Przemysł biotechnologiczny wykorzystuje enzymy restrykcyjne do mapowania DNA, a także cięcia i łączenia go w celu wykorzystania w inżynierii genetycznej. Znajdujący się w bakteriach enzym restrykcyjny rozpoznaje i przyłącza się do określonej sekwencji DNA, a następnie zrywa szkielety podwójnej helisy. Nierówne lub „lepkie” końce, które powstają w wyniku cięcia, są ponownie łączone przez enzym ligazę, donosi Dolan DNA Learning Center. Enzymy restrykcyjne doprowadziły do znacznego postępu w biotechnologii.
Wczesna historia
Według Access Excellence naukowcy Werner Arbor i Stewart Linn zidentyfikowali dwa enzymy, które zapobiegały rozwojowi wirusów w E. bakterie coli w latach 60. XX wieku. Odkryli, że jeden z enzymów, zwany „nukleazą restrykcyjną”, tnie DNA w różnych punktach na długości nici DNA. Jednak ten enzym odciął cząsteczkę w losowych miejscach. Biotechnologowie potrzebowali narzędzia, które mogłoby w spójny sposób ciąć DNA w docelowych miejscach.
Przełomowe odkrycie
W 1968 roku H.O. Smith, K.W. Wilcox i T.J. Kelley wyizolował pierwszy enzym restrykcyjny, HindII, który wielokrotnie krojone cząsteczki DNA w określonym miejscu — w centrum sekwencji — w Johns Hopkins Uniwersytet. Według Access Excellence od tego czasu zidentyfikowano ponad 900 enzymów restrykcyjnych spośród 230 szczepów bakterii.
Mapowanie DNA
Genomy DNA można mapować za pomocą enzymów restrykcyjnych, według Medicine Encyclopedia. Dzięki ustaleniu kolejności punktów enzymów restrykcyjnych w genomie – czyli miejsc, w których enzym się przyczepi – naukowcy mogą analizować DNA. Technika ta, znana jako polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych, może być pomocna w typowaniu DNA, szczególnie gdy tożsamość fragmentu DNA z miejsca przestępstwa musi zostać zweryfikowana.
Generowanie rekombinowanego DNA
Zastosowanie enzymów restrykcyjnych ma kluczowe znaczenie w generowaniu rekombinowanego DNA, które polega na łączeniu fragmentów DNA z dwóch niespokrewnionych organizmów. W większości przypadków plazmid (DNA bakterii) jest połączony z genem z drugiego organizmu. Podczas tego procesu enzymy restrykcyjne trawią lub odcinają DNA zarówno bakterii, jak i innego organizmu, co skutkuje fragmentami DNA o zgodnych końcach, donosi Medicine Encyclopedia. Te końce są następnie sklejane razem za pomocą innego enzymu lub ligazy.
Rodzaje enzymów restrykcyjnych
Według Uniwersytetu Strathclyde w Glasgow istnieją trzy główne typy enzymów restrykcyjnych. Typ I rozróżnia konkretną sekwencję wzdłuż cząsteczki DNA, ale odcina tylko jedną nić podwójnej helisy. Ponadto emituje nukleotydy w miejscu cięcia. Inny enzym musi podążać za przecięciem drugiej nici DNA. Typ II rozpoznaje konkretną sekwencję i wycina obie nici DNA w pobliżu lub w miejscu docelowym. Typ III przetnie dwie nici DNA we wcześniej określonej odległości od miejsca rozpoznania.