Forskere må manipulere DNA for å identifisere gener, studere og forstå hvordan celler fungerer og produserer proteiner som har medisinsk eller kommersiell betydning. Blant de viktigste verktøyene for å manipulere DNA er restriksjonsenzymer - enzymer som kutter DNA på bestemte steder. Ved å inkubere DNA sammen med restriksjonsenzymer, kan forskere kutte det i biter som senere kan "skjøtes" sammen med andre DNA-segmenter.
Opprinnelse
Restriksjonsenzymer finnes i bakterier, som bruker dem som et våpen mot bakteriofag, virus som infiserer bakterier. Når viralt DNA tar seg inn i cellen, hakker restriksjonsenzymer det opp i biter. Disse bakteriene har vanligvis også andre enzymer som gjør kjemiske modifikasjoner på bestemte steder på deres DNA; disse modifikasjonene beskytter bakteriedNA fra å bli hakket opp av restriksjonsenzymet.
Restriksjonsenzymer er vanligvis oppkalt etter bakterien de ble isolert fra. HindII og HindIII er for eksempel fra en art som kalles Haemophilus influenzae.
Anerkjennelsessekvenser
Hvert restriksjonsenzym har en veldig spesifikk form, så det kan bare holde seg til visse bokstavsekvenser i DNA-koden. Hvis dens "gjenkjenningssekvens" er til stede, vil den kunne holde seg til DNA og kutte på det tidspunktet. Restriksjonsenzymet Sac I har for eksempel gjenkjenningssekvensen GAGCTC, så det vil kutte hvor som helst denne sekvensen vises. Hvis den sekvensen vises flere titalls forskjellige steder i genomet, vil den kutte flere titalls forskjellige steder.
Spesifisitet
Noen gjenkjenningssekvenser er mer spesifikke enn andre. Enzymet HinfI, for eksempel, vil kutte i hvilken som helst sekvens som starter med GA og slutter med TC og har en annen bokstav i midten. Sac I vil derimot bare kutte sekvensen GAGCTC.
DNA er dobbeltstrenget. Noen restriksjonsenzymer lager et rett kutt som etterlater to dobbeltstrengede DNA-biter med stumpe ender. Andre enzymer lager "skrå" kutt som etterlater hvert stykke DNA med en kort enkeltstrenget ende.
Skjøte
Hvis du tar to DNA-deler med matchende klebrig ender og ruger dem med et annet enzym som kalles ligase, kan du smelte eller spleise dem sammen. Denne teknikken er veldig viktig for molekylærbiologer fordi de ofte trenger å ta DNA og sette det inn i bakterier for å lage proteiner som insulin som har medisinsk bruk. Hvis de kutter DNA fra en prøve og et stykke bakterielt DNA med samme restriksjonsenzym, begge bakteriene DNA og prøve-DNA vil nå ha matchende klebrig ender, og biologen kan bruke ligase til å spleise dem sammen.