เอ็นไซม์ จำกัด ใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพอย่างไร?

อุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพใช้เอ็นไซม์จำกัดในการทำแผนที่ DNA รวมทั้งตัดและประกบกันเพื่อใช้ในพันธุวิศวกรรม พบในแบคทีเรีย เอ็นไซม์จำกัดจะรับรู้และยึดติดกับลำดับดีเอ็นเอเฉพาะ จากนั้นจึงตัดกระดูกสันหลังของเกลียวคู่ ศูนย์การเรียนรู้ Dolan DNA รายงาน ส่วนที่ไม่สม่ำเสมอหรือ “เหนียว” ซึ่งเป็นผลมาจากการตัดนั้นจะถูกรวมกลับโดยเอนไซม์ลิกาส เอ็นไซม์จำกัดได้นำไปสู่ความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ

ตามรายงานของ Access Excellence นักวิทยาศาสตร์ Werner Arbor และ Stewart Linn ระบุเอนไซม์สองตัวที่ป้องกันการเติบโตของไวรัสใน E. แบคทีเรียโคไลในทศวรรษ 1960 พวกเขาค้นพบว่าเอ็นไซม์ตัวหนึ่งที่เรียกว่า “restriction nuclease” ตัด DNA ที่จุดต่างๆ ตามความยาวของสาย DNA อย่างไรก็ตาม เอนไซม์นี้ตัดโมเลกุลในตำแหน่งสุ่ม นักเทคโนโลยีชีวภาพต้องการเครื่องมือที่สามารถตัด DNA ที่ไซต์เป้าหมายได้อย่างสม่ำเสมอ

ในปี พ.ศ. 2511 H.O. สมิท, เค.ดับบลิว. วิลค็อกซ์และที.เจ. ตวัดแยกเอ็นไซม์จำกัดตัวแรก ที่ HindII นั้น หั่นโมเลกุลดีเอ็นเอซ้ำๆ ในตำแหน่งเฉพาะ—ศูนย์กลางของลำดับ—ที่ Johns Hopkins มหาวิทยาลัย. นับตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา Access Excellence ระบุเอนไซม์ควบคุมมากกว่า 900 ตัวจากแบคทีเรีย 230 สายพันธุ์

จีโนมดีเอ็นเอสามารถจับคู่ได้โดยใช้เอ็นไซม์จำกัด ตามสารานุกรมยา โดยการหาลำดับจุดเอ็นไซม์จำกัดในจีโนม—นั่นคือ ตำแหน่งที่เอ็นไซม์จะเกาะติดตัวมันเอง—นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเคราะห์ดีเอ็นเอได้ เทคนิคนี้เรียกว่า Restriction Fragment Length Polymorphism มีประโยชน์ในการพิมพ์ DNA โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำเป็นต้องตรวจสอบตัวตนของชิ้นส่วน DNA จากที่เกิดเหตุ

การใช้เอ็นไซม์จำกัดเป็นสิ่งสำคัญในการสร้างดีเอ็นเอลูกผสม ซึ่งเป็นการรวมชิ้นส่วนดีเอ็นเอจากสิ่งมีชีวิตสองชนิดที่ไม่เกี่ยวข้องกัน ในกรณีส่วนใหญ่ พลาสมิด (ดีเอ็นเอของแบคทีเรีย) จะถูกรวมเข้ากับยีนจากสิ่งมีชีวิตที่สอง สารานุกรมการแพทย์รายงาน ในระหว่างกระบวนการ เอ็นไซม์จำกัดจะย่อยหรือตัดดีเอ็นเอจากทั้งแบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ส่งผลให้ชิ้นส่วนดีเอ็นเอมีส่วนปลายที่เข้ากันได้ ปลายเหล่านี้จะถูกวางเข้าด้วยกันโดยใช้เอ็นไซม์อื่นหรือลิเกส

ตามที่มหาวิทยาลัย Strathclyde ในกลาสโกว์มีเอนไซม์จำกัดสามประเภทหลัก Type I แยกแยะลำดับเฉพาะตามโมเลกุล DNA แต่แยกเกลียวคู่เพียงเส้นเดียว นอกจากนี้ยังปล่อยนิวคลีโอไทด์ที่บริเวณที่ถูกตัด เอนไซม์อีกตัวหนึ่งต้องติดตามเพื่อตัดดีเอ็นเอสายที่สอง Type II จดจำลำดับเฉพาะและแบ่งสาย DNA ทั้งสองเส้นใกล้กับหรือภายในไซต์เป้าหมาย Type III จะตัด DNA สองสายออกจากตำแหน่งที่รับรู้