Od objevu restrikčních enzymů pole molekulární biologie rychle pokročilo díky jedinečné schopnosti těchto proteinů štěpit DNA specifickým způsobem. Tyto jednoduché enzymy měly zásadní vliv na výzkum po celém světě; kupodivu máme bakterie, kterým můžeme poděkovat za tento vědecký dar.
Vlastnosti a typy enzymů omezení
Restrikční enzymy, nazývané také restrikční endonukleázy, se vážou na DNA a štěpí dvojité vlákno za vzniku menších kousků DNA. Existují tři typy restrikčních enzymů; Restrikční enzymy typu I rozpoznávají sekvenci DNA a odříznou řetězec náhodně více než tisíc párů bází od místa. Restrikční enzymy typu II, nejužitečnější pro laboratoře molekulární biologie, rozpoznávají a předřezávají řetězec DNA předvídatelně ve specifické sekvenci, která je obvykle kratší než deset párů bází. Restrikční enzymy typu III jsou podobné typu I, ale tyto štěpí DNA asi třicet párů bází od rozpoznávací sekvence.
Zdroje
Bakteriální druhy jsou hlavním zdrojem komerčních restrikčních enzymů. Tyto enzymy slouží k obraně bakteriálních buněk před invazí cizí DNA, jako jsou sekvence nukleových kyselin používané viry k replikaci uvnitř hostitelské buňky. Enzym v zásadě rozseká DNA na mnohem menší kousky, které pro buňku představují malé nebezpečí. Enzymy jsou pojmenovány pro druhy a kmeny bakterií, které jej produkují. Například první restrikční enzym extrahovaný z kmene Escherichia coli RY13 se nazývá EcoRI a pátý enzym extrahovaný ze stejného druhu se nazývá EcoRV.
Pohodlí laboratoře
Použití restrikčních enzymů typu II je v laboratořích po celém světě téměř univerzální. Molekuly DNA jsou extrémně dlouhé a je obtížné je správně spravovat, zvláště pokud se výzkumný pracovník zajímá pouze o jeden nebo dva geny. Restrikční enzymy umožňují vědci spolehlivě rozřezat DNA na mnohem menší části. Tato schopnost manipulovat s DNA umožnila postup restrikčního mapování a molekulárního klonování.
Omezení mapování
V laboratorním prostředí je velmi užitečné a pohodlné přesně vědět, kde jsou určitá restrikční místa na řetězci DNA. Pokud je DNA sekvence známá, může být restrikční mapování provedeno počítačem, který může rychle mapovat všechny možné sekvence rozpoznávající restrikční enzymy. Pokud není sekvence DNA známa, může výzkumník stále vytvořit obecnou mapu pomocí různých enzymů samotných a ve spojení s jinými enzymy ke štěpení molekuly. Pomocí deduktivního uvažování lze vytvořit obecnou mapu omezení. Při klonování genů je důležité mít k dispozici mapu omezení.
Molekulární klonování
Molekulární klonování je laboratorní technika, při které je gen štěpen z cílové molekuly DNA, obvykle extrahované z organismu, restrikčními enzymy. Poté je gen vložen do molekuly zvané vektor, což jsou obvykle malé kousky kruhová DNA zvaná plazmidy, které byly modifikovány tak, aby nesly několik cílů restrikčních enzymů sekvence. Vektor je otevřen štěpením restrikčními enzymy a poté je gen vložen do kruhové DNA. Enzym nazývaný DNA ligáza pak může reformovat kruh tak, aby zahrnoval cílový gen. Jakmile je gen „klonován“ takovým způsobem, může být vektor vložen do bakteriální buňky, aby gen mohl produkovat protein.