Ученым необходимо манипулировать ДНК, чтобы идентифицировать гены, изучать и понимать, как работают клетки и производят белки, имеющие медицинское или коммерческое значение. Среди наиболее важных инструментов для манипулирования ДНК - рестрикционные ферменты - ферменты, которые разрезают ДНК в определенных местах. Инкубируя ДНК вместе с рестрикционными ферментами, ученые могут разрезать ее на части, которые впоследствии могут быть «сращены» вместе с другими сегментами ДНК.
Происхождение
Ферменты рестрикции содержатся в бактериях, которые используют их как оружие против бактериофагов, вирусов, заражающих бактерии. Когда вирусная ДНК проникает в клетку, рестрикционные ферменты расщепляют ее на части. У этих бактерий обычно есть и другие ферменты, которые производят химические модификации в определенных участках их ДНК; эти модификации защищают бактериальную ДНК от расщепления рестрикционным ферментом.
Рестрикционные ферменты обычно называют в честь бактерии, из которой они были выделены. Например, HindII и HindIII происходят от вида, называемого Haemophilus influenzae.
Последовательности распознавания
Каждый рестрикционный фермент имеет очень специфическую форму, поэтому он может придерживаться только определенных последовательностей букв в коде ДНК. Если его «последовательность распознавания» присутствует, он сможет прилипнуть к ДНК и сделать разрез в этой точке. Например, рестрикционный фермент Sac I имеет последовательность распознавания GAGCTC, поэтому он будет делать разрез в любом месте, где появляется эта последовательность. Если эта последовательность появится в десятках разных мест генома, она сделает разрез в десятках разных мест.
Специфичность
Некоторые последовательности распознавания более специфичны, чем другие. Например, фермент HinfI сделает разрез в любой последовательности, которая начинается с GA и заканчивается TC и имеет еще одну букву посередине. Sac I, напротив, будет разрезать только последовательность GAGCTC.
ДНК двухцепочечная. Некоторые рестрикционные ферменты образуют прямой разрез, в результате чего остаются два двухцепочечных фрагмента ДНК с тупыми концами. Другие ферменты делают «наклонные» разрезы, оставляя каждый фрагмент ДНК с коротким однонитевым концом.
Сращивание
Если вы возьмете два фрагмента ДНК с совпадающими липкими концами и инкубируете их с другим ферментом, называемым лигазой, вы можете соединить или соединить их вместе. Этот метод очень важен для молекулярных биологов, потому что им часто нужно взять ДНК и вставить ее в бактерии, чтобы производить белки, такие как инсулин, которые используются в медицине. Если они вырезают ДНК из образца и фрагмента бактериальной ДНК одним и тем же рестрикционным ферментом, оба бактериальных У ДНК и образца ДНК теперь будут совпадающие липкие концы, и биолог может использовать лигазу, чтобы соединить их вместе.