Τα ένζυμα περιορισμού παράγονται φυσικά από βακτήρια. Από την ανακάλυψή τους, έπαιξαν θεμελιώδη ρόλο στη γενετική μηχανική. Αυτά τα ένζυμα αναγνωρίζουν και κόβουν σε συγκεκριμένες θέσεις στη διπλή έλικα του DNA και έχουν καταστήσει δυνατή την πρόοδο σε τομείς όπως η γενετική θεραπεία και η φαρμακευτική παραγωγή.
Ένα περιοριστικό ένζυμο είναι ένα πιο κοινό όνομα για μια περιοριστική ενδονουκλεάση. Τα ένζυμα περιορισμού είναι πρωτεΐνες που βρίσκονται σε βακτηριακά κύτταρα που αναγνωρίζουν ειδικό σύντομο DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ, καθώς και γονιδιακές θεραπείες.
Υπάρχουν χιλιάδες διαφορετικά ένζυμα περιορισμού, το καθένα ονομάζεται για τα βακτήρια από τα οποία προήλθε. Αυτά τα ένζυμα αναγνωρίζουν και κόβουν εκατοντάδες μοναδικές αλληλουχίες DNA, συνήθως μήκους τεσσάρων έως επτά βασικών μονάδων. Οι επιστήμονες επιλέγουν ποιο συγκεκριμένο ένζυμο περιορισμού θα χρησιμοποιήσουν με βάση το επιθυμητό αποτέλεσμα.
Τα ένζυμα περιορισμού λειτουργούν στοχεύοντας μια συγκεκριμένη αλληλουχία ζευγών βάσεων στο DNA. Το DNA έχει τέσσερις νουκλεοτιδικές βάσεις που συνδυάζονται μεταξύ τους. ζεύγη αδενίνης με θυμίνη και ζεύγη κυτοσίνης με γουανίνη. Το περιοριστικό ένζυμο προκαλεί τη διάσπαση και των δύο κλώνων του DNA, με αποτέλεσμα συχνά μόρια DNA με προεξέχουσες μη ζευγαρωμένες βάσεις, ή κολλώδη άκρα. Αυτά τα κολλώδη άκρα μπορούν να συνδεθούν μαζί με συμπληρωματικά ζεύγη βάσεων DNA κομμένα με το ίδιο ένζυμο περιορισμού, ακόμη και αν το DNA προέρχεται από εντελώς διαφορετικό είδος.
Για να λειτουργήσει ένα γονίδιο, δεν μπορεί απλά να εισαχθεί απευθείας σε ένα κελί. Πρώτον, οι επιστήμονες πρέπει να χρησιμοποιούν περιοριστικά ένζυμα για να μαζέψουν ή να αποκόψουν το γονίδιο που θέλουν να χρησιμοποιήσουν. Το ίδιο ένζυμο περιορισμού στη συνέχεια χρησιμοποιείται για το άνοιγμα του DNA σε ένα κύτταρο ξενιστή ή φορέα, ο οποίος παραδίδει το DNA. Ο φορέας μπορεί να είναι βακτηριακός ή ιός. Εάν ο στόχος είναι η παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων του επιθυμητού γονιδίου, χρησιμοποιούνται συνήθως βακτηριακά κύτταρα. Εάν ο στόχος είναι η γονιδιακή θεραπεία, χρησιμοποιείται ένα τροποποιημένο ιικό κύτταρο που μπορεί να μολύνει συγκεκριμένα μέρη ενός κυττάρου προκειμένου να ενσωματώσει το νέο γενετικό υλικό.
Η ανακάλυψη περιοριστικών ενζύμων άνοιξε τις πόρτες για επιστημονικές εξελίξεις στη γονιδιακή θεραπεία καθώς και στα φαρμακευτικά προϊόντα. Το 1982, η ανθρώπινη ινσουλίνη που παρήχθη σε γενετικά τροποποιημένα βακτήρια ήταν το πρώτο ανασυνδυασμένο προϊόν που εγκρίθηκε από την Αμερικανική Υπηρεσία Τροφίμων και Φαρμάκων για εμπορική χρήση. Μερικοί επιστήμονες ελπίζουν ότι η γονιδιακή θεραπεία μπορεί τελικά να οδηγήσει σε θεραπείες για ασθένειες όπως ο καρκίνος, οι καρδιακές παθήσεις, το AIDS και η κυστική ίνωση.
