De biotechnologische industrie maakt gebruik van restrictie-enzymen om DNA in kaart te brengen en het te knippen en te splitsen voor gebruik in genetische manipulatie. Een restrictie-enzym, gevonden in bacteriën, herkent en hecht zich aan een bepaalde DNA-sequentie, en verbreekt vervolgens de ruggengraat van de dubbele helix. De ongelijke of "plakkerige" uiteinden die het gevolg zijn van de snede, worden weer verbonden door het ligase-enzym, meldt het Dolan DNA Learning Center. Restrictie-enzymen hebben geleid tot aanzienlijke vooruitgang in de biotechnologie.
Vroege geschiedenis
Volgens Access Excellence hebben wetenschappers Werner Arbor en Stewart Linn twee enzymen geïdentificeerd die de groei van virussen in E. coli-bacteriën in de jaren zestig. Ze ontdekten dat een van de enzymen, een 'restrictie-nuclease' genoemd, DNA op verschillende punten langs de lengte van de DNA-streng knipte. Dit enzym scheidde het molecuul echter op willekeurige plaatsen. Biotechnologen hadden een tool nodig die op een consistente manier DNA op gerichte locaties kon knippen.
Baanbrekende ontdekking
In 1968 heeft H. O. Smit, K. W. Wilcox en T.J. Kelley isoleerde het eerste restrictie-enzym, de HindII, dat herhaaldelijk gesneden DNA-moleculen op een specifieke locatie - het midden van de sequentie - bij Johns Hopkins Universiteit. Volgens Access Excellence zijn sindsdien meer dan 900 restrictie-enzymen geïdentificeerd uit 230 bacteriestammen.
DNA in kaart brengen
Volgens de Medicine Encyclopedia kunnen DNA-genomen in kaart worden gebracht door het gebruik van restrictie-enzymen. Door de volgorde van restrictie-enzympunten in het genoom vast te stellen, dat wil zeggen de locaties waar het enzym zich zal hechten, kunnen wetenschappers het DNA analyseren. Deze techniek, bekend als Restriction Fragment Length Polymorphism, kan nuttig zijn bij het typeren van DNA, met name wanneer de identiteit van een DNA-fragment van een plaats delict moet worden geverifieerd.
Recombinant DNA genereren
Het gebruik van restrictie-enzymen is van cruciaal belang bij het genereren van recombinant DNA, dat is het aan elkaar breien van DNA-fragmenten van twee niet-verwante organismen. In de meeste gevallen wordt een plasmide (bacterieel DNA) gecombineerd met een gen van een tweede organisme. Tijdens het proces zullen restrictie-enzymen het DNA van zowel de bacteriën als het andere organisme verteren of knippen, wat resulteert in DNA-fragmenten met compatibele uiteinden, meldt de Medicine Encyclopedia. Deze uiteinden worden vervolgens aan elkaar geplakt door het gebruik van een ander enzym of ligase.
Soorten restrictie-enzymen
Volgens de Universiteit van Strathclyde in Glasgow zijn er drie hoofdtypen restrictie-enzymen. Type I onderscheidt een bepaalde sequentie langs het DNA-molecuul, maar verbreekt slechts één streng van de dubbele helix. Ook zendt het nucleotiden uit op de plaats van de snede. Een ander enzym moet volgen om de tweede DNA-streng te knippen. Type II herkent een bepaalde sequentie en snijdt beide strengen DNA dicht bij of binnen de beoogde plaats. Type III knipt de twee DNA-strengen op een vooraf bepaalde afstand van de herkenningsplaats.