Ένζυμα περιορισμού:Τι είναι το μοριακό ψαλίδι;

Το "Μοριακό ψαλίδι" είναι ένα άλλο όνομα για τα ένζυμα περιορισμού. Αυτά τα ένζυμα διατίθενται σε δύο τύπους και είναι υπεύθυνα για τη διάσπαση του DNA σε συγκεκριμένες θέσεις αλληλουχίας.

Τι είναι το ψαλίδι; Όπως όλοι γνωρίζουμε, είναι ένα κοινό εργαλείο χωρίς το οποίο σχεδόν κάθε τάξη τεχνών και χειροτεχνίας θα ήταν ελλιπής. Είτε πρόκειται για χαρτί είτε για δέρμα, το ψαλίδι είναι τα πιο κοινά εργαλεία που χρησιμοποιούνται σε όλο τον κόσμο για την κοπή αντικειμένων. Ωστόσο, τι γίνεται με το μοριακό ψαλίδι; Είτε το πιστεύετε είτε όχι, χωρίς μοριακό ψαλίδι, ολόκληρη η σφαίρα της βιοτεχνολογίας θα ήταν ανύπαρκτη. Μόνο χάρη σε αυτά τα μοριακά εργαλεία μπορέσαμε να κάνουμε εξελίξεις που αλλάζουν το παιχνίδι, όπως η έλευση των ΓΤΟ!

Μια λαϊκή αναπαράσταση της επεξεργασίας γονιδίων (Photo Credit :Natali_ Mis/Shutterstock)

Ένζυμα περιορισμού

Μοριακό ψαλίδι είναι μια κοινή ονομασία για ένζυμα περιορισμού. Τα περιοριστικά ένζυμα είναι τύποι πρωτεϊνών που κόβουν δίκλωνα μόρια DNA σε συγκεκριμένα σημεία. Αυτά τα ένζυμα απαιτούνται για τον χειρισμό του DNA. Παρόλο που αυτά τα ένζυμα βρίσκουν τη χρήση τους στις εφαρμοσμένες επιστήμες, είναι επίσης φυσικά παρόντα σε μια μεγάλη ποικιλία προκαρυωτών. Ως εκ τούτου, συμβάλλουν πάρα πολύ στη διαρκώς διευρυνόμενη επιστήμη της μοριακής βιολογίας.

Χειρισμός γονιδίων

Ο χειρισμός των γονιδίων είναι επίσης γνωστός ως «γενετική μηχανική» ή «γενετική τροποποίηση». Σχετίζεται με τον άμεσο χειρισμό των γονιδίων ενός οργανισμού με τη βοήθεια της βιοτεχνολογίας. Η τεχνική είναι ευρέως εφαρμόσιμη για τη θεραπεία γενετικών ασθενειών, την παραγωγή μη τοξικών ΓΤΟ και την παραγωγή γενετικά τροποποιημένων ζώων που παίζουν ουσιαστικό ρόλο στην έρευνα. Η γενετική μηχανική έχει επίσης σημαντικές εφαρμογές στον τομέα της ιατρικής.

Για παράδειγμα, σκεφτείτε ένα φυτό που είναι επιρρεπές σε επιθέσεις εντόμων. Μόλις αναπτυχθεί έξω από το έδαφος, τα έντομα καταβροχθίζουν ολόκληρη τη σοδειά, γεγονός που έχει ως αποτέλεσμα σημαντικές απώλειες. Με τη βοήθεια της γονιδιακής χειραγώγησης, το γονιδίωμα αυτού του φυτού μπορεί να αλλοιωθεί με τέτοιο τρόπο ώστε όταν ένα έντομο επιτίθεται, το φυτό επιβιώνει, αλλά το έντομο σκοτώνεται. Τέτοιες τροποποιήσεις μπορούν επίσης να βοηθήσουν στους τομείς της αντοχής στα ζιζανιοκτόνα, της ενισχυμένης διατροφής και της ανοχής στις περιβαλλοντικές πιέσεις στα φυτά, μεταξύ άλλων.

Ένας επαγγελματίας κοιτάζει ένα γενετικά τροποποιημένο καλαμπόκι (Φωτογραφία :Marcin Balcerzak/Shutterstock)

Πώς γίνεται ο χειρισμός των γονιδίων;

Για να το κατανοήσουμε σωστά, ας ρίξουμε μια ματιά στον τρόπο με τον οποίο ασκείται ο χειρισμός των γονιδίων. Πρώτον, απομονώνεται το DNA του οργανισμού του οποίου το γονίδιο πρόκειται να τροποποιηθεί. Μετά την απομόνωση του DNA κόβεται το τμήμα που αντιστοιχεί στην ποιότητα που θέλουμε να αλλάξουμε. Για παράδειγμα, εάν ένα φυτό ντομάτας είναι επιρρεπές σε προσβολές ιών, το DNA του απομονώνεται και το τμήμα που αντιστοιχεί στην απόκριση στην ιική επίθεση κόβεται.

Σε αυτή την ενότητα, στον κενό χώρο, προστίθεται ένα άλλο τμήμα DNA που είναι υπεύθυνο για την καταπολέμηση της ιικής επίθεσης. Με τη βοήθεια ενζύμων συγκόλλησης, το τμήμα προσκολλάται στον αρχικό κλώνο DNA. Το DNA που σχηματίζεται με αυτόν τον τρόπο ονομάζεται ανασυνδυασμένο DNA. Σε αυτό το σημείο, εγχέεται μέσα στα φυτικά κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα στη συνέχεια αναπτύσσονται σε μια καλλιέργεια ιστού, όπου αναπτύσσονται σε νέα φυτά. Τα ονομάζουμε νέα γιατί αυτά τα φυτά δεν είναι πλέον επιρρεπή σε προσβολές από ιούς!

Ο σχηματισμός ανασυνδυασμένου DNA (Photo Credit :Fancy Tapis/Shutterstock)

Ακολουθούμε παρόμοιες τεχνικές όταν πρέπει να αλλοιώσουμε άλλες μειονεκτικές ιδιότητες του φυτού. Αυτό δεν ισχύει μόνο για τα φυτά. ζώα έχουν επίσης δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας αυτή την τεχνική. Αυτά τα ζώα χρησιμοποιούνται συχνά ως υποκείμενα για φαρμακευτική έρευνα.

Τι είναι τα μοριακά ψαλίδια;

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το μοριακό ψαλίδι βοηθά στην αποκοπή τμημάτων του DNA προκειμένου να χειριστεί το γονιδίωμα. Επιστημονικά, αναφέρονται ως ένζυμα περιορισμού επειδή είναι ειδικά για μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA, γνωστή ως περιοριστική θέση. Περισσότερα από 400 από αυτά τα ένζυμα έχουν απομονωθεί από βακτήρια, τα οποία τα παράγουν φυσικά. Αυτά τα ένζυμα βοηθούν τα βακτήρια να προστατεύονται από τυχόν επιτιθέμενους ιούς.

Επιπλέον, η λειτουργία αυτών των περιοριστικών ενζύμων χρησιμοποιείται σε βιοτεχνολογικές εφαρμογές για την παραγωγή ανθεκτικότητας σε ασθένειες τόσο στα φυτά όσο και στα ζώα. Λαμπρό, σωστά; Όταν ένα ένζυμο περιορισμού κόβει ένα θραύσμα DNA, έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό κολλωδών άκρων στο σπασμένο DNA. Αυτά τα κολλώδη άκρα έχουν πραγματικά μεγάλη σημασία, δεδομένου ότι το ξένο DNA πρέπει να προσκολληθεί ακριβώς σε αυτό το μέρος.

Η διαδικασία κοπής με ένζυμα περιορισμού (Φωτογραφία :Emre Terim/Shutterstock)

Το ξένο DNA στη συνέχεια κολλάται σε αυτό το σπασμένο χώρο από ένα άλλο ένζυμο που ονομάζεται λιγάση DNA. Η DNA λιγάση παράγει τους δεσμούς που ολοκληρώνουν τη ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού ενός κατάλληλου μορίου ή κλώνου DNA.

Τι είναι οι ενδονουκλεάσες και οι εξωνουκλεάσες;

Τα περιοριστικά ένζυμα υπάρχουν σε δύο τύπους - ενδονουκλεάσες και εξωνουκλεάσες. Οι ενδονουκλεάσες διασπούν ένα συγκεκριμένο θραύσμα DNA στο κέντρο του DNA. Από την άλλη πλευρά, μια εξωνουκλεάση κάνει μια τομή από ένα από τα άκρα. Ο πρώτος τύπος ενζύμου μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό αμβλέων άκρων ή κολλωδών άκρων, ενώ ο δεύτερος θα δημιουργεί πάντα κολλώδη άκρα. Ωστόσο, οι ενδονουκλεάσες έχουν ιδιαίτερη σημασία όσον αφορά την παρεμπόδιση της εισόδου παθογόνων.

Συμπέρασμα

Παρόλο που η γονιδιακή χειραγώγηση έχει προκαλέσει αμφιλεγόμενο σάλο τα τελευταία χρόνια, έχει αποδειχθεί ότι είναι ευλογία για τους ανθρώπους που πάλεψαν με γενετικές ασθένειες σε όλη τους τη ζωή. Έχει επίσης αποδειχθεί φίλος του αγρότη, λόγω της εφαρμογής του στη γεωργία. Από τις φαρμακευτικές χρήσεις έως τις βιομηχανικές, τα περιοριστικά ένζυμα υπάρχουν παντού. Ωστόσο, αυτές είναι μόνο μερικές περιπτώσεις για το πώς αυτά τα αινιγματικά ένζυμα μπορούν να μας βοηθήσουν. Ως εκ τούτου, θεωρούμε προφανώς τα ένζυμα περιορισμού ως αρκετά πιο σημαντικά σύμπλοκα από ένα κανονικό ψαλίδι που μπορεί να βρείτε σε ένα συρτάρι σκουπιδιών. Δεν συμφωνείτε;