Вченим потрібно маніпулювати ДНК, щоб ідентифікувати гени, вивчити і зрозуміти, як клітини працюють і виробляють білки, що мають медичне або комерційне значення. Серед найважливіших інструментів для маніпулювання ДНК - ферменти рестрикції - ферменти, які розрізають ДНК у певних місцях. Інкубуючи ДНК разом з рестрикційними ферментами, вчені можуть розрізати її на шматки, які згодом можуть бути «зрощені» разом з іншими сегментами ДНК.
Витоки
Рестрикційні ферменти містяться в бактеріях, які використовують їх як зброю проти бактеріофагів, вірусів, що вражають бактерії. Коли вірусна ДНК проникає в клітину, ферменти рестрикції рубають її на шматки. Ці бактерії, як правило, також мають інші ферменти, які вносять хімічні модифікації до певних ділянок їх ДНК; ці модифікації захищають бактеріальну ДНК від подрібнення ферментом рестрикції.
Обмежувальні ферменти, як правило, називають на честь бактерії, з якої вони були виділені. Наприклад, HindII та HindIII походять від виду, який називається Haemophilus influenzae.
Послідовності розпізнавання
Кожен рестрикційний фермент має дуже специфічну форму, тому він може дотримуватися лише певних послідовностей літер у коді ДНК. Якщо є його "послідовність розпізнавання", він зможе прилипнути до ДНК і зробити розріз у цій точці. Наприклад, фермент рестрикції Sac I має послідовність розпізнавання GAGCTC, тому він зробить зріз у будь-якому місці цієї послідовності. Якщо ця послідовність з'являється в десятках різних місць у геномі, це зробить розріз у десятках різних місць.
Специфічність
Деякі послідовності розпізнавання є більш конкретними, ніж інші. Наприклад, фермент HinfI зробить розріз у будь-якій послідовності, яка починається з GA, закінчується TC і має ще одну букву посередині. Sac I, навпаки, буде лише вирізати послідовність GAGCTC.
ДНК є дволанцюжковою. Деякі рестрикційні ферменти роблять прямий зріз, що залишає два дволанцюжкові шматочки ДНК з тупими кінцями. Інші ферменти роблять «косі» надрізи, які залишають кожен шматок ДНК з коротким одноланцюговим кінцем.
Зрощення
Якщо взяти два шматки ДНК з відповідними липкими кінцями і інкубувати їх з іншим ферментом, який називається лігаза, ви можете злити або з’єднати їх між собою. Ця техніка дуже важлива для молекулярних біологів, оскільки їм часто потрібно брати ДНК і вставляти її в бактерії, щоб утворювати такі білки, як інсулін, для медичного використання. Якщо вони вирізають ДНК із зразка та шматочка бактеріальної ДНК з однаковим ферментом рестрикції, обидва бактеріальні ДНК і зразок ДНК тепер матимуть відповідні липкі кінці, і біолог може використовувати лігазу, щоб з’єднати їх між собою.