A biotechnológiai ipar restrikciós enzimeket alkalmaz a DNS feltérképezéséhez, valamint vágásához és összekapcsolásához géntechnológiai célokra. A baktériumokban található restrikciós enzim felismeri és kötődik egy adott DNS-szekvenciához, majd megszakítja a kettős spirál gerincét. A vágás eredményeként létrejövő egyenetlen vagy „ragadós” végeket a ligáz enzim újra egyesíti - írja a Dolan DNS Learning Center. A restrikciós enzimek jelentős fejlődéshez vezettek a biotechnológiában.
Korai történelem
Az Access Excellence szerint Werner Arbor és Stewart Linn tudósok két enzimet azonosítottak, amelyek megakadályozták a vírusok szaporodását E-ben. coli baktériumok az 1960-as években. Felfedezték, hogy az egyik „restrikciós nukleáznak” nevezett enzim különböző pontokon vágja a DNS-t a DNS-szál hossza mentén. Ez az enzim azonban véletlenszerű helyeken elválasztotta a molekulát. A biotechnológusoknak olyan eszközre volt szükségük, amely következetesen vághatta le a DNS-t a megcélzott helyeken.
Áttörő felfedezés
1968-ban H.O. Smith, K.W. Wilcox és T.J. Kelley izolálta az első restrikciós enzimet, a HindII-t többször szeletelt DNS-molekulákat egy meghatározott helyen - a szekvencia közepén - Johns Hopkinsnál Egyetemi. Az Access Excellence szerint 230 baktérium törzs közül több mint 900 restrikciós enzimet azonosítottak azóta.
DNS feltérképezése
A DNS-genomokat restrikciós enzimek segítségével lehet feltérképezni a Medicine Encyclopedia szerint. Megállapítva a restrikciós enzimpontok sorrendjét a genomban - vagyis azokat a helyeket, ahol az enzim kapcsolódni fog - a tudósok elemezni tudják a DNS-t. Ez a technika, amelyet Restriction Fragment Length Polymorphism néven ismerünk, hasznos lehet a DNS-tipizálásban, különösen akkor, ha a bűncselekmény helyszínéről származó DNS-fragmens azonosságát ellenőrizni kell.
Rekombináns DNS előállítása
A restrikciós enzimek használata kritikus fontosságú a rekombináns DNS előállításában, amely két, egymással nem rokon organizmusból származó DNS-fragmensek összekapcsolása. A legtöbb esetben egy plazmidot (bakteriális DNS) kombinálunk egy második organizmus génjével. A folyamat során a restrikciós enzimek mind a baktériumokból, mind a másik organizmusból megemésztik vagy levágják a DNS-t, és kompatibilis végű DNS-fragmenseket eredményeznek - írja a Medicine Encyclopedia. Ezeket a végeket ezután egy másik enzim vagy ligáz alkalmazásával illesztik össze.
A korlátozó enzimek típusai
A glasgow-i Strathclyde Egyetem szerint a restrikciós enzimeknek három fő típusa van. Az I. típus megkülönböztet egy adott szekvenciát a DNS-molekula mentén, de a kettős spirálnak csak egy szálát választja el. Emellett nukleotidokat bocsát ki a vágás helyén. Egy másik enzimnek követnie kell a DNS második szálának levágását. A II. Típus felismer egy adott szekvenciát, és a DNS mindkét szálát felvágja a megcélzott helyhez közel vagy belül. A III. Típus a DNS két szálát a felismerési helytől előre meghatározott távolságra vágja le.
