Het belangrijkste verschil tussen CRISPR en restrictie-enzymen is dat CRISPR een natuurlijk voorkomend prokaryotisch immuunafweermechanisme is dat recentelijk is gebruikt voor het bewerken en modificeren van eukaryote genen, terwijl restrictie-enzymen biologische scharen zijn die DNA-moleculen in kleinere stoffen klieven.
Genoombewerking en genmodificatie zijn interessante en innovatieve gebieden in de genetica en moleculaire biologie. Gentherapie-onderzoeken maken op grote schaal gebruik van genmodificatie. Bovendien is genmodificatie nuttig bij het identificeren van de eigenschappen van het gen, de functionaliteit van het gen en hoe mutaties in het gen de functie ervan kunnen beïnvloeden. Het is belangrijk om efficiënte en betrouwbare manieren af te leiden om precieze, gerichte veranderingen in het genoom van levende cellen aan te brengen. CRISPR en restrictie-enzymen spelen een sleutelrol bij genmodificaties. CRISPR wijzigt genen met hoge precisie. Restrictie-enzymen werken als biologische schaartjes die DNA-moleculen in kleinere substanties klieven.
Wat is CRISPR?
Het CRISPR-systeem is een natuurlijk mechanisme dat aanwezig is in sommige bacteriën, waaronder E. coli en Archea. Het is een adaptieve immuunbescherming tegen invasies op basis van vreemd DNA. Bovendien is het een sequentiespecifiek mechanisme. Het CRISPR-systeem bevat verschillende DNA-herhalingselementen. Deze elementen worden afgewisseld met korte "spacer"-sequenties die zijn afgeleid van vreemd DNA en meerdere Cas-genen. Sommige Cas-genen zijn nucleasen. Het volledige immuunsysteem wordt dus het CRISPR/Cas-systeem genoemd.
Het CRISPR/Cas-systeem werkt in vier stappen:
- Het systeem dat binnendringende faag- en plasmide-DNA-segmenten (spacers) genetisch vastbindt in CRISPR-loci (de spacer-acquisitiestap genoemd).
- crRNA-rijpingsstap - De gastheer transcribeert en verwerkt CRISPR-loci om volwassen CRISPR-RNA (crRNA) te genereren dat zowel CRISPR-herhalingselementen als het geïntegreerde spacer-element bevat.
- Het crRNA detecteert homologe DNA-sequenties door complementaire basenparing. Dit is belangrijk wanneer er een infectie aanwezig is en een infectieus agens aanwezig is.
- Doelinterferentiestap – crRNA detecteert vreemd DNA, vormt een complex met het vreemde DNA en beschermt de gastheer tegen het vreemde DNA.
Op dit moment wordt het CRISPR/Cas9-systeem gebruikt om het zoogdiergenoom te wijzigen of te modificeren door transcriptieonderdrukking of activering. De zoogdiercellen kunnen reageren op door CRISPR/Cas9 gemedieerde DNA-breuken door een reparatiemechanisme aan te nemen. Het kan worden gedaan met behulp van de niet-homologe end-joinmethode (NHEJ) of homologiegerichte reparatie (HDR). Beide reparatiemechanismen vinden plaats door dubbelstrengs breuken in te voeren. Dit resulteert in het bewerken van genen bij zoogdieren. NHEJ kan leiden tot ablatie van genmutaties en kan worden gebruikt om functieverlieseffecten te creëren. HDR kan worden gebruikt voor het introduceren van specifieke puntmutaties of het introduceren van DNA-segmenten van verschillende lengte. Momenteel wordt het CRISPR/Cas-systeem gebruikt op het gebied van therapeutische, biomedische, landbouw- en onderzoekstoepassingen.
Wat zijn restrictie-enzymen?
Een restrictie-enzym, beter bekend als een restrictie-endonuclease, heeft het vermogen om DNA-moleculen in kleine fragmenten te splitsen. Het splitsingsproces vindt plaats in de buurt van of op een speciale herkenningsplaats van het DNA-molecuul dat een restrictieplaats wordt genoemd. Een herkenningsplaats is typisch samengesteld uit 4-8 basenparen. Afhankelijk van de plaats van splitsing, kunnen restrictie-enzymen van vier (04) verschillende typen zijn: Type I, Type II, Type III en Type IV. Afgezien van de plaats van splitsing, wordt rekening gehouden met factoren zoals samenstelling, vereiste van co-factoren en de toestand van de doelsequentie bij het differentiëren van restrictie-enzymen in vier groepen.
Tijdens de splitsing van DNA-moleculen kan de splitsingsplaats zich op de restrictieplaats zelf of op een afstand van de restrictieplaats bevinden. Restrictie-enzymen maken twee incisies door elk van de suiker-fosfaatruggengraat in de dubbele helix van DNA.
Figuur 02: Restrictie-enzymen
Restrictie-enzymen komen vooral voor in Achaea en bacteriën. Ze gebruiken deze enzymen als afweermechanisme tegen de binnenvallende virussen. De restrictie-enzymen klieven het vreemde (pathogene) DNA, maar niet hun eigen DNA. Hun eigen DNA wordt beschermd door een enzym dat bekend staat als methyltransferase, dat modificaties aanbrengt in het gastheer-DNA en splitsing voorkomt.
Type I restrictie-enzym heeft een splitsingsplaats die weg is van de herkenningsplaats. De werking van het enzym vereist ATP en het eiwit S-adenosyl-L-methionine. Type I restrictie-enzym wordt als multifunctioneel beschouwd vanwege de aanwezigheid van zowel restrictie- als methylase-activiteiten. Type II-restrictie-enzymen splitsen binnen de herkenningsplaats zelf of op een kleinere afstand ervan. Het heeft alleen magnesium (Mg) nodig voor zijn functie. Type II restrictie-enzymen hebben slechts één functie en zijn onafhankelijk van methylase.
Wat zijn de overeenkomsten tussen CRISPR en restrictie-enzymen?
- CRISPR en restrictie-enzymen zijn belangrijke hulpmiddelen bij genmodificatie.
- Onderdeel van CRISPR of Cas9 en restrictie-enzymen zijn endonucleasen.
- Beiden kunnen karakteristieke DNA-sequenties herkennen en DNA splitsen.
- Ze zijn aanwezig in bacteriën en archaea.
- Zowel CRISPR als restrictie-enzymen zijn sequentiespecifiek.
Wat is het verschil tussen CRISPR en restrictie-enzymen?
CRISPR-Cas-systeem is een prokaryotisch immuunsysteem dat weerstand biedt tegen vreemde genetische elementen. Aan de andere kant zijn restrictie-enzymen endonucleasen die een specifieke sequentie van nucleotiden herkennen en een dubbelstrengige snede in het DNA produceren. Dit is dus het belangrijkste verschil tussen CRISPR en restrictie-enzymen.
Bovendien maakt CRISPR uiterst nauwkeurige sneden mogelijk. In vergelijking daarmee is de splitsing van restrictie-enzymen minder nauwkeurig. Bovendien is CRISPR een geavanceerde techniek, terwijl restrictie-enzymen primitief zijn.
Hieronder infographic vat het verschil samen tussen CRISPR en restrictie-enzymen.
Samenvatting – CRISPR versus restrictie-enzymen
CRISPR en restrictie-enzymen zijn twee soorten technieken die worden gebruikt bij genmodificatie. CRISPR is adaptieve immuunbescherming die in sommige bacteriën wordt uitgevoerd tegen invasies op basis van vreemd DNA. Het is een natuurlijk afweermechanisme. Daarentegen zijn restrictie-enzymen endonucleasen die dubbelstrengs DNA klieven. Zowel CRISPR als restrictie-enzymen kunnen DNA in kleine segmenten knippen. Beide zijn echter sequentiespecifiek. In vergelijking met CRISPR zijn restrictie-enzymen primitief. CRISPR maakt uiterst nauwkeurige sneden mogelijk dan restrictie-enzymen. Dit is dus de samenvatting van het verschil tussen CRISPR en restrictie-enzymen.
