Forskare måste manipulera DNA för att identifiera gener, studera och förstå hur celler fungerar och producerar proteiner som har medicinsk eller kommersiell betydelse. Bland de viktigaste verktygen för att manipulera DNA är restriktionsenzymer - enzymer som skär DNA på specifika platser. Genom att inkubera DNA tillsammans med restriktionsenzymer kan forskare skära det i bitar som senare kan "splitsas" tillsammans med andra DNA-segment.
Ursprung
Restriktionsenzymer finns i bakterier som använder dem som ett vapen mot bakteriofag, virus som infekterar bakterier. När viralt DNA tar sig in i cellen hugger restriktionsenzymerna det i bitar. Dessa bakterier har vanligtvis också andra enzymer som gör kemiska modifieringar av specifika platser på deras DNA; dessa modifieringar skyddar bakterie-DNA från att huggas upp av restriktionsenzymet.
Restriktionsenzymer är vanligtvis uppkallade efter bakterien från vilken de isolerades. HindII och HindIII är till exempel från en art som kallas Haemophilus influenzae.
Erkännningssekvenser
Varje restriktionsenzym har en mycket specifik form, så det kan bara hålla sig till vissa bokstavssekvenser i DNA-koden. Om dess "igenkänningssekvens" är närvarande kommer den att kunna hålla sig till DNA och göra ett snitt vid den punkten. Restriktionsenzymet Sac I har till exempel igenkänningssekvensen GAGCTC, så det kommer att skära var som helst denna sekvens visas. Om den sekvensen visas på dussintals olika platser i genomet, kommer den att klippas ut på dussintals olika platser.
Specificitet
Vissa igenkänningssekvenser är mer specifika än andra. Enzymet HinfI gör till exempel ett snitt i vilken sekvens som helst som börjar med GA och slutar med TC och har en annan bokstav i mitten. Sac I kommer däremot bara att klippa sekvensen GAGCTC.
DNA är dubbelsträngat. Vissa restriktionsenzymer gör en rak skärning som lämnar två dubbelsträngade DNA-bitar med trubbiga ändar. Andra enzymer gör "lutande" skärningar som lämnar varje bit DNA med en kort enkelsträngad ände.
Skarvning
Om du tar två bitar DNA med matchande klibbiga ändar och inkuberar dem med ett annat enzym som heter ligas, kan du smälta eller skarva ihop dem. Denna teknik är mycket viktig för molekylärbiologer eftersom de ofta behöver ta DNA och sätta in det i bakterier för att göra proteiner som insulin som har medicinsk användning. Om de skär DNA från ett prov och en bit bakteriellt DNA med samma restriktionsenzym, båda bakterierna DNA och DNA-provet kommer nu att ha matchande klibbiga ändar, och biologen kan använda ligas för att skarva ihop dem.