Πώς χρησιμοποιούνται τα ένζυμα περιορισμού στη βιοτεχνολογία;

Η βιομηχανία βιοτεχνολογίας χρησιμοποιεί ένζυμα περιορισμού για να χαρτογραφήσει το DNA, καθώς και να το κόψει και να το ματίξει για χρήση στη γενετική μηχανική. Βρέθηκε σε βακτήρια, ένα ένζυμο περιορισμού αναγνωρίζει και προσκολλάται σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA και στη συνέχεια στρέφει τους σκελετούς της διπλής έλικας. Τα ανώμαλα ή «κολλώδη» άκρα που προκύπτουν από την κοπή ενώνονται ξανά με το ένζυμο λιγάσης, αναφέρει το Κέντρο εκμάθησης DNA του Dolan. Τα ένζυμα περιορισμού έχουν οδηγήσει σε σημαντική πρόοδο στη βιοτεχνολογία.

Σύμφωνα με την Access Excellence, οι επιστήμονες Werner Arbor και Stewart Linn εντόπισαν δύο ένζυμα που εμπόδισαν την ανάπτυξη ιών στην Ε. βακτήρια coli στη δεκαετία του 1960. Ανακάλυψαν ότι ένα από τα ένζυμα, που ονομάζεται «περιοριστική νουκλεάση», έκοψε το DNA σε διαφορετικά σημεία κατά μήκος του κλώνου του DNA. Ωστόσο, αυτό το ένζυμο έκοψε το μόριο σε τυχαίες θέσεις. Οι βιοτεχνολόγοι χρειάζονταν ένα εργαλείο που θα μπορούσε να κόψει το DNA σε στοχευμένες τοποθεσίες με συνεπή τρόπο.

Το 1968, ο H.O. Smith, K.W. Wilcox και T.J. Ο Kelley απομόνωσε το πρώτο ένζυμο περιορισμού, το HindII, που επανειλημμένα τεμάχισε τα μόρια DNA σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία - το κέντρο της ακολουθίας - στο Johns Hopkins Πανεπιστήμιο. Περισσότερα από 900 περιοριστικά ένζυμα έχουν αναγνωριστεί από 230 στελέχη βακτηρίων από τότε, σύμφωνα με την Access Excellence.

Τα γονιδιώματα του DNA μπορούν να χαρτογραφηθούν μέσω της χρήσης περιοριστικών ενζύμων, σύμφωνα με το Medicine Encyclopedia. Με την εξακρίβωση της σειράς των σημείων περιοριστικών ενζύμων στο γονιδίωμα - δηλαδή, τις θέσεις όπου το ένζυμο θα συνδεθεί - οι επιστήμονες μπορούν να αναλύσουν το DNA. Αυτή η τεχνική, γνωστή ως πολυμορφισμός περιορισμού μήκους θραύσης, μπορεί να είναι χρήσιμη στην πληκτρολόγηση DNA, ειδικά όταν πρέπει να επαληθευτεί η ταυτότητα ενός θραύσματος DNA από μια σκηνή εγκλήματος.

Η χρήση περιοριστικών ενζύμων είναι κρίσιμη για τη δημιουργία ανασυνδυασμένου DNA, το οποίο είναι το πλέξιμο των θραυσμάτων DNA από δύο άσχετους οργανισμούς. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ένα πλασμίδιο (βακτηριακό DNA) συνδυάζεται με ένα γονίδιο από έναν δεύτερο οργανισμό. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, τα ένζυμα περιορισμού θα αφομοιώσουν ή θα κόψουν το DNA τόσο από τα βακτήρια όσο και από τον άλλο οργανισμό, με αποτέλεσμα θραύσματα DNA με συμβατά άκρα, αναφέρει η Εγκυκλοπαίδεια Ιατρικής. Αυτά τα άκρα στη συνέχεια επικολλούνται μαζί με τη χρήση ενός άλλου ενζύμου ή λιγάσης.

Σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο Strathclyde στη Γλασκώβη, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι περιοριστικών ενζύμων. Ο τύπος Ι διακρίνει μια συγκεκριμένη αλληλουχία κατά μήκος του μορίου DNA, αλλά αποσπά μόνο έναν κλώνο της διπλής έλικας. Επίσης, εκπέμπει νουκλεοτίδια στη θέση της τομής. Ένα άλλο ένζυμο πρέπει να ακολουθήσει για να κόψει το δεύτερο σκέλος του DNA. Ο τύπος II αναγνωρίζει μια συγκεκριμένη αλληλουχία και τεμαχίζει και τους δύο κλώνους του DNA κοντά ή εντός της στοχευόμενης θέσης. Ο τύπος III θα κόψει τα δύο σκέλη του DNA σε μια προκαθορισμένη απόσταση από τη θέση αναγνώρισης.