Restriktionsenzymer: Nøgleværktøjer i genmanipulation

Hvad er genmanipulation?

Genmanipulation er enhver menneskestyrede modification af organismers genetiske sammensætning for at ændre deres egenskaber. Den ældste teknik er selektiv avl af husdyr. I de seneste årti har biologer lært at overføre gener direkte fra DNA (desoxyribonukleinsyre) i én organism til DNA i andre. Værktøjet til dette er naturens egne "saks": restriktionsenzymer.

Funktion

Restriktionsenzymer er enzymer (proteinkatalysatorer), som bakterier bruger til at knuse indtrængende virusser. (De angriber ikke bakterien selv, da dets DNA er kemisk modificeret på en måde, der immuniserer det.) Også kaldet restriktionsendonukleaser, skærer restriktionsenzymer DNA på meget specifikke steder: i sektioner bestående af korte strenge af DNAs grundlæggende enheder (baser/nukleotider). Disse stereotype sekvenser kaldes "genkendelsessekvenser".

Potentiale

Fordi de præcise genkendelsessekvenser findes i DNA'et hos forskellige organismer, kan biologer bruge restriktionsenzymer til at klippe et DNA-stræk fra en organisms genom og indsætte det i en anden. (Et genom er enhver komplet sæt DNA lagret i en celles kerne.)

Struktur

DNA består af en dobbeltstreng, den berømte "dobbelt hélix". Kun fire typer baser/nukleotider udgør DNA: adenin, guanin, thymin og cytosin (A, G, T, C). En A-base binder altid til en T-base for at danne en trin i hélixen, og C binder altid til G. Komplementær baseparring gør det muligt at kopiere DNA ved celdeling og at eksportere kopieret genetisk information fra kernen som ribonukleinsyre (RNA) til proteinsyntese.

Resultater

Når en dobbeltstreng DNA skæres af et restriktionsenzym, rager en eller flere baser typisk ud fra en af de to strenge ved skærestedet. Dette er en "klistrende ende" af det mest dobbeltstrengede DNA-segment, der er skåret ud. Fordi recipient-organismens DNA er skåret ved samme nukleotid-sekvens, kan recipientens udsatte "klistrende ender" matches med donor-genens "klistrende ender". Dette er muligt i stor grad p.g.a. komplementær baseparring. Biologer bruger et enzym kaldet DNA-ligase (et af de enzymer, der er involveret i DNA-kopiering) til at synge det donerede gen ind i recipient-DNA'et.

Fordele

Den genmanipulation, som restriktionsenzymer gør mulig, giver en bred vifte af medicinske og andre fordele. En medicinsk fordel er hurtigere og mere rigelig produktion af insulin til diabetesbehandling. Hurtigt forplantende bakteriers genommer modificeres til at inkorporere det humane gen for insulinproduktion. Tidligere måtte insulin tages fra gris og ko – en langsom, dyr og mindre effektiv metode, da dyreinsulin ikke virker optimalt hos alle mennesker.