אנזימי הגבלה מיוצרים באופן טבעי על ידי חיידקים. מאז גילוים, הם מילאו תפקיד מהותי בהנדסה גנטית. אנזימים אלה מזהים וחותכים במקומות ספציפיים בסליל הכפול של ה- DNA ואפשרו התקדמות בתחומים כמו טיפול גנטי וייצור תרופות.
אנזים הגבלה הוא שם נפוץ יותר לאנדונוקלאז הגבלה. אנזימי הגבלה הם חלבונים המצויים בתאי חיידקים המזהים DNA קצר ספציפי (חומצה דאוקסיריבונוקלאית וכן טיפולים גנטיים.
ישנם אלפי אנזימי הגבלה שונים, כל אחד מהם נקרא על שם החיידקים שמקורם. אנזימים אלה מזהים וחותכים מאות רצפי DNA ייחודיים, בדרך כלל ארבע עד שבע יחידות בסיס. מדענים בוחרים באיזה אנזים הגבלה ספציפי להשתמש בהתבסס על התוצאה הרצויה.
אנזימי הגבלה פועלים על ידי מיקוד לרצף ספציפי של זוגות בסיס ב- DNA. ל- DNA ארבעה בסיסים של נוקליאוטידים המתאחדים זה לזה; זוגות אדנין עם תימין, וזוגות ציטוזין עם גואנין. אנזים ההגבלה גורם לשני גדילי ה- DNA להתפרק, וגורם לעיתים קרובות למולקולות DNA עם בסיסים לא מזווגים בולטים, או קצוות דביקים. ניתן לקשור קצוות דביקים אלה יחד עם זוגות בסיס DNA משלימים שנחתכים באותו אנזים הגבלה, גם אם ה- DNA הוא ממין אחר לחלוטין.
על מנת שגן יפעל, לא ניתן להכניס אותו פשוט ישירות לתא. ראשית, על המדענים להשתמש באנזימי הגבלה בכדי לפצל או לנתק את הגן בו הם רוצים להשתמש. אותו אנזים הגבלה משמש אז לפתיחת ה- DNA בתא מארח, או בווקטור, המספק את ה- DNA. הווקטור יכול להיות חיידקי או ויראלי. אם המטרה היא לייצר כמויות גדולות של הגן הרצוי, משתמשים בדרך כלל בתאי חיידקים. אם המטרה היא טיפול גנטי, נעשה שימוש בתא נגיפי שונה שיכול להדביק חלקים ספציפיים בתא על מנת לשלב את החומר הגנטי החדש.
גילוי אנזימי ההגבלה פתח את הדלתות להתקדמות מדעית בטיפול גנטי כמו גם בתרופות. בשנת 1982, אינסולין אנושי המיוצר בחיידקים מהונדסים גנטית היה המוצר הרקומביננטי הראשון שאושר על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקני לשימוש מסחרי. יש מדענים שמקווים שטיפול גנטי בסופו של דבר יכול להוביל לטיפולים במחלות כמו סרטן, מחלות לב, איידס סיסטיק פיברוזיס.