Enzimas de restricción

Qué son las enzimas de restricción

En la naturaleza, estas enzimas forman parte del sistema de defensa bacteriano contra el ADN extraño, particularmente el de bacteriófagos (los virus que infectan bacterias). El mecanismo se conoce como sistema de restricción-modificación: la bacteria protege su propio ADN mediante una metiltransferasa que añade grupos metilo a las secuencias de reconocimiento, impidiendo que la endonucleasa las corte. Cuando un bacteriófago inyecta su ADN, este carece de metilación protectora y queda expuesto al corte.

La observación de este fenómeno se remonta a la década de 1950, pero fue Werner Arber quien postuló en los años sesenta la existencia de enzimas capaces de reconocer y cortar secuencias específicas. Hamilton Smith aisló la primera endonucleasa de restricción con especificidad de secuencia demostrada, HindII, a partir de Haemophilus influenzae en 1970. Daniel Nathans mostró su utilidad práctica al emplearla para cartografiar el genoma del virus SV40. Los tres compartieron el Nobel de Fisiología o Medicina en 1978.

Nomenclatura y tipos

El nombre de cada enzima de restricción sigue una convención sistemática: las tres primeras letras corresponden al género y especie de la bacteria de origen (por ejemplo, Eco para Escherichia coli), seguidas opcionalmente de una letra de cepa y un número romano que distingue distintas enzimas del mismo organismo. EcoRI, una de las más utilizadas, fue la primera enzima de restricción aislada de la cepa RY13 de E. coli.

Se clasifican en tres tipos principales. Las de tipo I y tipo III reconocen una secuencia específica pero cortan el ADN a distancia variable del sitio de reconocimiento, lo que las hace menos predecibles para uso experimental. Las de tipo II, que son las empleadas de forma rutinaria en los laboratorios, cortan siempre entre los mismos nucleótidos de la secuencia diana. Se han descrito más de 5 000 sistemas de restricción-modificación, registrados en la base de datos REBASE.

Secuencias palindrómicas y tipos de extremos

La mayoría de las enzimas de tipo II reconocen secuencias palindrómicas de 4 a 8 pares de bases. En este contexto, «palindrómico» significa que la secuencia se lee igual en la cadena sentido (5' a 3') que en la cadena antisentido (3' a 5'). Al cortar, la enzima puede generar extremos cohesivos (llamados «pegajosos»), con un saliente monocatenario que facilita la unión con otro fragmento cortado por la misma enzima, o extremos romos, sin saliente. Los extremos cohesivos hicieron posible la técnica de clonación molecular: fragmentos de ADN de distinto origen, cortados con la misma enzima, pueden recombinarse porque sus extremos son complementarios.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llaman de restricción?

Porque «restringen» la infección viral. Cuando un bacteriófago inyecta su ADN en una bacteria que posee estas enzimas, el ADN invasor es cortado y la infección se aborta. El nombre nació de los experimentos de los años cincuenta en los que se observaba que ciertos fagos tenían replicación «restringida» en determinadas cepas bacterianas.

¿Es lo mismo enzima de restricción que endonucleasa?

No exactamente. Toda enzima de restricción es una endonucleasa (corta enlaces internos del ADN), pero no toda endonucleasa es de restricción. Las endonucleasas de restricción se distinguen por reconocer secuencias específicas; otras endonucleasas, como la DNasa I, cortan sin especificidad de secuencia.

¿Se siguen usando en la era de CRISPR?

Sí, aunque CRISPR ha ampliado enormemente las posibilidades de edición genómica. Las enzimas de restricción conservan su utilidad en técnicas como el análisis de polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción (RFLP), la construcción de vectores y la verificación de insertos en plásmidos.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Enzima de restricción: glosario de genómica.
2. MedlinePlus. Enzima.
3. Real Academia Española. Enzima.
4. Manual MSD (versión profesional). Tecnología del ADN recombinante.