Para ilmuwan perlu memanipulasi DNA untuk mengidentifikasi gen, mempelajari dan memahami bagaimana sel bekerja dan menghasilkan protein yang memiliki kepentingan medis atau komersial. Di antara alat yang paling penting untuk memanipulasi DNA adalah enzim restriksi — enzim yang memotong DNA di lokasi tertentu. Dengan menginkubasi DNA bersama dengan enzim restriksi, para ilmuwan dapat memotongnya menjadi potongan-potongan yang nantinya dapat "disambung" bersama dengan segmen DNA lainnya.
Asal-usul
Enzim restriksi ditemukan pada bakteri, yang menggunakannya sebagai senjata melawan bakteriofag, virus yang menginfeksi bakteri. Ketika DNA virus masuk ke dalam sel, enzim restriksi memotongnya menjadi beberapa bagian. Bakteri ini biasanya juga memiliki enzim lain yang membuat modifikasi kimia ke situs tertentu pada DNA mereka; modifikasi ini melindungi DNA bakteri agar tidak dipotong oleh enzim restriksi.
Enzim restriksi umumnya dinamai bakteri dari mana mereka diisolasi. HindII dan HindIII, misalnya, berasal dari spesies yang disebut Haemophilus influenzae.
Urutan Pengakuan
Setiap enzim restriksi memiliki bentuk yang sangat spesifik, sehingga hanya dapat menempel pada urutan huruf tertentu dalam kode DNA. Jika "urutan pengenalan" ada, ia akan dapat menempel pada DNA dan membuat potongan pada saat itu. Enzim restriksi Sac I, misalnya, memiliki urutan pengenalan GAGCTC, sehingga akan membuat pemotongan di mana pun urutan ini muncul. Jika urutan itu muncul di lusinan tempat berbeda dalam genom, itu akan membuat potongan di lusinan tempat berbeda.
Kekhususan
Beberapa urutan pengenalan lebih spesifik daripada yang lain. Enzim HinfI, misalnya, akan membuat potongan dalam urutan apa pun yang dimulai dengan GA dan diakhiri dengan TC dan memiliki satu huruf lain di tengahnya. Sac I, sebaliknya, hanya akan memotong urutan GAGCTC.
DNA beruntai ganda. Beberapa enzim restriksi membuat potongan lurus yang meninggalkan dua untai ganda DNA dengan ujung tumpul. Enzim lain membuat potongan "miring" yang meninggalkan setiap potongan DNA dengan ujung untai tunggal yang pendek.
Penyambungan
Jika Anda mengambil dua potong DNA dengan ujung lengket yang cocok dan menginkubasinya dengan enzim lain yang disebut ligase, Anda dapat menggabungkan atau menyatukannya. Teknik ini sangat penting bagi ahli biologi molekuler karena mereka seringkali perlu mengambil DNA dan memasukkannya ke dalam bakteri untuk membuat protein seperti insulin yang memiliki kegunaan medis. Jika mereka memotong DNA dari sampel dan sepotong DNA bakteri dengan enzim restriksi yang sama, kedua bakteri tersebut DNA dan sampel DNA sekarang akan memiliki ujung lengket yang cocok, dan ahli biologi dapat menggunakan ligase untuk menyatukannya.