細菌的防禦作用：限制酶(Restriction enzyme)和特殊的重複序列CRISPR-上

細菌的防禦作用：限制酶(Restriction enzyme)和特殊的重複序列CRISPR-上
台北市立第一女子高級中學生物科許一懿老師/國立台灣大學動物所陳俊宏教授責任編輯

自古以來就有文獻記載：髒汙的河水可以治療痲瘋、霍亂等細菌引起的傳染性疾病，但直到1915年，特沃特(Twort) 研究發現感染細菌的微小生物，人們才知道，小如細菌的原核生物也會生病！ 1917年德黑樂(d’Herelle)將之命名為噬菌體。

在面對噬菌體的攻擊時，細菌能否保護自己呢？細菌的第一套防禦工具是限制酶，這是一群可以辨認DNA上特定鹼基對序列並且把它切開的酵素。噬菌體感染細菌的初期，會先將核酸注入到細菌的細胞質內，而細菌抵抗的方式就是利用限制酶將噬菌體的核酸切斷，避免噬菌體利用細菌體內的物質進行複製。

發現細菌具有限制酶可以用來剪開特定的DNA序列，是細菌送給人類的一項大禮物。1970年代，第一個限制酶HindII被分離出來，目前為止，科學家已找到超過3000種不同的限制酶，有600種以上的限制酶已商品化，用來進行基因工程中DNA的重組。

限制酶可辨識的核苷酸序列，通常長度介於4~8個鹼基對，被辨識的大多數是具有迴文(Palindrome)序列，例如EcoRV可以辨識5’-GTATAC-3’，其互補的一股是3’-CATATG-5’，從5’端讀過來正好也是5’-GTATAC-3’；限制酶會切斷核苷酸與核苷酸之間的磷酸二酯鍵，噬菌體核酸被切斷後便無法控制細菌進行複製。目前研究顯示，不管是真細菌(Bacteria)還是古細菌(Archaea)都具有這樣的防禦能力。

令人好奇的是：細菌本身的DNA如果具有被限制酶辨識的序列，是否也會被酵素切斷呢？答案已然揭曉：不會。科學家證實：細菌若具有被限制酶辨識的序列，會先藉由甲基化酶(Methylase)在該DNA序列上加上甲基(Methyl group)，如此一來，便可阻止限制酶切割其磷酸二酯鍵，甲基化就是敵我分明的標籤。

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