Der Hauptunterschied zwischen CRISPR und Restriktionsenzymen besteht darin, dass CRISPR ein natürlich vorkommender prokaryotischer Immunabwehrmechanismus ist, der kürzlich zur Bearbeitung und Modifikation von eukaryotischen Genen verwendet wurde, während Restriktionsenzyme biologische Scheren sind, die DNA-Moleküle in kleinere Substanzen sp alten.
Genome Editing und Genmodifikation sind interessante und innovative Bereiche der Genetik und Molekularbiologie. Gentherapiestudien verwenden häufig Genmodifikationen. Darüber hinaus ist die Genmodifikation nützlich, um die Eigenschaften des Gens, die Funktionalität des Gens und wie Mutationen im Gen seine Funktion beeinflussen könnten, zu identifizieren. Es ist wichtig, effiziente und zuverlässige Wege abzuleiten, um präzise und gezielte Veränderungen am Genom lebender Zellen vorzunehmen. CRISPR und Restriktionsenzyme spielen eine Schlüsselrolle bei Genveränderungen. CRISPR modifiziert Gene mit hoher Präzision. Restriktionsenzyme arbeiten als biologische Scheren, die DNA-Moleküle in kleinere Substanzen sp alten.
Was ist CRISPR?
Das CRISPR-System ist ein natürlicher Mechanismus, der in einigen Bakterien vorhanden ist, darunter E. coli und Archea. Es ist ein adaptiver Immunschutz gegen fremde DNA-basierte Invasionen. Darüber hinaus handelt es sich um einen sequenzspezifischen Mechanismus. Das CRISPR-System enthält mehrere DNA-Wiederholungselemente. Diese Elemente sind mit kurzen „Spacer“-Sequenzen durchsetzt, die von fremder DNA und mehreren Cas-Genen stammen. Einige der Cas-Gene sind Nukleasen. Daher wird das gesamte Immunsystem als CRISPR/Cas-System bezeichnet.
Das CRISPR/Cas-System funktioniert in vier Schritten:
- Das System, das eindringende Phagen- und Plasmid-DNA-Segmente (Spacer) genetisch an CRISPR-Loci bindet (als Spacer-Akquisitionsschritt bezeichnet).
- crRNA-Reifungsschritt – Der Wirt transkribiert und verarbeitet CRISPR-Loci, um reife CRISPR-RNA (crRNA) zu erzeugen, die sowohl CRISPR-Wiederholungselemente als auch das integrierte Spacer-Element enthält.
- Die crRNA erkennt homologe DNA-Sequenzen durch komplementäre Basenpaarung. Dies ist wichtig, wenn eine Infektion vorliegt und ein Infektionserreger vorhanden ist.
- Zielinterferenzschritt – crRNA erkennt fremde DNA, bildet einen Komplex mit der fremden DNA und schützt den Wirt vor der fremden DNA.
Gegenwärtig wird das CRISPR/Cas9-System verwendet, um das Säugetiergenom entweder durch Transkriptionsrepression oder -aktivierung zu verändern oder zu modifizieren. Die Säugetierzellen können auf CRISPR/Cas9-vermittelte DNA-Brüche reagieren, indem sie einen Reparaturmechanismus übernehmen. Dies kann entweder unter Verwendung der nicht-homologen Endverbindungsmethode (NHEJ) oder der homologiegerichteten Reparatur (HDR) erfolgen. Diese beiden Reparaturmechanismen finden statt, indem Doppelstrangbrüche eingeführt werden. Dies führt zur Bearbeitung von Säugetiergenen. NHEJ kann zur Ablation von Genmutationen führen und kann verwendet werden, um Funktionsverlusteffekte zu erzeugen. HDR kann zum Einführen spezifischer Punktmutationen oder zum Einführen von DNA-Segmenten unterschiedlicher Länge verwendet werden. Derzeit wird das CRISPR/Cas-System in den Bereichen therapeutische, biomedizinische, landwirtschaftliche und Forschungsanwendungen eingesetzt.
Was sind Restriktionsenzyme?
Ein Restriktionsenzym, besser bekannt als Restriktionsendonuclease, hat die Fähigkeit, DNA-Moleküle in kleine Fragmente zu sp alten. Der Sp altungsprozess findet in der Nähe oder an einer speziellen Erkennungsstelle des DNA-Moleküls statt, die als Restriktionsstelle bezeichnet wird. Eine Erkennungsstelle besteht typischerweise aus 4-8 Basenpaaren. Abhängig von der Sp altungsstelle können Restriktionsenzyme vier (04) verschiedenen Typen angehören: Typ I, Typ II, Typ III und Typ IV. Neben dem Ort der Sp altung werden bei der Unterscheidung von Restriktionsenzymen in vier Gruppen Faktoren wie Zusammensetzung, Bedarf an Cofaktoren und Beschaffenheit der Zielsequenz berücksichtigt.
Bei der Sp altung von DNA-Molekülen kann die Sp altstelle entweder an der Restriktionsstelle selbst oder entfernt von der Restriktionsstelle liegen. Restriktionsenzyme erzeugen zwei Einschnitte durch jedes Zucker-Phosphat-Rückgrat in der Doppelhelix der DNA.
Abbildung 02: Restriktionsenzyme
Restriktionsenzyme kommen hauptsächlich in Achaea und Bakterien vor. Sie nutzen diese Enzyme als Abwehrmechanismus gegen die eindringenden Viren. Die Restriktionsenzyme sp alten die fremde (pathogene) DNA, aber nicht ihre eigene DNA. Ihre eigene DNA wird durch ein Enzym namens Methyltransferase geschützt, das Modifikationen in der Wirts-DNA vornimmt und eine Sp altung verhindert.
Restriktionsenzym Typ I besitzt eine Sp altstelle, die von der Erkennungsstelle entfernt ist. Das Funktionieren des Enzyms erfordert ATP und das Protein S-Adenosyl-L-Methionin. Das Typ-I-Restriktionsenzym wird aufgrund des Vorhandenseins sowohl von Restriktions- als auch von Methylaseaktivitäten als multifunktional angesehen. Restriktionsenzyme vom Typ II sp alten innerhalb der Erkennungsstelle selbst oder in einem geringeren Abstand dazu. Es benötigt für seine Funktion nur Magnesium (Mg). Restriktionsenzyme vom Typ II haben nur eine Funktion und sind methylaseunabhängig.
Was sind die Ähnlichkeiten zwischen CRISPR und Restriktionsenzymen?
- CRISPR und Restriktionsenzyme sind wichtige Werkzeuge bei der Genmodifikation.
- Teil von CRISPR oder Cas9 und Restriktionsenzyme sind Endonukleasen.
- Beide können charakteristische DNA-Sequenzen erkennen und DNA sp alten.
- Sie kommen in Bakterien und Archaeen vor.
- Sowohl CRISPR als auch Restriktionsenzyme sind sequenzspezifisch.
Was ist der Unterschied zwischen CRISPR und Restriktionsenzymen?
CRISPR-Cas-System ist ein prokaryotisches Immunsystem, das Resistenz gegen fremde genetische Elemente verleiht. Andererseits sind Restriktionsenzyme Endonukleasen, die eine bestimmte Sequenz von Nukleotiden erkennen und einen doppelsträngigen Schnitt in der DNA erzeugen. Das ist also der Hauptunterschied zwischen CRISPR und Restriktionsenzymen.
Darüber hinaus ermöglicht CRISPR- äußerst präzise Schnitte. Im Vergleich dazu ist die Restriktionsenzymsp altung weniger genau. Darüber hinaus ist CRISPR eine fortschrittliche Technik, während Restriktionsenzyme primitiv sind.
Die folgende Infografik fasst den Unterschied zwischen CRISPR und Restriktionsenzymen zusammen.
Zusammenfassung – CRISPR vs. Restriktionsenzyme
CRISPR und Restriktionsenzyme sind zwei Arten von Techniken, die bei der Genmodifikation verwendet werden. CRISPR ist ein adaptiver Immunschutz, der in einigen Bakterien gegen fremde DNA-basierte Invasionen ausgeführt wird. Es ist ein natürlicher Abwehrmechanismus. Im Gegensatz dazu sind Restriktionsenzyme Endonukleasen, die doppelsträngige DNA sp alten. Sowohl CRISPR als auch Restriktionsenzyme sind in der Lage, DNA in kleine Segmente zu schneiden. Beide sind jedoch sequenzspezifisch. Im Vergleich zu CRISPR sind Restriktionsenzyme primitiv. CRISPR erlaubt extrem präzise Schnitte als Restriktionsenzyme. Das ist also die Zusammenfassung des Unterschieds zwischen CRISPR und Restriktionsenzymen.
