Ключовата разлика между CRISPR и рестрикционните ензими е, че CRISPR е естествен прокариотен имунен защитен механизъм, който наскоро се използва за редактиране и модифициране на еукариотни гени, докато рестрикционните ензими са биологични ножици, които разцепват ДНК молекулите на по-малки вещества.
Редактирането на генома и генната модификация са интересни и иновативни области в генетиката и молекулярната биология. Изследванията на генната терапия широко използват генна модификация. Освен това, генната модификация е полезна за идентифициране на свойствата на гена, функционалността на гена и как мутациите в гена могат да повлияят на неговата функция. Важно е да се извлекат ефективни и надеждни начини за извършване на прецизни, целеви промени в генома на живите клетки. CRISPR и рестрикционните ензими играят ключова роля в генните модификации. CRISPR модифицира гените с висока прецизност. Рестрикционните ензими работят като биологични ножици, които разцепват ДНК молекулите на по-малки вещества.
Какво е CRISPR?
Системата CRISPR е естествен механизъм, присъстващ в някои бактерии, включително E. coli и Archea. Това е адаптивна имунна защита срещу инвазии, базирани на чужда ДНК. Освен това, това е механизъм, специфичен за последователността. Системата CRISPR съдържа няколко повтарящи се елемента на ДНК. Тези елементи са осеяни с къси "спейсър" последователности, получени от чужда ДНК и множество Cas гени. Някои от Cas гените са нуклеази. Така пълната имунна система се нарича CRISPR/Cas система.
Системата CRISPR/Cas функционира в четири стъпки:
- Системата, генетично обвързваща нахлуващите фагови и плазмидни ДНК сегменти (спейсъри) в CRISPR локуси (наречена стъпка на придобиване на спейсери).
- стъпка на съзряване на crRNA – Гостоприемникът транскрибира и обработва CRISPR локуси, за да генерира зряла CRISPR РНК (crRNA), съдържаща CRISPR повтарящи се елементи и интегрирания спейсър елемент.
- CrRNA открива хомоложни ДНК последователности чрез комплементарно базово сдвояване. Това е важно, когато е налице инфекция и е наличен инфекциозен агент.
- Стъпка на целева интерференция – crRNA открива чужда ДНК, образува комплекс с чуждата ДНК и защитава гостоприемника срещу чуждата ДНК.
Понастоящем системата CRISPR/Cas9 се използва за промяна или модифициране на генома на бозайник чрез потискане или активиране на транскрипция. Клетките на бозайниците могат да реагират на медиирани от CRISPR/Cas9 разкъсвания на ДНК чрез възприемане на механизъм за възстановяване. Може да се извърши или с помощта на метода на нехомоложно свързване на краищата (NHEJ) или чрез ремонт, насочен към хомология (HDR). И двата механизма за възстановяване се осъществяват чрез въвеждане на двуверижни прекъсвания. Това води до редактиране на гени на бозайници. NHEJ може да доведе до аблация на генни мутации и може да се използва за създаване на ефекти на загуба на функция. HDR може да се използва за въвеждане на специфични точкови мутации или въвеждане на ДНК сегменти с различна дължина. Понастоящем системата CRISPR/Cas се използва в областта на терапевтичните, биомедицинските, селскостопанските и изследователските приложения.
Какво представляват рестрикционните ензими?
Рестрикционният ензим, по-често наричан рестрикционна ендонуклеаза, има способността да разцепва ДНК молекулите на малки фрагменти. Процесът на разцепване се извършва близо до или на специално място за разпознаване на ДНК молекулата, наречено рестрикционно място. Сайтът за разпознаване обикновено се състои от 4-8 базови двойки. В зависимост от мястото на разцепване, рестрикционните ензими могат да бъдат четири (04) различни типа: тип I, тип II, тип III и тип IV. Освен мястото на разцепване, фактори като състав, необходимост от кофактори и състоянието на таргетната последователност се вземат под внимание, когато се диференцират рестрикционните ензими в четири групи.
По време на разцепването на ДНК молекулите, мястото на разцепване може да бъде или в самото място на рестрикция, или на разстояние от мястото на рестрикция. Рестрикционните ензими създават два разреза през всеки от захарно-фосфатния скелет в двойната спирала на ДНК.
Фигура 02: Рестрикционни ензими
Рестрикционните ензими се намират главно в Achaea и бактерии. Те използват тези ензими като защитен механизъм срещу нахлуващите вируси. Рестрикционните ензими разцепват чуждата (патогенна) ДНК, но не и собствената си ДНК. Тяхната собствена ДНК е защитена от ензим, известен като метилтрансфераза, който прави модификации в ДНК на гостоприемника и предотвратява разцепването.
Рестрикционният ензим тип I притежава място на разцепване, което е далеч от мястото на разпознаване. Функционирането на ензима изисква АТФ и протеина S-аденозил-L-метионин. Рестрикционният ензим тип I се счита за многофункционален поради наличието както на рестрикционна, така и на метилазна активност. Рестрикционните ензими тип II се разцепват в самото място на разпознаване или на по-близко разстояние до него. Той изисква само магнезий (Mg) за своята функция. Рестрикционните ензими тип II имат само една функция и са независими от метилазата.
Какви са приликите между CRISPR и рестрикционните ензими?
- CRISPR и рестрикционните ензими са важни инструменти в генната модификация.
- Част от CRISPR или Cas9 и рестрикционните ензими са ендонуклеази.
- И двете могат да разпознават характерни ДНК последователности и да разцепват ДНК.
- Те присъстват в бактерии и археи.
- Както CRISPR, така и рестрикционните ензими са специфични за последователността.
Каква е разликата между CRISPR и рестрикционните ензими?
CRISPR-Cas системата е прокариотна имунна система, която придава устойчивост на чужди генетични елементи. От друга страна, рестрикционните ензими са ендонуклеази, които разпознават специфична последователност от нуклеотиди и произвеждат двойно верижен разрез в ДНК. И така, това е ключовата разлика между CRISPR и рестрикционните ензими.
Освен това, CRISPR- позволява изключително прецизни срезове. В сравнение с това, разцепването на рестрикционния ензим е по-малко прецизно. Освен това CRISPR е усъвършенствана техника, докато рестрикционните ензими са примитивни.
Инфографиката по-долу обобщава разликата между CRISPR и рестрикционните ензими.
Резюме – CRISPR срещу рестрикционни ензими
CRISPR и рестрикционните ензими са два вида техники, използвани в генната модификация. CRISPR е адаптивна имунна защита, изпълнявана в някои бактерии срещу инвазии, базирани на чужда ДНК. Това е естествен защитен механизъм. Обратно, рестрикционните ензими са ендонуклеази, които разцепват двойноверижна ДНК. Както CRISPR, така и рестрикционните ензими могат да нарязват ДНК на малки сегменти. И двете обаче са специфични за последователността. В сравнение с CRISPR, рестрикционните ензими са примитивни. CRISPR позволява изключително прецизни срязвания в сравнение с рестрикционните ензими. И така, това е обобщението на разликата между CRISPR и рестрикционните ензими.
