Bron van restrictie-enzymen

Sinds de ontdekking van restrictie-enzymen is het veld van de moleculaire biologie snel gevorderd vanwege het unieke vermogen van deze eiwitten om DNA op een specifieke manier te splitsen. Deze eenvoudige enzymen hebben een diepgaand effect gehad op onderzoek over de hele wereld; vreemd genoeg hebben we bacteriën te danken voor deze wetenschappelijke gave.

Restrictie-enzymen, ook wel restrictie-endonucleasen genoemd, binden aan DNA en splitsen de dubbele streng, waardoor kleinere stukjes DNA worden gevormd. Er zijn drie soorten restrictie-enzymen; Type I-restrictie-enzymen herkennen een DNA-sequentie en knippen de streng willekeurig meer dan duizend basenparen weg van de plaats. Type II restrictie-enzymen, het meest bruikbaar voor laboratoria voor moleculaire biologie, herkennen en knippen de DNA-streng voorspelbaar op een specifieke sequentie die gewoonlijk minder dan tien basenparen lang is. Type III restrictie-enzymen zijn vergelijkbaar met Type I, maar deze knippen het DNA ongeveer dertig basenparen uit de herkenningssequentie.

Bacteriesoorten zijn de belangrijkste bron van commerciële restrictie-enzymen. Deze enzymen dienen om de bacteriële cellen te beschermen tegen invasie door vreemd DNA, zoals nucleïnezuursequenties die door virussen worden gebruikt om zichzelf in een gastheercel te repliceren. Kortom, het enzym zal DNA in veel kleinere stukjes hakken die weinig gevaar opleveren voor de cel. De enzymen zijn genoemd naar de soort en bacteriestam die het produceert. Het eerste restrictie-enzym dat wordt geëxtraheerd uit Escherichia coli-stam RY13 wordt bijvoorbeeld EcoRI genoemd en het vijfde enzym dat uit dezelfde soort wordt geëxtraheerd, wordt EcoRV genoemd.

Het gebruik van Type II-restrictie-enzymen is bijna universeel in laboratoria over de hele wereld. DNA-moleculen zijn extreem lang en moeilijk goed te beheren, vooral als een onderzoeker alleen geïnteresseerd is in een of twee genen. Met restrictie-enzymen kan de wetenschapper het DNA op betrouwbare wijze in veel kleinere porties knippen. Dit vermogen om DNA te manipuleren heeft de vooruitgang van restrictiemapping en moleculaire klonering mogelijk gemaakt.

In een laboratoriumomgeving is het uiterst nuttig en handig om precies te weten waar bepaalde restrictieplaatsen zich op een DNA-streng bevinden. Als de DNA-sequentie bekend is, kan de restrictiemapping met de computer worden gedaan, die snel alle mogelijke herkenningssequenties van restrictie-enzymen in kaart kan brengen. Als de DNA-sequentie niet bekend is, kan een onderzoeker toch een algemene kaart maken door zelf en in combinatie met andere enzymen verschillende enzymen te gebruiken om het molecuul te splitsen. Met behulp van deductief redeneren kan de algemene restrictiekaart worden gemaakt. Het hebben van een restrictiekaart is van cruciaal belang bij het klonen van genen.

Moleculair klonen is een laboratoriumtechniek waarbij een gen door middel van restrictie-enzymen wordt geknipt uit een doel-DNA-molecuul, meestal geëxtraheerd uit een organisme. Vervolgens wordt het gen ingevoegd in een molecuul dat een vector wordt genoemd en dat meestal kleine stukjes circulair DNA genaamd plasmiden die zijn gemodificeerd om verschillende restrictie-enzymdoelen te dragen opeenvolgingen. De vector wordt opengesplitst door restrictie-enzymen en vervolgens wordt het gen in het circulaire DNA ingebracht. Een enzym genaamd DNA-ligase kan vervolgens de cirkel hervormen om het doelgen op te nemen. Als het gen eenmaal op zo'n manier is 'gekloneerd', kan de vector in een bacteriecel worden ingebracht, zodat het gen eiwit kan produceren.