Forskere har brug for at manipulere DNA for at identificere gener, studere og forstå, hvordan celler fungerer og producerer proteiner, der har medicinsk eller kommerciel betydning. Blandt de vigtigste værktøjer til manipulation af DNA er restriktionsenzymer - enzymer, der skærer DNA på bestemte steder. Ved at inkubere DNA sammen med restriktionsenzymer kan forskere skære det i stykker, der senere kan "splejses" sammen med andre DNA-segmenter.
Oprindelse
Restriktionsenzymer findes i bakterier, der bruger dem som et våben mod bakteriofager, vira der inficerer bakterier. Når det virale DNA finder vej ind i cellen, hugger restriktionsenzymerne det op i stykker. Disse bakterier har typisk også andre enzymer, der foretager kemiske ændringer til specifikke steder på deres DNA; disse modifikationer beskytter det bakterielle DNA mod at blive hugget op af restriktionsenzymet.
Restriktionsenzymer er generelt opkaldt efter den bakterie, hvorfra de blev isoleret. HindII og HindIII er for eksempel fra en art kaldet Haemophilus influenzae.
Anerkendelsessekvenser
Hvert restriktionsenzym har en meget specifik form, så det kan kun holde sig til bestemte sekvenser af bogstaver i DNA-koden. Hvis dens "genkendelsessekvens" er til stede, vil den være i stand til at holde sig til DNA'et og foretage et snit på det tidspunkt. Restriktionsenzymet Sac I har for eksempel genkendelsessekvensen GAGCTC, så det vil foretage et snit hvor som helst denne sekvens vises. Hvis denne sekvens vises på snesevis af forskellige steder i genomet, vil den skære snesevis af forskellige steder.
Specificitet
Nogle genkendelsessekvenser er mere specifikke end andre. Enzymet HinfI vil f.eks. Lave et snit i enhver sekvens, der starter med GA og slutter med TC og har et andet bogstav i midten. Sac I vil derimod kun klippe sekvensen GAGCTC.
DNA er dobbeltstrenget. Nogle restriktionsenzymer laver et lige snit, der efterlader to dobbeltstrengede DNA-stykker med stumpe ender. Andre enzymer foretager "skrå" snit, der efterlader hvert stykke DNA med en kort enkeltstrenget ende.
Splejsning
Hvis du tager to stykker DNA med matchende klæbrige ender og inkuberer dem med et andet enzym kaldet ligase, kan du smelte eller splejse dem sammen. Denne teknik er meget vigtig for molekylærbiologer, fordi de ofte har brug for at tage DNA og indsætte det i bakterier for at fremstille proteiner som insulin, der har medicinsk anvendelse. Hvis de skærer DNA'et fra en prøve og et stykke bakterielt DNA med det samme restriktionsenzym, begge bakterier DNA og prøve-DNA'et vil nu have matchende klæbrige ender, og biologen kan bruge ligase til at splejse dem sammen.