Naukowcy muszą manipulować DNA, aby identyfikować geny, badać i rozumieć, jak działają komórki i wytwarzają białka o znaczeniu medycznym lub handlowym. Wśród najważniejszych narzędzi do manipulacji DNA są enzymy restrykcyjne — enzymy, które tną DNA w określonych miejscach. Inkubując DNA razem z enzymami restrykcyjnymi, naukowcy mogą pociąć go na kawałki, które później można „splecić” z innymi segmentami DNA.
Początki
Enzymy restrykcyjne znajdują się w bakteriach, które wykorzystują je jako broń przeciwko bakteriofagom, wirusom infekującym bakterie. Kiedy wirusowy DNA przedostaje się do komórki, enzymy restrykcyjne tną go na kawałki. Bakterie te zazwyczaj mają również inne enzymy, które dokonują chemicznych modyfikacji w określonych miejscach ich DNA; te modyfikacje chronią DNA bakterii przed pocięciem przez enzym restrykcyjny.
Enzymy restrykcyjne są generalnie nazywane po bakteriach, z których zostały wyizolowane. Na przykład HindII i HindIII pochodzą z gatunku o nazwie Haemophilus influenzae.
Sekwencje rozpoznawania
Każdy enzym restrykcyjny ma bardzo specyficzny kształt, więc może przyklejać się tylko do określonych sekwencji liter w kodzie DNA. Jeśli obecna jest jego „sekwencja rozpoznawania”, będzie w stanie przykleić się do DNA i w tym momencie wykonać cięcie. Na przykład enzym restrykcyjny Sac I ma sekwencję rozpoznawczą GAGCTC, więc wykona cięcie wszędzie tam, gdzie ta sekwencja się pojawi. Jeśli ta sekwencja pojawi się w dziesiątkach różnych miejsc w genomie, dokona cięcia w dziesiątkach różnych miejsc.
Specyficzność
Niektóre sekwencje rozpoznawania są bardziej szczegółowe niż inne. Na przykład enzym HinfI wykona cięcie w dowolnej sekwencji, która zaczyna się od GA, a kończy na TC i ma jeszcze jedną literę pośrodku. Natomiast Sac I przetnie tylko sekwencję GAGCTC.
DNA jest dwuniciowy. Niektóre enzymy restrykcyjne wykonują proste cięcie, które pozostawia dwa dwuniciowe fragmenty DNA z tępymi końcami. Inne enzymy wykonują „skośne” nacięcia, które pozostawiają każdy kawałek DNA z krótkim jednoniciowym końcem.
Łączenie
Jeśli weźmiesz dwa kawałki DNA z pasującymi lepkimi końcami i inkubujesz je z innym enzymem zwanym ligazą, możesz je połączyć. Ta technika jest bardzo ważna dla biologów molekularnych, ponieważ często muszą pobrać DNA i wprowadzić je do bakterii, aby wytworzyć białka, takie jak insulina, które mają zastosowanie medyczne. Jeśli wytną DNA z próbki i fragmentu bakteryjnego DNA tym samym enzymem restrykcyjnym, oba bakterie DNA i próbka DNA będą teraz miały pasujące lepkie końce, a biolog może użyć ligazy, aby połączyć je ze sobą.
