Källa till restriktionsenzymer

Sedan upptäckten av restriktionsenzymer har molekylärbiologins fält snabbt utvecklats på grund av den unika förmågan hos dessa proteiner att klyva DNA på ett specifikt sätt. Dessa enkla enzymer har haft en djupgående effekt på forskning över hela världen; konstigt nog har vi bakterier att tacka för denna vetenskapliga gåva.

Restriktionsenzymer, även kallade restriktionsendonukleaser, binder till DNA och klyver dubbelsträngen och bildar mindre DNA-bitar. Det finns tre typer av restriktionsenzymer; Typ I-restriktionsenzymer känner igen en DNA-sekvens och skär strängen slumpmässigt mer än tusen baspar bort från platsen. Typ II-restriktionsenzymer, de mest användbara för molekylärbiologilaboratorier, känner igen och skär DNA-strängen förutsägbart vid en specifik sekvens som vanligtvis är mindre än tio baspar lång. Typ III-restriktionsenzymer liknar typ I, men dessa skär DNA cirka 30 baspar från igenkänningssekvensen.

Bakteriearter är den viktigaste källan till kommersiella restriktionsenzymer. Dessa enzymer tjänar till att försvara bakteriecellerna från invasion av främmande DNA, såsom nukleinsyrasekvenser som används av virus för att replikera sig inuti en värdcell. I grund och botten kommer enzymet att hugga DNA i mycket mindre bitar som utgör liten fara för cellen. Enzymerna är namngivna efter arten och stammen av bakterier som producerar den. Till exempel kallas det första restriktionsenzymet extraherat från Escherichia coli-stam RY13 EcoRI och det femte enzymet extraherat från samma art kallas EcoRV.

Användningen av typ II-restriktionsenzymer är nästan universell i laboratorier över hela världen. DNA-molekyler är extremt långa och svåra att hantera ordentligt, särskilt om en forskare bara är intresserad av en eller två gener. Restriktionsenzymer gör det möjligt för forskaren att på ett tillförlitligt sätt skära DNA: t i mycket mindre delar. Denna förmåga att manipulera DNA har möjliggjort förflyttning av restriktionskartläggning och molekylär kloning.

I en laboratoriemiljö är det extremt användbart och praktiskt att veta exakt var vissa restriktionsställen finns på en DNA-sträng. Om DNA-sekvensen är känd kan restriktionskartläggning göras via dator, som snabbt kan kartlägga alla möjliga sekvenser för restriktionsenzymigenkänning. Om DNA-sekvensen inte är känd kan en forskare fortfarande skapa en allmän karta genom att använda olika enzymer själva och tillsammans med andra enzymer för att klyva molekylen. Med deduktivt resonemang kan den allmänna begränsningskartan skapas. Att ha en restriktionskarta tillgänglig är avgörande vid kloning av gener.

Molekylär kloning är en laboratorieteknik där en gen skärs från en mål-DNA-molekyl, vanligtvis extraherad från en organism, genom restriktionsenzymer. Därefter sätts genen in i en molekyl som kallas en vektor, som vanligtvis är små bitar av cirkulärt DNA som kallas plasmider som har modifierats för att bära flera mål för restriktionsenzym sekvenser. Vektorn klyvs öppen av restriktionsenzymer och sedan införs genen i det cirkulära DNA: t. Ett enzym som kallas DNA-ligas kan sedan reformera cirkeln för att inkludera målgenen. När genen är 'klonad' på ett sådant sätt kan vektorn sättas in i en bakteriecell så att genen kan producera protein.