อะไรที่ใช้ในการตัด DNA ที่ตำแหน่งเฉพาะสำหรับการประกบ?

นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องจัดการกับ DNA เพื่อระบุยีน ศึกษาและทำความเข้าใจว่าเซลล์ทำงานอย่างไรและผลิตโปรตีนที่มีความสำคัญทางการแพทย์หรือเชิงพาณิชย์ เครื่องมือที่สำคัญที่สุดสำหรับการจัดการดีเอ็นเอ ได้แก่ เอ็นไซม์จำกัด — เอ็นไซม์ที่ตัด DNA ที่ตำแหน่งเฉพาะ โดยการฟักตัวของ DNA ร่วมกับเอ็นไซม์จำกัด นักวิทยาศาสตร์สามารถตัดมันออกเป็นชิ้น ๆ ที่สามารถ "ต่อ" ร่วมกับส่วน DNA อื่น ๆ ได้ในภายหลัง

เอ็นไซม์จำกัดพบในแบคทีเรีย ซึ่งใช้เป็นอาวุธต่อต้านแบคทีเรีย ไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรีย เมื่อ DNA ของไวรัสเข้าสู่เซลล์ เอ็นไซม์จำกัดจะสับมันออกเป็นชิ้นๆ แบคทีเรียเหล่านี้มักมีเอ็นไซม์อื่นๆ ที่ทำการดัดแปลงทางเคมีไปยังตำแหน่งเฉพาะบน DNA ของพวกมัน การดัดแปลงเหล่านี้ปกป้อง DNA ของแบคทีเรียจากการถูกสับโดยเอ็นไซม์จำกัด

โดยทั่วไปแล้วเอ็นไซม์การจำกัดจะถูกตั้งชื่อตามแบคทีเรียที่แยกพวกมันออกมา ตัวอย่างเช่น HindII และ HindIII มาจากสายพันธุ์ที่เรียกว่า Haemophilus influenzae

เอ็นไซม์จำกัดแต่ละชนิดมีรูปร่างจำเพาะสูง จึงสามารถยึดติดกับตัวอักษรบางตัวในรหัสดีเอ็นเอได้เท่านั้น หากมี "ลำดับการจดจำ" อยู่ ก็จะสามารถยึดติดกับ DNA และทำการตัด ณ จุดนั้นได้ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์จำกัด Sac I มีลำดับการรู้จำ GAGCTC ดังนั้น มันจะทำการตัดที่ใดก็ตามที่ลำดับนี้ปรากฏขึ้น หากลำดับนั้นปรากฏในตำแหน่งต่างๆ หลายสิบแห่งในจีโนม ลำดับนั้นก็จะถูกตัดออกไปในที่ต่างๆ หลายสิบแห่ง

ลำดับการรู้จำบางอย่างมีความเฉพาะเจาะจงมากกว่าลำดับอื่นๆ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ HinfI จะทำการตัดในลำดับใดๆ ที่ขึ้นต้นด้วย GA และลงท้ายด้วย TC และมีตัวอักษรอีกตัวหนึ่งอยู่ตรงกลาง ในทางตรงกันข้าม Sac I จะตัดเฉพาะลำดับ GAGCTC เท่านั้น

ดีเอ็นเอเป็นสายคู่ เอ็นไซม์จำกัดบางตัวทำการตัดเป็นเส้นตรงซึ่งทิ้ง DNA สองเกลียวสองเส้นที่มีปลายทู่ เอ็นไซม์ชนิดอื่นทำการตัดแบบ "เฉียง" ซึ่งปล่อยให้ดีเอ็นเอแต่ละชิ้นมีปลายสายเดี่ยวสั้น

หากคุณนำ DNA สองชิ้นที่มีปลายเหนียวเข้าคู่กัน แล้วบ่มด้วยเอ็นไซม์อื่นที่เรียกว่า ligase คุณสามารถหลอมรวมหรือประกบเข้าด้วยกันได้ เทคนิคนี้มีความสำคัญมากสำหรับนักชีววิทยาระดับโมเลกุล เนื่องจากมักต้องใช้ DNA และแทรกเข้าไปในแบคทีเรียเพื่อสร้างโปรตีน เช่น อินซูลิน ซึ่งมีประโยชน์ทางการแพทย์ หากพวกเขาตัด DNA จากตัวอย่างและชิ้นส่วนของ DNA ของแบคทีเรียที่มีเอ็นไซม์จำกัดเดียวกันทั้งแบคทีเรีย ตอนนี้ DNA และ DNA ตัวอย่างจะมีปลายเหนียวที่เข้าคู่กัน และนักชีววิทยาสามารถใช้ ligase เพื่อประกบเข้าด้วยกัน