مصدر إنزيمات التقييد

منذ اكتشاف إنزيمات التقييد ، تطور مجال البيولوجيا الجزيئية بسرعة بسبب القدرة الفريدة لهذه البروتينات على شق الحمض النووي بطريقة معينة. كان لهذه الإنزيمات البسيطة تأثير عميق على الأبحاث في جميع أنحاء العالم. والغريب أن لدينا بكتيريا نشكرها على هذه الهبة العلمية.

إنزيمات التقييد ، التي تسمى أيضًا نوكليازات التقييد ، ترتبط بالحمض النووي وتقطع الشريط المزدوج ، وتشكل قطعًا أصغر من الحمض النووي. هناك ثلاثة أنواع من إنزيمات التقييد ؛ تتعرف إنزيمات التقييد من النوع الأول على تسلسل الحمض النووي وتقطع الشريط بشكل عشوائي أكثر من ألف زوج قاعدي بعيدًا عن الموقع. إن إنزيمات التقييد من النوع الثاني ، وهي الأكثر فائدة لمختبرات البيولوجيا الجزيئية ، تتعرف على خيوط الحمض النووي وتقطعها بشكل متوقع في تسلسل محدد يكون عادةً أقل من عشرة أزواج قاعدية طويلة. تشبه إنزيمات التقييد من النوع الثالث النوع الأول ، لكنها تقطع الحمض النووي حوالي ثلاثين زوجًا قاعديًا من تسلسل التعرف.

الأنواع البكتيرية هي المصدر الرئيسي للأنزيمات المقيدة التجارية. تعمل هذه الإنزيمات على حماية الخلايا البكتيرية من غزو الحمض النووي الغريب ، مثل تسلسل الحمض النووي الذي تستخدمه الفيروسات لتكرار نفسها داخل الخلية المضيفة. في الأساس ، سيقوم الإنزيم بتقطيع الحمض النووي إلى قطع أصغر بكثير مما يشكل خطرًا ضئيلًا على الخلية. تمت تسمية الإنزيمات باسم الأنواع وسلالة البكتيريا التي تنتجها. على سبيل المثال ، يُطلق على الإنزيم المقيد الأول المستخرج من سلالة الإشريكية القولونية RY13 اسم EcoRI ، ويُسمى الإنزيم الخامس المستخرج من نفس النوع EcoRV.

يعد استخدام إنزيمات تقييد النوع الثاني عالميًا تقريبًا في المختبرات في جميع أنحاء العالم. جزيئات الحمض النووي طويلة للغاية ويصعب إدارتها بشكل صحيح ، خاصة إذا كان الباحث مهتمًا فقط بجين واحد أو اثنين. تسمح إنزيمات التقييد للعالم بقطع الحمض النووي بشكل موثوق إلى أجزاء أصغر بكثير. سمحت هذه القدرة على معالجة الحمض النووي بتقدم رسم خرائط التقييد والاستنساخ الجزيئي.

في بيئة المختبر ، فإن معرفة مكان وجود مواقع تقييد معينة على خيط DNA يكون مفيدًا وملائمًا للغاية. إذا كان تسلسل الحمض النووي معروفًا ، فيمكن إجراء رسم خرائط التقييد بواسطة الكمبيوتر ، والذي يمكنه بسرعة تعيين جميع تسلسلات التعرف على إنزيمات التقييد الممكنة. إذا لم يكن تسلسل الحمض النووي معروفًا ، فلا يزال بإمكان الباحث إنشاء خريطة عامة باستخدام إنزيمات مختلفة بنفسها وبالاقتران مع إنزيمات أخرى لشق الجزيء. باستخدام المنطق الاستنتاجي ، يمكن إنشاء خريطة التقييد العامة. يعد وجود خريطة تقييد متاحة أمرًا بالغ الأهمية عند استنساخ الجينات.

الاستنساخ الجزيئي هو تقنية معملية يتم فيها قطع الجين من جزيء DNA مستهدف ، وعادة ما يتم استخلاصه من كائن حي ، عن طريق إنزيمات تقييدية. بعد ذلك ، يتم إدخال الجين في جزيء يسمى المتجه ، والتي عادة ما تكون قطع صغيرة من دنا دائري يسمى البلازميدات التي تم تعديلها لتحمل عدة إنزيم مقيد الهدف التسلسلات. يتم شق الناقل بواسطة إنزيمات التقييد ، ثم يتم إدخال الجين في الحمض النووي الدائري. يمكن أن يقوم إنزيم يسمى DNA ligase بعد ذلك بإصلاح الدائرة لتشمل الجين المستهدف. بمجرد "استنساخ" الجين بهذه الطريقة ، يمكن إدخال الناقل في خلية بكتيرية حتى يتمكن الجين من إنتاج البروتين.