Mokslininkai turi manipuliuoti DNR, kad galėtų identifikuoti genus, ištirti ir suprasti, kaip ląstelės veikia, ir gaminti baltymus, turinčius medicininę ar komercinę reikšmę. Tarp svarbiausių priemonių manipuliuoti DNR yra restrikcijos fermentai - fermentai, kurie pjauna DNR tam tikrose vietose. Inkubuodami DNR kartu su restrikcijos fermentais, mokslininkai gali ją suskaidyti į dalis, kurias vėliau galima „sujungti“ kartu su kitais DNR segmentais.
Kilmė
Ribojančių fermentų yra bakterijose, kurios jas naudoja kaip ginklą prieš bakteriofagą - virusus, kurie užkrėtė bakterijas. Kai virusinė DNR patenka į ląstelę, restrikcijos fermentai ją susmulkina. Šios bakterijos paprastai turi ir kitų fermentų, kurie chemiškai modifikuoja konkrečias jų DNR vietas; šios modifikacijos apsaugo bakterijų DNR nuo suskaidymo restrikcijos fermentu.
Ribojimo fermentai paprastai pavadinami pagal bakteriją, iš kurios jie buvo išskirti. Pavyzdžiui, HindII ir HindIII yra iš rūšių, vadinamų Haemophilus influenzae.
Atpažinimo sekos
Kiekvienas restrikcijos fermentas turi labai specifinę formą, todėl jis gali laikytis tik tam tikrų raidžių sekų DNR kode. Jei yra jo „atpažinimo seka“, jis galės laikytis DNR ir tuo metu padaryti pjūvį. Pavyzdžiui, restrikcijos fermentas „Sac I“ turi atpažinimo seką GAGCTC, todėl jis padarys pjūvį bet kurioje šios sekos vietoje. Jei ta seka pasirodys dešimtyje skirtingų genomo vietų, ji supjaustys dešimtis skirtingų vietų.
Specifiškumas
Kai kurios atpažinimo sekos yra specifiškesnės nei kitos. Pavyzdžiui, fermentas „HinfI“ padarys pjūvį bet kokia seka, kuri prasideda GA ir baigiasi TC, o viduryje yra viena kita raidė. „Sac I“, priešingai, pjaus tik GAGCTC seką.
DNR yra dviguba. Kai kurie restrikcijos fermentai daro tiesų pjūvį, paliekant du dvigubus DNR gabalus bukais galais. Kiti fermentai daro „pasvirusius“ pjūvius, kurie palieka kiekvieną DNR dalį trumpu viengrandžiu galu.
Sujungimas
Jei paimsite du DNR gabalus su atitinkančiais lipniais galais ir inkubuosite juos su kitu fermentu, vadinamu ligaze, galite juos sulieti arba sujungti. Ši metodika yra labai svarbi molekuliniams biologams, nes jiems dažnai reikia paimti DNR ir įterpti ją į bakterijas, kad būtų pagaminti baltymai, pavyzdžiui, insulinas, kurie naudojami medicinoje. Jei jie išpjauna DNR iš mėginio ir bakterijos DNR gabalo su tuo pačiu restrikcijos fermentu, tiek bakterija DNR ir mėginio DNR dabar turės lipnius galus, todėl biologas gali panaudoti ligazę, kad juos sujungtų.