כיצד משתמשים באנזימים להגבלה בביוטכנולוגיה?

תעשיית הביוטכנולוגיה מפעילה אנזימי הגבלה כדי למפות DNA וכן לחתוך ולרשום אותו לשימוש בהנדסה גנטית. נמצא בחיידקים, אנזים הגבלה מזהה ורצף DNA מסוים ומתחבר אליו ואז מפסיק את עמוד השדרה של הסליל הכפול. הקצוות הלא אחידים או ה"דביקים "הנובעים מהחתך מצטרפים מחדש על ידי האנזים הליגאז, כך מדווח מרכז הלמידה ל- DNA של דולן. אנזימי הגבלה הובילו להתקדמות משמעותית בביוטכנולוגיה.

על פי אקסלנס אקסלנס, המדענים ורנר ארבור וסטיוארט לין זיהו שני אנזימים שמנעו צמיחה של נגיפים ב- E. חיידקי קולי בשנות השישים. הם גילו שאחד האנזימים, המכונה "נוקלאזיית הגבלה", חותך DNA בנקודות מגוונות לאורך קווצת ה- DNA. עם זאת, אנזים זה ניתק את המולקולה במקומות אקראיים. ביוטכנולוגים היו זקוקים לכלי שיוכל לחתוך DNA באתרים ממוקדים בצורה עקבית.

בשנת 1968, ה.ו. סמית ', ק. ווילקוקס וט.ג'יי. קלי בודד את אנזים ההגבלה הראשון, ה- HindII, זה חתך שוב ושוב מולקולות DNA במיקום מסוים - במרכז הרצף - בג'ונס הופקינס אוּנִיבֶרְסִיטָה. למעלה מ- 900 אנזימי הגבלה אותרו מבין 230 זני חיידקים מאז אותה תקופה, על פי Access Excellence.

ניתן למפות גנומי DNA באמצעות אנזימי הגבלה, על פי האנציקלופדיה של הרפואה. על ידי בירור הסדר של נקודות אנזים הגבלה בגנום - כלומר המיקומים בהם האנזים יצמיד את עצמו - מדענים יכולים לנתח את ה- DNA. טכניקה זו, המכונה פולימורפיזם אורך שבר הגבלה, יכולה להועיל בהקלדת DNA, במיוחד כאשר יש לאמת את זהותו של קטע DNA מזירת פשע.

השימוש באנזימי הגבלה הוא קריטי ביצירת דנ"א רקומביננטי, שהוא סריגה של שברי דנ"א משני אורגניזמים שאינם קשורים. ברוב המקרים, פלסמיד (DNA חיידקי) משולב עם גן מאורגניזם שני. במהלך התהליך, אנזימי הגבלה יעכלו או יחתכו את ה- DNA הן מהחיידקים והן מהאורגניזם האחר, וכתוצאה מכך יתקבלו שברי DNA עם קצוות תואמים, מדווח האנציקלופדיה של הרפואה. קצוות אלה מודבקים יחד באמצעות אנזים או ליגאז אחר.

על פי אוניברסיטת סטרטקלייד בגלזגו, ישנם שלושה סוגים עיקריים של אנזימי הגבלה. סוג I מבדיל רצף מסוים לאורך מולקולת ה- DNA אך חותך רק קווצה אחת של הסליל הכפול. כמו כן, הוא פולט נוקלאוטידים באתר החיתוך. אנזים אחר חייב לבצע מעקב כדי לחתוך את גדיל ה- DNA השני. סוג II מזהה רצף מסוים ופורס את שני גדילי ה- DNA קרוב לאתר הממוקד או בתוךו. סוג III יחתוך את שני גדילי ה- DNA במרחק קבוע מראש מאתר הזיהוי.