Oamenii de știință trebuie să manipuleze ADN-ul pentru a identifica genele, a studia și a înțelege modul în care celulele funcționează și produc proteine care au importanță medicală sau comercială. Printre cele mai importante instrumente pentru manipularea ADN se numără enzimele de restricție - enzime care taie ADN-ul în locații specifice. Prin incubarea ADN-ului împreună cu enzimele de restricție, oamenii de știință îl pot tăia în bucăți care pot fi ulterior „îmbinate” împreună cu alte segmente de ADN.
Origini
Enzimele de restricție se găsesc în bacterii, care le folosesc ca armă împotriva bacteriofagului, virusuri care infectează bacteriile. Când ADN-ul viral își face loc în celulă, enzimele de restricție îl taie în bucăți. Aceste bacterii au, de obicei, și alte enzime care fac modificări chimice la anumite situri de pe ADN-ul lor; aceste modificări protejează ADN-ul bacterian de a fi tăiat de enzima de restricție.
Enzimele de restricție sunt, în general, numite după bacteria din care au fost izolate. HindII și HindIII, de exemplu, provin dintr-o specie numită Haemophilus influenzae.
Secvențe de recunoaștere
Fiecare enzimă de restricție are o formă foarte specifică, deci se poate lipi doar de anumite secvențe de litere din codul ADN. Dacă „secvența de recunoaștere” a acesteia este prezentă, va putea să se lipească de ADN și să facă o tăietură în acel moment. Enzima de restricție Sac I, de exemplu, are secvența de recunoaștere GAGCTC, deci va face o tăietură oriunde apare această secvență. Dacă secvența respectivă apare în zeci de locuri diferite din genom, va face o tăietură în zeci de locuri diferite.
Specificitate
Unele secvențe de recunoaștere sunt mai specifice decât altele. Enzima HinfI, de exemplu, va face o tăietură în orice secvență care începe cu GA și se termină cu TC și are o altă literă în mijloc. În schimb, Sac I va tăia doar secvența GAGCTC.
ADN-ul este dublu catenar. Unele enzime de restricție fac o tăietură dreaptă care lasă două bucăți de ADN bicatenare cu capete contondente. Alte enzime realizează tăieturi „înclinate” care lasă fiecare bucată de ADN cu un capăt scurt monocatenar.
Împletirea
Dacă luați două bucăți de ADN cu capete lipicioase potrivite și le incubați cu o altă enzimă numită ligază, le puteți fuziona sau îmbina. Această tehnică este foarte importantă pentru biologii moleculari, deoarece aceștia trebuie adesea să ia ADN și să-l introducă în bacterii pentru a produce proteine precum insulina care au utilizări medicale. Dacă taie ADN-ul dintr-o probă și o bucată de ADN bacterian cu aceeași enzimă de restricție, ambele bacteriene ADN-ul și ADN-ul probei vor avea acum capete lipicioase potrivite, iar biologul poate folosi ligaza pentru a le îmbina împreună.