는 벡터 시스템을 선택하는 것이다. 다양한 바이러스 및 비바이러스 벡터 옵션을 사용할 수 있으므로 벡터 설계를 시작하기 전에 몇 가지 사항을 고려해야 한다. 주요 고려 사항은 다음과 같다. 타겟 세포가 transfection이 쉽거나 어려운가? 일시적인 발현 또는 숙주 게놈으로의 안정적인 통합을 원하는가? 목적 유전자를 구동하기 위해 맞춤형 프로모터를 사용해야 하는가? 벡터를 세포 배양 또는 생체 내에서 사용할 수 있는가? Conditional 또는 inducible gene expression이 필요한가? GOI는 크기는 얼마인가?

아래 표에는 실험 설계에 적합한 벡터를 선택하기 위해 일반적으로 사용되는 벡터 시스템과 주요 고려 사항이 나열되어 있다.

Regular plasmid vectors Viral vectors Transposon-based vectors
Transfection-based Yes No Yes
Transient expression or stable integration Transient Stable or transient Stable
Requires packaging No Yes No
Cargo capacity Large Small to medium Medium to large
Primary use Cell culture Cell culture & In vivo Cell culture & in vivo
Promoter customization Yes Depending on viral vector type Yes
Regular plasmid vectorsView more
Advantages

Technical simplicity: Regular plasmid vectors rely on simple transfection-based methods for the delivery of target genes into host cells. Delivering plasmid vectors into cells by conventional transfection is technically straightforward, and far easier than virus-based vectors which require the packaging of live virus.

Large cargo capacity: Our regular plasmid vectors have a large cargo capacity of ~30 kb. This provides plenty of room to add variable vector components such as the user’s gene of interest, a promoter and a marker unlike viral vectors majority of which have a moderate to limited cargo capacity.

Disadvantages

Non-integration of vector DNA: Conventional transfection of plasmid vectors is also referred to as transient transfection because the vector stays mostly as episomal DNA in cells without integration. However, plasmid DNA can integrate permanently into the host genome at a very low frequency (one per 102 to 106 cells depending on cell type). If a drug resistance or fluorescence marker is incorporated into the plasmid, cells stably integrating the plasmid can be derived by drug selection or cell sorting after extended culture.

Limited cell type range: The efficiency of plasmid transfection can vary greatly from cell type to cell type. Non-dividing cells are often more difficult to transfect than dividing cells, and primary cells are often harder to transfect than immortalized cell lines. Some important cell types, such as neurons and pancreatic β cells, are notoriously difficult to transfect. Additionally, plasmid transfection is largely limited to in vitro applications and rarely used in vivo.

Non-uniformity of gene delivery: Although a successful transfection can result in very high average copy number of the transfected plasmid vector per cell, this can be highly non-uniform. Some cells can carry many copies while others carry very few or none. This is unlike transduction by virus-based vectors which tends to result in relatively uniform gene delivery into cells.

Viral vectorsView more
Advantages

Suitable for difficult-to-transfect cells: Viral vectors are the preferred method of gene delivery for difficult-to-transfect cell lines. Most viral vectors can transduce a wide variety of mammalian cell lines due to the broad tropism conferred by the viral envelop proteins. Our lentivirus packaging system adds the VSV-G envelop protein to the viral surface which has a very broad tropism. As a result, cells from all commonly used mammalian species (and even some non-mammalian species) can be transduced. Furthermore, almost any mammalian cell type can be transduced (e.g. dividing cells and non-dividing cells, primary cells and established cell lines, stem cells and differentiated cells, adherent cells and non-adherent cells). Neurons, which are often impervious to conventional transfection, can be readily transduced by our lentiviral vector.

Similarly, when our AAV vectors are packaged into virus, different serotypes can be conferred to the virus by using different capsid proteins for the packaging. Different serotypes can render the virus with different tissue tropism (i.e. tissue specificity of infection). A wide range of cell and tissue types from commonly used mammalian species such as human, mouse and rat can be readily transduced with our AAV vector when it is packaged into the appropriate serotype.

Suitable for in vitro and in vivo applications: Viral vectors can be used for effective transduction of cultured cells as well as live animals unlike regular plasmids which are commonly used for in vitro applications.

Relative uniformity of gene delivery: Generally, viral transduction can deliver vectors into cells in a relatively uniform manner. In contrast, conventional transfection of plasmid vectors can be highly non-uniform, with some cells receiving a lot of copies while other cells receiving few copies or none.

Disadvantages

Medium to small cargo capacity: Most viral vectors have a limited cargo capacity when compared to regular plasmid or transposon-based vectors. It is important to take the cargo capacity into consideration while designing a viral vector since exceeding the viral vector capacity often adversely affects the virus packaging process. The table below shows the upper limit of viral genome for different viral vectors.

Virus Type Upper Limit of Viral Genome Effect of Oversized Genome
Adeno-associated virus 4.7 kb (from 5’ ITR to 3’ ITR) Region packaged into the virus may be truncated and result in loss-of-function.
Adenovirus 38.7 kb (from 5’ ITR to 3’ ITR) The adenoviral genome may be unstable, and rearrangement may occur during packaging.
Lentivirus 9.2 kb (from 5’ LTR-ΔU3 to 3’ LTR-ΔU3) Titer may be reduced.
MMLV retrovirus 8 kb (from MMLV 5' LTR to MMLV 3' LTR) Titer may be reduced.
MSCV retrovirus 8 kb (from MSCV 5' LTR to MSCV 3' LTR) Titer may be reduced.

Technical complexity: The use of viral vectors requires the production of live virus in packaging cells followed by the measurement of viral titer. These procedures are technically demanding and time consuming relative to conventional plasmid transfection.

Viral vector types

Common viral vectors used in biomedical research include lentivirus, adeno-associated virus (AAV), and adenovirus each with its advantages and disadvantages. The table below lists key factors that should be taken into consideration while selecting the right viral vector for your experiment.

Lentivirus AAV Adenovirus
Tropism Broad Depending on viral serotype Ineffective for some cells
Can infect non-dividing cells? Yes Yes Yes
Stable integration or transient? Stable integration Transient, episomal Transient, episomal
Maximum titer High High Very High
Promoter customization Yes Yes Yes
Primary use Cell culture and in vivo In vivo In vivo
Immune response in vivo Low Very low High

Click here to learn how to select a suitable viral vector for your experiment

Transposon-based vectorsView more
Advantages

Permanent integration of vector DNA: Transposon-based vectors rely on conventional transfection for the delivery of target genes into host cells. Conventional transfection results in almost entirely transient delivery of DNA into host cells due to the loss of DNA over time. This problem is especially prominent in rapidly dividing cells. In contrast, transfection of mammalian cells with transposon-based vectors along with the corresponding helper plasmid can deliver genes carried on the transposon permanently into host cells due to the integration of the transposon into the host genome.

Technical simplicity: Delivering plasmid vectors into cells by conventional transfection is technically straightforward, and far easier than virus-based vectors which require the packaging of live virus.

Disadvantages

Limited cell type range: The delivery of transposon-based vectors into cells relies on transfection. The efficiency of transfection can vary greatly from cell type to cell type. Non-dividing cells are often more difficult to transfect than dividing cells, and primary cells are often harder to transfect than immortalized cell lines. Some important cell types, such as neurons and pancreatic β cells, are notoriously difficult to transfect. Additionally, plasmid transfection is largely limited to in vitro applications and rarely used in vivo. These issues limit the use of transposon-based vector systems.

FAQ

How is vector ID assigned?

Each vector created on VectorBuilder is assigned a unique vector ID. You can use this ID to retrieve full information about the vector through the Retrieve Vector Information link under Design Vector on the menu bar. It can also be used to reference the vector in publications.

All vector IDs start with “VB”. Rules for assigning vector ID are illustrated using the example below.

Vector ID: VB160903-1018vur

Interpretations:

160903: Date (yymmdd) that vector is designed.

1018: Vector’s serial number.

vur: Three randomly generated letters to anonymize the ID.

After you have created a vector on VectorBuilder, you can edit its design by clicking the Edit This Vector button on the Vector Information page, but the edited design will result in a new vector ID rather than changing the design under the existing ID. This ensures that once a vector ID is created, it is permanently linked to the same original design.

How is vector name assigned?

Components used in a vector (e.g. promoters & ORFs) are automatically assigned names in most cases. These component names are then automatically assembled to produce the final vector name. Rules for assigning names are described below.

Rules for assigning names to vector components (e.g. promoters, ORFs or linkers)

  • Components from VectorBuilder's popular component collections: The component's common name is used.
    Example: CMV, EGFP, Neo

  • ORFs retrieved from VectorBuilder's gene-based databases: ORF name is composed of gene symbol followed by bracketed RefSeq accession (or gene ID for species that don't have RefSeq annotation). A species abbreviation in lower case is added in front of the gene symbol following the rules below:

    • Human, mouse and rat are assigned single-letter abbreviations “h”, “m” and “r”, respectively.
    • Many additional common species are assigned two-letter abbreviations. For example, cat is “ct”, chimpanzee is “ch”, and dog is “dg”.
    • Less common species use three-letter abbreviations of their scientific names, followed by an underscore. The first letter in the abbreviation corresponds to the first letter of the genus name, and the next two letters in the abbreviation correspond to the first two letters of the species name. For example, Drosophila melanogaster is “dme_”.
    Example of a human ORF from NCBI RefSeq collection: hRHO[NM_000539.3]
    Example of a mouse ORF from VectorBuilder ORF collection: mRho[ORF032112]
    Example of a Drosophila melanogaster ORF from NCBI RefSeq collection: dme_w[NM_057439.2]
    Example of E. coli ORF from NCBI: eco_nhaA[944758]
  • Sequences pasted by user: User must define the name of their pasted sequence in order to add the sequence to the vector. User defined name will be shown in brackets. Please note that if the user pasted a sequence that has 100% sequence identity to a component in VectorBuilder’s databases, the component name will be automatically set to the official name of the VectorBuilder component.
    Example of a user pasted component: {MyGene}

  • ORF from VectorBuilder’s database that is edited by user: When an ORF retrieved from VectorBuilder’s ORF database has been edited by the user to introduce mutations, a * will be automatically added next to the official ORF name to indicate that the ORF sequence is mutated. The user can then choose to use this name or change it to a different name. If the user chooses to change the name, brackets will be added to indicate that the name is defined by the user. Please note that epitope tags added to an ORF through the Add Tag function are not considered as mutations.
    Example of an ORF from VectorBuilder’s database that is edited by user: hRHO[NM_000539.3]* for automatically assigned name, which can be changed by the user to another name such as {MyGene}

Rules for assigning vector names

  • All vector names begin with the letter “p”.
  • Abbreviation for vector backbone is given after the letter “p”. Below are examples of commonly used backbones:
    RP: Regular plasmid
    LV: Lentivirus
    MMLV: MMLV retrovirus
    AV: Adenovirus
    AAV: Adeno-associated virus
    PB: PiggyBac transposon
    Tol2: Tol2 transposon
    ET, BAD or CS: Various bacterial expression vectors
    SC: Saccharomyces cerevisiae
    BV: Baculovirus
  • Abbreviations for biological applications, if applicable, is given in brackets after the vector backbone abbreviation. Below are examples of common biological applications:
    Exp: A vector for expressing a gene of interest
    shRNA: A vector for expressing shRNA for use in knockdown
    gRNA: A vector for expressing gRNA for use in the CRISPR system
    En: A vector for testing enhancer activity

Rules for assembling vector name as illustrated by an example

Vector name: pLV[Exp]-Exp-CMV>FLAG/hRHO[NM_000539.3]*/10xHis:IRES:3xNLS/EGFP/HA

Interpretations:

LV: Vector backbone is lentivirus.

Exp: Biological application is mammalian gene expression.

Hygro: Marker gene is hygromycin B resistance gene.

CMV: Promoter for driving the gene of interest is CMV.

FLAG/hRHO[NM_000539.3]*/10xHis:IRES:3xNLS/EGFP/HA: The gene of interest is a polycistron containing multiple ORFs. The first ORF is hRHO[NM_000539.3], whose sequence is modified by the user (indicated by *), and is tagged with FLAG at the N terminus and 10xHis at the C terminus. It is followed by IRES, and then followed by the second ORF, which is EGFP tagged with 3xNLS at the N terminus and HA at the C terminus.

How to obtain technical information on vectors?

VectorBuilder strives to be a comprehensive provider of all resources related to vectors. Comprehensive educational materials on our vector systems and vector components are provided under Resources > Learning Center on the homepage menu bar:

Guide to Vector Systems: This page describes all the vector systems available on VectorBuilder.

Guide to Vector Components: This page describes all the popular vector components offered by VectorBuilder.

VectorBuilder also offers many free bioinformatics tools to assist you in designing and analyzing your vectors, such as sequence alignment, shRNA target design, and gRNA off-target analysis. These tools are placed under Tools on the homepage menu bar.