Vedci musia manipulovať s DNA, aby mohli identifikovať gény, študovať a pochopiť, ako bunky pracujú a produkujú proteíny, ktoré majú lekársky alebo komerčný význam. Medzi najdôležitejšie nástroje na manipuláciu s DNA patria reštrikčné enzýmy - enzýmy, ktoré štiepia DNA na konkrétnych miestach. Inkubáciou DNA spolu s reštrikčnými enzýmami ju vedci môžu nakrájať na kúsky, ktoré je možné neskôr „spojiť“ spolu s ďalšími segmentmi DNA.
Počiatky
Reštrikčné enzýmy sa nachádzajú v baktériách, ktoré ich používajú ako zbraň proti bakteriofágu, vírusom infikujúcim baktérie. Keď sa vírusová DNA dostane do bunky, reštrikčné enzýmy ju rozsekajú na kúsky. Tieto baktérie majú zvyčajne aj iné enzýmy, ktoré chemicky modifikujú špecifické miesta na svojej DNA; tieto modifikácie chránia bakteriálnu DNA pred rozsekaním reštrikčným enzýmom.
Reštrikčné enzýmy sú všeobecne pomenované podľa baktérie, z ktorej boli izolované. Napríklad HindII a HindIII pochádzajú z druhu nazývaného Haemophilus influenzae.
Sekvencie rozpoznávania
Každý reštrikčný enzým má vysoko špecifický tvar, takže sa môže držať iba určitých sekvencií písmen v kóde DNA. Ak je prítomná jej „rozpoznávacia sekvencia“, bude schopná držať sa DNA a v tomto bode urobiť rez. Napríklad reštrikčný enzým Sac I má rozpoznávaciu sekvenciu GAGCTC, takže urobí rez kdekoľvek, kde sa táto sekvencia objaví. Ak sa táto sekvencia objaví na desiatkach rôznych miest v genóme, urobí sečný rez na desiatkach rôznych miest.
Špecifickosť
Niektoré rozpoznávacie sekvencie sú špecifickejšie ako iné. Napríklad enzým HinfI urobí rez v akejkoľvek sekvencii, ktorá začína GA a končí TC a má jedno ďalšie písmeno v strede. Naopak Sac I zníži iba sekvenciu GAGCTC.
DNA je dvojvláknová. Niektoré reštrikčné enzýmy vytvárajú priamy rez, ktorý zanecháva dva dvojvláknové kúsky DNA s tupými koncami. Iné enzýmy robia „šikmé“ rezy, ktoré nechávajú každý kúsok DNA s krátkym jednovláknovým koncom.
Zostrih
Ak vezmete dva kúsky DNA so zodpovedajúcimi lepivými koncami a inkubujete ich s iným enzýmom nazývaným ligáza, môžete ich spojiť alebo spojiť. Táto technika je pre molekulárnych biológov veľmi dôležitá, pretože často potrebujú odobrať DNA a vložiť ju do baktérií, aby vytvorili proteíny, ako je inzulín, ktoré majú lekárske využitie. Ak odrežú DNA zo vzorky a z kúska bakteriálnej DNA rovnakým restrikčným enzýmom, tak z bakteriálneho DNA a vzorka DNA budú mať teraz zodpovedajúce lepivé konce a biológ ich môže spojiť pomocou ligázy.