Una enzima de restricción , endonucleasa de restricción , REasa , ENasa o restrictasa es una enzima que escinde el ADN en fragmentos en o cerca de sitios de reconocimiento específicos dentro de moléculas conocidas como sitios de restricción . [1] [2] [3] Las enzimas de restricción son una clase del grupo más amplio de enzimas endonucleasas . Las enzimas de restricción se clasifican comúnmente en cinco tipos, que difieren en su estructura y en si cortan su sustrato de ADN en su sitio de reconocimiento, o si los sitios de reconocimiento y escisión están separados entre sí. Para cortar el ADN, todas las enzimas de restricción realizan dos incisiones, una a través de cada columna vertebral de azúcar-fosfato (es decir, cada hebra) de la doble hélice del ADN .
Estas enzimas se encuentran en bacterias y arqueas y proporcionan un mecanismo de defensa contra virus invasores . [4] [5] Dentro de un procariota , las enzimas de restricción cortan selectivamente el ADN extraño en un proceso llamado digestión de restricción ; mientras tanto, el ADN del huésped está protegido por una enzima de modificación (una metiltransferasa ) que modifica el ADN procariótico y bloquea la escisión. Juntos, estos dos procesos forman el sistema de modificación de restricciones . [6]
Se conocen más de 3.600 endonucleasas de restricción que representan más de 250 especificidades diferentes. [7] Más de 3.000 de ellos se han estudiado en detalle y más de 800 de ellos están disponibles comercialmente. [8] Estas enzimas se utilizan habitualmente para la modificación del ADN en laboratorios y son una herramienta vital en la clonación molecular . [9] [10] [11]
El término enzima de restricción se originó a partir de los estudios del fago λ , un virus que infecta bacterias, y el fenómeno de restricción y modificación controlada por el huésped de dicho fago o bacteriófago bacteriano . [12] El fenómeno fue identificado por primera vez en un trabajo realizado en los laboratorios de Salvador Luria , Jean Weigle y Giuseppe Bertani a principios de los años cincuenta. [13] [14] Se descubrió que, para un bacteriófago λ que puede crecer bien en una cepa de Escherichia coli , por ejemplo E. coli C, cuando se cultiva en otra cepa, por ejemplo E. coli K, sus rendimientos pueden disminuir. significativamente, hasta entre 3 y 5 órdenes de magnitud. La célula huésped, en este ejemplo E. coli K, se conoce como huésped restrictivo y parece tener la capacidad de reducir la actividad biológica del fago λ. Si un fago se establece en una cepa, la capacidad de ese fago para crecer también queda restringida en otras cepas. En los años 60 se demostró en trabajos realizados en los laboratorios de Werner Arber y Matthew Meselson que la restricción se debía a una escisión enzimática del ADN del fago, por lo que la enzima implicada se denominó enzima de restricción. [4] [15] [16] [17]
Las enzimas de restricción estudiadas por Arber y Meselson eran enzimas de restricción de tipo I, que escinden el ADN aleatoriamente del sitio de reconocimiento. [18] En 1970, Hamilton O. Smith , Thomas Kelly y Kent Wilcox aislaron y caracterizaron la primera enzima de restricción de tipo II, HindII , de la bacteria Haemophilus influenzae . [19] [20] Las enzimas de restricción de este tipo son más útiles para el trabajo de laboratorio ya que escinden el ADN en el sitio de su secuencia de reconocimiento y son las más comúnmente utilizadas como herramienta de biología molecular. [21] Más tarde, Daniel Nathans y Kathleen Danna demostraron que la escisión del ADN del virus simio 40 (SV40) mediante enzimas de restricción produce fragmentos específicos que se pueden separar mediante electroforesis en gel de poliacrilamida , lo que demuestra que las enzimas de restricción también se pueden utilizar para mapear el ADN. [22] Por su trabajo en el descubrimiento y caracterización de enzimas de restricción, el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1978 fue otorgado a Werner Arber , Daniel Nathans y Hamilton O. Smith . [23] El descubrimiento de las enzimas de restricción permite manipular el ADN, lo que lleva al desarrollo de tecnología de ADN recombinante que tiene muchas aplicaciones, por ejemplo, permitiendo la producción a gran escala de proteínas como la insulina humana utilizada por pacientes diabéticos . [13] [24]