تنتج البكتيريا إنزيمات التقييد بشكل طبيعي. منذ اكتشافهم ، لعبوا دورًا أساسيًا في الهندسة الوراثية. تتعرف هذه الإنزيمات على مواقع محددة في الحلزون المزدوج للحمض النووي وتقطعها في مواقع محددة ، وقد أتاحت تحقيق تقدم في مجالات مثل العلاج الجيني وإنتاج الأدوية.
إنزيم التقييد هو اسم أكثر شيوعًا للنوكلياز المقيد. إنزيمات التقييد عبارة عن بروتينات موجودة في الخلايا البكتيرية تتعرف على DNA قصير محدد (حمض الديوكسي ريبونوكلييك بالإضافة إلى العلاجات الجينية.
هناك الآلاف من إنزيمات التقييد المختلفة ، كل منها يسمى بالبكتيريا التي نشأت منها. تتعرف هذه الإنزيمات على مئات متواليات الحمض النووي الفريدة وتقطعها ، وعادة ما تكون بطول أربع إلى سبع وحدات أساسية. يختار العلماء إنزيم التقييد المحدد الذي يجب استخدامه بناءً على النتيجة المرجوة.
تعمل إنزيمات التقييد عن طريق استهداف تسلسل محدد من أزواج القواعد في الحمض النووي. يحتوي الحمض النووي على أربع قواعد نيوكليوتيدية تتزاوج معًا ؛ أزواج الأدينين مع الثايمين ، وأزواج السيتوزين مع الجوانين. يتسبب إنزيم التقييد في تفكك كل من خيوط الحمض النووي ، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى جزيئات الحمض النووي ذات القواعد غير المتزاوجة البارزة ، أو الأطراف اللاصقة. يمكن ربط هذه الأطراف اللاصقة مع أزواج قواعد الحمض النووي التكميلية المقطوعة بنفس إنزيم التقييد ، حتى لو كان الحمض النووي من نوع مختلف تمامًا.
لكي يعمل الجين ، لا يمكن ببساطة إدخاله مباشرة في الخلية. أولاً ، يجب على العلماء استخدام إنزيمات التقييد لربط أو قطع الجين الذي يريدون استخدامه. ثم يتم استخدام نفس إنزيم التقييد لفتح الحمض النووي في خلية مضيفة ، أو ناقل ، والذي يسلم الحمض النووي. يمكن أن يكون الناقل جرثوميًا أو فيروسيًا. إذا كان الهدف هو إنتاج كميات كبيرة من الجين المطلوب ، فعادة ما يتم استخدام الخلايا البكتيرية. إذا كان الهدف هو العلاج الجيني ، يتم استخدام خلية فيروسية معدلة يمكنها إصابة أجزاء معينة من الخلية من أجل دمج المادة الجينية الجديدة.
فتح اكتشاف الإنزيمات المقيدة الأبواب للتقدم العلمي في العلاج الجيني وكذلك الأدوية. في عام 1982 ، كان الأنسولين البشري المنتج في البكتيريا المعدلة وراثيًا هو أول منتج مؤتلف معتمد من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للاستخدام التجاري. يأمل بعض العلماء أن يؤدي العلاج الجيني في النهاية إلى علاجات لأمراض مثل السرطان وأمراض القلب والإيدز والتليف الكيسي.