Tofauti kuu kati ya CRISPR na vimeng'enya vya kizuizi ni kwamba CRISPR ni utaratibu wa asili wa ulinzi wa kinga ya prokariyoti ambao umetumika hivi majuzi kwa uhariri na urekebishaji wa jeni la yukariyoti huku vimeng'enya vya kizuizi ni mkasi wa kibayolojia ambao hutenganisha molekuli za DNA katika vitu vidogo.
Kuhariri jenomu na urekebishaji wa jeni ni nyanja za kuvutia na za kiubunifu katika jeni na baiolojia ya molekuli. Masomo ya tiba ya jeni hutumia sana urekebishaji wa jeni. Zaidi ya hayo, urekebishaji wa jeni ni muhimu katika kutambua sifa za jeni, utendakazi wa jeni na jinsi mabadiliko katika jeni yanaweza kuathiri utendakazi wake. Ni muhimu kupata njia za ufanisi na za kuaminika za kufanya mabadiliko sahihi, yaliyolengwa kwa genome ya seli hai. CRISPR na vimeng'enya vya vizuizi vina jukumu muhimu katika marekebisho ya jeni. CRISPR hurekebisha jeni kwa usahihi wa hali ya juu. Vimeng'enya vya kizuizi hufanya kazi kama mkasi wa kibayolojia ambao hutenganisha molekuli za DNA kuwa vitu vidogo zaidi.
CRISPR ni nini?
Mfumo wa CRISPR ni utaratibu wa asili uliopo katika baadhi ya bakteria ikiwa ni pamoja na E. coli na Archea. Ni kinga inayobadilika dhidi ya uvamizi wa DNA wa kigeni. Aidha, ni utaratibu maalum wa mlolongo. Mfumo wa CRISPR una vipengele kadhaa vya kurudia DNA. Vipengele hivi vimeunganishwa na mfuatano mfupi wa "spacer" unaotokana na DNA ya kigeni na jeni nyingi za Cas. Baadhi ya jeni za Cas ni nucleases. Kwa hivyo, mfumo kamili wa kinga unajulikana kama mfumo wa CRISPR/Cas.
Mfumo wa CRISPR/Cas hufanya kazi kwa hatua nne:
- Mfumo unaounganisha vinasaba vinavyovamia faji na sehemu za DNA za plasmid (spacers) hadi loci ya CRISPR (inayoitwa hatua ya kupata spacer).
- crRNA hatua ya kukomaa - Mwenyeji ananukuu na kuchakata loci ya CRISPR ili kuzalisha CRISPR RNA (crRNA) iliyokomaa iliyo na vipengee vya kurudia vya CRISPR na kipengee kilichounganishwa cha spacer.
- CrRNA hutambua mfuatano wa DNA kwa kuoanisha msingi wa ziada. Hii ni muhimu wakati maambukizi yapo na wakala wa kuambukiza yupo.
- Hatua ya uingiliaji inayolengwa – crRNA hutambua DNA ya kigeni, kuunda changamano yenye DNA ya kigeni na kumlinda mwenyeji dhidi ya DNA ya kigeni.
Kwa sasa, mfumo wa CRISPR/Cas9 unatumika kubadilisha au kurekebisha jenomu ya mamalia kwa ukandamizaji wa nukuu au kuwezesha. Seli za mamalia zinaweza kukabiliana na mapumziko ya DNA yaliyopatanishwa na CRISPR/Cas9 kwa kutumia utaratibu wa urekebishaji. Inaweza kufanywa kwa kutumia njia ya kujiunga na mwisho isiyo ya homologous (NHEJ) au ukarabati unaoelekezwa kwa homolojia (HDR). Mbinu hizi zote mbili za ukarabati hufanyika kwa kuanzisha mapumziko yenye nyuzi mbili. Hii inasababisha kuhariri jeni za mamalia. NHEJ inaweza kusababisha kukomesha mabadiliko ya jeni na inaweza kutumika kusababisha hasara ya athari za utendakazi. HDR inaweza kutumika kwa ajili ya kutambulisha mabadiliko maalum ya nukta au kuanzisha sehemu za DNA za urefu tofauti. Kwa sasa, mfumo wa CRISPR/Cas unatumika katika nyanja za matibabu, matibabu, kilimo na maombi ya utafiti.
Enzymes za Vizuizi ni nini?
Enzyme ya kizuizi, inayojulikana zaidi kama endonuclease ya kizuizi, ina uwezo wa kupasua molekuli za DNA katika vipande vidogo. Mchakato wa kugawanyika hutokea karibu au kwenye tovuti maalum ya utambuzi wa molekuli ya DNA inayoitwa tovuti ya kizuizi. Tovuti ya utambuzi kwa kawaida huundwa na jozi 4-8 za msingi. Kulingana na tovuti ya cleavage, enzymes ya kizuizi inaweza kuwa ya aina nne (04) tofauti: Aina ya I, Aina ya II, Aina ya III na Aina ya IV. Kando na eneo la mpasuko, vipengele kama vile muundo, mahitaji ya vipengele-shirikishi na hali ya mfuatano lengwa huzingatiwa wakati wa kutofautisha vimeng'enya vya kizuizi katika vikundi vinne.
Wakati wa mgawanyiko wa molekuli za DNA, tovuti ya kupasua inaweza kuwa kwenye tovuti ya kizuizi yenyewe au kwa umbali kutoka kwa tovuti ya kizuizi. Vimeng'enya vya kuzuia hutengeneza chale mbili kupitia kila uti wa mgongo wa sukari-fosfati katika heliksi mbili za DNA.
Kielelezo 02: Vimeng'enya vya Vizuizi
Enzymes za kuzuia hupatikana hasa katika Achaea na bakteria. Wanatumia vimeng'enya hivi kama njia ya ulinzi dhidi ya virusi vinavyovamia. Vimeng'enya vya kizuizi hupasua DNA ya kigeni (ya pathogenic) lakini sio DNA yao wenyewe. DNA yao wenyewe inalindwa na kimeng'enya kinachojulikana kama methyltransferase, ambayo hufanya marekebisho katika DNA mwenyeji na kuzuia mpasuko.
Enzyme ya kizuizi cha Aina ya I ina tovuti ya kupasua ambayo iko mbali na tovuti ya utambuzi. Utendaji wa kimeng'enya huhitaji ATP na protini, S-adenosyl-L-methionine. Kimeng'enya cha kizuizi cha Aina ya I kinachukuliwa kuwa na kazi nyingi kutokana na kuwepo kwa vizuizi na shughuli za methylase. Enzymes za kizuizi cha Aina ya II hujitenga ndani ya tovuti ya utambuzi yenyewe au kwa umbali wa karibu nayo. Inahitaji tu magnesiamu (Mg) kwa kazi yake. Vimeng'enya vya kizuizi vya Aina ya II vina kazi moja tu na havitegemei methylase.
Je, Kuna Ufanano Gani Kati ya CRISPR na Enzymes za Vizuizi?
- CRISPR na vimeng'enya vya kuzuia ni zana muhimu katika kurekebisha jeni.
- Sehemu ya CRISPR au Cas9 na vimeng'enya vya kizuizi ni endonucleases.
- Zote mbili zinaweza kutambua mfuatano bainifu wa DNA na kupasua DNA.
- Zipo kwenye bakteria na archaea.
- CRISPR na vimeng'enya vya kizuizi ni mahususi kwa mfuatano.
Kuna tofauti gani kati ya CRISPR na Enzymes za Vizuizi?
CRISPR-Cas ni mfumo wa kinga ya prokaryotic ambao hutoa ukinzani kwa chembe za kijeni za kigeni. Kwa upande mwingine, vimeng'enya vya kizuizi ni endonucleases ambazo hutambua mlolongo maalum wa nyukleotidi na hutoa kata iliyopigwa mara mbili katika DNA. Kwa hivyo, hii ndiyo tofauti kuu kati ya CRISPR na vimeng'enya vya kizuizi.
Aidha, CRISPR- inaruhusu kupunguzwa kwa usahihi kabisa. Ikilinganishwa na hiyo, kizuizi cha enzyme cleavage sio sahihi zaidi. Zaidi ya hayo, CRISPR ni mbinu ya hali ya juu huku vimeng'enya vya kizuizi ni vya awali.
Hapo chini ya infographic ni muhtasari wa tofauti kati ya CRISPR na vimeng'enya vya kizuizi.
Muhtasari – CRISPR dhidi ya Enzymes za Vizuizi
CRISPR na vimeng'enya vya kuzuia ni aina mbili za mbinu zinazotumika katika kurekebisha jeni. CRISPR ni ulinzi wa kinga unaotekelezwa katika baadhi ya bakteria dhidi ya uvamizi wa DNA wa kigeni. Ni utaratibu wa ulinzi wa asili. Kinyume chake, vimeng'enya vya kizuizi ni endonucleases ambazo hupasua DNA yenye ncha mbili. CRISPR na vimeng'enya vya kizuizi vinaweza kukata DNA katika sehemu ndogo. Walakini, zote mbili ni maalum kwa mlolongo. Ikilinganishwa na CRISPR, vimeng'enya vya kizuizi ni vya kwanza. CRISPR inaruhusu kupunguzwa kwa usahihi zaidi kuliko vimeng'enya vya kizuizi. Kwa hivyo, huu ni muhtasari wa tofauti kati ya CRISPR na vimeng'enya vya kizuizi.
