組換えDNAは、2つ以上の種のDNAを組み合わせて生成される人工的なタイプのDNAです。組換えDNAを作るプロセスは分子クローニングとして知られています。分子クローニングの基本的な手順には、DNAの単離、DNAの切断、DNAの結合、および組換えDNAの増幅が含まれます。目的の遺伝子は、目的の遺伝子のキャリア分子として機能するベクターに挿入されます。ベクターは、目的の遺伝子とともに、組換えDNAと呼ばれます。 遺伝子クローニングにおける制限酵素の主な役割は、DNAの切断です。 DNA操作に適した制限酵素の重要な特徴は、特定の標的でDNAを切断することです。これにより、結合の目的で目的のDNAフラグメントを生成できます。

対象となる主要分野

1.制限酵素とは –定義、プロパティ、役割 2.組換えDNAを作るために制限酵素はどのように使用されますか –遺伝子クローニング、遺伝子クローニングにおける制限酵素の使用

重要な用語：切断DNA、遺伝子クローニング、目的の遺伝子、分子クローニング、組換えDNAテクノロジー、制限酵素、ベクター

制限酵素とは

制限酵素は、制限部位と呼ばれる短くて特異的なDNA配列を認識し、その部位でDNAを切断するエンドヌクレアーゼです。バクテリアが作る生化学的はさみの一種です。制限酵素はバクテリオファージからバクテリアを守ります。これらの酵素はバクテリアから分離され、実験室でDNAを切断するために使用されます。制限酵素の作用を図1に示します。

図1：HindIIIのアクション

制限酵素が正確な位置でDNAを切断する能力により、研究者はゲノムDNAから遺伝子を含む断片を分離することができます。これらのフラグメントをベクターに挿入して、組換えDNA分子を生成することができます。

組換えDNAを作るために制限酵素はどのように使用されますか

組換えDNAは、2つ以上の種のDNAで構成されるDNA分子です。これは主に、ドナー種からの目的の遺伝子と、目的の遺伝子を宿主細胞に運ぶベクターを含みます。組換えDNA分子の生産の主なステップは、DNAの単離、制限酵素による消化、ベクターへの目的の遺伝子のライゲーション、および宿主細胞内での組換えDNA分子の増幅です。全体のプロセスはとして知られています 分子クローニング。分子クローニングを図2に示します。

図2：分子クローニング

目的の遺伝子は、最初にゲノムDNAの形で生物学的サンプルから分離されるか、PCRによって増幅することができます。場合によっては、目的の遺伝子がベクター内に存在することがあります。 目的の遺伝子を宿主細胞に運ぶのに適したベクターに挿入するためには、それを母分子から切り離す必要があります。制限酵素は制限部位を認識することでDNAを正確に切断するため、この目的に使用できます。目的の遺伝子とベクターを同じ制限酵素で消化するか、目的の遺伝子の両端を2つの制限酵素で消化することができます。この消化により、目的の遺伝子をベクターにライゲーションするための適合性のある末端が生成されます。 2つの制限酵素による消化により、フラグメントを目的の方向にライゲーションできます。 ライゲーション後、得られた組換えDNA分子は細菌に形質転換され、多数のコピーが生成されます。

結論

制限酵素は、制限部位と呼ばれる特定の場所でDNAを切断するエンドヌクレアーゼです。制限酵素の特性を利用して、正確な位置でDNAを切断することにより組換えDNA分子を生成することができます。組換えDNAには通常、ベクターに挿入された目的の遺伝子が含まれています。

リファレンス：

1.「制限酵素の定義」。 MedicineNet、こちらから入手可能2。グリフィス、アンソニーJF。 「組換えDNAを作る。」遺伝分析入門。第7版、米国国立医学図書館、1970年1月1日、こちらから入手できます。

画像提供：

1.「HindIII制限サイトと粘着末端ベクター」Helixitta著– Commons Wikimedia2による自作（CC BY-SA 4.0）。 Joyxiによる「構築」– Commons Wikimediaによる自作（パブリックドメイン）