CRISPR-სა და შემაკავებელ ფერმენტებს შორის მთავარი განსხვავებაა ის, რომ CRISPR არის ბუნებრივად წარმოქმნილი პროკარიოტული იმუნური თავდაცვის მექანიზმი, რომელიც ახლახან გამოიყენებოდა ევკარიოტული გენის რედაქტირებისთვის და მოდიფიკაციისთვის, ხოლო შემაკავებელი ფერმენტები ბიოლოგიური მაკრატელია, რომელიც ანაწილებს დნმ-ის მოლეკულებს მცირე ნივთიერებებად.
გენომის რედაქტირება და გენის მოდიფიკაცია საინტერესო და ინოვაციური სფეროა გენეტიკასა და მოლეკულურ ბიოლოგიაში. გენური თერაპიის კვლევები ფართოდ იყენებენ გენის მოდიფიკაციას. უფრო მეტიც, გენის მოდიფიკაცია სასარგებლოა გენის თვისებების, გენის ფუნქციონალურობის და იმის დასადგენად, თუ როგორ შეიძლება გავლენა იქონიოს გენის მუტაციებმა მის ფუნქციაზე.მნიშვნელოვანია ცოცხალი უჯრედების გენომში ზუსტი, მიზანმიმართული ცვლილებების განხორციელების ეფექტური და საიმედო გზების გამომუშავება. CRISPR და შეზღუდვის ფერმენტები მთავარ როლს თამაშობენ გენის მოდიფიკაციაში. CRISPR ცვლის გენებს მაღალი სიზუსტით. შემზღუდველი ფერმენტები მუშაობენ როგორც ბიოლოგიური მაკრატელი, რომლებიც ანაწილებენ დნმ-ის მოლეკულებს უფრო მცირე ნივთიერებებად.
რა არის CRISPR?
CRISPR სისტემა არის ბუნებრივი მექანიზმი, რომელიც გვხვდება ზოგიერთ ბაქტერიაში, მათ შორის E. coli და Archea. ეს არის ადაპტური იმუნური დაცვა უცხო დნმ-ზე დაფუძნებული შეჭრისგან. უფრო მეტიც, ეს არის თანმიმდევრობის სპეციფიკური მექანიზმი. CRISPR სისტემა შეიცავს დნმ-ის რამდენიმე განმეორებით ელემენტს. ეს ელემენტები იკვეთება უცხო დნმ-ის და მრავალი Cas გენისგან მიღებული მოკლე „სპეცერის“მიმდევრობით. Cas-ის ზოგიერთი გენი არის ნუკლეაზა. ამრიგად, სრულ იმუნურ სისტემას მოიხსენიებენ, როგორც CRISPR/Cas სისტემას.
CRISPR/Cas სისტემა ფუნქციონირებს ოთხ ეტაპად:
სისტემა
დღესდღეობით, CRISPR/Cas9 სისტემა გამოიყენება ძუძუმწოვრების გენომის შესაცვლელად ან შესაცვლელად ტრანსკრიპციის რეპრესიით ან გააქტიურებით. ძუძუმწოვრების უჯრედებს შეუძლიათ უპასუხონ CRISPR/Cas9 შუამავლობით დნმ-ის რღვევებს აღდგენის მექანიზმის გამოყენებით.ეს შეიძლება გაკეთდეს ან არაჰომოლოგიური ბოლო შეერთების მეთოდის (NHEJ) ან ჰომოლოგიაზე მიმართული შეკეთების (HDR) გამოყენებით. ორივე ეს სარემონტო მექანიზმი ხდება ორჯაჭვიანი წყვეტების შემოღებით. ეს იწვევს ძუძუმწოვრების გენის რედაქტირებას. NHEJ შეიძლება გამოიწვიოს გენის მუტაციების აბლაცია და შეიძლება გამოყენებულ იქნას ფუნქციის დაკარგვის ეფექტების შესაქმნელად. HDR შეიძლება გამოყენებულ იქნას კონკრეტული წერტილის მუტაციების შესაყვანად ან სხვადასხვა სიგრძის დნმ-ის სეგმენტების დასანერგად. ამჟამად, CRISPR/ Cas სისტემა გამოიყენება თერაპიული, ბიოსამედიცინო, სოფლის მეურნეობის და კვლევის სფეროებში.
რა არის შეზღუდვის ფერმენტები?
შემზღუდავი ფერმენტი, რომელიც უფრო ხშირად მოიხსენიება როგორც რესტრიქციული ენდონუკლეაზა, აქვს უნარი დაშალოს დნმ-ის მოლეკულები მცირე ფრაგმენტებად. დაშლის პროცესი ხდება დნმ-ის მოლეკულის სპეციალური ამოცნობის ადგილზე, რომელსაც ეწოდება შეზღუდვის ადგილი. ამოცნობის ადგილი, როგორც წესი, შედგება 4-8 ბაზის წყვილისგან. დაშლის ადგილიდან გამომდინარე, შემაკავებელი ფერმენტები შეიძლება იყოს ოთხი (04) განსხვავებული ტიპის: ტიპი I, ტიპი II, ტიპი III და ტიპი IV.დაშლის ადგილის გარდა, ფაქტორები, როგორიცაა შემადგენლობა, კოფაქტორების მოთხოვნა და სამიზნე თანმიმდევრობის მდგომარეობა, მხედველობაში მიიღება შემაკავებელი ფერმენტების ოთხ ჯგუფად დიფერენცირებისას.
დნმ-ის მოლეკულების გახლეჩის დროს, დაშლის ადგილი შეიძლება იყოს როგორც შეზღუდვის ადგილზე, ასევე შეზღუდვის ადგილიდან დაშორებით. შემაკავებელი ფერმენტები ქმნიან ორ ჭრილობას დნმ-ის ორმაგი სპირალის თითოეული შაქრის-ფოსფატის ხერხემლის მეშვეობით.
სურათი 02: შეზღუდვის ფერმენტები
შემზღუდავი ფერმენტები ძირითადად გვხვდება აქეასა და ბაქტერიებში. ისინი იყენებენ ამ ფერმენტებს, როგორც დამცავ მექანიზმს შემოჭრილი ვირუსებისგან. შემაკავებელი ფერმენტები ჭრიან უცხო (პათოგენურ) დნმ-ს, მაგრამ არა საკუთარ დნმ-ს.მათ საკუთარ დნმ-ს იცავს ფერმენტი, რომელიც ცნობილია როგორც მეთილტრანსფერაზა, რომელიც ცვლის მასპინძლის დნმ-ს და ხელს უშლის გაყოფას.
I ტიპის შეზღუდვის ფერმენტს გააჩნია დაშლის ადგილი, რომელიც დაშორებულია ამოცნობის ადგილიდან. ფერმენტის ფუნქციონირებისთვის საჭიროა ATP და ცილა S-ადენოსილ-L-მეთიონინი. I ტიპის შემაკავებელი ფერმენტი ითვლება მრავალფუნქციურად, როგორც შეზღუდვის, ასევე მეთილაზას აქტივობის არსებობის გამო. II ტიპის შეზღუდვის ფერმენტები იჭრება ამოცნობის ადგილზე ან მასთან უფრო ახლოს. მისი ფუნქციონირებისთვის საჭიროა მხოლოდ მაგნიუმი (Mg). II ტიპის შეზღუდვის ფერმენტებს აქვთ მხოლოდ ერთი ფუნქცია და დამოუკიდებელია მეთილაზასგან.
რა მსგავსებაა CRISPR და შეზღუდვის ფერმენტებს შორის?
- CRISPR და შემაკავებელი ფერმენტები მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტებია გენის მოდიფიკაციაში.
- CRISPR-ის ან Cas9-ის და შემზღუდველი ფერმენტების ნაწილია ენდონუკლეაზები.
- ორივეს შეუძლია დნმ-ის დამახასიათებელი თანმიმდევრობების ამოცნობა და დნმ-ის დაშლა.
- ისინი გვხვდება ბაქტერიებსა და არქეებში.
- როგორც CRISPR, ასევე შეზღუდვის ფერმენტები თანმიმდევრობით სპეციფიკურია.
რა განსხვავებაა CRISPR და შეზღუდვის ფერმენტებს შორის?
CRISPR-Cas სისტემა არის პროკარიოტული იმუნური სისტემა, რომელიც ანიჭებს წინააღმდეგობას უცხო გენეტიკური ელემენტების მიმართ. მეორეს მხრივ, შემაკავებელი ფერმენტები არის ენდონუკლეაზები, რომლებიც ცნობენ ნუკლეოტიდების სპეციფიკურ თანმიმდევრობას და წარმოქმნიან დნმ-ის ორჯაჭვიან ჭრილს. ასე რომ, ეს არის მთავარი განსხვავება CRISPR-სა და შეზღუდვის ფერმენტებს შორის.
უფრო მეტიც, CRISPR- საშუალებას იძლევა უკიდურესად ზუსტი ჭრა. ამასთან შედარებით, შემაკავებელი ფერმენტის გაყოფა ნაკლებად ზუსტია. გარდა ამისა, CRISPR არის მოწინავე ტექნიკა, ხოლო შეზღუდვის ფერმენტები პრიმიტიულია.
ქვემოთ ინფოგრაფიკა აჯამებს განსხვავებას CRISPR-სა და შეზღუდვის ფერმენტებს შორის.
შეჯამება - CRISPR vs შეზღუდვის ფერმენტები
CRISPR და შეზღუდვის ფერმენტები არის ორი ტიპის ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება გენის მოდიფიკაციაში. CRISPR არის ადაპტური იმუნური დაცვა, რომელიც შესრულებულია ზოგიერთ ბაქტერიაში უცხო დნმ-ზე დაფუძნებული შეჭრისგან. ეს არის ბუნებრივი თავდაცვის მექანიზმი. ამის საპირისპიროდ, შემაკავებელი ფერმენტები არის ენდონუკლეაზები, რომლებიც ჭრიან ორჯაჭვიან დნმ-ს. როგორც CRISPR-ს, ასევე შემზღუდველ ფერმენტებს შეუძლიათ დნმ-ის დაჭრა მცირე სეგმენტებად. თუმცა, ორივე თანმიმდევრობით სპეციფიკურია. CRISPR-თან შედარებით, შემზღუდველი ფერმენტები პრიმიტიულია. CRISPR საშუალებას იძლევა უკიდურესად ზუსტი ჭრა, ვიდრე შემზღუდავი ფერმენტები. ასე რომ, ეს არის განსხვავების შეჯამება CRISPR-სა და შეზღუდვის ფერმენტებს შორის.
