Come vengono utilizzati gli enzimi di restrizione nella biotecnologia?

L'industria delle biotecnologie impiega enzimi di restrizione per mappare il DNA, tagliarlo e unirlo per l'uso nell'ingegneria genetica. Trovato nei batteri, un enzima di restrizione riconosce e si lega a una particolare sequenza di DNA, quindi recide le spine dorsali della doppia elica. Le estremità irregolari o "appiccicose" che risultano dal taglio vengono riunite dall'enzima ligasi, riporta il Dolan DNA Learning Center. Gli enzimi di restrizione hanno portato a progressi significativi nella biotecnologia.

Secondo Access Excellence, gli scienziati Werner Arbor e Stewart Linn hanno identificato due enzimi che hanno impedito la crescita dei virus in E. coli negli anni '60. Hanno scoperto che uno degli enzimi, chiamato "nucleasi di restrizione", taglia il DNA in diversi punti lungo la lunghezza del filamento di DNA. Tuttavia, questo enzima ha reciso la molecola in punti casuali. I biotecnologi avevano bisogno di uno strumento in grado di tagliare il DNA in siti mirati in modo coerente.

Nel 1968, H.O. Smith, K.W. Wilcox e T.J. Kelley isolò il primo enzima di restrizione, l'HindII, che molecole di DNA ripetutamente affettate in una posizione specifica, il centro della sequenza, alla Johns Hopkins Università. Secondo Access Excellence, da allora sono stati identificati più di 900 enzimi di restrizione tra 230 ceppi di batteri.

I genomi del DNA possono essere mappati attraverso l'uso di enzimi di restrizione, secondo la Medicine Encyclopedia. Determinando l'ordine dei punti dell'enzima di restrizione nel genoma, ovvero le posizioni in cui l'enzima si legherà, gli scienziati possono analizzare il DNA. Questa tecnica, nota come polimorfismo della lunghezza del frammento di restrizione, può essere utile nella tipizzazione del DNA, in particolare quando è necessario verificare l'identità di un frammento di DNA da una scena del crimine.

L'uso di enzimi di restrizione è fondamentale nella generazione di DNA ricombinante, che è l'unione di frammenti di DNA di due organismi non correlati. Nella maggior parte dei casi, un plasmide (DNA batterico) è combinato con un gene di un secondo organismo. Durante il processo, gli enzimi di restrizione digeriranno o taglieranno il DNA sia dai batteri che dall'altro organismo, risultando in frammenti di DNA con estremità compatibili, riporta la Medicine Encyclopedia. Queste estremità vengono quindi incollate insieme attraverso l'uso di un altro enzima o ligasi.

Secondo l'Università di Strathclyde a Glasgow, ci sono tre tipi principali di enzimi di restrizione. Il tipo I distingue una particolare sequenza lungo la molecola del DNA ma recide solo un filamento della doppia elica. Inoltre, emette nucleotidi nel sito del taglio. Un altro enzima deve seguire per tagliare il secondo filamento di DNA. Il tipo II riconosce una particolare sequenza e affetta entrambi i filamenti di DNA vicino o all'interno del sito mirato. Il tipo III taglierà i due filamenti di DNA a una distanza predeterminata dal sito di riconoscimento.