Ключевое различие между CRISPR и ферментами рестрикции заключается в том, что CRISPR представляет собой природный механизм иммунной защиты прокариот, который недавно использовался для редактирования и модификации генов эукариот, в то время как ферменты рестрикции представляют собой биологические ножницы, которые расщепляют молекулы ДНК на более мелкие вещества.
Редактирование генома и модификация генов являются интересными и инновационными областями в генетике и молекулярной биологии. Исследования генной терапии широко используют генную модификацию. Кроме того, модификация гена полезна для определения свойств гена, функциональности гена и того, как мутации в гене могут повлиять на его функцию. Важно найти эффективные и надежные способы внесения точных и целенаправленных изменений в геном живых клеток. CRISPR и ферменты рестрикции играют ключевую роль в модификации генов. CRISPR модифицирует гены с высокой точностью. Ферменты рестрикции работают как биологические ножницы, которые расщепляют молекулы ДНК на более мелкие вещества.
Что такое CRISPR?
Система CRISPR - это естественный механизм, присутствующий в некоторых бактериях, включая E. coli и Archea. Это адаптивная иммунная защита от чужеродных вторжений на основе ДНК. Более того, это механизм, специфичный для последовательности. Система CRISPR содержит несколько повторяющихся элементов ДНК. Эти элементы чередуются с короткими «спейсерными» последовательностями, полученными из чужеродной ДНК и нескольких генов Cas. Некоторые из генов Cas являются нуклеазами. Таким образом, полная иммунная система называется системой CRISPR/Cas.
Система CRISPR/Cas работает в четыре этапа:
- Система, генетически привязывающая вторгшиеся сегменты фаговой и плазмидной ДНК (спейсеры) к локусам CRISPR (называемая этапом приобретения спейсера).
- этап созревания crРНК - хозяин транскрибирует и обрабатывает локусы CRISPR для создания зрелой РНК CRISPR (crРНК), содержащей как повторяющиеся элементы CRISPR, так и интегрированный спейсерный элемент.
- КрРНК обнаруживает гомологичные последовательности ДНК путем комплементарного спаривания оснований. Это важно при наличии инфекции и инфекционного агента.
- Этап целевого вмешательства – crРНК обнаруживает чужеродную ДНК, образует комплекс с чужеродной ДНК и защищает хозяина от чужеродной ДНК.
В настоящее время система CRISPR/Cas9 используется для изменения или модификации генома млекопитающих путем репрессии или активации транскрипции. Клетки млекопитающих могут реагировать на опосредованные CRISPR/Cas9 разрывы ДНК, применяя механизм репарации. Это можно сделать либо с помощью негомологичного метода соединения концов (NHEJ), либо с помощью направленной по гомологии репарации (HDR). Оба эти механизма репарации реализуются за счет введения двухцепочечных разрывов. Это приводит к редактированию генов млекопитающих. NHEJ может привести к удалению генных мутаций и может быть использован для создания эффектов потери функции. HDR можно использовать для введения определенных точечных мутаций или введения сегментов ДНК различной длины. В настоящее время система CRISPR/Cas используется в терапевтических, биомедицинских, сельскохозяйственных и исследовательских целях.
Что такое ферменты рестрикции?
Рестрикционный фермент, чаще называемый эндонуклеазой рестрикции, обладает способностью расщеплять молекулы ДНК на небольшие фрагменты. Процесс расщепления происходит вблизи или в особом месте узнавания молекулы ДНК, называемом сайтом рестрикции. Сайт узнавания обычно состоит из 4-8 пар оснований. В зависимости от места расщепления рестриктазы могут быть четырех (04) различных типов: Тип I, Тип II, Тип III и Тип IV. Помимо сайта расщепления, при разделении рестрикционных ферментов на четыре группы учитываются такие факторы, как состав, потребность в кофакторах и состояние целевой последовательности.
При расщеплении молекул ДНК сайт расщепления может находиться как в самом сайте рестрикции, так и на расстоянии от сайта рестрикции. Ферменты рестрикции создают по два разреза в каждом сахаро-фосфатном остове двойной спирали ДНК.
Рисунок 02: Ферменты рестрикции
Рестрикционные ферменты в основном встречаются у ахей и бактерий. Они используют эти ферменты в качестве защитного механизма от вторжения вирусов. Ферменты рестрикции расщепляют чужеродную (патогенную) ДНК, но не свою собственную ДНК. Их собственная ДНК защищена ферментом, известным как метилтрансфераза, который вносит изменения в ДНК хозяина и предотвращает расщепление.
Рестриктазы I типа обладают сайтом расщепления, удаленным от сайта узнавания. Для функционирования фермента необходимы АТФ и белок S-аденозил-L-метионин. Фермент рестрикции типа I считается многофункциональным благодаря наличию как рестрикционной, так и метилазной активности. Ферменты рестрикции II типа расщепляют в самом сайте узнавания или на более близком расстоянии от него. Для его работы требуется только магний (Mg). Рестриктазы II типа выполняют только одну функцию и не зависят от метилазы.
Каковы сходства между CRISPR и ферментами рестрикции?
- CRISPR и ферменты рестрикции являются важными инструментами в модификации генов.
- Часть CRISPR или Cas9 и ферменты рестрикции являются эндонуклеазами.
- Оба могут распознавать характерные последовательности ДНК и расщеплять ДНК.
- Они присутствуют у бактерий и архей.
- И CRISPR, и рестрикционные ферменты специфичны к последовательности.
В чем разница между CRISPR и ферментами рестрикции?
CRISPR-Cas система представляет собой прокариотическую иммунную систему, обеспечивающую устойчивость к чужеродным генетическим элементам. С другой стороны, ферменты рестрикции представляют собой эндонуклеазы, которые распознают определенную последовательность нуклеотидов и производят двухцепочечный разрез в ДНК. Итак, в этом ключевое отличие CRISPR от рестриктаз.
Кроме того, CRISPR- позволяет выполнять чрезвычайно точные разрезы. По сравнению с этим расщепление рестрикционными ферментами менее точно. Кроме того, CRISPR - это продвинутая технология, в то время как рестрикционные ферменты примитивны.
Ниже в инфографике представлена разница между CRISPR и ферментами рестрикции.
Резюме – CRISPR против ферментов рестрикции
CRISPR и рестрикционные ферменты - это два типа методов, используемых для модификации генов. CRISPR - это адаптивная иммунная защита, реализуемая некоторыми бактериями против вторжений на основе чужеродной ДНК. Это естественный защитный механизм. Напротив, ферменты рестрикции представляют собой эндонуклеазы, расщепляющие двухцепочечную ДНК. И CRISPR, и рестриктазы способны разрезать ДНК на небольшие сегменты. Однако оба они специфичны для последовательности. По сравнению с CRISPR рестрикционные ферменты примитивны. CRISPR позволяет проводить более точные разрезы, чем рестрикционные ферменты. Итак, это краткое изложение различий между CRISPR и рестрикционными ферментами.
