Les scientifiques doivent manipuler l'ADN afin d'identifier les gènes, d'étudier et de comprendre comment les cellules fonctionnent et produisent des protéines qui ont une importance médicale ou commerciale. Parmi les outils les plus importants pour manipuler l'ADN figurent les enzymes de restriction - des enzymes qui coupent l'ADN à des emplacements spécifiques. En incubant l'ADN avec des enzymes de restriction, les scientifiques peuvent le couper en morceaux qui pourront ensuite être « épissés » avec d'autres segments d'ADN.
Origines
Les enzymes de restriction se trouvent dans les bactéries, qui les utilisent comme une arme contre les bactériophages, des virus qui infectent les bactéries. Lorsque l'ADN viral pénètre dans la cellule, les enzymes de restriction le découpent en morceaux. Ces bactéries ont généralement aussi d'autres enzymes qui modifient chimiquement des sites spécifiques de leur ADN; ces modifications empêchent l'ADN bactérien d'être haché par l'enzyme de restriction.
Les enzymes de restriction sont généralement nommées d'après la bactérie à partir de laquelle elles ont été isolées. HindII et HindIII, par exemple, proviennent d'une espèce appelée Haemophilus influenzae.
Séquences de reconnaissance
Chaque enzyme de restriction a une forme très spécifique, de sorte qu'elle ne peut s'en tenir qu'à certaines séquences de lettres du code ADN. Si sa "séquence de reconnaissance" est présente, il pourra se coller à l'ADN et faire une coupure à ce moment-là. L'enzyme de restriction Sac I, par exemple, a la séquence de reconnaissance GAGCTC, elle fera donc une coupure partout où cette séquence apparaît. Si cette séquence apparaît à des dizaines d'endroits différents du génome, elle fera une coupure à des dizaines d'endroits différents.
Spécificité
Certaines séquences de reconnaissance sont plus spécifiques que d'autres. L'enzyme HinfI, par exemple, fera une coupure dans n'importe quelle séquence qui commence par GA et se termine par TC et a une autre lettre au milieu. Sac I, en revanche, ne coupera que la séquence GAGCTC.
L'ADN est double brin. Certaines enzymes de restriction font une coupe droite qui laisse deux morceaux d'ADN double brin avec des extrémités franches. D'autres enzymes effectuent des coupes « obliques » qui laissent chaque morceau d'ADN avec une courte extrémité simple brin.
Épissage
Si vous prenez deux morceaux d'ADN avec des extrémités collantes correspondantes et que vous les incubez avec une autre enzyme appelée ligase, vous pouvez les fusionner ou les épisser ensemble. Cette technique est très importante pour les biologistes moléculaires car ils ont souvent besoin de prélever de l'ADN et de l'insérer dans des bactéries pour fabriquer des protéines comme l'insuline qui ont des usages médicaux. S'ils coupent l'ADN d'un échantillon et d'un morceau d'ADN bactérien avec la même enzyme de restriction, les deux L'ADN et l'échantillon d'ADN auront désormais des extrémités collantes correspondantes, et le biologiste peut utiliser la ligase pour les assembler.