Restriktionsenzyme - Molekulare Scheren der Bakterien

Restriktionsenzyme, auch Restriktionsendonukleasen genannt, sind spezielle Enzyme, die in Bakterien vorkommen und eine wichtige Funktion bei der Abwehr von Virusinfektionen haben. Sie schneiden die DNA von eindringenden Bakteriophagen (Viren, die Bakterien befallen) und verhindern so deren Vermehrung.

Highlight: Es sind mehrere Hundert verschiedene Restriktionsenzyme bekannt, die jeweils spezifische DNA-Sequenzen erkennen und schneiden.

Wie schneiden Restriktionsenzyme die DNA? Jedes Restriktionsenzym erkennt eine bestimmte DNA-Sequenz, die als Erkennungssequenz bezeichnet wird. Diese Sequenz ist meist 4 bis 8 Basenpaare lang und wird auch Restriktionsschnittstelle genannt.

Example: Das Restriktionsenzym EcoRI, das aus dem Bakterium Escherichia coli stammt, schneidet die DNA an der Basensequenz 5'-GAATTC-3'.

Die Erkennungssequenz kommt statistisch einmal pro 4096 Basen vor, was zu relativ großen DNA-Fragmenten führt. Wichtig ist, dass die gleiche Sequenz auch auf dem komplementären DNA-Strang in 5'-3'-Richtung zu finden und ebenfalls geschnitten wird.

Vocabulary: Sticky ends sind überhängende einzelsträngige DNA-Enden, die nach dem Schneiden mit bestimmten Restriktionsenzymen entstehen.

Bei vielen Restriktionsenzymen entstehen sogenannte sticky ends. Dabei handelt es sich um kurze, einzelsträngige DNA-Überhänge an den Schnittstellen. Diese Enden sind komplementär zueinander und haben daher eine hohe Affinität, sich wieder zu verbinden. Diese Eigenschaft macht man sich in der Gentechnik zunutze.

Definition: Blunt ends sind glatte Enden, die entstehen, wenn Restriktionsenzyme einen geraden Schnitt durch die DNA vollziehen.

Manche Restriktionsenzyme erzeugen hingegen blunt ends, also glatte Enden ohne Überhang. Beide Arten von Schnittstellen können in der Gentechnik genutzt werden, wobei sticky ends oft bevorzugt werden, da sie eine gezieltere Verbindung von DNA-Fragmenten ermöglichen.

Highlight: Mithilfe von Restriktionsenzymen und dem Enzym Ligase kann man in vitro DNA unterschiedlicher Herkunft kontrolliert in definierte Fragmente schneiden und neu kombinieren.

Diese Eigenschaft macht Restriktionsenzyme zu unverzichtbaren Werkzeugen in der Gentechnik. Sie ermöglichen es, gewünschte Gene in Plasmide (ringförmige DNA-Moleküle) einzubauen und so Vektoren zu erzeugen, die Fremdgene enthalten. Dies ist die Grundlage für viele gentechnische Anwendungen, wie die Produktion von rekombinanten Proteinen oder die Gentherapie.

Vocabulary: Methylierung ist eine chemische Modifikation der DNA, die Restriktionsenzyme daran hindert, die DNA zu schneiden.

Es ist wichtig zu beachten, dass methylierte DNA von Restriktionsenzymen nicht geschnitten werden kann. Diese Eigenschaft nutzen Bakterien, um ihre eigene DNA vor dem Abbau durch ihre Restriktionsenzyme zu schützen.