Language
Country/Area
No result found
Секрет генных ножниц: как рестриктазы разрезают ДНК так точно?
В мире молекулярной биологии генетические ножницы играют незаменимую роль. Эти специализированные ферменты, называемые рестриктазами, способны разрезать ДНК с точной точностью. Принципы работы и историческая справка о ферментах рестрикции являются важными темами постоянных исследований и изысканий в научном сообществе.
Функция рестриктаз задействована в защитных механизмах бактерий и архей, разрушающих чужеродную вирусную ДНК.
Рестрикционные эндонуклеазы (также называемые рестрикционными эндонуклеазами или ЭР) — это особый класс ферментов, которые могут разрезать ДНК вблизи определенных участков узнавания. Эти ферменты в основном встречаются у бактерий и архей и играют защитную роль против чужеродных вирусов. Внутри прокариотической клетки рестриктазы избирательно разрезают чужеродную ДНК в процессе, называемом рестрикционным расщеплением. ДНК хозяина защищена ферментами, называемыми модифицирующими ферментами, такими как метилтрансферазы, которые могут модифицировать ДНК хозяина и предотвращать ее разрезание ферментами рестрикции. Вместе эти два процесса составляют систему модификации ограничений. После десятилетий исследований в настоящее время известно более 3600 рестрикционных эндонуклеаз, большинство из которых подробно изучены, а многие даже имеются в продаже. История рестриктаз Концепция рестриктаз была впервые открыта в 1950-х годах Сальвадором Лурией, Жаном Вайгле и Джузеппе Бертани, которые изучали бактериофаг лямбда, инфицирующий бактерии, и заметили, что некоторые штаммы бактерий способны снижать биодоступность этих фагов. активны. Поэтому эти штаммы бактерий называются штаммами, ограниченными хозяином. Дальнейшие исследования показали, что ограничение было вызвано ферментом, который называется рестриктазой. В 1970 году Гамильтон О. Смит и другие выделили и идентифицировали первый рестрикционный фермент типа II HindII из Haemophilus influenzae, что привело к тому, что применение рестрикционных ферментов в лабораторных условиях стало привлекать все больше внимания.
Открытие ферментов рестрикции позволило манипулировать ДНК, что привело к разработке технологии рекомбинантной ДНК, которая имеет широкий спектр применения, способствуя массовому производству белков, таких как человеческий инсулин.
Работа сайта распознавания
Рестрикционные ферменты обладают способностью точно распознавать определенные последовательности нуклеотидов и производить двухцепочечные разрезы в этой последовательности. Эти последовательности распознавания обычно состоят из 4–8 нуклеотидов и влияют на частоту их встречаемости в геноме. Многие рестрикционные ферменты распознают последовательности, которые являются палиндромными, то есть последовательность идентична при чтении вперед и назад.
Классификация и типы рестриктаз
Существует пять естественных классификаций эндонуклеаз рестрикции: типы I, II, III, IV и V, основанные на их составе, требованиях к кофакторам и характерных признаках их целевых последовательностей. За пределами лаборатории наиболее распространены ферменты рестрикции II типа, которые относительно легко контролировать в процессе распознавания последовательностей и разрезания, что позволяет ученым легко выполнять генетические манипуляции.
Рост искусственных рестриктаз
С развитием технологий генной инженерии появление искусственных рестриктаз предоставило больше возможностей для манипуляции генами. Объединяя естественные или созданные ДНК-связывающие домены с доменами нуклеазы, ученые могут создавать рестрикционные ферменты, нацеленные на определенные последовательности ДНК. Такие искусственные рестрикционные ферменты, как нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN), широко используются при редактировании генов, и даже недавняя система CRISPR-Cas9 произвела революцию в способах манипулирования геномами.
В настоящее время исследования рестриктаз все еще продолжаются, и потенциал их применения по-прежнему велик. От клонирования генов и производства белков до лечения заболеваний — существование рестриктаз открывает неограниченные возможности для будущего биотехнологии и генной инженерии. Столкнувшись с этими научными достижениями, мы не можем не задаться вопросом: как будущее развитие технологий генной манипуляции изменит медицину и образ жизни человека?
