Vědci musí manipulovat s DNA, aby mohli identifikovat geny, studovat a porozumět tomu, jak buňky fungují a produkují proteiny, které mají lékařský nebo komerční význam. Mezi nejdůležitější nástroje pro manipulaci s DNA patří restrikční enzymy - enzymy, které štěpí DNA na konkrétních místech. Díky inkubaci DNA spolu s restrikčními enzymy ji vědci mohou rozřezat na kousky, které lze později „spojit“ spolu s dalšími segmenty DNA.
Počátky
Restrikční enzymy se nacházejí v bakteriích, které je používají jako zbraň proti bakteriofágu, virům infikujícím bakterie. Když se virová DNA dostane do buňky, restrikční enzymy ji rozsekají na kousky. Tyto bakterie mají obvykle také jiné enzymy, které provádějí chemické modifikace specifických míst na jejich DNA; tyto modifikace chrání bakteriální DNA před useknutím restrikčním enzymem.
Restrikční enzymy jsou obecně pojmenovány po bakterii, ze které byly izolovány. Například HindII a HindIII pocházejí z druhu zvaného Haemophilus influenzae.
Sekvence rozpoznávání
Každý restrikční enzym má vysoce specifický tvar, takže se může držet pouze určitých sekvencí písmen v kódu DNA. Pokud je přítomna jeho „rozpoznávací sekvence“, bude schopna držet se DNA a provést řez v tomto bodě. Například restrikční enzym Sac I má rozpoznávací sekvenci GAGCTC, takže provede řez kdekoli, kde se tato sekvence objeví. Pokud se tato sekvence objeví na desítkách různých míst v genomu, provede řez na desítkách různých míst.
Specifičnost
Některé rozpoznávací sekvence jsou konkrétnější než jiné. Například enzym HinfI provede řez v jakékoli sekvenci, která začíná GA a končí TC a má uprostřed jedno další písmeno. Naopak Sac I sekne pouze sekvenci GAGCTC.
DNA je dvouvláknová. Některé restrikční enzymy vytvářejí přímý řez, který zanechává dva dvouvláknové kousky DNA s tupými konci. Jiné enzymy provádějí „šikmé“ řezy, které zanechávají každý kousek DNA s krátkým jednovláknovým koncem.
Sestřih
Pokud vezmete dva kusy DNA se shodnými lepivými konci a inkubujete je s jiným enzymem nazývaným ligáza, můžete je spojit nebo spojit dohromady. Tato technika je pro molekulární biologové velmi důležitá, protože často potřebují odebrat DNA a vložit ji do bakterií, aby vytvořili proteiny, jako je inzulín, které mají lékařské využití. Pokud odříznou DNA ze vzorku a kousku bakteriální DNA stejným restrikčním enzymem, obojí je bakteriální DNA a vzorek DNA nyní budou mít odpovídající lepivé konce a biolog je může pomocí ligázy spojit dohromady.
