Galvenā atšķirība starp CRISPR un restrikcijas enzīmiem ir tā, ka CRISPR ir dabiski sastopams prokariotu imūnās aizsardzības mehānisms, ko nesen izmantoja eikariotu gēnu rediģēšanai un modificēšanai, savukārt restrikcijas enzīmi ir bioloģiskas šķēres, kas sadala DNS molekulas mazākās vielās.
Genoma rediģēšana un gēnu modifikācijas ir interesantas un novatoriskas jomas ģenētikā un molekulārajā bioloģijā. Gēnu terapijas pētījumos plaši tiek izmantota gēnu modifikācija. Turklāt gēnu modifikācija ir noderīga, lai identificētu gēna īpašības, gēna funkcionalitāti un to, kā gēna mutācijas var ietekmēt tā darbību. Ir svarīgi iegūt efektīvus un uzticamus veidus, kā veikt precīzas, mērķtiecīgas izmaiņas dzīvo šūnu genomā. CRISPR un ierobežojumu enzīmiem ir galvenā loma gēnu modifikācijās. CRISPR modificē gēnus ar augstu precizitāti. Restrikcijas enzīmi darbojas kā bioloģiskas šķēres, kas sadala DNS molekulas mazākās vielās.
Kas ir CRISPR?
CRISPR sistēma ir dabisks mehānisms, kas atrodas dažās baktērijās, tostarp E. coli un Archea. Tā ir adaptīva imūnaizsardzība pret svešu DNS invāziju. Turklāt tas ir secībai specifisks mehānisms. CRISPR sistēma satur vairākus DNS atkārtojuma elementus. Šie elementi ir mijas ar īsām "starplikas" sekvencēm, kas iegūtas no svešas DNS un vairākiem Cas gēniem. Daži no Cas gēniem ir nukleāzes. Tādējādi visa imūnsistēma tiek saukta par CRISPR/Cas sistēmu.
CRISPR/Cas sistēma darbojas četrās darbībās:
- Sistēma, kas ģenētiski piesaista iebrūkošo fāgu un plazmīdu DNS segmentus (starplikas) CRISPR lokusos (to sauc par starplikas iegūšanas soli).
- crRNS nogatavināšanas posms - saimniekdators pārraksta un apstrādā CRISPR lokusus, lai ģenerētu nobriedušu CRISPR RNS (crRNS), kas satur gan CRISPR atkārtojuma elementus, gan integrēto starplikas elementu.
- KrRNS nosaka homologas DNS sekvences, izmantojot komplementāru bāzu pāri. Tas ir svarīgi, ja ir infekcija un infekcijas izraisītājs.
- Mērķa iejaukšanās solis – crRNS nosaka svešu DNS, veido kompleksu ar svešo DNS un aizsargā saimniekorganismu pret svešu DNS.
Pašlaik CRISPR/Cas9 sistēma tiek izmantota, lai mainītu vai modificētu zīdītāju genomu, izmantojot transkripcijas represijas vai aktivizēšanu. Zīdītāju šūnas var reaģēt uz CRISPR / Cas9 izraisītiem DNS pārtraukumiem, pieņemot labošanas mehānismu. To var veikt, izmantojot nehomologu galu savienošanas metodi (NHEJ) vai uz homoloģiju vērstu remontu (HDR). Abi šie remonta mehānismi notiek, ieviešot divpavedienu pārtraukumus. Tā rezultātā notiek zīdītāju gēnu rediģēšana. NHEJ var izraisīt gēnu mutāciju ablāciju, un to var izmantot, lai radītu funkciju zudumu. HDR var izmantot, lai ieviestu specifiskas punktveida mutācijas vai dažāda garuma DNS segmentus. Pašlaik CRISPR/Cas sistēma tiek izmantota ārstniecības, biomedicīnas, lauksaimniecības un pētniecības jomās.
Kas ir ierobežojošie enzīmi?
Restrikcijas enzīmam, ko biežāk dēvē par restrikcijas endonukleāzi, ir spēja sadalīt DNS molekulas mazos fragmentos. Šķelšanās process notiek netālu no īpašās DNS molekulas atpazīšanas vietas, ko sauc par restrikcijas vietu, vai tajā. Atpazīšanas vietne parasti sastāv no 4–8 bāzes pāriem. Atkarībā no šķelšanās vietas restrikcijas enzīmiem var būt četri (04) dažādi veidi: I tips, II tips, III tips un IV tips. Izšķirot restrikcijas enzīmus četrās grupās, tiek ņemti vērā tādi faktori kā sastāvs, nepieciešamība pēc kofaktoriem un mērķa secības stāvoklis, izņemot šķelšanās vietu.
DNS molekulu šķelšanās laikā šķelšanās vieta var būt vai nu pašā restrikcijas vietā, vai arī attālumā no restrikcijas vietas. Restrikcijas enzīmi izveido divus iegriezumus caur katru no cukura-fosfāta mugurkaulu DNS dubultajā spirālē.
2. attēls: ierobežojošie enzīmi
Restrikcijas enzīmi galvenokārt atrodami ahajā un baktērijās. Viņi izmanto šos fermentus kā aizsardzības mehānismu pret iebrūkošajiem vīrusiem. Restrikcijas enzīmi šķeļ svešo (patogēno) DNS, bet ne savu DNS. Viņu pašu DNS aizsargā enzīms, kas pazīstams kā metiltransferāze, kas veic izmaiņas saimnieka DNS un novērš šķelšanos.
I tipa restrikcijas enzīmam ir šķelšanās vieta, kas atrodas prom no atpazīšanas vietas. Fermenta darbībai nepieciešams ATP un proteīns S-adenozil-L-metionīns. I tipa restrikcijas enzīms tiek uzskatīts par daudzfunkcionālu gan restrikcijas, gan metilāzes aktivitāšu klātbūtnes dēļ. II tipa restrikcijas enzīmi sadalās pašā atpazīšanas vietā vai tuvāk tai. Tā darbībai nepieciešams tikai magnijs (Mg). II tipa restrikcijas enzīmiem ir tikai viena funkcija, un tie ir neatkarīgi no metilāzes.
Kādas ir līdzības starp CRISPR un restrikcijas enzīmiem?
- CRISPR un restrikcijas enzīmi ir svarīgi gēnu modifikācijas instrumenti.
- Daļa no CRISPR vai Cas9 un restrikcijas enzīmi ir endonukleāzes.
- Abi var atpazīt raksturīgās DNS sekvences un šķelt DNS.
- Tie atrodas baktērijās un arhejās.
- Gan CRISPR, gan restrikcijas enzīmi ir specifiski secībai.
Kāda ir atšķirība starp CRISPR un restrikcijas enzīmiem?
CRISPR-Cas sistēma ir prokariotu imūnsistēma, kas nodrošina rezistenci pret svešiem ģenētiskiem elementiem. No otras puses, restrikcijas enzīmi ir endonukleāzes, kas atpazīst noteiktu nukleotīdu secību un rada DNS divpavedienu griezumu. Tātad šī ir galvenā atšķirība starp CRISPR un restrikcijas enzīmiem.
Turklāt CRISPR- nodrošina ārkārtīgi precīzus griezumus. Salīdzinot ar to, restrikcijas enzīmu šķelšanās ir mazāk precīza. Turklāt CRISPR ir uzlabota tehnika, savukārt restrikcijas enzīmi ir primitīvi.
Zemāk infografikā ir apkopota atšķirība starp CRISPR un restrikcijas enzīmiem.
Kopsavilkums - CRISPR pret restrikcijas enzīmiem
CRISPR un restrikcijas enzīmi ir divu veidu metodes, ko izmanto gēnu modifikācijā. CRISPR ir adaptīva imūnaizsardzība, kas tiek īstenota dažām baktērijām pret svešu DNS invāziju. Tas ir dabisks aizsardzības mehānisms. Turpretim restrikcijas enzīmi ir endonukleāzes, kas šķeļ divpavedienu DNS. Gan CRISPR, gan restrikcijas enzīmi spēj sagriezt DNS mazos segmentos. Tomēr abi ir specifiski secībai. Salīdzinot ar CRISPR, restrikcijas enzīmi ir primitīvi. CRISPR ļauj veikt ārkārtīgi precīzus griezumus nekā restrikcijas enzīmi. Tātad, šis ir kopsavilkums par atšķirību starp CRISPR un restrikcijas enzīmiem.
