실험 목적에 맞는 벡터 시스템은?

기술적 단순성: Regular plasmid 벡터는 표적 유전자를 숙주 세포로 전달하기 위해 간단한 transfection 방법을 이용합니다. 기존 transfection을 통해 플라스미드 벡터를 세포에 전달하는 것은 기술적으로 간단하고, 바이러스의 패키징이 필요한 바이러스 기반 벡터보다 훨씬 쉽습니다.

큰 유전자 운반 능력 (cargo capacity): VectorBuilder의 regular plasmid 벡터는 ~30 kb의 큰 운반 용량을 가지고 있습니다. 이는 사용자의 관심 유전자, 프로모터 및 마커와 같은 벡터의 가변 구성요소를 추가할 수 있는 충분한 공간을 제공합니다. 대부분의 바이러스 벡터는 보통 수준 또는 제한된 운반 용량을 가지고 있습니다.

벡터 DNA의 숙주 게놈으로 non-integration: Plasmid 벡터의 기존 transfection은 벡터가 integration 없이 세포에서 대부분 에피솜 DNA로 유지되기 때문에 일시적 transfection이라고도 합니다. 그러나 플라스미드 DNA는 매우 낮은 빈도 (세포 유형에 따라 10² ~ 10⁶개 세포당 하나)로 숙주 게놈에 영구적으로 integration 될 수 있습니다. 플라스미드에 약물 저항성이나 형광 표지자가 삽입되어 있는 경우, 확장 배양 후 약물 선택이나 세포 분류를 통해 플라스미드를 안정적으로 integration하는 세포를 유도할 수 있습니다.

제한된 세포 유형 범위: 플라스미드 transfection의 효율성은 세포 유형에 따라 크게 다를 수 있습니다. 비분열 세포는 분열 세포보다 transfection이 어려운 경우가 많으며, primary 세포는 immortalized 세포주보다 transfection이 더 어렵습니다. Neuron 및 pancreatic β 세포와 같은 일부 중요한 세포 유형도 transfection이 매우 어렵습니다. 또한, 플라스미드 transfection은 주로 in vitro 적용으로 제한되며 in vivo에서는 거의 사용하지 않습니다.

유전자 전달의 불균일성: 성공적인 transfection으로 인해 세포당 transfection된 플라스미드 벡터의 평균 복제 수가 매우 높아질 수 있지만 이는 매우 불균일 할 수 있습니다. 일부 세포는 많은 플라스미드를 보유할 수 있지만 다른 세포는 매우 적거나 전혀 보유하지 않을 수 있습니다. 이는 세포 내로 상대적으로 균일한 유전자 전달 경향이 있는 바이러스 기반 벡터에 의한 transduction과 다릅니다.

transfection이 어려운 세포에 적합: 바이러스 벡터는 transfection이 어려운 세포주에 선호되는 유전자 전달 방법입니다. 대부분의 바이러스 벡터는 바이러스 외피 단백질에 의해 부여되는 광범위한 tropism으로 인해 다양한 포유동물 세포주에 transduction 할 수 있습니다. VectorBuilder의 렌티바이러스 패키징 시스템은 매우 광범위한 tropism을 갖는 바이러스 표면에 VSV-G envelop protein을 추가합니다. 결과적으로 일반적으로 사용되는 포유류(심지어 일부 비포유동물 종) 세포에 transduction 할 수 있습니다. 또한, 거의 모든 포유동물 세포 유형에 transduction 될 수 있습니다(예: 분열 세포와 비분열 세포, primary cell와 확립된 세포주, 줄기 세포와 분화 세포, 부착 세포와 비부착 세포). 기존의 transfection으로 어려웠던 뉴런은 VectorBuilder의 렌티바이러스 벡터로 쉽게 transduction 할 수 있습니다. 

마찬가지로, AAV 벡터를 바이러스로 패키징 할 때, 패키징에 다른 capsid 단백질을 사용하여 AAV 바이러스에 다른 serotype을 부여할 수 있습니다. 다양한 serotype은 바이러스를 다양한 조직 친화성(즉, 감염의 조직 특이성)으로 만들 수 있습니다. 인간, 마우스, 쥐 등 일반적으로 사용되는 광범위한 포유류 세포 및 조직은 적절한 serotype으로 패키징 된 AAV 벡터를 사용하면 쉽게 transduction 할 수 있습니다.

in vitro 및 in vivo 적용에 적합: 바이러스 벡터는 in vitro 실험에 일반적으로 사용되는 regular plasmid와 달리, 배양된 세포는 물론 살아있는 동물의 효과적인 transduction에 사용할 수 있습니다.

유전자 전달의 상대적 균일성: 일반적으로 바이러스 transduction은 상대적으로 균일한 방식으로 벡터를 세포 내로 전달할 수 있습니다. 대조적으로, 플라스미드 벡터의 transfection은 매우 불균일 할 수 있으며, 일부 세포는 많은 플라스미드를 받는 반면 다른 세포는 적은 플라스미드를 받거나 전혀 받지 못할 수도 있습니다.

중소형 유전자 운반 능력: 대부분의 바이러스 벡터는 regular plasmid 또는 transposon 기반 벡터와 비교할 때 cargo capacity가 제한되어 있습니다. 바이러스 벡터 용량을 초과하면 바이러스 패키징에 부정적인 영향을 미치는 경우가 많기 때문에, 바이러스 벡터를 디자인할 때 cargo capacity를 고려하는 것이 중요합니다. 아래 표는 다양한 바이러스 벡터에 대한 바이러스 게놈의 상한선을 보여줍니다.

기술적 복잡성: 바이러스 벡터를 사용하려면 패키징 세포에서 살아있는 바이러스를 생산한 후 바이러스 역가를 측정해야 합니다. 이러한 절차는 기존 플라스미드 형질 감염에 비해 기술적으로 까다롭고 시간이 많이 소요됩니다.

연구에 사용되는 일반적인 바이러스 벡터에는 렌티바이러스, AAV 및 아데노바이러스가 포함되며 각각 장점과 단점이 있습니다. 아래 표에는 실험에 적합한 바이러스 벡터를 선택할 때 고려해야 할 주요 요소가 나열되어 있습니다.

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벡터 DNA의 숙주 게놈으로 integration: Transposon 기반 벡터는 표적 유전자를 숙주 세포로 전달하기 위해 기존의 transfection에 의존합니다. 기존의 transfection은 시간 경과에 따른 DNA 소실로 인해 DNA가 숙주 세포로 일시적으로 전달되는 결과를 가져왔습니다. 이 문제는 빠르게 분열하는 세포에서 특히 두드러집니다. 반면에, helper plasmid와 함께 transposon 기반 벡터를 사용한 포유동물 세포의 형질감염은 transposon이 숙주 게놈으로 integration되기 때문에 transposon에 운반된 유전자를 숙주 세포에 영구적으로 전달할 수 있습니다.

기술적 단순성: 일반적인 transfection을 통해 플라스미드 벡터를 세포에 전달하는 것은 기술적으로 간단하고 바이러스의 패키징이 필요한 바이러스 기반 벡터보다 훨씬 쉽습니다.

제한된 적용 세포 범위: Transfection으로 transposon 기반 벡터를 세포로 전달하기 때문에 transfection 효율은 세포 유형에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 비분열 세포는 분열 세포보다 transfection 하기가 더 어려운 경우가 많으며, primary 세포는 불멸화 세포주보다 transfection하기가 더 어렵습니다. 뉴런 및 췌장 β 세포와 같은 일부 중요한 세포는 transfection이 매우 어렵습니다. 또한, 플라스미드 transfection은 주로 in vitro 적용으로 제한되며 in vivo에서는 거의 사용되지 않습니다. 이러한 문제로 인해 transposon 기반 벡터 시스템의 사용이 제한됩니다.