細菌は、外来DNAを切断する酵素を用いてウイルスから身を守ります。これらの酵素は特定の短い配列を認識し、その部位またはその近傍でDNAを切断します。これらは制限酵素と呼ばれ、分子生物学におけるハサミのような役割を果たします。制限酵素がなければ、遺伝子クローニングは不可能でしょう。

制限酵素は、制限部位と呼ばれる4～8塩基対の配列を認識します。一部の制限酵素は両方の鎖をまっすぐに切断し、平滑末端を生成します。他の制限酵素はオフセットした位置を切断し、短い一本鎖突出部を持つ粘着末端を生成します。粘着末端は、別のDNA断片の相補的な突出部とアニーリングできるため、リガーゼがそれらを結合するのに役立ちます。たとえば、EcoRI酵素はGAATTCという配列を認識し、GとAの間を切断して4塩基の突出部を生成します。

制限酵素は多くの技術で利用されています。クローニング、マッピング、分析のためにDNAを切断したり、配列決定のためにDNAを断片化したりします。また、変異部位またはその近傍を切断することで突然変異を検出します。さらに、DNAフィンガープリンティングにも用いられ、断片のパターンが個人によって異なることが分かります。

数百種類もの制限酵素が市販されており、それぞれ独自の認識部位と切断パターンを持っています。これらの酵素は、由来する生物にちなんで命名されています。例えば、EcoRIはE. coli、HindIIIはHaemophilus influenzae、BamHIはBacillus amyloliquefaciensに由来します。この命名規則は、これらの重要なツールが微生物由来であることをさりげなく思い出させてくれます。