Kluczowa różnica między CRISPR a enzymami restrykcyjnymi polega na tym, że CRISPR jest naturalnie występującym prokariotycznym mechanizmem obrony immunologicznej, który został ostatnio wykorzystany do edycji i modyfikacji genów eukariotycznych, podczas gdy enzymy restrykcyjne to biologiczne nożyce, które rozcinają cząsteczki DNA na mniejsze substancje.
Edycja i modyfikacja genomu to interesujące i innowacyjne dziedziny genetyki i biologii molekularnej. Badania nad terapią genową szeroko wykorzystują modyfikację genów. Ponadto modyfikacja genu jest przydatna w identyfikacji właściwości genu, funkcjonalności genu oraz tego, jak mutacje w genie mogą wpływać na jego funkcję. Ważne jest opracowanie skutecznych i niezawodnych sposobów dokonywania precyzyjnych, ukierunkowanych zmian w genomie żywych komórek. Enzymy CRISPR i restrykcyjne odgrywają kluczową rolę w modyfikacjach genów. CRISPR modyfikuje geny z dużą precyzją. Enzymy restrykcyjne działają jak biologiczne nożyczki, które rozszczepiają cząsteczki DNA na mniejsze substancje.
Co to jest CRISPR?
System CRISPR to naturalny mechanizm obecny w niektórych bakteriach, w tym E. coli i Archea. Jest to adaptacyjna ochrona immunologiczna przed inwazjami obcego DNA. Co więcej, jest to mechanizm specyficzny dla sekwencji. System CRISPR zawiera kilka powtarzających się elementów DNA. Elementy te są przeplatane krótkimi sekwencjami „przerywników” pochodzącymi z obcego DNA i wielu genów Cas. Niektóre z genów Cas to nukleazy. Tak więc cały układ odpornościowy jest określany jako system CRISPR/Cas.
System CRISPR/Cas działa w czterech krokach:
- System genetycznie łączy inwazyjne segmenty DNA faga i plazmidu (przerywniki) w loci CRISPR (nazywany etapem pozyskiwania odstępnika).
- Etap dojrzewania crRNA – Gospodarz dokonuje transkrypcji i przetwarzania loci CRISPR w celu wygenerowania dojrzałego RNA CRISPR (crRNA) zawierającego zarówno elementy powtórzeń CRISPR, jak i zintegrowany element przerywnika.
- CrRNA wykrywa homologiczne sekwencje DNA przez komplementarne parowanie zasad. Jest to ważne w przypadku infekcji i czynnika zakaźnego.
- Etap interferencji celu – crRNA wykrywa obcy DNA, tworzy kompleks z obcym DNA i chroni gospodarza przed obcym DNA.
Obecnie system CRISPR/Cas9 jest używany do zmiany lub modyfikacji genomu ssaka poprzez represję transkrypcji lub aktywację. Komórki ssaków mogą reagować na pęknięcia DNA, w których pośredniczy CRISPR/Cas9, poprzez zastosowanie mechanizmu naprawczego. Można to zrobić przy użyciu niehomologicznej metody łączenia końców (NHEJ) lub naprawy ukierunkowanej na homologię (HDR). Oba te mechanizmy naprawcze odbywają się poprzez wprowadzenie dwuniciowych przerw. Powoduje to edycję genów ssaków. NHEJ może prowadzić do ablacji mutacji genów i może być wykorzystana do wywołania utraty efektów funkcji. HDR może służyć do wprowadzania określonych mutacji punktowych lub wprowadzania segmentów DNA o różnej długości. Obecnie system CRISPR/Cas jest wykorzystywany w zastosowaniach terapeutycznych, biomedycznych, rolniczych i badawczych.
Co to są enzymy ograniczające?
Enzym restrykcyjny, częściej określany jako endonukleaza restrykcyjna, ma zdolność rozcinania cząsteczek DNA na małe fragmenty. Proces rozszczepiania zachodzi w pobliżu lub w specjalnym miejscu rozpoznania cząsteczki DNA, zwanym miejscem restrykcyjnym. Miejsce rozpoznawania zazwyczaj składa się z 4-8 par zasad. W zależności od miejsca cięcia, enzymy restrykcyjne mogą być czterech (04) różnych typów: typu I, typu II, typu III i typu IV. Przy różnicowaniu enzymów restrykcyjnych na cztery grupy brane są pod uwagę inne niż miejsce cięcia, czynniki takie jak skład, wymóg kofaktorów i stan sekwencji docelowej.
Podczas cięcia cząsteczek DNA miejsce cięcia może znajdować się w samym miejscu restrykcyjnym lub w pewnej odległości od miejsca restrykcyjnego. Enzymy restrykcyjne tworzą dwa nacięcia przez każdy szkielet cukrowo-fosforanowy w podwójnej helisie DNA.
Rysunek 02: Enzymy restrykcyjne
Enzymy restrykcyjne znajdują się głównie w Achai i bakteriach. Wykorzystują te enzymy jako mechanizm obronny przed atakującymi wirusami. Enzymy restrykcyjne rozszczepiają obce (patogenne) DNA, ale nie własne DNA. Ich własne DNA jest chronione przez enzym znany jako metylotransferaza, który dokonuje modyfikacji w DNA gospodarza i zapobiega rozszczepieniu.
Enzym restrykcyjny typu I posiada miejsce cięcia, które jest oddalone od miejsca rozpoznania. Działanie enzymu wymaga ATP i białka S-adenozylo-L-metioniny. Enzym restrykcyjny typu I jest uważany za wielofunkcyjny ze względu na obecność zarówno aktywności restrykcyjnej, jak i metylazy. Enzymy restrykcyjne typu II rozszczepiają w samym miejscu rozpoznania lub w bliższej odległości od niego. Do swojego działania wymaga jedynie magnezu (Mg). Enzymy restrykcyjne typu II mają tylko jedną funkcję i są niezależne od metylazy.
Jakie są podobieństwa między CRISPR a enzymami restrykcyjnymi?
- CRISPR i enzymy restrykcyjne są ważnymi narzędziami w modyfikacji genów.
- Częścią CRISPR lub Cas9 i enzymów restrykcyjnych są endonukleazy.
- Oboje potrafią rozpoznawać charakterystyczne sekwencje DNA i ciąć DNA.
- Są obecne w bakteriach i archeonach.
- Zarówno CRISPR, jak i enzymy restrykcyjne są specyficzne dla sekwencji.
Jaka jest różnica między CRISPR a enzymami restrykcyjnymi?
System CRISPR-Cas to prokariotyczny układ odpornościowy, który nadaje odporność na obce elementy genetyczne. Z drugiej strony enzymy restrykcyjne to endonukleazy, które rozpoznają określoną sekwencję nukleotydów i wytwarzają dwuniciowe cięcie w DNA. To jest więc kluczowa różnica między CRISPR a enzymami restrykcyjnymi.
Co więcej, CRISPR- umożliwia niezwykle precyzyjne cięcie. W porównaniu z tym rozszczepienie enzymami restrykcyjnymi jest mniej precyzyjne. Co więcej, CRISPR jest zaawansowaną techniką, podczas gdy enzymy restrykcyjne są prymitywne.
Poniższa infografika podsumowuje różnicę między CRISPR a enzymami restrykcyjnymi.
Podsumowanie – CRISPR a enzymy restrykcyjne
CRISPR i enzymy restrykcyjne to dwa rodzaje technik stosowanych w modyfikacji genów. CRISPR to adaptacyjna ochrona immunologiczna wykonywana u niektórych bakterii przed inwazjami obcego DNA. To naturalny mechanizm obronny. W przeciwieństwie do tego, enzymy restrykcyjne to endonukleazy, które tną dwuniciowy DNA. Zarówno CRISPR, jak i enzymy restrykcyjne są w stanie ciąć DNA na małe segmenty. Jednak oba są specyficzne dla sekwencji. W porównaniu z CRISPR enzymy restrykcyjne są prymitywne. CRISPR umożliwia niezwykle precyzyjne cięcia niż enzymy restrykcyjne. Oto podsumowanie różnicy między CRISPR a enzymami restrykcyjnymi.
