科学者は、遺伝子を特定し、細胞がどのように機能するかを研究および理解し、医学的または商業的に重要なタンパク質を生成するために、DNAを操作する必要があります。 DNAを操作するための最も重要なツールの中には、制限酵素があります。これは、特定の場所でDNAを切断する酵素です。 DNAを制限酵素と一緒にインキュベートすることにより、科学者はそれを断片に切断し、後で他のDNAセグメントと「スプライシング」することができます。
起源
制限酵素はバクテリアに含まれており、バクテリオファージ、バクテリアに感染するウイルスに対する武器として使用されます。 ウイルスのDNAが細胞に侵入すると、制限酵素がそれを細かく切り刻みます。 これらの細菌は通常、DNAの特定の部位に化学修飾を加える他の酵素も持っています。 これらの修飾は、細菌のDNAが制限酵素によって切り刻まれるのを防ぎます。
制限酵素は一般に、それらが単離された細菌にちなんで名付けられています。 たとえば、HindIIとHindIIIは、インフルエンザ菌と呼ばれる種に由来します。
認識シーケンス
各制限酵素は非常に特異的な形状をしているため、DNAコード内の特定の文字シーケンスにのみ付着できます。 その「認識配列」が存在する場合、それはDNAに付着し、その時点で切断を行うことができます。 たとえば、制限酵素Sac Iは認識配列GAGCTCを持っているので、この配列が現れるところならどこでもカットを行います。 その配列がゲノムの数十の異なる場所に現れる場合、それは数十の異なる場所でカットを行います。
特異性
一部の認識配列は、他の配列よりも特異的です。 たとえば、酵素HinfIは、GAで始まり、TCで終わり、中央にもう1つの文字がある任意のシーケンスでカットを作成します。 対照的に、SacIはシーケンスGAGCTCのみをカットします。
DNAは二本鎖です。 一部の制限酵素は、末端が平滑末端の2本の二本鎖DNAを残すストレートカットを行います。 他の酵素は「傾斜した」カットを行い、DNAの各部分に短い一本鎖末端を残します。
スプライシング
粘着末端が一致する2つのDNAを取り、それらをリガーゼと呼ばれる別の酵素とインキュベートすると、それらを融合または接合することができます。 この技術は分子生物学者にとって非常に重要です。なぜなら、彼らはしばしばDNAを取り、それをバクテリアに挿入して、医学的用途を持つインスリンのようなタンパク質を作る必要があるからです。 彼らがサンプルからDNAを切り取り、同じ制限酵素で細菌のDNAを切り取った場合、両方の細菌が DNAとサンプルDNAの粘着末端が一致するようになり、生物学者はリガーゼを使用してそれらをつなぎ合わせることができます。