تفاوت اصلی بین CRISPR و آنزیم های محدود کننده این است که CRISPR یک مکانیسم دفاعی ایمنی پروکاریوتی طبیعی است که اخیراً برای ویرایش و اصلاح ژن یوکاریوتی استفاده شده است در حالی که آنزیم های محدود کننده قیچی های بیولوژیکی هستند که مولکول های DNA را به مواد کوچکتر می شکنند.
ویرایش ژنوم و اصلاح ژن زمینه های جالب و نوآورانه ای در ژنتیک و زیست شناسی مولکولی هستند. مطالعات ژن درمانی به طور گسترده ای از اصلاح ژن استفاده می کنند. علاوه بر این، اصلاح ژن در شناسایی ویژگی‌های ژن، عملکرد ژن و چگونگی تأثیر جهش در ژن بر عملکرد آن مفید است.به دست آوردن روش های کارآمد و قابل اعتماد برای ایجاد تغییرات دقیق و هدفمند در ژنوم سلول های زنده مهم است. CRISPR و آنزیم های محدود کننده نقش کلیدی در تغییرات ژن ایفا می کنند. CRISPR ژن ها را با دقت بالا اصلاح می کند. آنزیم های محدود کننده به عنوان قیچی بیولوژیکی عمل می کنند که مولکول های DNA را به مواد کوچکتر می شکنند.
کریسپر چیست؟
سیستم CRISPR یک مکانیسم طبیعی است که در برخی باکتری ها از جمله E. coli و Archea وجود دارد. این یک محافظ ایمنی سازگار در برابر تهاجمات مبتنی بر DNA خارجی است. علاوه بر این، این یک مکانیسم توالی خاص است. سیستم CRISPR شامل چندین عنصر تکرار DNA است. این عناصر با توالی‌های کوتاه «اسپیسر» مشتق‌شده از DNA خارجی و ژن‌های متعدد Cas پراکنده شده‌اند. برخی از ژن های Cas نوکلئاز هستند. بنابراین، سیستم ایمنی کامل به عنوان سیستم CRISPR/Cas شناخته می شود.
سیستم CRISPR/Cas در چهار مرحله عمل می کند:
- سیستمی که به طور ژنتیکی بخش‌های DNA فاژ و پلاسمید مهاجم را به مکان‌های CRISPR متصل می‌کند (به نام مرحله اکتساب اسپیسر).
- مرحله بلوغ crRNA - میزبان مکان‌های CRISPR را رونویسی و پردازش می‌کند تا RNA CRISPR (crRNA) بالغ حاوی عناصر تکرارکننده CRISPR و عنصر فاصله‌ساز یکپارچه را تولید کند.
- crRNA توالی های DNA همولوگ را با جفت شدن بازهای مکمل تشخیص می دهد. این مهم زمانی است که عفونت وجود داشته باشد و عامل عفونی وجود داشته باشد.
- مرحله تداخل هدف - crRNA DNA خارجی را شناسایی می کند، با DNA خارجی کمپلکس تشکیل می دهد و میزبان را در برابر DNA خارجی محافظت می کند.
در حال حاضر، سیستم CRISPR/Cas9 برای تغییر یا اصلاح ژنوم پستانداران از طریق سرکوب رونویسی یا فعال سازی استفاده می شود. سلول های پستانداران می توانند با اتخاذ مکانیسم ترمیم به شکست های DNA با واسطه CRISPR/Cas9 پاسخ دهند.می توان آن را با استفاده از روش اتصال انتهایی غیر همولوگ (NHEJ) یا تعمیر مبتنی بر همولوژی (HDR) انجام داد. هر دو این مکانیسم های تعمیر با معرفی شکستگی های دو رشته ای انجام می شوند. این منجر به ویرایش ژن پستانداران می شود. NHEJ می تواند منجر به فرسایش جهش های ژنی شود و می تواند برای ایجاد اثرات از دست دادن عملکرد استفاده شود. HDR را می توان برای معرفی جهش های نقطه ای خاص یا معرفی بخش های DNA با طول های مختلف استفاده کرد. در حال حاضر، سیستم CRISPR/Cas در زمینه های کاربردی درمانی، زیست پزشکی، کشاورزی و تحقیقاتی استفاده می شود.
آنزیم های محدود کننده چیست؟
یک آنزیم محدودکننده که بیشتر به عنوان اندونوکلئاز محدود شناخته می شود، توانایی شکافتن مولکول های DNA را به قطعات کوچک دارد. فرآیند شکاف در نزدیکی یا در یک مکان شناسایی خاص مولکول DNA به نام مکان محدود رخ می دهد. یک سایت تشخیص معمولاً از 4-8 جفت پایه تشکیل شده است. بسته به محل برش، آنزیم های محدود کننده می توانند از چهار (04) نوع مختلف باشند: نوع I، نوع II، نوع III و نوع IV.به غیر از محل برش، عواملی مانند ترکیب، نیاز به فاکتورهای کمکی و شرایط توالی هدف در هنگام افتراق آنزیم های محدود کننده به چهار گروه در نظر گرفته می شود.
در طول برش مولکول‌های DNA، محل شکاف می‌تواند در خود محل محدودیت یا در فاصله‌ای از محل محدودیت باشد. آنزیم های محدود کننده دو برش از طریق هر یک از ستون فقرات قند-فسفات در مارپیچ دوگانه DNA ایجاد می کنند.
شکل 02: آنزیم های محدودکننده
آنزیم های محدود کننده عمدتاً در آخائیا و باکتری ها یافت می شوند. آنها از این آنزیم ها به عنوان مکانیزم دفاعی در برابر ویروس های مهاجم استفاده می کنند. آنزیم های محدود کننده DNA خارجی (بیماری زا) را می شکافند اما DNA خود را نمی شکنند. DNA خود آنها توسط آنزیمی به نام متیل ترانسفراز محافظت می شود که تغییراتی را در DNA میزبان ایجاد می کند و از برش جلوگیری می کند.
آنزیم محدودکننده نوع I دارای یک محل برش است که دور از محل تشخیص است. عملکرد آنزیم به ATP و پروتئین S-adenosyl-L-methionine نیاز دارد. آنزیم محدود کننده نوع I به دلیل وجود هر دو فعالیت محدود کننده و متیلاز، چند عملکردی در نظر گرفته می شود. آنزیم‌های محدودکننده نوع II در خود محل تشخیص یا در فاصله نزدیک‌تر از آن شکاف می‌کنند. برای عملکرد خود فقط به منیزیم (Mg) نیاز دارد. آنزیم های محدود کننده نوع II تنها یک عملکرد دارند و مستقل از متیلاز هستند.
شباهت های بین CRISPR و آنزیم های محدود کننده چیست؟
- CRISPR و آنزیم های محدود کننده ابزارهای مهمی در اصلاح ژن هستند.
- بخشی از CRISPR یا Cas9 و آنزیم های محدود کننده اندونوکلئازها هستند.
- هر دو می توانند توالی DNA مشخصه را تشخیص دهند و DNA را بشکنند.
- آنها در باکتری ها و باستانی ها وجود دارند.
- هر دو آنزیم CRISPR و محدود کننده به دنباله خاصی هستند.
تفاوت بین CRISPR و آنزیم های محدود کننده چیست؟
سیستم CRISPR-Cas یک سیستم ایمنی پروکاریوتی است که در برابر عناصر ژنتیکی خارجی مقاومت ایجاد می کند. از سوی دیگر، آنزیم های محدود کننده اندونوکلئازهایی هستند که توالی خاصی از نوکلئوتیدها را تشخیص می دهند و یک برش دو رشته ای در DNA ایجاد می کنند. بنابراین، این تفاوت اصلی بین CRISPR و آنزیم های محدود کننده است.
علاوه بر این، CRISPR- امکان برش های بسیار دقیق را فراهم می کند. در مقایسه با آن، برش آنزیم محدودکننده دقت کمتری دارد. علاوه بر این، CRISPR یک تکنیک پیشرفته است در حالی که آنزیم های محدود کننده ابتدایی هستند.
اینفوگرافیک زیر تفاوت بین CRISPR و آنزیم های محدود کننده را خلاصه می کند.
خلاصه - CRISPR در مقابل آنزیم های محدودکننده
CRISPR و آنزیم های محدود کننده دو نوع تکنیک مورد استفاده در اصلاح ژن هستند. CRISPR حفاظت ایمنی تطبیقی است که در برخی از باکتری ها در برابر تهاجمات مبتنی بر DNA خارجی اجرا می شود. این یک مکانیسم دفاعی طبیعی است. در مقابل، آنزیم های محدود کننده اندونوکلئازهایی هستند که DNA دو رشته ای را می شکافند. هر دو آنزیم CRISPR و محدود کننده قادر به برش DNA به بخش های کوچک هستند. با این حال، هر دو به دنباله خاص هستند. در مقایسه با CRISPR، آنزیم های محدود کننده ابتدایی هستند. CRISPR امکان برش های بسیار دقیق را نسبت به آنزیم های محدود کننده فراهم می کند. بنابراین، این خلاصه ای از تفاوت بین CRISPR و آنزیم های محدود کننده است.
