Wetenschappers moeten DNA manipuleren om genen te identificeren, bestuderen en begrijpen hoe cellen werken en eiwitten produceren die van medisch of commercieel belang zijn. Een van de belangrijkste hulpmiddelen voor het manipuleren van DNA zijn restrictie-enzymen - enzymen die DNA knippen op specifieke locaties. Door DNA samen met restrictie-enzymen te incuberen, kunnen wetenschappers het in stukken snijden die later samen met andere DNA-segmenten kunnen worden 'gesplitst'.

Oorsprong

Restrictie-enzymen worden gevonden in bacteriën, die ze gebruiken als een wapen tegen bacteriofaag, virussen die bacteriën infecteren. Wanneer het virale DNA zijn weg vindt naar de cel, hakken de restrictie-enzymen het in stukken. Deze bacteriën hebben meestal ook andere enzymen die chemische modificaties aan specifieke plaatsen op hun DNA aanbrengen; deze modificaties beschermen het bacteriële DNA tegen opkruipen door het restrictie-enzym.

Restrictie-enzymen worden over het algemeen genoemd naar de bacterie waaruit ze werden geïsoleerd. HindII en HindIII, bijvoorbeeld, komen van een soort genaamd Haemophilus influenzae.

Herkenningssequenties

Elk restrictie-enzym heeft een zeer specifieke vorm, dus het kan zich alleen aan bepaalde reeksen van letters in de DNA-code. Als zijn "herkenningssequentie" aanwezig is, zal het in staat zijn om zich aan het DNA te houden en op dat punt een snee te maken. Het restrictie-enzym Sac I, bijvoorbeeld, heeft de herkenningssequentie GAGCTC, dus zal het een snede maken overal waar deze sequentie verschijnt. Als die reeks op tientallen verschillende plaatsen in het genoom voorkomt, wordt deze op tientallen verschillende plaatsen verwijderd.

Specificiteit

Sommige herkenningsreeksen zijn specifieker dan andere. Het enzym HinfI bijvoorbeeld maakt een snede in elke reeks die begint met GA en eindigt met TC en heeft een andere letter in het midden. Sac I daarentegen snijdt alleen de sequentie GAGCTC.

DNA is dubbelstrengs. Sommige restrictie-enzymen maken een rechte snede die twee dubbelstrengige stukken DNA met stompe uiteinden achterlaat. Andere enzymen maken "schuine" sneden die elk stuk DNA achterlaten met een kort enkelstrengig uiteinde.

Splicing

Als je twee stukjes DNA met bijpassende plakkerige uiteinden neemt en ze met een andere incubeert enzym genaamd ligase, je kunt ze samen smelten of splitsen. Deze techniek is erg belangrijk voor moleculair biologen omdat ze vaak DNA moeten nemen en in bacteriën moeten stoppen om eiwitten zoals insuline te maken die medische toepassingen hebben. Als ze het DNA uit een monster en een stuk bacterieel DNA met hetzelfde restrictie-enzym knippen, hebben zowel het bacteriële DNA als het monster-DNA nu overeenkomstige klevende uiteinden en kan de bioloog ligase gebruiken om ze samen te voegen.