ההבדל העיקרי בין CRISPR ואנזימי הגבלה הוא ש-CRISPR הוא מנגנון הגנה חיסוני פרוקריוטי המופיע באופן טבעי, אשר שימש לאחרונה לעריכה ושינוי של גנים אוקריוטיים, בעוד שאנזימי הגבלה הם מספריים ביולוגיים אשר מבקעים מולקולות DNA לחומרים קטנים יותר.
עריכת ג'נום ושינוי גנים הם תחומים מעניינים וחדשניים בגנטיקה ובביולוגיה מולקולרית. מחקרי ריפוי גנטי עושים שימוש נרחב בשינוי גנים. יתרה מכך, שינוי גנים שימושי בזיהוי תכונות הגן, פונקציונליות הגן וכיצד מוטציות בגן יכולות להשפיע על תפקודו.חשוב להפיק דרכים יעילות ואמינות לבצע שינויים מדויקים וממוקדים בגנום של תאים חיים. אנזימים CRISPR והגבלות ממלאים תפקידי מפתח בשינויים בגנים. CRISPR משנה גנים בדיוק רב. אנזימי הגבלה פועלים כמספריים ביולוגיים אשר מבקעים מולקולות DNA לחומרים קטנים יותר.
מה זה CRISPR?
מערכת CRISPR היא מנגנון טבעי הקיים בחיידקים מסוימים, כולל E. coli ו- Archea. זוהי הגנה חיסונית אדפטיבית מפני פלישות מבוססות DNA זר. יתר על כן, זהו מנגנון ספציפי לרצף. מערכת CRISPR מכילה מספר אלמנטים חוזרים של DNA. אלמנטים אלה משובצים ברצפי "מרווחים" קצרים שמקורם ב-DNA זר וגנים מרובים של Cas. חלק מהגנים של Cas הם נוקלאזות. לפיכך, המערכת החיסונית השלמה מכונה מערכת CRISPR/Cas.
מערכת CRISPR/Cas פועלת בארבעה שלבים:
- המערכת קושרת גנטית את מקטעי ה-DNA הפולשים של הפאג' והפלסמיד (מרווחים) לתוך לוקוסים של CRISPR (המכונה שלב רכישת ה-spacer).
- crRNA שלב הבשלה - המארח מתמלל ומעבד לוקוסים של CRISPR כדי ליצור RNA CRISPR בוגר (crRNA) המכיל שני אלמנטים חוזרים של CRISPR והן אלמנט המרווח המשולב.
- ה-crRNA מזהה רצפי DNA הומולוגיים על ידי זיווג בסיסים משלים. זה חשוב כאשר קיים זיהום וקיים גורם זיהומי.
- שלב התערבות מטרה – crRNA מזהה DNA זר, יוצר קומפלקס עם ה-DNA הזר ומגן על המארח מפני ה-DNA הזר.
כיום, מערכת CRISPR/Cas9 משמשת לשינוי או שינוי הגנום של היונקים על ידי דיכוי שעתוק או הפעלה. תאי היונק יכולים להגיב להפסקות DNA בתיווך CRISPR/Cas9 על ידי אימוץ מנגנון תיקון.זה יכול להיעשות באמצעות שיטת חיבור קצה לא הומולוגית (NHEJ) או תיקון מכוון הומולוגיה (HDR). שני מנגנוני התיקון הללו מתרחשים על ידי הכנסת הפסקות דו-גדיליות. זה גורם לעריכת גנים של יונקים. NHEJ יכול להוביל לאבלציה של מוטציות גנים וניתן להשתמש בו כדי ליצור אובדן השפעות תפקוד. ניתן להשתמש ב-HDR להחדרת מוטציות נקודתיות ספציפיות או להחדרת מקטעי DNA באורך משתנה. כיום, מערכת CRISPR/Cאס משמשת בתחומי יישומים טיפוליים, ביו-רפואיים, חקלאיים ומחקריים.
מהם אנזימי הגבלה?
לאנזים הגבלה, המכונה בדרך כלל אנדונוקלאז של הגבלה, יש את היכולת לפצל מולקולות DNA לשברים קטנים. תהליך הביקוע מתרחש ליד או באתר זיהוי מיוחד של מולקולת ה-DNA הנקרא אתר הגבלה. אתר זיהוי מורכב בדרך כלל מ-4-8 זוגות בסיסים. בהתאם לאתר המחשוף, אנזימי הגבלה יכולים להיות מארבעה (04) סוגים שונים: סוג I, סוג II, סוג III וסוג IV.מלבד אתר הביקוע, נלקחים בחשבון גורמים כגון הרכב, דרישת גורמים שותפים ומצב רצף המטרה כאשר מבדילים אנזימי הגבלה לארבע קבוצות.
במהלך הביקוע של מולקולות DNA, אתר הביקוע יכול להיות באתר ההגבלה עצמו או במרחק מאתר ההגבלה. אנזימי הגבלה יוצרים שני חתכים דרך כל אחד מעמוד השדרה של סוכר-פוספט בסליל הכפול של ה-DNA.
איור 02: אנזימי הגבלה
אנזימים של הגבלה נמצאים בעיקר ב-Achaea ובחיידקים. הם מנצלים את האנזימים האלה כמנגנון הגנה מפני הנגיפים הפולשים. אנזימי ההגבלה מבקעים את ה-DNA הזר (הפתוגני) אך לא את ה-DNA שלהם.ה-DNA שלהם מוגן על ידי אנזים המכונה מתילטרנספראז, שמבצע שינויים ב-DNA המארח ומונע ביקוע.
לאנזים הגבלה מסוג I יש אתר ביקוע הרחק מאתר הזיהוי. תפקוד האנזים דורש ATP ואת החלבון, S-adenosyl-L-methionine. אנזים הגבלה מסוג I נחשב לרב תפקודי בשל נוכחותן של פעילות הגבלה וגם של מתילאז. אנזימי הגבלה מסוג II מתפצלים בתוך אתר הזיהוי עצמו או במרחק קרוב יותר אליו. הוא דורש רק מגנזיום (Mg) לתפקודו. לאנזימי הגבלה מסוג II יש רק תפקיד אחד והם בלתי תלויים במתילאז.
מה הם קווי הדמיון בין CRISPR לאנזימי Restriction?
- CRISPR ואנזימי הגבלה הם כלים חשובים בשינוי גנים.
- חלק מ-CRISPR או Cas9 ואנזימי הגבלה הם אנדונוקלאזים.
- שניהם יכולים לזהות רצפי DNA אופייניים ולבקע DNA.
- הם קיימים בחיידקים ובארכאים.
- שניהם CRISPR וגם אנזימי ההגבלה הם ספציפיים לרצף.
מה ההבדל בין אנזימי CRISPR ו-Restriction?
מערכת CRISPR-Cas היא מערכת חיסון פרוקריוטית המקנה עמידות לאלמנטים גנטיים זרים. מצד שני, אנזימי הגבלה הם אנדונוקלאזים המזהים רצף ספציפי של נוקלאוטידים ומייצרים חתך דו-גדילי ב-DNA. אז זה ההבדל העיקרי בין CRISPR ואנזימי הגבלה.
יתר על כן, CRISPR- מאפשר חיתוכים מדויקים במיוחד. בהשוואה לזה, ביקוע אנזים הגבלה פחות מדויק. יתר על כן, CRISPR היא טכניקה מתקדמת בעוד שאנזימי ההגבלה הם פרימיטיביים.
להלן אינפוגרפיקה מסכמת את ההבדל בין CRISPR ואנזימי הגבלה.
סיכום – CRISPR vs Restriction Enzymes
CRISPR ואנזימי הגבלה הם שני סוגים של טכניקות המשמשות בשינוי גנים. CRISPR היא הגנה חיסונית אדפטיבית המבוצעת בחלק מהחיידקים מפני פלישות מבוססות DNA זר. זהו מנגנון הגנה טבעי. לעומת זאת, אנזימי הגבלה הם אנדונוקלאזים שמבקעים DNA דו-גדילי. גם אנזימי CRISPR וגם אנזימי הגבלה מסוגלים לחתוך DNA למקטעים קטנים. עם זאת, שניהם ספציפיים לרצף. בהשוואה ל-CRISPR, אנזימי הגבלה הם פרימיטיביים. CRISPR מאפשר חיתוכים מדויקים ביותר מאנזימי הגבלה. אז זהו סיכום ההבדל בין CRISPR ואנזימי הגבלה.
