Tutkijoiden on manipuloitava DNA: ta geenien tunnistamiseksi, tutkimiseksi ja ymmärtämiseksi, miten solut toimivat ja tuottavat proteiineja, joilla on lääketieteellistä tai kaupallista merkitystä. Tärkeimpiä välineitä DNA: n manipuloimiseksi ovat restriktioentsyymit - entsyymit, jotka leikkaavat DNA: ta tietyissä paikoissa. Inkuboimalla DNA: ta yhdessä restriktioentsyymien kanssa tutkijat voivat leikata sen palasiksi, jotka voidaan myöhemmin "silmukoida" yhdessä muiden DNA-segmenttien kanssa.
Alkuperä
Rajoitusentsyymejä löytyy bakteereista, jotka käyttävät niitä aseena bakteereja, bakteereja infektoivia viruksia vastaan. Kun virus-DNA pääsee soluun, restriktioentsyymit pilkkovat sen paloiksi. Näillä bakteereilla on tyypillisesti myös muita entsyymejä, jotka tekevät kemiallisia modifikaatioita DNA: n tietyissä kohdissa; nämä modifikaatiot suojaavat bakteeri-DNA: ta pilkkomiselta restriktioentsyymillä.
Rajoitusentsyymit on yleensä nimetty bakteerin mukaan, josta ne on eristetty. Esimerkiksi HindII ja HindIII ovat Haemophilus influenzae -nimisestä lajista.
Tunnistussekvenssit
Jokaisella restriktioentsyymillä on erittäin spesifinen muoto, joten se voi tarttua vain tiettyihin kirjainsekvensseihin DNA-koodissa. Jos sen "tunnistussekvenssi" on läsnä, se pystyy tarttumaan DNA: han ja tekemään leikkauksen siinä vaiheessa. Esimerkiksi restriktioentsyymillä Sac I on tunnistussekvenssi GAGCTC, joten se tekee leikkauksen missä tahansa tässä sekvenssissä esiintyy. Jos tämä sekvenssi esiintyy kymmenissä eri paikoissa genomissa, se leikkaa kymmeniä eri paikkoja.
Tarkkuus
Jotkut tunnistussekvenssit ovat spesifisempiä kuin toiset. Esimerkiksi entsyymi HinfI tekee leikkauksen missä tahansa järjestyksessä, joka alkaa GA: lla ja päättyy TC: llä ja jonka keskellä on yksi muu kirjain. Sac I sen sijaan leikkaa vain sekvenssin GAGCTC.
DNA on kaksijuosteinen. Jotkut restriktioentsyymit tekevät suoran leikkauksen, joka jättää kaksi kaksisäikeistä DNA-palaa, jolla on tylpät päät. Muut entsyymit tekevät "vinoja" leikkauksia, jotka jättävät jokaisen DNA-palan lyhyen yksisäikeisen pään.
Jatkaminen
Jos otat kaksi DNA-kappaletta, joissa on sopivat tahmeat päät, ja inkuboi ne toisen entsyymin, nimeltään ligaasi, kanssa, voit fuusioida tai liittää ne yhteen. Tämä tekniikka on erittäin tärkeä molekyylibiologeille, koska heidän on usein otettava DNA ja lisättävä se bakteereihin proteiinien kaltaisten insuliinien valmistamiseksi, joilla on lääketieteellistä käyttöä. Jos he leikkaavat DNA: n näytteestä ja bakteerin DNA-palasta samalla restriktioentsyymillä, niin bakteeri DNA: lla ja näyte-DNA: lla on nyt sopivat tahmeat päät, ja biologi voi käyttää ligaasia sitomaan ne yhteen.