Teadlased peavad DNA-ga manipuleerima, et geenid tuvastada, uurida ja mõista rakkude tööd ning toota valke, millel on meditsiiniline või kaubanduslik tähtsus. Kõige olulisemateks vahenditeks DNA manipuleerimiseks on restriktsiooniensüümid - ensüümid, mis lõikavad DNA teatud kohtades. Inkubeerides DNA-d koos restriktsiooniensüümidega, saavad teadlased selle lõigata tükkideks, mida saab hiljem koos teiste DNA-segmentidega "splaissida".
Päritolu
Piiravad ensüümid leiduvad bakterites, mis kasutavad neid relvana baktereid nakatavate viiruste vastu. Kui viiruse DNA jõuab rakku, hakkivad restriktsiooniensüümid seda tükkideks. Nendel bakteritel on tavaliselt ka teisi ensüüme, mis muudavad keemilisi modifikatsioone nende DNA teatud kohtades; need modifikatsioonid kaitsevad bakteriaalset DNA-d restriktsiooniensüümi poolt tükeldamise eest.
Piiravad ensüümid on tavaliselt nimetatud bakteri järgi, millest nad eraldati. Näiteks HindII ja HindIII on pärit liigist nimega Haemophilus influenzae.
Tunnustamisjärjestused
Igal restriktsiooniensüümil on väga spetsiifiline kuju, nii et see võib jääda kindlaks DNA-koodi ainult teatud tähestikujärjestuste külge. Kui selle "äratundmisjärjestus" on olemas, suudab ta DNA-s kinni hoida ja teha selles punktis lõigu. Näiteks restriktsiooniensüümil Sac I on äratundmisjärjestus GAGCTC, nii et see lõikab kõikjal, kus see järjestus ilmub. Kui see järjestus ilmub genoomi kümnetes erinevates kohtades, teeb see lõike kümnetesse erinevatesse kohtadesse.
Konkreetsus
Mõned äratundmisjärjestused on spetsiifilisemad kui teised. Näiteks ensüüm HinfI teeb lõike mis tahes järjestuses, mis algab GA-ga ja lõpeb TC-ga ning mille keskel on üks teine täht. Sac I seevastu lõikab ainult järjestust GAGCTC.
DNA on kaheahelaline. Mõned restriktsiooniensüümid teevad sirge lõike, mis jätab kaks kaheahelalist nüri otsaga DNA tükki. Teised ensüümid teevad "kaldus" lõikeid, mis jätavad igale DNA tükile lühikese üheahelalise otsa.
Splaissimine
Kui võtate kaks sobiva kleepuva otsaga DNA tükki ja inkubeerite neid teise ensüümiga, mida nimetatakse ligaasiks, saate need kokku liita või siduda. See tehnika on molekulaarbioloogide jaoks väga oluline, kuna neil on meditsiinilise kasutusega valkude (näiteks insuliin) saamiseks vaja DNA-d võtta ja bakteritesse sisestada. Kui nad lõikavad DNA proovist ja bakteriosa tükist sama restriktsiooniensüümiga, mõlemad bakterid DNA-l ja proovi DNA-l on nüüd kleepuvad otsad ja bioloog saab nende ühendamiseks kasutada ligaasi.