Nøgleforskellen mellem CRISPR og restriktionsenzymer er, at CRISPR er en naturligt forekommende prokaryot immunforsvarsmekanisme, der for nylig er blevet brugt til eukaryotisk genredigering og modifikation, mens restriktionsenzymer er biologiske sakse, som sp alter DNA-molekyler til mindre stoffer.
Genomredigering og genmodifikation er interessante og innovative områder inden for genetik og molekylærbiologi. Genterapistudier bruger i vid udstrækning genmodifikation. Desuden er genmodifikation nyttig til at identificere genets egenskaber, genets funktionalitet og hvordan mutationer i genet kan påvirke dets funktion. Det er vigtigt at udlede effektive og pålidelige måder at foretage præcise, målrettede ændringer i levende cellers genom. CRISPR og restriktionsenzymer spiller nøgleroller i genmodifikationer. CRISPR modificerer gener med høj præcision. Restriktionsenzymer fungerer som biologiske sakse, der sp alter DNA-molekyler til mindre stoffer.
Hvad er CRISPR?
CRISPR-systemet er en naturlig mekanisme, der findes i nogle bakterier, herunder E. coli og Archea. Det er en adaptiv immunbeskyttelse mod fremmede DNA-baserede invasioner. Desuden er det en sekvensspecifik mekanisme. CRISPR-systemet indeholder flere DNA-gentagelseselementer. Disse elementer er spækket med korte "spacer"-sekvenser afledt af fremmed DNA og flere Cas-gener. Nogle af Cas-generne er nukleaser. Således omtales det komplette immunsystem som CRISPR/Cas-systemet.
CRISPR/Cas-systemet fungerer i fire trin:
- Systemet, der genetisk binder invaderende fag- og plasmid-DNA-segmenter (spacere) ind i CRISPR-loci (kaldet spacer-optagelsestrinnet).
- crRNA-modningstrin – Værten transskriberer og behandler CRISPR-loci for at generere modent CRISPR-RNA (crRNA), der indeholder både CRISPR-gentagelseselementer og det integrerede spacer-element.
- CrRNA'et detekterer homologe DNA-sekvenser ved komplementær baseparring. Dette er vigtigt, når en infektion er til stede, og der er et infektionsstof til stede.
- Målinterferenstrin – crRNA detekterer fremmed DNA, danner et kompleks med det fremmede DNA og beskytter værten mod det fremmede DNA.
På nuværende tidspunkt bruges CRISPR/Cas9-systemet til at ændre eller modificere pattedyrsgenomet ved enten transkriptionsundertrykkelse eller aktivering. Pattedyrscellerne kan reagere på CRISPR/Cas9-medierede DNA-brud ved at anvende reparationsmekanisme. Det kan enten udføres ved hjælp af non-homologous end joining-metoden (NHEJ) eller homologi-dirigeret reparation (HDR). Begge disse reparationsmekanismer finder sted ved at indføre dobbeltstrengede brud. Dette resulterer i pattedyrsgenredigering. NHEJ kan føre til ablation af genmutationer og kan bruges til at skabe tab af funktionseffekter. HDR kan bruges til at introducere specifikke punktmutationer eller til at introducere DNA-segmenter af varierende længde. På nuværende tidspunkt bruges CRISPR/Cas-systemet inden for terapeutiske, biomedicinske, landbrugs- og forskningsapplikationer.
Hvad er restriktionsenzymer?
Et restriktionsenzym, mere almindeligt omt alt som en restriktionsendonuklease, har evnen til at sp alte DNA-molekyler i små fragmenter. Sp altningsprocessen sker nær eller ved et særligt genkendelsessted for DNA-molekylet kaldet et restriktionssted. Et genkendelsessted er typisk sammensat af 4-8 basepar. Afhængigt af sp altningsstedet kan restriktionsenzymer være af fire (04) forskellige typer: Type I, Type II, Type III og Type IV. Ud over sp altningsstedet tages faktorer såsom sammensætning, krav til co-faktorer og målsekvensens tilstand i betragtning, når restriktionsenzymer differentieres i fire grupper.
Under sp altningen af DNA-molekyler kan sp altningsstedet enten være på selve restriktionsstedet eller i en afstand fra restriktionsstedet. Restriktionsenzymer skaber to snit gennem hver af sukker-phosphat-rygraden i den dobbelte helix af DNA.
Figur 02: Restriktionsenzymer
Restriktionsenzymer findes hovedsageligt i Achaea og bakterier. De bruger disse enzymer som en forsvarsmekanisme mod de invaderende vira. Restriktionsenzymerne sp alter det fremmede (patogene) DNA, men ikke deres eget DNA. Deres eget DNA er beskyttet af et enzym kendt som methyltransferase, som foretager modifikationer i værts-DNA'et og forhindrer sp altning.
Type I restriktionsenzym har et sp altningssted, som er væk fra genkendelsesstedet. Enzymets funktion kræver ATP og proteinet S-adenosyl-L-methionin. Type I restriktionsenzym anses for at være multifunktionelt på grund af tilstedeværelsen af både restriktions- og methylaseaktiviteter. Type II restriktionsenzymer sp alter i selve genkendelsesstedet eller i en tættere afstand til det. Det kræver kun magnesium (Mg) for dets funktion. Type II restriktionsenzymer har kun én funktion og er uafhængige af methylase.
Hvad er lighederne mellem CRISPR og restriktionsenzymer?
- CRISPR og restriktionsenzymer er vigtige værktøjer i genmodifikation.
- En del af CRISPR eller Cas9 og restriktionsenzymer er endonukleaser.
- Begge kan genkende karakteristiske DNA-sekvenser og sp alte DNA.
- De findes i bakterier og arkæer.
- Både CRISPR- og restriktionsenzymer er sekvensspecifikke.
Hvad er forskellen mellem CRISPR og restriktionsenzymer?
CRISPR-Cas-systemet er et prokaryot immunsystem, der giver modstand mod fremmede genetiske elementer. På den anden side er restriktionsenzymer endonukleaser, der genkender en specifik sekvens af nukleotider og producerer et dobbeltstrenget snit i DNA'et. Så dette er den vigtigste forskel mellem CRISPR og restriktionsenzymer.
Desuden tillader CRISPR- ekstremt præcise snit. I sammenligning med det er restriktionsenzymsp altning mindre præcis. Desuden er CRISPR en avanceret teknik, mens restriktionsenzymer er primitive.
Infografikken nedenfor opsummerer forskellen mellem CRISPR og restriktionsenzymer.
Opsummering – CRISPR vs Restriction Enzymes
CRISPR og restriktionsenzymer er to typer teknikker, der bruges til genmodifikation. CRISPR er adaptiv immunbeskyttelse udført i nogle bakterier mod fremmed DNA-baserede invasioner. Det er en naturlig forsvarsmekanisme. I modsætning hertil er restriktionsenzymer endonukleaser, der sp alter dobbeltstrenget DNA. Både CRISPR og restriktionsenzymer er i stand til at skære DNA i små segmenter. Begge er dog sekvensspecifikke. I sammenligning med CRISPR er restriktionsenzymer primitive. CRISPR tillader ekstremt præcise snit end restriktionsenzymer. Så dette er opsummeringen af forskellen mellem CRISPR og restriktionsenzymer.
