Μια ενδονουκλεάση είναι ένα εξειδικευμένο ένζυμο που είναι ικανό να σπάσει τους δεσμούς μεταξύ νουκλεϊκών οξέων σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, αποδίδοντας δύο θραύσματα. Αυτά τα ένζυμα μπορούν να δράσουν τόσο στο DNA όσο και στο RNA για να κόψουν μέσα από έναν κλώνο. Ορισμένες ενδονουκλεάσες, γνωστές ως περιοριστικές ενδονουκλεάσες, επιτίθενται σε συγκεκριμένες θέσεις εντός των κλώνων του RNA και του DNA, αναγνωρίζοντας συγκεκριμένες αλληλουχίες. Αυτά τα ένζυμα είναι πολύ πολύτιμα στην επιστημονική έρευνα όταν οι άνθρωποι θέλουν τη δυνατότητα επεξεργασίας γενετικών πληροφοριών, όπως στη γενετική μηχανική.
Αντίθετα, μια εξωνουκλεάση μπορεί να κόψει γενετικό υλικό μόνο στο άκρο ενός κλώνου DNA ή RNA. Οι ενδονουκλεάσες χρησιμοποιούνται από βακτήρια και αρχαία ως μέρος των αμυντικών μηχανισμών τους. Μερικές από τις πρώτες παρατηρήσεις αυτών των ενζύμων σε δράση προέρχονται από έρευνα σε βακτήρια και τα βακτήρια χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενδονουκλεασών σε μεγάλη κλίμακα για ερευνητικούς σκοπούς.
Μέσα σε ένα βακτήριο, μια ενδονουκλεάση έχει σχεδιαστεί για να απωθεί τις ιικές επιθέσεις κόβοντας ξένο DNA έτσι ώστε να μην λειτουργεί. Ο οργανισμός προστατεύει το δικό του DNA από τις δράσεις της ενδονουκλεάσης μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως μεθυλίωσης. Η μεθυλίωση εμποδίζει την ενδονουκλεάση να δράσει, διασφαλίζοντας ότι το DNA του οργανισμού παραμένει ανέπαφο. Το ξένο DNA, ωστόσο, δεν είναι τόσο τυχερό και η ενδονουκλεάση θα κόψει τη ραχοκοκαλιά του DNA σε δύο σημεία, κόβοντάς το για να δημιουργήσει ξεχωριστούς κλώνους. Ανάλογα με το ποια ενδονουκλεάση εμπλέκεται, τα συμβάντα μπορεί να είναι «αμβλέα» ή «κολλώδη», αναφερόμενοι στο σημείο στο οποίο αποκόπτεται το DNA ή το RNA.
Οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν γνωστές περιοριστικές ενδονουκλεάσες για να κόψουν το DNA στις επιθυμητές περιοχές-στόχους, δημιουργώντας ένα βολικό σημείο εισαγωγής. Σε αυτό το σημείο μπορεί να εισαχθεί νέο γενετικό υλικό, με στόχο την έκφραση ενός εντελώς νέου γονιδίου. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πράγματα όπως η εισαγωγή αντοχής στα ζιζανιοκτόνα στις καλλιέργειες, έτσι ώστε οι αγρότες να μπορούν να ψεκάζουν τα χωράφια για να κρατήσουν τα ζιζάνια.
Τα εργαστήρια που παράγουν ενδονουκλεάσες πωλούν τα προϊόντα τους σε ερευνητές και άλλα εργαστήρια. Το εργαστήριο περιγράφει τους τρόπους με τους οποίους ένα προϊόν μπορεί να δράσει, επιτρέποντας στους ερευνητές να προσδιορίσουν ποιο προϊόν θα ήταν πιο κατάλληλο για τις επιθυμητές χρήσεις τους. Η εργασία με ενδονουκλεάσες μπορεί να είναι δύσκολη και απαιτεί υπομονή και επιδεξιότητα. Κάποιος θα μπορούσε να σκεφτεί ένα ένζυμο όπως μια περιοριστική ενδονουκλεάση ως ένα πολύ μικρό και πολύ λεπτό σετ ψαλιδιών που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ενός έργου, αλλά μπορεί επίσης να δυσλειτουργήσει εάν δεν τον χειριστεί σωστά, κόψει σε λάθος σημείο ή δεν κόψει καθόλου.