CRISPR ба хязгаарлалтын ферментүүдийн гол ялгаа нь CRISPR нь эукариот генийг засварлах, өөрчлөхөд саяхан ашиглагдаж байгаа байгалийн гаралтай прокариотуудын дархлаа хамгаалах механизм бөгөөд хязгаарлалтын фермент нь ДНХ молекулыг жижиг бодис болгон задалдаг биологийн хайч юм.
Геном засварлах, генийн өөрчлөлт хийх нь генетик ба молекул биологийн сонирхолтой бөгөөд шинэлэг салбар юм. Генийн эмчилгээний судалгаанд генийн өөрчлөлтийг өргөн ашигладаг. Түүнчлэн генийн өөрчлөлт нь генийн шинж чанар, генийн үйл ажиллагаа, генийн мутаци нь түүний үйл ажиллагаанд хэрхэн нөлөөлж болохыг тодорхойлоход тустай. Амьд эсийн геномд нарийн, зорилтот өөрчлөлт хийх үр дүнтэй, найдвартай арга замыг олох нь чухал юм. CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүд нь генийн өөрчлөлтөд гол үүрэг гүйцэтгэдэг. CRISPR нь генийг өндөр нарийвчлалтайгаар өөрчилдөг. Хязгаарлалтын ферментүүд нь ДНХ молекулуудыг жижиг бодис болгон задалдаг биологийн хайчаар ажилладаг.
CRISPR гэж юу вэ?
CRISPR систем нь E. coli, Archea зэрэг зарим бактериудад байдаг байгалийн механизм юм. Энэ нь гадны ДНХ-д суурилсан халдлагаас хамгаалах дасан зохицох дархлааны хамгаалалт юм. Түүнээс гадна энэ нь тодорхой дарааллын механизм юм. CRISPR систем нь хэд хэдэн ДНХ-ийн давталтын элементүүдийг агуулдаг. Эдгээр элементүүд нь гадаад ДНХ болон олон Cas генээс гаралтай богино "зайлагч" дарааллаар тасалдсан байдаг. Cas генийн зарим нь нуклеаз юм. Тиймээс бүрэн дархлааны системийг CRISPR/Cas систем гэж нэрлэдэг.
CRISPR/Cas систем нь дөрвөн үе шаттайгаар ажилладаг:
- Гэнэтийн хувьд халдагч фаг болон плазмидын ДНХ-ийн сегментүүдийг (зайлагч) CRISPR байршилд холбодог систем (зайлагчийг олж авах алхам гэж нэрлэдэг).
- crRNA боловсорч гүйцсэн үе шат – Хост нь CRISPR давталтын элементүүд болон нэгдсэн зайны элементийг хоёуланг нь агуулсан боловсорсон CRISPR РНХ (crRNA) үүсгэхийн тулд CRISPR байршлыг хуулбарлаж, боловсруулдаг.
- КрРНХ нь нэмэлт суурийн хослолоор гомолог ДНХ-ийн дарааллыг илрүүлдэг. Энэ нь халдвар, халдвар үүсгэгч бодис байгаа үед чухал юм.
- Зорилтот интерференцийн алхам – crRNA нь гадны ДНХ-г илрүүлж, гадаад ДНХ-тэй нийлмэл үүсгэж, эзнийг гадны ДНХ-ээс хамгаална.
Одоогоор CRISPR/Cas9 системийг транскрипцийг дарах эсвэл идэвхжүүлэх замаар хөхтөн амьтдын геномыг өөрчлөх эсвэл өөрчлөхөд ашиглаж байна. Хөхтөн амьтдын эсүүд засварын механизмыг ашиглан CRISPR/Cas9 зуучлагч ДНХ-ийн эвдрэлд хариу үйлдэл үзүүлэх боломжтой. Үүнийг гомологийн бус төгсгөлийн холболтын арга (NHEJ) эсвэл гомологийн чиглэлтэй засвар (HDR) ашиглан хийж болно. Эдгээр засварын механизм хоёулаа давхар судалтай завсарлага нэвтрүүлэх замаар явагддаг. Үүний үр дүнд хөхтөн амьтдын генийг засварлах боломжтой. NHEJ нь генийн мутацийг арилгахад хүргэдэг бөгөөд үйл ажиллагааны үр нөлөөг бууруулахад ашиглаж болно. HDR-ийг тодорхой цэгийн мутацийг нэвтрүүлэх эсвэл янз бүрийн урттай ДНХ-ийн сегментүүдийг нэвтрүүлэхэд ашиглаж болно. Одоогоор CRISPR/ Cas системийг эмчилгээ, биоанагаах ухаан, хөдөө аж ахуй, судалгааны салбарт ашиглаж байна.
Хязгаарлалтын фермент гэж юу вэ?
Рестрикцийн эндонуклеаз гэж нэрлэгддэг хязгаарлалтын фермент нь ДНХ-ийн молекулуудыг жижиг хэсгүүдэд хуваах чадвартай. Хагалах үйл явц нь хязгаарлах цэг гэж нэрлэгддэг ДНХ молекулыг таних тусгай цэгийн ойролцоо эсвэл тэнд явагддаг. Таних сайт нь ихэвчлэн 4-8 үндсэн хосоос бүрддэг. Хагарлын газраас хамааран хязгаарлалтын ферментүүд нь I, II, III, IV гэсэн дөрвөн төрлийн байж болно. Хязгаарлах ферментийг дөрвөн бүлэгт хуваахдаа задралын газраас бусад хүчин зүйл, тухайлбал найрлага, ко-факторын хэрэгцээ, зорилтот дарааллын нөхцөл зэргийг харгалзан үзнэ.
ДНХ-ийн молекулуудыг задлах үед задрах газар нь хязгаарлалтын талбайд эсвэл хязгаарлах цэгээс хол зайд байж болно. Хязгаарлах ферментүүд нь ДНХ-ийн давхар мушгиа дахь сахар-фосфатын нуруу тус бүрээр хоёр зүсэлт үүсгэдэг.
Зураг 02: Хязгаарлах ферментүүд
Хязгаарлалтын ферментүүд нь голчлон Achaea болон бактериудад байдаг. Тэд эдгээр ферментүүдийг халдагч вирусын эсрэг хамгаалалтын механизм болгон ашигладаг. Хязгаарлалтын ферментүүд нь гадаад (эмгэг төрүүлэгч) ДНХ-ийг задалдаг боловч өөрсдийнхөө ДНХ-ийг биш. Тэдний ДНХ нь метилтрансфераза гэгддэг ферментээр хамгаалагдсан бөгөөд энэ нь эзэн ДНХ-д өөрчлөлт оруулж, хуваагдахаас сэргийлдэг.
I төрлийн хязгаарлах фермент нь таних хэсгээс хол зайд хуваагдах хэсэгтэй. Ферментийн үйл ажиллагаанд ATP болон уураг, S-аденозил-L-метионин шаардлагатай. I хэлбэрийн хязгаарлалтын ферментийг хязгаарлах болон метилазагийн үйл ажиллагаа хоёулаа байдаг тул олон үйлдэлт гэж үздэг. II төрлийн хязгаарлалтын ферментүүд нь таних хэсэгт өөрөө эсвэл түүнээс ойр зайд хуваагддаг. Энэ нь үйл ажиллагааны хувьд зөвхөн магни (Mg) шаарддаг. II төрлийн хязгаарлалтын ферментүүд нь зөвхөн нэг л үүрэгтэй бөгөөд метилазаас хамааралгүй байдаг.
CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүдийн хооронд ямар төстэй зүйл байдаг вэ?
- CRISPR болон хязгаарлах ферментүүд нь генийг өөрчлөх чухал хэрэгсэл юм.
- CRISPR эсвэл Cas9-ийн нэг хэсэг ба хязгаарлалтын ферментүүд нь эндонуклеазууд юм.
- Хоёулаа онцлог ДНХ-ийн дарааллыг таньж, ДНХ-г задалж чадна.
- Тэд нян ба археид байдаг.
- CRISPR болон хязгаарлах фермент хоёулаа дараалалд зориулагдсан.
CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүдийн хооронд ямар ялгаа байдаг вэ?
CRISPR-Cas систем нь гадны генийн элементүүдэд тэсвэртэй прокариот дархлааны систем юм. Нөгөө талаас хязгаарлалтын ферментүүд нь нуклеотидын тодорхой дарааллыг таньж, ДНХ-д давхар судал үүсгэдэг эндонуклеазууд юм. Энэ бол CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүдийн гол ялгаа юм.
Түүнээс гадна CRISPR- нь маш нарийн зүсэлт хийх боломжийг олгодог. Үүнтэй харьцуулахад хязгаарлалтын ферментийн хуваагдал нь бага нарийвчлалтай байдаг. Цаашилбал, CRISPR бол хязгаарлах ферментүүд анхдагч байдаг дэвшилтэт техник юм.
Доорх инфографик нь CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүдийн ялгааг нэгтгэн харуулав.
Товч мэдээлэл – CRISPR ба хязгаарлалтын ферментүүд
CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүд нь генийг өөрчлөхөд ашигладаг хоёр төрлийн арга юм. CRISPR нь гадны ДНХ-д суурилсан халдлагаас зарим бактериудад дасан зохицох дархлааны хамгаалалт юм. Энэ бол байгалийн хамгаалалтын механизм юм. Үүний эсрэгээр хязгаарлалтын ферментүүд нь давхар судалтай ДНХ-ийг задалдаг эндонуклеазууд юм. CRISPR болон хязгаарлалтын фермент хоёулаа ДНХ-г жижиг хэсгүүдэд хуваах чадвартай. Гэсэн хэдий ч хоёулаа дарааллаар тодорхойлогддог. CRISPR-тай харьцуулахад хязгаарлалтын ферментүүд нь анхдагч байдаг. CRISPR нь хязгаарлах ферментээс илүү нарийн зүсэлт хийх боломжийг олгодог. Энэ бол CRISPR болон хязгаарлалтын ферментүүдийн ялгааны хураангуй юм.
