CRISPR ve restriksiyon enzimleri arasındaki temel fark, CRISPR'nin son zamanlarda ökaryotik gen düzenleme ve modifikasyonu için kullanılan doğal olarak oluşan bir prokaryotik bağışıklık savunma mekanizması olması, restriksiyon enzimlerinin ise DNA moleküllerini daha küçük maddelere ayıran biyolojik makas olmalarıdır.
Genom düzenleme ve gen modifikasyonu, genetik ve moleküler biyolojide ilginç ve yenilikçi alanlardır. Gen tedavisi çalışmalarında gen modifikasyonu yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca gen modifikasyonu, genin özelliklerini, genin işlevselliğini ve gendeki mutasyonların genin işlevini nasıl etkileyebileceğini belirlemede faydalıdır. Canlı hücrelerin genomunda kesin, hedefe yönelik değişiklikler yapmak için verimli ve güvenilir yollar elde etmek önemlidir. CRISPR ve kısıtlama enzimleri, gen modifikasyonlarında kilit rol oynar. CRISPR, genleri yüksek hassasiyetle değiştirir. Kısıtlama enzimleri, DNA moleküllerini daha küçük maddelere ayıran biyolojik makaslar gibi çalışır.
CRISPR nedir?
CRISPR sistemi, E. coli ve Archea gibi bazı bakterilerde bulunan doğal bir mekanizmadır. Yabancı DNA tabanlı istilalara karşı uyarlanabilir bir bağışıklık korumasıdır. Ayrıca, diziye özgü bir mekanizmadır. CRISPR sistemi birkaç DNA tekrar elemanı içerir. Bu elementler, yabancı DNA ve çoklu Cas genlerinden türetilen kısa “aralayıcı” dizilerle serpiştirilmiştir. Cas genlerinin bazıları nükleazlardır. Bu nedenle, tam bağışıklık sistemine CRISPR/Cas sistemi denir.
CRISPR/Cas sistemi dört adımda çalışır:
- İstilacı faj ve plazmit DNA segmentlerini (aralayıcılar) genetik olarak CRISPR lokuslarına bağlayan sistem (aralayıcı edinme adımı olarak adlandırılır).
- crRNA olgunlaşma adımı – Ana bilgisayar, hem CRISPR tekrar öğelerini hem de entegre aralayıcı öğesini içeren olgun CRISPR RNA (crRNA) oluşturmak için CRISPR lokuslarını kopyalar ve işler.
- CRRNA, tamamlayıcı baz eşleştirmesi yoluyla homolog DNA dizilerini tespit eder. Bu, bir enfeksiyon ve bulaşıcı bir ajan mevcut olduğunda önemlidir.
- Hedef girişim adımı – crRNA yabancı DNA'yı algılar, yabancı DNA ile bir kompleks oluşturur ve konağı yabancı DNA'ya karşı korur.
Şu anda, CRISPR/Cas9 sistemi, transkripsiyon baskılaması veya aktivasyon yoluyla memeli genomunu değiştirmek veya modifiye etmek için kullanılmaktadır. Memeli hücreleri, onarım mekanizmasını benimseyerek CRISPR/Cas9 aracılı DNA kırılmalarına yanıt verebilir. Homolog olmayan uç birleştirme yöntemi (NHEJ) veya homolojiye yönelik onarım (HDR) kullanılarak yapılabilir. Bu onarım mekanizmalarının her ikisi de çift sarmallı kopmalar oluşturarak gerçekleşir. Bu, memeli gen düzenlemesiyle sonuçlanır. NHEJ, gen mutasyonlarının ablasyonuna yol açabilir ve fonksiyon kaybı yaratmak için kullanılabilir. HDR, belirli nokta mutasyonlarını tanıtmak veya değişen uzunluktaki DNA segmentlerini tanıtmak için kullanılabilir. Şu anda CRISPR/Cas sistemi terapötik, biyomedikal, tarım ve araştırma uygulamaları alanlarında kullanılmaktadır.
Kısıtlama Enzimleri nelerdir?
Daha yaygın olarak kısıtlama endonükleaz olarak adlandırılan bir kısıtlama enzimi, DNA moleküllerini küçük parçalara ayırma yeteneğine sahiptir. Bölünme işlemi, DNA molekülünün kısıtlama bölgesi olarak adlandırılan özel bir tanıma bölgesinin yakınında veya yakınında gerçekleşir. Bir tanıma bölgesi tipik olarak 4-8 baz çiftinden oluşur. Bölünme yerine bağlı olarak, kısıtlama enzimleri dört (04) farklı tipte olabilir: Tip I, Tip II, Tip III ve Tip IV. Kısıtlama enzimleri dört gruba ayrılırken, parçalanma bölgesi dışında kompozisyon, kofaktörlerin gerekliliği ve hedef dizinin durumu gibi faktörler de dikkate alınır.
DNA moleküllerinin bölünmesi sırasında, parçalama bölgesi ya kısıtlama bölgesinin kendisinde ya da kısıtlama bölgesinden bir mesafede olabilir. Kısıtlama enzimleri, DNA'nın çift sarmalındaki şeker-fosfat omurgasının her birinden iki kesik oluşturur.
Şekil 02: Kısıtlama Enzimleri
Kısıtlama enzimleri esas olarak Achaea ve bakterilerde bulunur. Bu enzimleri istilacı virüslere karşı bir savunma mekanizması olarak kullanırlar. Kısıtlama enzimleri, yabancı (patojenik) DNA'yı parçalar, ancak kendi DNA'larını parçalamaz. Kendi DNA'ları, konak DNA'sında değişiklikler yapan ve bölünmeyi önleyen metiltransferaz olarak bilinen bir enzim tarafından korunur.
Tip I kısıtlama enzimi, tanıma bölgesinden uzakta olan bir parçalama bölgesine sahiptir. Enzimin çalışması ATP ve protein olan S-adenosil-L-metionin gerektirir. Tip I restriksiyon enziminin hem restriksiyon hem de metilaz aktivitelerinin varlığından dolayı multifonksiyonel olduğu düşünülmektedir. Tip II kısıtlama enzimleri, tanıma bölgesinin içinde veya ona daha yakın bir mesafede parçalanır. İşlevi için sadece magnezyuma (Mg) ihtiyaç duyar. Tip II kısıtlama enzimlerinin tek bir işlevi vardır ve metilazdan bağımsızdır.
CRISPR ve Kısıtlama Enzimleri Arasındaki Benzerlikler Nelerdir?
- CRISPR ve kısıtlama enzimleri, gen modifikasyonunda önemli araçlardır.
- CRISPR veya Cas9'un bir kısmı ve kısıtlama enzimleri endonükleazlardır.
- Her ikisi de karakteristik DNA dizilerini tanıyabilir ve DNA'yı parçalayabilir.
- Bakterilerde ve arkelerde bulunurlar.
- Hem CRISPR hem de kısıtlama enzimleri diziye özgüdür.
CRISPR ve Kısıtlama Enzimleri Arasındaki Fark Nedir?
CRISPR-Cas sistemi, yabancı genetik elementlere direnç sağlayan prokaryotik bir bağışıklık sistemidir. Öte yandan, kısıtlama enzimleri, belirli bir nükleotit dizisini tanıyan ve DNA'da çift sarmallı bir kesim oluşturan endonükleazlardır. Bu, CRISPR ve kısıtlama enzimleri arasındaki temel farktır.
Ayrıca, CRISPR- son derece hassas kesimlere izin verir. Buna kıyasla, kısıtlama enzimi bölünmesi daha az kesindir. Ayrıca, kısıtlama enzimleri ilkelken CRISPR gelişmiş bir tekniktir.
Aşağıdaki infografik, CRISPR ve kısıtlama enzimleri arasındaki farkı özetler.
Özet – CRISPR ve Kısıtlama Enzimleri
CRISPR ve kısıtlama enzimleri, gen modifikasyonunda kullanılan iki tür tekniktir. CRISPR, bazı bakterilerde yabancı DNA tabanlı istilalara karşı yürütülen adaptif bağışıklık korumasıdır. Doğal bir savunma mekanizmasıdır. Buna karşılık, kısıtlama enzimleri, çift sarmallı DNA'yı parçalayan endonükleazlardır. Hem CRISPR hem de kısıtlama enzimleri DNA'yı küçük parçalara ayırabilir. Ancak her ikisi de diziye özgüdür. CRISPR ile karşılaştırıldığında, kısıtlama enzimleri ilkeldir. CRISPR, kısıtlama enzimlerinden çok daha hassas kesimlere izin verir. İşte CRISPR ve restriksiyon enzimleri arasındaki farkın özeti bu.
