Klíčový rozdíl mezi CRISPR a restrikčními enzymy je ten, že CRISPR je přirozeně se vyskytující prokaryotický imunitní obranný mechanismus, který byl nedávno použit pro editaci a modifikaci eukaryotických genů, zatímco restrikční enzymy jsou biologické nůžky, které štěpí molekuly DNA na menší látky.
Editace genomu a modifikace genů jsou zajímavé a inovativní oblasti v genetice a molekulární biologii. Studie genové terapie široce využívají modifikaci genů. Navíc je genová modifikace užitečná při identifikaci vlastností genu, funkčnosti genu a toho, jak by mutace v genu mohly ovlivnit jeho funkci. Je důležité odvodit účinné a spolehlivé způsoby, jak provést přesné, cílené změny v genomu živých buněk. CRISPR a restrikční enzymy hrají klíčovou roli v genových modifikacích. CRISPR modifikuje geny s vysokou přesností. Restrikční enzymy fungují jako biologické nůžky, které štěpí molekuly DNA na menší látky.
Co je CRISPR?
Systém CRISPR je přirozeným mechanismem přítomným u některých bakterií včetně E. coli a Archea. Jde o adaptivní imunitní ochranu proti cizím invazím na bázi DNA. Navíc se jedná o sekvenčně specifický mechanismus. Systém CRISPR obsahuje několik opakujících se prvků DNA. Tyto prvky jsou rozptýleny krátkými „spacer“sekvencemi odvozenými z cizí DNA a mnoha genů Cas. Některé geny Cas jsou nukleázy. Kompletní imunitní systém je tedy označován jako systém CRISPR/Cas.
Systém CRISPR/Cas funguje ve čtyřech krocích:
- Systém geneticky uvazující segmenty invazní fágové a plasmidové DNA (spacery) do lokusů CRISPR (nazývaný krok akvizice spaceru).
- krok zrání crRNA – Hostitel přepíše a zpracuje lokusy CRISPR za účelem vytvoření zralé RNA CRISPR (crRNA) obsahující jak repetitivní elementy CRISPR, tak integrovaný spacerový element.
- CrRNA detekuje homologní sekvence DNA komplementárním párováním bází. To je důležité, když je přítomna infekce a infekční agens.
- Krok cílové interference – crRNA detekuje cizí DNA, tvoří s cizí DNA komplex a chrání hostitele před cizí DNA.
V současnosti se systém CRISPR/Cas9 používá ke změně nebo modifikaci savčího genomu buď represí transkripce, nebo aktivací. Savčí buňky mohou reagovat na CRISPR/Cas9 zprostředkované zlomy DNA přijetím opravného mechanismu. Lze to provést buď pomocí nehomologní metody spojování konců (NHEJ) nebo homologicky řízené opravy (HDR). Oba tyto opravné mechanismy probíhají zavedením dvouřetězcových zlomů. To má za následek editaci savčího genu. NHEJ může vést k ablaci genových mutací a může být použit k vytvoření efektu ztráty funkce. HDR lze použít pro zavedení specifických bodových mutací nebo pro zavedení segmentů DNA různé délky. V současné době se systém CRISPR/Cas používá v oblastech terapeutických, biomedicínských, zemědělských a výzkumných aplikací.
Co jsou to omezovací enzymy?
Restrikční enzym, běžněji označovaný jako restrikční endonukleáza, má schopnost štěpit molekuly DNA na malé fragmenty. Proces štěpení nastává v blízkosti nebo na speciálním rozpoznávacím místě molekuly DNA nazývaném restrikční místo. Rozpoznávací místo se typicky skládá ze 4-8 párů bází. V závislosti na místě štěpení mohou být restrikční enzymy čtyř (04) různých typů: Typ I, Typ II, Typ III a Typ IV. Kromě místa štěpení se při rozlišování restrikčních enzymů do čtyř skupin berou v úvahu faktory, jako je složení, potřeba kofaktorů a stav cílové sekvence.
Během štěpení molekul DNA může být místo štěpení buď na samotném restrikčním místě, nebo ve vzdálenosti od restrikčního místa. Restrikční enzymy vytvářejí dva řezy přes každý z cukr-fosfátové páteře v dvojité šroubovici DNA.
Obrázek 02: Restrikční enzymy
Restrikční enzymy se nacházejí hlavně v Achájích a bakteriích. Využívají tyto enzymy jako obranný mechanismus proti invazním virům. Restrikční enzymy štěpí cizí (patogenní) DNA, ale ne svou vlastní DNA. Jejich vlastní DNA je chráněna enzymem známým jako methyltransferáza, který provádí modifikace v hostitelské DNA a zabraňuje štěpení.
Restrikční enzym typu I má místo štěpení, které je mimo rozpoznávací místo. Fungování enzymu vyžaduje ATP a protein, S-adenosyl-L-methionin. Restrikční enzym typu I je považován za multifunkční díky přítomnosti jak restrikční, tak methylázové aktivity. Restrikční enzymy typu II štěpí v samotném rozpoznávacím místě nebo v jeho bližší vzdálenosti. Ke své funkci potřebuje pouze hořčík (Mg). Restrikční enzymy typu II mají pouze jednu funkci a jsou nezávislé na metyláze.
Jaké jsou podobnosti mezi CRISPR a restrikčními enzymy?
- CRISPR a restrikční enzymy jsou důležitými nástroji při modifikaci genů.
- Součástí CRISPR nebo Cas9 a restrikčních enzymů jsou endonukleázy.
- Oba dokážou rozpoznat charakteristické sekvence DNA a štěpit DNA.
- Jsou přítomny v bakteriích a archeích.
- CRISPR i restrikční enzymy jsou sekvenčně specifické.
Jaký je rozdíl mezi CRISPR a restrikčními enzymy?
Systém CRISPR-Cas je prokaryotický imunitní systém, který zajišťuje odolnost vůči cizím genetickým prvkům. Na druhé straně jsou restrikční enzymy endonukleázy, které rozpoznávají specifickou sekvenci nukleotidů a vytvářejí dvouvláknový řez v DNA. Toto je klíčový rozdíl mezi CRISPR a restrikčními enzymy.
CRISPR- navíc umožňuje extrémně přesné řezy. Ve srovnání s tím je štěpení restrikčními enzymy méně přesné. Navíc CRISPR je pokročilá technika, zatímco restrikční enzymy jsou primitivní.
Níže uvedená infografika shrnuje rozdíl mezi CRISPR a restrikčními enzymy.
Shrnutí – CRISPR vs omezující enzymy
CRISPR a restrikční enzymy jsou dva typy technik používaných při modifikaci genů. CRISPR je adaptivní imunitní ochrana prováděná u některých bakterií proti invazím na základě cizí DNA. Je to přirozený obranný mechanismus. Naproti tomu restrikční enzymy jsou endonukleázy, které štěpí dvouvláknovou DNA. Jak CRISPR, tak restrikční enzymy jsou schopny štěpit DNA na malé segmenty. Oba jsou však sekvenčně specifické. Ve srovnání s CRISPR jsou restrikční enzymy primitivní. CRISPR umožňuje extrémně přesné řezy než restrikční enzymy. Toto je shrnutí rozdílu mezi CRISPR a restrikčními enzymy.
