Kısıtlama enzimleri doğal olarak bakteriler tarafından üretilir. Keşfedilmelerinden bu yana, genetik mühendisliğinde temel bir rol oynadılar. Bu enzimler DNA'nın çift sarmalındaki belirli yerleri tanır ve keser ve genetik terapi ve ilaç üretimi gibi alanlarda ilerlemeleri mümkün kılmıştır.
Bir kısıtlama enzimi, bir kısıtlama endonükleaz için daha yaygın bir isimdir. Kısıtlama enzimleri, spesifik kısa DNA'yı (deoksiribonükleik asit ve ayrıca gen terapileri) tanıyan bakteri hücrelerinde bulunan proteinlerdir.
Her biri kaynaklandığı bakterinin adını taşıyan binlerce farklı kısıtlama enzimi vardır. Bu enzimler, tipik olarak dört ila yedi baz birim uzunluğunda yüzlerce benzersiz DNA dizisini tanır ve keser. Bilim adamları, istenen sonuca göre hangi spesifik kısıtlama enziminin kullanılacağını seçer.
Kısıtlama enzimleri, DNA'daki belirli bir baz çifti dizisini hedefleyerek çalışır. DNA'nın birbiriyle eşleşen dört nükleotid bazı vardır; adenin timin ile, sitozin guanin ile eşleşir. Kısıtlama enzimi, DNA'nın her iki zincirinin de parçalanmasına neden olur, bu da genellikle çıkıntılı eşleşmemiş bazlara veya yapışkan uçlara sahip DNA molekülleri ile sonuçlanır. Bu yapışkan uçlar, DNA tamamen farklı bir türden olsa bile, aynı kısıtlama enzimi ile kesilmiş tamamlayıcı DNA baz çiftleriyle birbirine bağlanabilir.
Bir genin çalışması için doğrudan hücreye yerleştirilemez. İlk olarak, bilim adamları kullanmak istedikleri geni birleştirmek veya kesmek için kısıtlama enzimleri kullanmalıdır. Aynı kısıtlama enzimi daha sonra DNA'yı taşıyan bir konak hücrede veya vektörde DNA'yı açmak için kullanılır. Vektör bakteriyel veya viral olabilir. Amaç, istenen genin büyük miktarlarını üretmekse, tipik olarak bakteri hücreleri kullanılır. Amaç gen tedavisi ise, yeni genetik materyali entegre etmek için hücrenin belirli kısımlarını enfekte edebilen modifiye edilmiş bir viral hücre kullanılır.
Kısıtlama enzimlerinin keşfi, farmasötiklerin yanı sıra gen terapisinde bilimsel ilerlemelerin kapılarını açmıştır. 1982'de genetiği değiştirilmiş bakterilerde üretilen insan insülini, ABD Gıda ve İlaç Dairesi tarafından ticari kullanım için onaylanan ilk rekombinant üründü. Bazı bilim adamları, gen terapisinin nihayetinde kanser, kalp hastalığı, AIDS ve kistik fibroz gibi hastalıkların tedavisine yol açabileceğini umuyor.