30.9. Бактериальные рестрикционные эндонуклеазы расщепляют чужеродные молекулы ДНК
Мы уже видели, что фаг Т4 обладает ферментативной системой для избирательного расщепления ДНК клетки-хозяина.
Рис. 30.16. Икосаэдрическая поверхностная решетка, демонстрирующая упаковку 60 совершенно одинаковых субъединиц (А) и 180 квазиэквивалентных субъединиц (Б). Обратите внимание, что все контакты типа «хвост к хвосту» на рис. А образуются кольцевыми группами по пять субъединиц, а на рис. Б некоторые такие контакты образуются группами по пять, а другие — по шесть субъединиц. [Harrison S.C., Trends Biochem. Sci., 3,4 (1978).]
Подобно этому, у бактерий имеются ферменты, называемые рестриктирующими эндонуклеазами, которые расщепляют чужеродные молекулы ДНК. Эти ферменты были открыты в результате наблюдения, что фаги, выращенные на одном штамме бактерий (например, E. coli В), плохо растут на другом штамме (E.coli К) и наоборот. Такое явление, когда фаг плохо растет на штамме, отличном от того, на котором он был выращен, было названо рестрикцией. Однако небольшая часть фага (примерно 10-5) избегает рестрикции и в дальнейшем хорошо растет на новом хозяине. При этом фаги теряют способность расти на старом хозяине.
Все эти данные показали, что специфическая модификация в клетках-хозяевах защищает фаг от рестрикции. Затем Вернер Арбер (Werner Arber) продемонстрировал, что специфическая модификация клеткой-хозяином на самом деле воздействует на фаговую ДНК и что рестрикция обусловлена деградацией ДНК фага. ДНК клетки-хозяина и другие молекулы ДНК, содержащиеся в клетках-хозяевах, метилированы по определенным участкам. Те же участки узнает и рестриктирующая эндонуклеаза, которая расщепляет только неметилированные последовательности. Таким образом, метилирование определенного основания в последовательности - мишени (участке узнавания) препятствует гидролизу ферментом рестрикции (рис. 30.17). Момент, в который происходит модификация, имеет принципиально важное значение: бактериальная ДНК не подвергается расщеплению, потому что она метилируется раньше. Только что реплицированная бактериальная хромосома, метилированная только по одной - родительской - цепи, устойчива к действию фермента рестрикции. Такая наполовину модифицированная ДНК становится полностью метилированной до начала следующего цикла репликации.
У бактерий обнаружено два типа систем рестрикция-модификация. В системах типа I активность метилазы и нукдеазы ассоциирована с крупным комплексом, состоящим из нескольких субъединиц. Например, такие комплексы у E. coli 
состоят из полипептидных цепей трех типов. а-Цепь обладает эндонуклеазной активностью, в-цепь - метилазной активностью, а у-цепь несет участок узнавания ДНК. Ферменты типа I нуждаются в S-аденозилметионине и в АТР для проявления как нуклеазной, так и метилазной активности. Ферменты типа I расщепляют не модифицированную ДНК в случайном месте на расстоянии 1900 пар оснований или более в 
-сторону от участка
Рис. 30.17. Метилирование участков узнавания (последовательностей-мишеней) защищает их от расщепления рестриктирующей эндонуклеазой.
узнавания и одновременно гидролизуют АТР. В системах типа II, наоборот, метилазы и нуклеазы разделены. S-аденозилметионин служит донором метальной группы в реакции модификации, но не участвует в расщеплении ДНК. Еще одно отличие состоит в том, что нуклеазы и метилазы типа II не нуждаются в АТР. Самое удивительное, что места расщепления нуклеазами типа II весьма специфичны. Как уже обсуждалось в одной из предыдущих глав (разд. 24.27), многие из этих ферментов узнают определенную последовательность из 4-6 пар оснований и гидролизуют в каждой цепи единственную строго определенную фосфодиэфирную связь в этой области. Отличительная особенность этих участков расщепления состоит в том, что они симметричны относительно оси вращения второго порядка (рис. 30.18). Ферменты рестрикции - незаменимый инструмент в исследовании структуры ДНК (разд. 24.27) и создании новых молекул ДНК (разд. 31.9).
