La differenza fondamentale tra CRISPR ed enzimi di restrizione è che CRISPR è un meccanismo di difesa immunitaria procariotica naturale che è stato recentemente utilizzato per l'editing e la modifica dei geni eucariotici mentre gli enzimi di restrizione sono forbici biologiche che scindono le molecole di DNA in sostanze più piccole.
L'editing del genoma e la modifica del gene sono campi interessanti e innovativi della genetica e della biologia molecolare. Gli studi sulla terapia genica utilizzano ampiamente la modificazione genetica. Inoltre, la modificazione genetica è utile per identificare le proprietà del gene, la funzionalità del gene e come le mutazioni nel gene potrebbero influenzare la sua funzione. È importante ricavare modi efficienti e affidabili per apportare modifiche precise e mirate al genoma delle cellule viventi. CRISPR e gli enzimi di restrizione svolgono ruoli chiave nelle modificazioni geniche. CRISPR modifica i geni con alta precisione. Gli enzimi di restrizione funzionano come forbici biologiche che scindono le molecole di DNA in sostanze più piccole.
Cos'è CRISPR?
Il sistema CRISPR è un meccanismo naturale presente in alcuni batteri tra cui E. coli e Archea. È una protezione immunitaria adattativa contro le invasioni estranee basate sul DNA. Inoltre, è un meccanismo specifico della sequenza. Il sistema CRISPR contiene diversi elementi di ripetizione del DNA. Questi elementi sono intervallati da brevi sequenze "distanziatrici" derivate da DNA estraneo e da più geni Cas. Alcuni dei geni Cas sono nucleasi. Pertanto, il sistema immunitario completo viene chiamato sistema CRISPR/Cas.
Il sistema CRISPR/Cas funziona in quattro fasi:
- Il sistema che lega geneticamente i segmenti di DNA di fagi e plasmidi invasori (distanziatori) nei loci CRISPR (chiamati fase di acquisizione degli spaziatori).
- Fase di maturazione del crRNA – L'ospite trascrive ed elabora loci CRISPR per generare RNA CRISPR maturo (crRNA) contenente sia gli elementi ripetuti CRISPR che l'elemento spaziatore integrato.
- Il crRNA rileva sequenze di DNA omologhe mediante accoppiamento di basi complementari. Questo è importante quando è presente un'infezione ed è presente un agente infettivo.
- Fase di interferenza del bersaglio: il crRNA rileva il DNA estraneo, forma un complesso con il DNA estraneo e protegge l'ospite dal DNA estraneo.
Attualmente, il sistema CRISPR/Cas9 viene utilizzato per alterare o modificare il genoma dei mammiferi mediante repressione o attivazione della trascrizione. Le cellule di mammifero possono rispondere alle rotture del DNA mediate da CRISPR/Cas9 adottando un meccanismo di riparazione. Può essere eseguito utilizzando il metodo di giunzione dell'estremità non omologa (NHEJ) o la riparazione diretta dall'omologia (HDR). Entrambi questi meccanismi di riparazione avvengono introducendo rotture a doppio filamento. Ciò si traduce nell'editing genetico dei mammiferi. NHEJ può portare all'ablazione delle mutazioni geniche e può essere utilizzato per creare una perdita di effetti funzionali. L'HDR può essere utilizzato per introdurre mutazioni puntiformi specifiche o per introdurre segmenti di DNA di lunghezza variabile. Attualmente, il sistema CRISPR/Cas è utilizzato nei campi delle applicazioni terapeutiche, biomediche, agricole e di ricerca.
Cosa sono gli enzimi di restrizione?
Un enzima di restrizione, più comunemente indicato come endonucleasi di restrizione, ha la capacità di scindere le molecole di DNA in piccoli frammenti. Il processo di scissione avviene vicino o in corrispondenza di un sito di riconoscimento speciale della molecola di DNA chiamato sito di restrizione. Un sito di riconoscimento è in genere composto da 4-8 coppie di basi. A seconda del sito di scissione, gli enzimi di restrizione possono essere di quattro (04) tipi diversi: Tipo I, Tipo II, Tipo III e Tipo IV. Oltre al sito di scissione, quando si differenziano gli enzimi di restrizione in quattro gruppi, vengono presi in considerazione fattori come la composizione, il fabbisogno di cofattori e la condizione della sequenza bersaglio.
Durante la scissione delle molecole di DNA, il sito di scissione può trovarsi nel sito di restrizione stesso oa distanza dal sito di restrizione. Gli enzimi di restrizione creano due incisioni attraverso ciascuna della spina dorsale zucchero-fosfato nella doppia elica del DNA.
Figura 02: Enzimi di restrizione
Gli enzimi di restrizione si trovano principalmente nell'Achea e nei batteri. Utilizzano questi enzimi come meccanismo di difesa contro i virus invasori. Gli enzimi di restrizione scindono il DNA estraneo (patogeno) ma non il proprio DNA. Il loro stesso DNA è protetto da un enzima noto come metiltransferasi, che modifica il DNA dell'ospite e ne previene la scissione.
L'enzima di restrizione di tipo I possiede un sito di scissione che è lontano dal sito di riconoscimento. Il funzionamento dell'enzima richiede ATP e la proteina, S-adenosil-L-metionina. L'enzima di restrizione di tipo I è considerato multifunzionale a causa della presenza di attività di restrizione e metilasi. Gli enzimi di restrizione di tipo II si scindono all'interno del sito di riconoscimento stesso oa una distanza più ravvicinata. Richiede solo magnesio (Mg) per la sua funzione. Gli enzimi di restrizione di tipo II hanno una sola funzione e sono indipendenti dalla metilasi.
Quali sono le somiglianze tra CRISPR e enzimi di restrizione?
- CRISPR e gli enzimi di restrizione sono strumenti importanti nella modificazione genetica.
- Parte di CRISPR o Cas9 e gli enzimi di restrizione sono endonucleasi.
- Entrambi possono riconoscere sequenze di DNA caratteristiche e scindere il DNA.
- Sono presenti nei batteri e negli archaea.
- Sia il CRISPR che gli enzimi di restrizione sono specifici della sequenza.
Qual è la differenza tra CRISPR e enzimi di restrizione?
Il sistema CRISPR-Cas è un sistema immunitario procariotico che conferisce resistenza agli elementi genetici estranei. D' altra parte, gli enzimi di restrizione sono endonucleasi che riconoscono una specifica sequenza di nucleotidi e producono un taglio a doppio filamento nel DNA. Quindi, questa è la differenza chiave tra CRISPR ed enzimi di restrizione.
Inoltre, CRISPR- consente tagli estremamente precisi. In confronto a ciò, la scissione dell'enzima di restrizione è meno precisa. Inoltre, CRISPR è una tecnica avanzata mentre gli enzimi di restrizione sono primitivi.
Qui sotto l'infografica riassume la differenza tra CRISPR ed enzimi di restrizione.
Riepilogo – CRISPR vs enzimi di restrizione
CRISPR e gli enzimi di restrizione sono due tipi di tecniche utilizzate nella modificazione genetica. CRISPR è una protezione immunitaria adattativa eseguita in alcuni batteri contro le invasioni basate sul DNA estraneo. È un meccanismo di difesa naturale. Al contrario, gli enzimi di restrizione sono endonucleasi che scindono il DNA a doppio filamento. Sia CRISPR che gli enzimi di restrizione sono in grado di tagliare il DNA in piccoli segmenti. Tuttavia, entrambi sono specifici della sequenza. Rispetto a CRISPR, gli enzimi di restrizione sono primitivi. CRISPR consente tagli estremamente precisi rispetto agli enzimi di restrizione. Quindi, questo è il riassunto della differenza tra CRISPR ed enzimi di restrizione.
