Kilde til begrensningsenzymer

Siden oppdagelsen av restriksjonsenzymer har molekylærbiologiets felt raskt avansert på grunn av den unike evnen til disse proteinene til å klyve DNA på en spesifikk måte. Disse enkle enzymene har hatt en dyp effekt på forskning over hele verden; merkelig nok har vi bakterier å takke for denne vitenskapelige gaven.

Restriksjonsenzymer, også kalt restriksjonsendonukleaser, binder seg til DNA og spalter dobbeltstrengen og danner mindre DNA-biter. Det er tre typer restriksjonsenzymer; Type I restriksjonsenzymer gjenkjenner en DNA-sekvens og kutter strengen tilfeldig mer enn tusen basepar bort fra stedet. Type II-restriksjonsenzymer, de mest nyttige for molekylærbiologilaboratorier, gjenkjenner og kutter DNA-strengen forutsigbart i en spesifikk sekvens som vanligvis er mindre enn ti basepar. Type III restriksjonsenzymer er lik Type I, men disse kutter DNA omtrent tretti basepar fra gjenkjenningssekvensen.

Bakteriearter er den viktigste kilden til kommersielle restriksjonsenzymer. Disse enzymene tjener til å beskytte bakteriecellene mot invasjon av fremmed DNA, slik som nukleinsyresekvenser som brukes av virus for å replikere seg inne i en vertscelle. I utgangspunktet vil enzymet hugge DNA i mye mindre biter som utgjør liten fare for cellen. Enzymer er oppkalt etter arten og stammen av bakterier som produserer den. For eksempel kalles det første restriksjonsenzymet ekstrahert fra Escherichia coli-stamme RY13 EcoRI, og det femte enzymet ekstrahert fra samme art kalles EcoRV.

Bruk av type II-restriksjonsenzymer er nesten universell i laboratorier over hele verden. DNA-molekyler er ekstremt lange og vanskelige å håndtere riktig, spesielt hvis en forsker bare er interessert i ett eller to gener. Restriksjonsenzymer tillater forskeren å kutte DNA pålitelig i mye mindre deler. Denne evnen til å manipulere DNA har gjort det mulig å fremme restriksjonskartlegging og molekylær kloning.

I laboratorieinnstillinger er det ekstremt nyttig og praktisk å vite nøyaktig hvor visse restriksjonssider er på en DNA-streng. Hvis DNA-sekvensen er kjent, kan restriksjonskartlegging gjøres via datamaskin, som raskt kan kartlegge alle mulige restriksjonsenzymgjenkjenningssekvenser. Hvis DNA-sekvensen ikke er kjent, kan en forsker likevel lage et generelt kart ved å bruke forskjellige enzymer alene og sammen med andre enzymer for å spalte molekylet. Ved hjelp av deduktivt resonnement kan det generelle begrensningskartet opprettes. Å ha et restriksjonskart tilgjengelig er avgjørende når du kloner gener.

Molekylær kloning er en laboratorieteknikk der et gen blir kuttet fra et mål-DNA-molekyl, vanligvis ekstrahert fra en organisme, av restriksjonsenzymer. Deretter settes genet inn i et molekyl som kalles en vektor, som vanligvis er små biter av sirkulært DNA kalt plasmider som har blitt modifisert for å bære flere mål for restriksjonsenzym sekvenser. Vektoren spaltes åpen av restriksjonsenzymer, og deretter settes genet inn i sirkulært DNA. Et enzym kalt DNA-ligase kan deretter reformere sirkelen for å inkludere målgenet. Når genet er 'klonet' på en slik måte, kan vektoren settes inn i en bakteriecelle slik at genet kan produsere protein.