Ključna razlika između CRISPR-a i restrikcijskih enzima je u tome što je CRISPR prirodni obrambeni mehanizam prokariotske imunosti koji se nedavno koristi za uređivanje i modifikaciju gena eukariota, dok su restrikcijski enzimi biološke škare koje cijepaju molekule DNK na manje tvari.
Uređivanje genoma i modifikacija gena zanimljiva su i inovativna polja u genetici i molekularnoj biologiji. Studije genske terapije široko koriste modifikaciju gena. Štoviše, modifikacija gena korisna je u identificiranju svojstava gena, funkcionalnosti gena i načina na koji mutacije u genu mogu utjecati na njegovu funkciju. Važno je pronaći učinkovite i pouzdane načine za precizne, ciljane promjene u genomu živih stanica. CRISPR i restrikcijski enzimi igraju ključnu ulogu u modifikacijama gena. CRISPR modificira gene s velikom preciznošću. Restrikcijski enzimi rade kao biološke škare koje cijepaju molekule DNK na manje tvari.
Što je CRISPR?
CRISPR sustav je prirodni mehanizam prisutan u nekim bakterijama uključujući E. coli i Archea. To je adaptivna imunološka zaštita od stranih invazija temeljenih na DNK. Štoviše, to je mehanizam specifičan za sekvencu. Sustav CRISPR sadrži nekoliko ponavljajućih elemenata DNK. Ovi elementi su isprepleteni kratkim "razmaknicama" sekvencama izvedenim iz strane DNK i više Cas gena. Neki od Cas gena su nukleaze. Stoga se kompletan imunološki sustav naziva CRISPR/Cas sustav.
CRISPR/Cas sustav funkcionira u četiri koraka:
- Sustav genetski povezuje invazivne segmente DNA faga i plazmida (razmaknice) u CRISPR lokuse (naziva se korakom stjecanja razmaknica).
- korak sazrijevanja crRNA – Domaćin transkribira i obrađuje CRISPR lokuse kako bi generirao zrelu CRISPR RNA (crRNA) koja sadrži i ponavljajuće elemente CRISPR-a i integrirani element razmaknice.
- cRNA detektira homologne sekvence DNA komplementarnim sparivanjem baza. Ovo je važno kada je prisutna infekcija i uzročnik infekcije.
- Korak ciljane interferencije – crRNA detektira stranu DNK, tvori kompleks sa stranom DNK i štiti domaćina od strane DNK.
Trenutno se sustav CRISPR/Cas9 koristi za promjenu ili modificiranje genoma sisavaca potiskivanjem ili aktivacijom transkripcije. Stanice sisavaca mogu odgovoriti na lomove DNK posredovane CRISPR/Cas9 usvajanjem mehanizma popravka. To se može izvesti metodom nehomolognog spajanja krajeva (NHEJ) ili homologno usmjerenim popravkom (HDR). Oba ova mehanizma popravka odvijaju se uvođenjem dvolančanih prekida. To rezultira uređivanjem gena sisavaca. NHEJ može dovesti do ablacije genskih mutacija i može se koristiti za stvaranje učinaka gubitka funkcije. HDR se može koristiti za uvođenje specifičnih točkastih mutacija ili uvođenje segmenata DNA različite duljine. Trenutno se CRISPR/Cas sustav koristi u područjima terapeutske, biomedicinske, poljoprivredne i istraživačke primjene.
Što su restrikcijski enzimi?
Restrikcijski enzim, koji se češće naziva restrikcijska endonukleaza, ima sposobnost cijepati molekule DNA u male fragmente. Proces cijepanja odvija se u blizini ili na posebnom mjestu prepoznavanja molekule DNA koje se naziva restrikcijsko mjesto. Mjesto prepoznavanja obično se sastoji od 4-8 parova baza. Ovisno o mjestu cijepanja, restrikcijski enzimi mogu biti četiri (04) različita tipa: tip I, tip II, tip III i tip IV. Osim mjesta cijepanja, čimbenici kao što su sastav, potreba za kofaktorima i stanje ciljne sekvence uzimaju se u obzir kada se restrikcijski enzimi diferenciraju u četiri skupine.
Tijekom cijepanja molekula DNA, mjesto cijepanja može biti ili na samom restrikcijskom mjestu ili udaljeno od restrikcijskog mjesta. Restrikcijski enzimi stvaraju dva reza kroz svaki od šećerno-fosfatnih okosnica u dvostrukoj spirali DNA.
Slika 02: Restrikcijski enzimi
Restrikcijski enzimi se uglavnom nalaze u Achaea i bakterijama. Oni koriste te enzime kao obrambeni mehanizam protiv napadačkih virusa. Restrikcijski enzimi cijepaju stranu (patogenu) DNA, ali ne i vlastitu DNA. Njihova vlastita DNK zaštićena je enzimom poznatim kao metiltransferaza, koji čini modifikacije u DNK domaćina i sprječava cijepanje.
Restrikcijski enzim tipa I posjeduje mjesto cijepanja koje je udaljeno od mjesta prepoznavanja. Funkcioniranje enzima zahtijeva ATP i protein, S-adenozil-L-metionin. Restrikcijski enzim tipa I smatra se multifunkcionalnim zbog prisutnosti i restrikcijske i metilazne aktivnosti. Restrikcijski enzimi tipa II cijepaju se unutar samog mjesta prepoznavanja ili na manjoj udaljenosti od njega. Za svoje djelovanje potreban mu je samo magnezij (Mg). Restrikcijski enzimi tipa II imaju samo jednu funkciju i neovisni su o metilazi.
Koje su sličnosti između CRISPR-a i restrikcijskih enzima?
- CRISPR i restrikcijski enzimi važni su alati u modificiranju gena.
- Dio CRISPR-a ili Cas9 i restrikcijskih enzima su endonukleaze.
- Oboje mogu prepoznati karakteristične sekvence DNK i cijepati DNK.
- Prisutni su u bakterijama i arhejama.
- I CRISPR i restrikcijski enzimi specifični su za sekvencu.
Koja je razlika između CRISPR-a i restrikcijskih enzima?
CRISPR-Cas sustav je prokariotski imunološki sustav koji daje otpornost na strane genetske elemente. S druge strane, restrikcijski enzimi su endonukleaze koje prepoznaju specifičnu sekvencu nukleotida i proizvode dvolančani rez u DNA. Dakle, ovo je ključna razlika između CRISPR-a i restrikcijskih enzima.
Štoviše, CRISPR- omogućuje iznimno precizne rezove. U usporedbi s tim, cijepanje restrikcijskim enzimom je manje precizno. Nadalje, CRISPR je napredna tehnika dok su restrikcijski enzimi primitivni.
U nastavku infografika sažima razliku između CRISPR-a i restrikcijskih enzima.
Sažetak – CRISPR protiv restrikcijskih enzima
CRISPR i restrikcijski enzimi dvije su vrste tehnika koje se koriste u modificiranju gena. CRISPR je adaptivna imunološka zaštita koja se provodi u nekim bakterijama protiv stranih invazija temeljenih na DNK. To je prirodni obrambeni mehanizam. Nasuprot tome, restrikcijski enzimi su endonukleaze koje cijepaju dvolančanu DNA. I CRISPR i restrikcijski enzimi mogu rezati DNK na male segmente. Međutim, oba su specifična za sekvencu. U usporedbi s CRISPR-om, restrikcijski enzimi su primitivni. CRISPR omogućuje iznimno precizne rezove od restrikcijskih enzima. Dakle, ovo je sažetak razlika između CRISPR-a i restrikcijskih enzima.
