Eine Endonuklease ist ein spezialisiertes Enzym, das in der Lage ist, die Bindungen zwischen Nukleinsäuren in einer Polynukleotidkette zu brechen, wodurch zwei Fragmente entstehen. Diese Enzyme können sowohl in DNA als auch in RNA wirken, um aus einem Strang heraus zu schneiden. Bestimmte Endonukleasen, bekannt als Restriktionsendonukleasen, greifen spezifische Stellen innerhalb von RNA- und DNA-Strängen an und erkennen bestimmte Sequenzen. Diese Enzyme sind in der wissenschaftlichen Forschung sehr wertvoll, wenn Menschen die Möglichkeit haben wollen, genetische Informationen zu bearbeiten, wie in der Gentechnik.
Im Gegensatz dazu kann eine Exonuklease genetisches Material nur am Ende eines DNA- oder RNA-Strangs abschneiden. Endonukleasen werden von Bakterien und Archaeen als Teil ihrer Abwehrmechanismen verwendet. Einige der frühesten Beobachtungen dieser Enzyme in Aktion stammen aus der Forschung an Bakterien, und Bakterien werden verwendet, um Endonukleasen für Forschungszwecke in großem Maßstab herzustellen.
Innerhalb eines Bakteriums ist eine Endonuklease so konzipiert, dass sie virale Angriffe abwehrt, indem sie fremde DNA zerhackt, so dass sie funktionsunfähig wird. Der Organismus schützt seine eigene DNA vor den Wirkungen der Endonuklease durch einen Prozess, der als Methylierung bezeichnet wird. Die Methylierung verhindert die Wirkung der Endonuklease und stellt sicher, dass die DNA des Organismus intakt bleibt. Fremde DNA hat jedoch nicht so viel Glück, und die Endonuklease schneidet das Rückgrat der DNA an zwei Stellen sauber ab und durchtrennt es, um separate Stränge zu erzeugen. Je nachdem, welche Endonuklease beteiligt ist, können die Ereignisse „stumpf“ oder „klebrig“ sein, was darauf hindeutet, wo im Strang die DNA oder RNA durchtrennt wird.
Forscher können bekannte Restriktionsendonukleasen verwenden, um DNA in gewünschte Zielbereiche zu schneiden und so einen bequemen Insertionspunkt zu schaffen. An dieser Stelle kann neues genetisches Material eingefügt werden, mit dem Ziel, die Expression eines völlig neuen Gens zu erzwingen. Dies kann verwendet werden, um beispielsweise Herbizidresistenzen in Pflanzen einzuführen, damit Landwirte Felder besprühen können, um Unkraut zu bekämpfen.
Labore, die Endonukleasen herstellen, verkaufen ihre Produkte an Forscher und andere Labore. Das Labor beschreibt, wie ein Produkt wirken kann, sodass Forscher feststellen können, welches Produkt für die gewünschten Anwendungen am besten geeignet ist. Die Arbeit mit Endonukleasen kann schwierig sein und erfordert Geduld und Geschick. Man kann sich ein Enzym wie eine Restriktionsendonuklease als eine sehr kleine und sehr knifflige Schere vorstellen, mit der ein Projekt erstellt werden kann, aber auch bei unsachgemäßer Handhabung Fehlfunktionen auftreten, an der falschen Stelle schneiden oder überhaupt nicht schneiden.