अपनी जिज्ञासु आंखों, रोएंदार थूथन और शानदार खाल के साथ, चूहा - उपनाम जिओ झू, या छोटा बांस - बांस के डंठल पर फुर्ती से बैठा हुआ, कैमरे के लिए एक सुंदर मुद्रा बना रहा है। लेकिन यह चूहा प्रकृति में मौजूद नहीं है।
बीजिंग की एक प्रयोगशाला में निर्मित, जिओ झू जेनेटिक इंजीनियरिंग और सिंथेटिक जीव विज्ञान के लिए जो संभव है उसकी सीमा को आगे बढ़ाता है। सामान्य 20 जोड़े गुणसूत्र रखने के बजाय, चूहे और उसके सहोदर साथियों में केवल 19 जोड़े होते हैं। एक साहसिक प्रयोग में अलग-अलग गुणसूत्रों के दो टुकड़ों को कृत्रिम रूप से एक साथ जोड़ा गया था, जिसमें पूछा गया था: व्यक्तिगत डीएनए अक्षरों या कई जीनों को बदलने के बजाय, क्या हम एक ही समय में आनुवंशिक सामग्री के बड़े पैमाने पर ब्लॉकों को घुमाते हुए, मौजूदा जीनोमिक प्लेबुक थोक को फिर से तैयार कर सकते हैं?
यह एक अद्भुत विचार है. यदि जीनोम एक किताब है, तो जीन संपादन कॉपी संपादन की तरह है - यहां और वहां टाइपो को बदलना, या सावधानीपूर्वक रखे गए बदलावों के साथ कई व्याकरण संबंधी त्रुटियों को ठीक करना।
क्रोमोसोम-स्तरीय इंजीनियरिंग एक पूरी तरह से अलग जानवर है: यह कई पैराग्राफों को पुनर्व्यवस्थित करने या किसी लेख के पूर्ण खंडों को स्थानांतरित करने जैसा है और साथ ही यह उम्मीद करता है कि परिवर्तन ऐसी क्षमताएं जोड़ते हैं जिन्हें अगली पीढ़ी को पारित किया जा सकता है।
जीवन को पुनः प्रोग्राम करना आसान नहीं है। जिओ झू का डीएनए मेकअप पहले से ही युगों के विकासवादी दबाव द्वारा अनुकूलित आनुवंशिक अक्षरों से बनाया गया है। यह कोई आश्चर्य की बात नहीं है कि एक स्थापित जीनोमिक पुस्तक के साथ छेड़छाड़ करने से अक्सर जीवन अव्यवहारिक हो जाता है। अब तक, केवल यीस्ट ही अपने गुणसूत्रों के पुनर्जीवन से बच पाया है।
RSI नए अध्ययन, में प्रकाशित विज्ञान, चूहों के लिए प्रौद्योगिकी को संभव बनाया। टीम ने चूहों के गुणसूत्रों के टुकड़ों को कृत्रिम रूप से एक साथ जोड़ा। गुणसूत्र चार और पांच से बना एक जुड़ा हुआ जोड़ा उन भ्रूणों को सहारा देने में सक्षम था जो स्वस्थ चूहों में विकसित हुए - अगर कुछ हद तक अजीब व्यवहार करते हैं - चूहों में। उल्लेखनीय रूप से, अपने सामान्य आनुवंशिकी में इस विवर्तनिक बदलाव के साथ भी, चूहे प्रजनन कर सकते हैं और अपने इंजीनियर आनुवंशिक विचित्रताओं को संतानों की दूसरी पीढ़ी तक पहुंचा सकते हैं।
"दुनिया में पहली बार, हमने स्तनधारियों में पूर्ण गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था हासिल की है, जिससे सिंथेटिक जीव विज्ञान में एक नई सफलता मिली है," कहा चीनी विज्ञान अकादमी में अध्ययन लेखक डॉ. वेई ली।
एक तरह से, तकनीक ब्रेक-नेक गति से विकास की नकल करती है। उत्परिवर्तन दर पर मौजूदा डेटा के आधार पर, यहां पेश किए गए आनुवंशिक स्वैप के प्रकार को स्वाभाविक रूप से प्राप्त करने में आम तौर पर लाखों साल लगेंगे।
अध्ययन सही नहीं है. इंजीनियर चूहों में कुछ जीन असामान्य रूप से ट्यून किए गए थे, जो आमतौर पर सिज़ोफ्रेनिया और ऑटिज्म में देखे जाने वाले पैटर्न से मिलते जुलते थे। और यद्यपि चूहे वयस्क हो गए और स्वस्थ पिल्लों को जन्म दे सकते थे, जन्म दर उनके गैर-इंजीनियरिंग साथियों की तुलना में बहुत कम थी।
फिर भी, अध्ययन एक टूर डी फ़ोर्स है, कहा सिएटल में फ्रेड हचिंसन कैंसर सेंटर में विकासवादी जीवविज्ञानी डॉ. हरमित मलिक, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे। अब हमारे पास बड़े पैमाने पर जीनोमिक परिवर्तनों से संबंधित बकाया प्रश्नों से निपटने के लिए यह "सुंदर टूलकिट" है, जो संभावित रूप से गुणसूत्र संबंधी बीमारियों पर प्रकाश डालता है।
रुको, क्रोमोसोम फिर क्या हैं?
यह कार्य नई प्रजातियों के निर्माण के लिए विकास की लंबे समय से चली आ रही आनुवंशिक पुस्तिका का उपयोग करता है।
चलिए वापस चलते हैं। हमारे जीन डीएनए डबल-हेलिक्स श्रृंखलाओं में एन्कोड किए गए हैं, जो कोशिका के अंदर तैरने वाले रिबन के समान होते हैं। यह स्थान-कुशल नहीं है. प्रकृति का समाधान प्रत्येक श्रृंखला को एक प्रोटीन स्पूल के चारों ओर लपेटना है, जैसे मोत्ज़ारेला स्टिक पर घुमाए गए प्रोसियुट्टो के टुकड़े। अतिरिक्त मोड़ इन संरचनाओं को छोटे-छोटे पुक्स में पैक करते हैं - एक स्ट्रिंग पर चित्र मोती - जो फिर गुणसूत्रों में लपेटते हैं। माइक्रोस्कोप के तहत, वे ज्यादातर अक्षर X की तरह दिखते हैं।
प्रत्येक प्रजाति में गुणसूत्रों की एक निश्चित संख्या होती है। मानव कोशिकाएं - शुक्राणु और अंडे को छोड़कर - सभी में 46 जोड़े में व्यवस्थित 23 व्यक्तिगत गुणसूत्र होते हैं, जो प्रत्येक माता-पिता से विरासत में मिलते हैं। इसके विपरीत, लैब चूहों में केवल 20 जोड़े होते हैं। गुणसूत्रों के पूरे सेट को कैरियोटाइप कहा जाता है, जो ग्रीक शब्द "कर्नेल" या "बीज" से लिया गया है।
गुणसूत्रों का मिश्रण और मिलान लंबे समय से विकास का एक हिस्सा रहा है। वर्तमान अनुमानों के अनुसार, एक कृंतक आम तौर पर हर दस लाख वर्षों में लगभग 3.5 गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था जमा करता है; कुछ खंड हटा दिए जाते हैं, अन्य दोहराए जाते हैं या फेरबदल किए जाते हैं। प्राइमेट्स के लिए, परिवर्तन की दर लगभग आधी है। गुणसूत्रों के टुकड़ों के आसपास स्थानांतरण किसी भी जानवर के लिए कठोर लग सकता है, लेकिन जब व्यवहार्य हो, तो परिवर्तन पूरी तरह से अलग प्रजातियों के विकास का मार्ग प्रशस्त करते हैं। उदाहरण के लिए, हमारा गुणसूत्र दो दो अलग-अलग गुणसूत्रों से जुड़ा हुआ था, फिर भी हमारे करीबी विकासवादी चचेरे भाई गोरिल्ला में यह बदलाव मौजूद नहीं है।
नए अध्ययन का उद्देश्य विकास से बेहतर कुछ करना है: आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके, क्या हम लाखों वर्षों के विकास को केवल कुछ महीनों तक सीमित कर सकते हैं? यह केवल वैज्ञानिक जिज्ञासा के लिए नहीं है: गुणसूत्र संबंधी बीमारियाँ हमारी कुछ सबसे कठिन चिकित्सा समस्याओं का कारण बनती हैं, जैसे कि बचपन का ल्यूकेमिया। वैज्ञानिकों ने पहले विकिरण का उपयोग करके गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था शुरू की है, लेकिन परिणाम आसानी से नियंत्रित नहीं किए जा सके, जिससे जानवरों के लिए नई संतानों को जन्म देना असंभव हो गया। यहां, सिंथेटिक जीवविज्ञानियों ने अधिक लक्षित दृष्टिकोण अपनाया।
पहला कदम यह पता लगाना है कि गुणसूत्र अपने संगठन में बड़े बदलावों के प्रति प्रतिरोधी क्यों हैं। जैसा कि यह पता चला है, क्रोमोसोम टुकड़ों की अदला-बदली या फ़्यूज़िंग में एक बड़ी बाधा एक जैविक विचित्रता है जिसे इम्प्रिंटिंग कहा जाता है।
हमें माता-पिता दोनों से गुणसूत्र प्राप्त होते हैं, प्रत्येक सेट में समान जीन होते हैं। हालाँकि, केवल एक सेट चालू है। छापने की प्रक्रिया कैसे काम करती है यह रहस्यमय बनी हुई है, लेकिन हम जानते हैं कि यह भ्रूण कोशिकाओं की कई प्रकार की परिपक्व कोशिकाओं में विकसित होने की क्षमता को सीमित कर देती है और आनुवंशिक इंजीनियरिंग के लिए उनकी क्षमता को सीमित कर देती है।
पीछे 2018 में, उसी टीम ने पाया कि तीन जीनों को हटाने से स्टेम कोशिकाओं में छापने वाले जैव रासायनिक कार्यक्रम पर असर पड़ सकता है। यहां, उन्होंने आनुवंशिक रूप से दो गुणसूत्र जोड़े को एक साथ जोड़ने के लिए इन "अनलॉक" स्टेम कोशिकाओं का उपयोग किया।
उन्होंने सबसे पहले अपनी नज़र गुणसूत्र एक और दो पर रखी, जो चूहे के जीनोम में सबसे बड़े दो हैं। सीआरआईएसपीआर का उपयोग करते हुए, टीम ने गुणसूत्रों को अलग कर दिया, जिससे उन्हें आनुवंशिक टुकड़ों की अदला-बदली करने और स्थिर आनुवंशिक संरचनाओं में फिर से बनने की अनुमति मिली। जिन कोशिकाओं में गुणसूत्र परिवर्तन होता था, उन्हें फिर oocytes-अंडाणु कोशिकाओं में इंजेक्ट किया गया। परिणामी भ्रूणों को आगे परिपक्व होने के लिए सरोगेट मादा चूहों में प्रत्यारोपित किया गया।
अदला-बदली घातक थी. कृत्रिम गुणसूत्र, जिसमें गुणसूत्र दो के बाद गुणसूत्र एक या 2+1 होता है, गर्भाधान के ठीक 12 दिन बाद विकासशील भ्रूण को मार देता है। वही दो गुणसूत्र विपरीत दिशा में, 1+2 में जुड़े हुए थे, उनका भाग्य बेहतर था, जिससे केवल 19 गुणसूत्र जोड़े के साथ जीवित पिल्ले पैदा हुए। शिशु चूहे अपने आकार के हिसाब से असामान्य रूप से बड़े थे, और कई परीक्षणों में वे अपने सामान्य साथियों की तुलना में अधिक चिंतित लग रहे थे।
दूसरे गुणसूत्र संलयन प्रयोग का प्रदर्शन बेहतर रहा। क्रोमोसोम 4 और 5 आकार में बहुत छोटे होते हैं, और परिणामस्वरूप भ्रूण - जिसे 4+5 कहा जाता है - स्वस्थ माउस पिल्लों में विकसित होता है। हालाँकि उनमें एक गुणसूत्र जोड़ी की भी कमी थी, फिर भी वे आश्चर्यजनक रूप से सामान्य लग रहे थे: वे उतने चिंतित नहीं थे, उनके शरीर का वजन औसत था, और परिपक्व होने पर, उन्होंने ऐसे पिल्लों को जन्म दिया जिनमें एक जोड़ी गुणसूत्र की भी कमी थी।
दूसरे शब्दों में, टीम ने एक स्तनधारी प्रजाति में एक नया कैरियोटाइप तैयार किया जिसे पीढ़ियों तक पारित किया जा सकता है।
एक संपूर्ण नई सिंथेटिक जीवविज्ञान दुनिया?
मलिक के लिए, यह सब पैमाने के बारे में है। उन्होंने छापने की समस्या पर काबू पाते हुए कहा, "जहाँ तक जेनेटिक इंजीनियरिंग की बात है तो दुनिया उनकी सीप है।" कहा सेवा मेरे वैज्ञानिक.
टीम का अगला लक्ष्य उत्परिवर्ती प्रजातियों को डिजाइन करने के बजाय कठिन गुणसूत्र रोगों को हल करने के लिए प्रौद्योगिकी का उपयोग करना है। कृत्रिम विकास शायद ही निकट हो। लेकिन अध्ययन स्तनधारी जीनोम की आश्चर्यजनक अनुकूलन क्षमता को प्रदर्शित करता है।
लेखकों ने लिखा, "सिंथेटिक जीवविज्ञान में लक्ष्यों में से एक डिज़ाइन किए गए डीएनए अनुक्रमों के साथ जटिल बहुकोशिकीय जीवन उत्पन्न करना है।" "गुणसूत्र स्तर सहित बड़े पैमाने पर डीएनए में हेरफेर करने में सक्षम होना, इस लक्ष्य की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।"
छवि क्रेडिट: चीनी विज्ञान अकादमी
