Wetenschappers moeten DNA manipuleren om genen te identificeren, te bestuderen en te begrijpen hoe cellen werken en eiwitten te produceren die van medisch of commercieel belang zijn. Een van de belangrijkste hulpmiddelen voor het manipuleren van DNA zijn restrictie-enzymen - enzymen die DNA op specifieke locaties knippen. Door DNA samen met restrictie-enzymen te incuberen, kunnen wetenschappers het in stukjes knippen die later samen met andere DNA-segmenten kunnen worden "gesplitst".
Oorsprong
Restrictie-enzymen worden gevonden in bacteriën, die ze gebruiken als wapen tegen bacteriofagen, virussen die bacteriën infecteren. Wanneer het virale DNA zijn weg vindt in de cel, hakken de restrictie-enzymen het in stukjes. Deze bacteriën hebben meestal ook andere enzymen die chemische modificaties aanbrengen op specifieke plaatsen op hun DNA; deze modificaties beschermen het bacteriële DNA tegen beschadiging door het restrictie-enzym.
Restrictie-enzymen worden over het algemeen genoemd naar de bacterie waaruit ze zijn geïsoleerd. HindII en HindIII zijn bijvoorbeeld van een soort genaamd Haemophilus influenzae.
Herkenningssequenties
Elk restrictie-enzym heeft een zeer specifieke vorm, zodat het zich alleen aan bepaalde letterreeksen in de DNA-code kan hechten. Als zijn "herkenningssequentie" aanwezig is, kan het aan het DNA blijven kleven en op dat punt een snee maken. Het restrictie-enzym Sac I heeft bijvoorbeeld de herkenningssequentie GAGCTC, dus het zal overal waar deze sequentie verschijnt een snee maken. Als die sequentie op tientallen verschillende plaatsen in het genoom verschijnt, zal het op tientallen verschillende plaatsen een snee maken.
Specificiteit:
Sommige herkenningssequenties zijn specifieker dan andere. Het enzym HinfI, bijvoorbeeld, zal een snede maken in elke reeks die begint met GA en eindigt met TC en een andere letter in het midden heeft. Sac I daarentegen zal alleen de sequentie GAGCTC knippen.
DNA is dubbelstrengs. Sommige restrictie-enzymen maken een rechte snede die twee dubbelstrengige stukjes DNA met stompe uiteinden achterlaat. Andere enzymen maken "schuine" sneden die elk stukje DNA achterlaten met een kort enkelstrengs uiteinde.
Splicing
Als je twee stukjes DNA met bijpassende plakkerige uiteinden neemt en ze incubeert met een ander enzym, ligase genaamd, kun je ze samensmelten of splitsen. Deze techniek is erg belangrijk voor moleculair biologen omdat ze vaak DNA moeten nemen en het in bacteriën moeten inbrengen om eiwitten zoals insuline te maken die medische toepassingen hebben. Als ze het DNA uit een monster en een stuk bacterieel DNA knippen met hetzelfde restrictie-enzym, DNA en het DNA-monster hebben nu bijpassende plakkerige uiteinden en de bioloog kan ligase gebruiken om ze aan elkaar te splitsen.