Od otkrića restrikcijskih enzima, područje molekularne biologije brzo je napredovalo zahvaljujući jedinstvenoj sposobnosti tih proteina da na specifičan način cijepe DNA. Ovi jednostavni enzimi duboko su utjecali na istraživanja u cijelom svijetu; čudno, imamo bakterije kojima se možemo zahvaliti na ovom znanstvenom daru.
Svojstva i vrste enzima ograničenja
Restrikcijski enzimi, koji se nazivaju i restrikcijskim endonukleazama, vežu se za DNA i cijepaju dvostruki lanac tvoreći manje dijelove DNA. Postoje tri vrste restrikcijskih enzima; Restrikcijski enzimi tipa I prepoznaju sekvencu DNA i nasumce presijecaju nit više od tisuću parova baza od mjesta. Restrikcijski enzimi tipa II, najkorisniji za molekularne biološke laboratorije, prepoznaju i režu DNA lanac predvidivo u određenom slijedu koji je obično kraći od deset baznih parova. Restrikcijski enzimi tipa III slični su tipu I, ali oni odrezuju DNA tridesetak parova baza iz sekvence prepoznavanja.
Izvori
Vrste bakterija glavni su izvor komercijalnih restriktivnih enzima. Ti enzimi služe za obranu bakterijskih stanica od invazije strane DNA, poput sekvenci nukleinskih kiselina koje virusi koriste da bi se replicirali unutar stanice domaćina. U osnovi, enzim će usitniti DNA na puno manje dijelove koji predstavljaju malu opasnost za stanicu. Enzimi su dobili ime prema vrsti i soju bakterija koji ih proizvode. Na primjer, prvi restrikcijski enzim ekstrahiran iz soja Escherichia coli RY13 naziva se EcoRI, a peti enzim ekstrahiran iz iste vrste naziva se EcoRV.
Pogodnost u laboratoriju
Upotreba restrikcijskih enzima tipa II gotovo je univerzalna u laboratorijima širom svijeta. Molekule DNA izuzetno su dugačke i njima je teško pravilno upravljati, posebno ako istraživača zanima samo jedan ili dva gena. Restrikcijski enzimi omogućuju znanstveniku da pouzdano razreže DNA na puno manje dijelove. Ova sposobnost manipulacije DNA omogućila je napredak mapiranja restrikcija i molekularnog kloniranja.
Kartiranje ograničenja
U laboratorijskim uvjetima izuzetno je korisno i prikladno znati točno gdje su određena mjesta restrikcije na lancu DNA. Ako je DNA sekvenca poznata, mapiranje restrikcija može se obaviti računalom, koje može brzo mapirati sve moguće sekvence prepoznavanja restrikcijskih enzima. Ako sekvenca DNA nije poznata, istraživač i dalje može stvoriti opću mapu koristeći različite enzime kako sami, tako i zajedno s drugim enzimima kako bi cijepili molekulu. Pomoću deduktivnog zaključivanja može se stvoriti mapa općih ograničenja. Dostupnost mape ograničenja presudno je za kloniranje gena.
Molekularno kloniranje
Molekularno kloniranje laboratorijska je tehnika u kojoj se gen izrezuje iz ciljne molekule DNA, koja se obično ekstrahira iz organizma, restrikcijskim enzimima. Dalje, gen se umetne u molekulu koja se naziva vektor, a to su obično mali komadići kružna DNA nazvana plazmidi koji su modificirani da nose nekoliko meta restrikcijskih enzima sekvence. Vektor se cijepaju restrikcijskim enzimima, a zatim se gen ubacuje u kružnu DNA. Enzim zvan DNA ligaza može zatim reformirati krug tako da uključuje ciljani gen. Jednom kada je gen "kloniran" na takav način, vektor se može umetnuti u bakterijsku stanicu tako da gen može proizvoditi protein.