A fő különbség a CRISPR és a restrikciós enzimek között az, hogy a CRISPR egy természetesen előforduló prokarióta immunvédelmi mechanizmus, amelyet a közelmúltban használtak eukarióta génszerkesztésre és -módosításra, míg a restrikciós enzimek biológiai olló, amelyek a DNS-molekulákat kisebb anyagokra hasítják.
A genomszerkesztés és a génmódosítás a genetika és a molekuláris biológia érdekes és innovatív területei. A génterápiás vizsgálatok széles körben alkalmazzák a génmódosítást. Ezenkívül a génmódosítás hasznos a gén tulajdonságainak, a gén funkcionalitásának azonosításában, valamint abban, hogy a génben lévő mutációk hogyan befolyásolhatják a gén működését. Fontos, hogy hatékony és megbízható módszereket találjunk az élő sejtek genomjának pontos, célzott megváltoztatására. A CRISPR és a restrikciós enzimek kulcsszerepet játszanak a génmódosításokban. A CRISPR nagy pontossággal módosítja a géneket. A restrikciós enzimek biológiai ollóként működnek, amelyek a DNS-molekulákat kisebb anyagokra hasítják.
Mi az a CRISPR?
A CRISPR rendszer egy természetes mechanizmus, amely bizonyos baktériumokban, köztük az E. coliban és az Archeában is jelen van. Ez egy adaptív immunvédelem az idegen DNS-alapú inváziókkal szemben. Ráadásul ez egy szekvencia-specifikus mechanizmus. A CRISPR rendszer több DNS ismétlődő elemet tartalmaz. Ezeket az elemeket rövid „spacer” szekvenciák tarkítják, amelyek idegen DNS-ből és több Cas-génből származnak. A Cas gének egy része nukleáz. Így a teljes immunrendszert CRISPR/Cas rendszernek nevezik.
A CRISPR/Cas rendszer négy lépésben működik:
- A rendszer genetikailag összeköti a behatoló fág- és plazmid DNS-szegmenseket (távtartókat) a CRISPR-lókuszokkal (úgynevezett spacer-szerzési lépés).
- crRNS érési lépés – A gazdaszervezet átírja és feldolgozza a CRISPR lókuszokat, hogy érett CRISPR RNS-t (crRNS) hozzon létre, amely mind a CRISPR ismétlődő elemeket, mind az integrált spacer elemet tartalmazza.
- A crRNS komplementer bázispárosítással detektálja a homológ DNS-szekvenciákat. Ez akkor fontos, ha fertőzés és fertőző ágens van jelen.
- Célinterferencia lépés – a crRNS felismeri az idegen DNS-t, komplexet képez az idegen DNS-sel, és megvédi a gazdaszervezetet az idegen DNS-től.
Jelenleg a CRISPR/Cas9 rendszert az emlős genom megváltoztatására vagy módosítására használják transzkripciós elnyomással vagy aktiválással. Az emlőssejtek a CRISPR/Cas9 által közvetített DNS-törésekre javítómechanizmussal reagálhatnak. Ez történhet nem homológ végcsatlakozási módszerrel (NHEJ) vagy homológia irányított javítással (HDR). Mindkét javítási mechanizmus kétszálú megszakítások bevezetésével valósul meg. Ez emlős génszerkesztést eredményez. Az NHEJ génmutációk ablációjához vezethet, és felhasználható a funkcióvesztési hatások létrehozására. A HDR specifikus pontmutációk vagy változó hosszúságú DNS-szegmensek bejuttatására használható. Jelenleg a CRISPR/Cas rendszert a terápiás, orvosbiológiai, mezőgazdasági és kutatási alkalmazások területén használják.
Mik azok a restrikciós enzimek?
Egy restrikciós enzim, amelyet gyakran restrikciós endonukleáznak neveznek, képes DNS-molekulákat kis fragmentekre hasítani. A hasítási folyamat a DNS-molekula egy speciális felismerési helyén, az úgynevezett restrikciós helyen megy végbe. Egy felismerési hely jellemzően 4-8 bázispárból áll. A hasítás helyétől függően a restrikciós enzimek négy (04) különböző típusúak lehetnek: I. típusú, II. típusú, III. típusú és IV. típusú. A hasítás helyén kívül olyan tényezőket is figyelembe kell venni, mint az összetétel, a kofaktorok szükségessége és a célszekvencia állapota, amikor a restrikciós enzimeket négy csoportba osztják.
A DNS-molekulák hasítása során a hasítóhely lehet magán a restrikciós helyen vagy a restrikciós helytől távol. A restrikciós enzimek két bemetszést hoznak létre a DNS kettős hélixének cukor-foszfát gerincén.
02. ábra: Restrikciós enzimek
A restrikciós enzimek főként achaeában és baktériumokban találhatók. Ezeket az enzimeket védekezési mechanizmusként használják a behatoló vírusok ellen. A restrikciós enzimek hasítják az idegen (patogén) DNS-t, de nem hasítják a saját DNS-üket. Saját DNS-üket egy metiltranszferáz néven ismert enzim védi, amely módosítja a gazda DNS-ét, és megakadályozza a hasítást.
Az I. típusú restrikciós enzimnek van egy hasítóhelye, amely távol van a felismerési helytől. Az enzim működéséhez ATP és fehérje, az S-adenozil-L-metionin szükséges. Az I-es típusú restrikciós enzimet többfunkciósnak tekintik a restrikciós és a metiláz aktivitás jelenléte miatt. A II-es típusú restrikciós enzimek magán a felismerési helyen vagy attól közelebb hasítanak. Működéséhez csak magnézium (Mg) szükséges. A II-es típusú restrikciós enzimeknek csak egy funkciójuk van, és függetlenek a metiláztól.
Mi a hasonlóság a CRISPR és a restrikciós enzimek között?
- A CRISPR és a restrikciós enzimek fontos eszközök a génmódosításban.
- A CRISPR vagy a Cas9 és a restrikciós enzimek egy része endonukleáz.
- Mindkettő képes felismerni a jellegzetes DNS-szekvenciákat és hasítani a DNS-t.
- Baktériumokban és archaeákban jelen vannak.
- Mind a CRISPR, mind a restrikciós enzimek szekvencia-specifikusak.
Mi a különbség a CRISPR és a restrikciós enzimek között?
CRISPR-Cas rendszer egy prokarióta immunrendszer, amely rezisztenciát biztosít az idegen genetikai elemekkel szemben. Másrészt a restrikciós enzimek olyan endonukleázok, amelyek felismerik a nukleotidok egy meghatározott szekvenciáját, és kettős szálú vágást hoznak létre a DNS-ben. Tehát ez a legfontosabb különbség a CRISPR és a restrikciós enzimek között.
Sőt, a CRISPR- rendkívül precíz vágást tesz lehetővé. Ehhez képest a restrikciós enzimes hasítás kevésbé pontos. Ezenkívül a CRISPR egy fejlett technika, míg a restrikciós enzimek primitívek.
Az alábbi infografika összefoglalja a CRISPR és a restrikciós enzimek közötti különbséget.
Összefoglaló – CRISPR kontra restrikciós enzimek
A CRISPR és a restrikciós enzimek a génmódosításban használt kétféle technika. A CRISPR egy adaptív immunvédelem, amelyet egyes baktériumokban hajtanak végre az idegen DNS-alapú inváziók ellen. Ez egy természetes védekező mechanizmus. Ezzel szemben a restrikciós enzimek olyan endonukleázok, amelyek kettõs szálú DNS-t hasítanak. Mind a CRISPR, mind a restrikciós enzimek képesek a DNS-t kis szegmensekre vágni. Mindkettő azonban szekvencia-specifikus. A CRISPR-hez képest a restrikciós enzimek primitívek. A CRISPR rendkívül pontos vágásokat tesz lehetővé, mint a restrikciós enzimek. Tehát ez a CRISPR és a restrikciós enzimek közötti különbség összefoglalása.
