מה משמש לחיתוך DNA במיקום ספציפי לצורך שחבור?

מדענים צריכים לתפעל DNA על מנת לזהות גנים, ללמוד ולהבין כיצד תאים עובדים ומייצרים חלבונים בעלי חשיבות רפואית או מסחרית. בין הכלים החשובים ביותר למניפולציה של DNA הם אנזימי הגבלה - אנזימים החותכים DNA במקומות ספציפיים. על ידי דגירה של דנ"א יחד עם אנזימי הגבלה, מדענים יכולים לחתוך אותו לחתיכות שאחר כך ניתן "לחבור" יחד עם פלחי דנ"א אחרים.

אנזימי הגבלה נמצאים בחיידקים, המשתמשים בהם כנשק נגד בקטריופאג, נגיפים המדביקים חיידקים. כאשר ה- DNA הנגיפי עושה את דרכו לתא, אנזימי ההגבלה קוצצים אותו לחתיכות. לחיידקים אלה בדרך כלל יש גם אנזימים אחרים שעושים שינויים כימיים באתרים ספציפיים ב- DNA שלהם; שינויים אלה מגנים על ה- DNA החיידקי מפני קצוץ על ידי אנזים ההגבלה.

אנזימי הגבלה נקראים בדרך כלל על שם החיידק ממנו הם בודדו. HindII ו- HindIII, למשל, הם ממין הנקרא Haemophilus influenzae.

לכל אנזים הגבלה צורה מאוד ספציפית, כך שהוא יכול להיצמד רק לרצפי אותיות מסוימים בקוד ה- DNA. אם "רצף ההכרה" שלו קיים, הוא יוכל להיצמד ל- DNA ולבצע חתך בנקודה זו. באנזים ההגבלה Sac I, למשל, יש את רצף ההכרה GAGCTC, כך שהוא יחתוך בכל מקום בו מופיע רצף זה. אם רצף זה מופיע בעשרות מקומות שונים בגנום, הוא יחתוך בעשרות מקומות שונים.

יש רצפי זיהוי ספציפיים יותר מאחרים. האנזים HinfI, למשל, יבצע חתך בכל רצף שמתחיל ב- GA ומסתיים ב- TC ויש לו אות אחת נוספת באמצע. לעומת זאת, Sac I יחתוך רק את הרצף GAGCTC.

ה- DNA הוא דו-גדילי. חלק מאנזימי ההגבלה יוצרים חתך ישר שמשאיר שתי חתיכות DNA גדולות כפולות עם קצוות קהים. אנזימים אחרים מבצעים חתכים "משופעים" שמשאירים לכל פיסת DNA קצה חד גדילי קצר.

אם אתה לוקח שתי חתיכות DNA עם קצוות דביקים תואמים ומדגור אותם באנזים אחר שנקרא ליגאז, אתה יכול לאחות או לחבר אותם יחד. טכניקה זו חשובה מאוד לביולוגים מולקולריים מכיוון שלעתים קרובות הם צריכים לקחת DNA ולהכניס אותו לחיידקים כדי לייצר חלבונים כמו אינסולין בעלי שימושים רפואיים. אם הם חותכים את ה- DNA מדגימה וחתיכת DNA חיידקי עם אותו אנזים הגבלה, שניהם החיידקיים ל- DNA ול- DNA המדגם יהיו כעת קצוות דביקים תואמים, והביולוג יכול להשתמש בליגאז כדי לחבר אותם יחד.