2.2.10 Restriktions- und Modifikationssysteme (R/M-Systeme) bei Bakterien
Von außerhalb kann fremde DNA auf verschiedene Weisen in eine Bakterienzelle gelangen, z. B. über Infektionen mit Bakteriophagen, durch Konjugation mit verwandten Bakterien oder durch Transformation (Aufnahme freier DNA) (in der Natur aus abgestorbenen Zellen bzw. Verwendung von freier DNA in der Gentechnik). Prinzipiell soll die zelleigene DNA nicht durch Aufnahme fremder DNA verändert werden (z. B. durch Aufnahme eines Plasmids oder durch Rekombination mit einer anderen chromosomalen DNA). Ca. 50 % der Bakterien besitzen ein oder mehrere R/M-Systeme, um fremde DNA erkennen und zerstören zu können.
Jedes R/M-System besteht aus einem Restriktionsenzym (R) und einem Modifikationssystem (M), eine Methylase. Die Methylase benötigt eine bestimmte Basenabfolge auf der eigenen DNA als Bindestelle (Erkennungssequenz) und hängt dann an ganz bestimmte Basen in dieser Erkennungssequenz CH3-Gruppen (Methylgruppe). Diese Methylierung hat keinen Einfluß auf die genetische Information (bzw. Basenpaarung).
Das Restriktionsenzym bindet an die gleiche Erkennungssequenz und "prüft", ob die richtige Methylierung vorliegt. Falls ja, wird die fremde DNA wie die eigene behandelt (normal repliziert und transkribiert). Falls nein, wird die fremde DNA vom Restriktionsenzym (in Fragmente) gespalten. Die entstehenden Fragmente werden dann von sog. unspezifischen Nucleasen wieder abgebaut bis zu Nukleotiden, die im Stoffwechsel der Zelle verwendet werden können. Ist die vom Restriktionsenzym benötigte Erkennungssequenz auf der fremden DNA nicht vorhanden (z. B. bei sehr kleinen DNA-Molekülen), kann diese auch nicht gespalten werden.
Die Erkennungssequenz für das Restriktionsenzym ist eine Palindromsequenz, die i. d. R. aus 4 bis 6 Basen besteht. Dabei können Hairpins entstehen. Manchmal enthält die Palindromsequenz auch wenige ungepaarte Basen. Dann kommt es zur Bildung von Loops.
Das Restriktionsenzym besteht meist aus zwei symmetrisch angeordneten Polypeptiden (Untereinheiten, die genau zu dieser räumlichen Rückfaltungsstruktur passen und so diese erkennen.
