Restriktionsenzyme: Anwendungen und Rolle in der Gentechnik

Restriktionsenzyme

Restriktionsenzyme werden natürlicherweise von Bakterien produziert. Seit ihrer Entdeckung haben sie eine grundlegende Rolle in der Gentechnik gespielt. Diese Enzyme erkennen und schneiden an spezifischen Stellen in der Doppelhelix der DNA und haben Fortschritte in Bereichen wie Gentherapie und Arzneimittelproduktion ermöglicht.

Definition

Ein Restriktionsenzym ist ein gebräuchlicherer Name für eine Restriktion-Endonuklease. Restriktionsenzyme sind Proteine, die in bakteriellen Zellen vorkommen, spezifische kurze DNA-(Desoxyribonukleinsäure)-Sequenzen erkennen und dann an dieser Stelle die Doppelhelix durchschneiden. Diese Schneidenzyme wurden zuerst von Werner Arber, einem Schweizer Biochemiker an der Universität Genf, untersucht. Die Entdeckung dieser Enzyme war entscheidend für die Fortschritte der rekombinanten DNA-Technologien (die eine Kombination von DNA verschiedener Arten umfassen) sowie von Gentherapien.

Typen

Es gibt Tausende verschiedener Restriktionsenzyme, die jeweils nach den Bakterien benannt sind, aus denen sie stammen. Diese Enzyme erkennen und schneiden Hunderte einzigartiger DNA-Sequenzen, typischerweise vier bis sieben Basiseinheiten lang. Wissenschaftler wählen, welches spezifische Restriktionsenzym sie verwenden, basierend auf dem gewünschten Ergebnis.

Wirkungsweise

Restriktionsenzyme wirken, indem sie eine bestimmte Sequenz von Basenpaaren in der DNA ansprechen. DNA hat vier Nukleotidbasen, die paarweise zusammenpassen; Adenin paart sich mit Thymin, und Cytosin paart sich mit Guanin. Das Restriktionsenzym bewirkt, dass beide Stränge der DNA auseinanderbrechen, was oft zu DNA-Molekülen mit hervorstehenden unpaarten Basen oder "klebrigen Enden" führt. Diese klebrigen Enden können mit komplementären DNA-Basenpaaren verbunden werden, die mit demselben Restriktionsenzym geschnitten wurden, selbst wenn die DNA von einer völlig anderen Art stammt.

Anwendungen

Damit ein Gen funktioniert, kann es nicht einfach direkt in eine Zelle eingefügt werden. Zuerst müssen Wissenschaftler Restriktionsenzyme verwenden, um das Gen, das sie verwenden möchten, zu splicen oder auszuschneiden. Dasselbe Restriktionsenzym wird dann verwendet, um die DNA in einer Wirtszelle oder einem Vektor zu öffnen, der die DNA liefert. Der Vektor kann bakteriell oder viral sein. Wenn das Ziel darin besteht, große Mengen des gewünschten Gens zu produzieren, werden typischerweise bakterielle Zellen verwendet. Wenn das Ziel die Gentherapie ist, wird ein modifizierter Virus verwendet, der bestimmte Teile einer Zelle infizieren kann, um das neue genetische Material zu integrieren.

Vorteile

Die Entdeckung von Restriktionsenzymen hat die Türen für wissenschaftliche Fortschritte in der Gentherapie sowie in Pharmazeutika geöffnet. 1982 war menschliches Insulin, das in gentechnisch veränderten Bakterien produziert wurde, das erste rekombinante Produkt, das von der U.S. Food and Drug Administration für den kommerziellen Gebrauch zugelassen wurde. Einige Wissenschaftler hoffen, dass Gentherapie letztlich zu Behandlungen für Krankheiten wie Krebs, Herzkrankheiten, AIDS und Zystische Fibrose führen kann.