Zinātniekiem ir jāveic manipulācijas ar DNS, lai identificētu gēnus, izpētītu un saprastu, kā šūnas darbojas, un ražo olbaltumvielas, kurām ir medicīniska vai komerciāla nozīme. Starp vissvarīgākajiem instrumentiem, lai manipulētu ar DNS, ir restrikcijas enzīmi - fermenti, kas sagriež DNS noteiktās vietās. Inkubējot DNS kopā ar restrikcijas enzīmiem, zinātnieki to var sagriezt gabalos, kurus vēlāk var "savienot" kopā ar citiem DNS segmentiem.
Izcelsme
Ierobežojošie fermenti ir atrodami baktērijās, kuras tos izmanto kā ieroci pret bakteriofāgu, vīrusiem, kas inficē baktērijas. Kad vīrusa DNS nonāk šūnā, restrikcijas fermenti to sasmalcina gabalos. Šīm baktērijām parasti ir arī citi fermenti, kas ķīmiski modificē noteiktas vietas viņu DNS; šīs modifikācijas aizsargā baktēriju DNS no sasmalcināšanas ar restrikcijas enzīmu.
Ierobežojošie enzīmi parasti tiek nosaukti pēc baktērijas, no kuras tie tika izolēti. Piemēram, HindII un HindIII ir no sugas, ko sauc par Haemophilus influenzae.
Atzīšanas secības
Katram restrikcijas enzīmam ir ļoti specifiska forma, tāpēc tas var pielipt tikai noteiktām burtu sekvencēm DNS kodā. Ja tā "atpazīšanas secība" ir klāt, tā tajā brīdī varēs pielipt DNS un veikt griezumu. Piemēram, restrikcijas enzīmam Sac I ir atpazīšanas secība GAGCTC, tāpēc tas iegriezīs vietu, kur šī sekvence parādās. Ja šī secība parādās desmitos dažādu genoma vietu, tā iegriezīs desmitiem dažādu vietu.
Konkrētība
Dažas atpazīšanas secības ir specifiskākas nekā citas. Piemēram, ferments HinfI izdarīs griezumu jebkurā secībā, kas sākas ar GA un beidzas ar TC un kura vidū ir viens cits burts. Sac I, gluži pretēji, sagriezīs tikai GAGCTC secību.
DNS ir divvirzienu. Daži restrikcijas fermenti veido taisnu griezumu, kas atstāj divus divķēdes DNS gabalus ar neasiem galiem. Citi fermenti izdara "slīpus" griezumus, kas atstāj katru DNS gabalu ar īsu, vienvirziena galu.
Savienošana
Ja jūs paņemat divus DNS gabalus ar atbilstošiem lipīgiem galiem un inkubējat tos ar citu fermentu, ko sauc par ligāzi, jūs varat tos sapludināt vai savienot. Šis paņēmiens ir ļoti svarīgs molekulārajiem biologiem, jo viņiem bieži nepieciešams ņemt DNS un ievietot to baktērijās, lai iegūtu olbaltumvielas, piemēram, insulīnu, kam ir medicīniska nozīme. Ja viņi sagriež DNS no parauga un baktērijas DNS gabala ar vienu un to pašu baktēriju restrikcijas enzīmu DNS un parauga DNS tagad būs lipīgi gali, un biologs tos var savienot, izmantojot ligāzi.