酶切雜帶的罪魁禍首？全面了解星號活性
我們知道，限制酶作為DNA的“分子剪刀”，一般都是老老實實識別特定的DNA序列，并在特定的位置切開DNA。但有時，如果條件不合適，限制酶也會展現出一些“調皮”的行為，這就是所謂的“星號活性”（star activity）。
01 星號活性的發現
早在1975年，科學家們在研究限制酶EcoRI（典型酶切位點G↓AATTC）時就發現，如果把反應緩沖液中的離子強度降低，同時把pH值提高到8.5，EcoRI就會失去對兩側堿基的特異性，酶切位點變成N↓AATTN，即識別位點從六堿基變成了四堿基（圖1）。1978年，德國科學家Hubert Mayer進一步發現，如果提高反應液中的甘油等有機物濃度，EcoRI等限制酶也會出現類似的非典型位點切割現象。Mayer在論文標題里，用EcoRI*-activity來表示這種非最優條件下的非典型切割現象，并在論文正文中首次提出了star activity概念。
圖1
02 為什么叫“星號”活性
大家一定很好奇，為啥要用“星號活性”這個詞來描述限制酶這種非典型切割的活性呢？很可惜，首次提出這個概念的Mayer在論文里并沒有說明原因。不過有兩種說法來解釋這個有意思的命名：
一種說法是，當反應條件發生變化時，限制酶出現了意想不到的行為，就像一顆游蕩的星星（Star），在典型切割位點之外的其他位置切割DNA。因此使用star activity一詞來描述這種不可預測的行為。
還有一種說法是，如果將典型的限制酶識別序列想象成地圖上的主要路徑，當限制酶處在非最優條件下時，會偏離主路徑，朝其他方向運行，類似星形符號（*）的分叉。所以將這種活性命名為star activity。
03 星號活性是隨機切割的么？
雖然星號活性是在典型位點之外的非特異性切割，但從最初對EcoRI的研究中大家就能看出來，星號活性也不是完全隨便亂切的，只能叫部分非特異性切割。目前認為，星號活性是限制酶的內在性質，在非最優條件下，幾乎所有限制酶都可能產生星號活性。目前研究者只鑒定出少數限制酶的星號識別序列，每種酶產生星號活性的機制也不一定完全相同，相關研究還比較缺乏。在《限制性內切酶在中國》一文中我們提到，中國的結構生物學家在這方面的研究走在世界前列。
04 星號活性受哪些因素影響
導致星號活性產生的因素有很多，比如限制酶過量、孵育時間過長、反應液中甘油濃度過高（＞5% v/v）、低鹽濃度（＜25 mM）、非最佳pH、存在其他有機溶劑、存在除Mg2+之外的二價陽離子等（圖2）。
圖2 某限制酶星號活性展示
05 如何控制星號活性
絕大多數情況下，星號活性對酶切反應都是有害的，因此在實驗中，我們應當采取措施避免出現星號活性。一般而言，使用廠家隨酶提供的緩沖液，參照廠家說明書給出的反應條件進行實驗就不會出現星號活性。但實際酶切反應操作中仍需遵循以下原則：
? 控制酶量和反應體積。限制酶一般貯存在50%甘油中，因此總酶量不應超過反應總體積的10%（例如雙酶切總反應體積為20 μl，則兩種酶合計加入的體積不應超過2 μl）。反應液體積不宜過小，以免反應過程中水分蒸發提高甘油濃度。
? 選擇能完全切割所需的最短時間，過長反應時間可能會引起星號活性。
? 使用推薦的緩沖液，不同離子強度和pH值的緩沖液可能會引起星號活性。
? 確保反應體系中不含其他有機溶劑，如制備DNA過程中可能會混有的乙醇。
? 反應液中注意不要含有Mg2+之外的二價陽離子，其它二價陽離子不適合限制酶的活性位點，會對其正確識別造成干擾。
愚公生物&百時美LightNing®系列快速限制酶，15 min酶切反應，星號活性低，通用CutOne®反應緩沖液兼容性好，是分子克隆、基因合成、遺傳分析等的不二選擇。
