박테리아는 외부 DNA를 절단하는 효소를 이용하여 바이러스로부터 자신을 방어합니다. 이 효소는 특정한 짧은 염기서열을 인식하고 그 부위 또는 그 근처에서 DNA를 절단합니다. 이러한 효소를 제한 효소라고 하며, 분자 생물학의 가위라고 할 수 있습니다. 제한 효소가 없다면 유전자 복제는 불가능할 것입니다.

제한 효소는 제한 부위라고 불리는 4~8개의 염기쌍으로 이루어진 서열을 인식합니다. 어떤 효소는 두 가닥을 모두 직선으로 절단하여 무딘 말단을 만듭니다. 다른 효소는 엇갈린 위치에서 절단하여 짧은 단일 가닥 돌출부를 가진 점착성 말단을 만듭니다. 점착성 말단은 다른 DNA 조각의 상보적인 돌출부와 결합하여 리가아제 효소가 연결할 수 있도록 해주기 때문에 유용합니다. 예를 들어, EcoRI 효소는 GAATTC 서열을 인식하고 G와 A 사이를 절단하여 4개의 염기로 이루어진 돌출부를 생성합니다.

제한 효소는 다양한 기술에 사용됩니다. DNA 복제, 유전자 지도 작성 및 분석을 위해 DNA를 절단하고, 염기서열 분석을 위해 DNA를 조각내며, 변이 부위 또는 그 근처를 절단하여 돌연변이를 검출합니다. 또한, DNA 단편 패턴이 개인마다 다르게 나타나는 DNA 지문 분석에도 사용됩니다.

시중에는 수백 가지의 제한 효소가 판매되고 있으며, 각 효소는 고유한 인식 부위와 절단 패턴을 가지고 있습니다. 이 효소들은 유래된 미생물의 이름을 따서 명명됩니다. 예를 들어, EcoRI는 대장균(E. coli)에서, HindIII는 헤모필루스 인플루엔자(Haemophilus influenzae)에서, BamHI는 바실러스 아밀로리크페시엔스(Bacillus amyloliquefaciens)에서 유래합니다. 이러한 명명법은 이 필수적인 도구들이 미생물에서 기원했다는 사실을 상기시켜 줍니다.