विकास सभी जीवन रूपों का अधिकार है – यहां तक ​​कि सिंथेटिक भी

हमारा जीनोम अनुक्रम करने की क्षमता और अधिक व्यापक रूप से जीनोमिक अनुसंधान ने मनुष्यों के जीनोम के साथ-साथ हमारे आस-पास के कई जीवन रूपों के बारे में हमारी समझ को काफी समृद्ध किया है। फिर भी शोधकर्ता हमेशा इस बात को लेकर उत्सुक रहे हैं कि किसी जीव की स्वतंत्र रूप से रहने और दोहराने की क्षमता के साथ संगत जीनोम के लिए वास्तव में न्यूनतम आवश्यकता क्या है।

न केवल जीनोम अनुक्रम को पढ़ने में समवर्ती प्रगति (अनुक्रमण) लेकिन हमारी लिखने की क्षमता भी (संश्लेषण) जीनोम अनुक्रमों ने मानव कल्पना को जगाया है, और सिंथेटिक जीवविज्ञान नामक अनुसंधान के एक नए क्षेत्र को प्रोत्साहन प्रदान किया है।

हम क्या निर्माण कर सकते हैं

इस दिशा में एक प्रारंभिक प्रयास का नेतृत्व अमेरिका के मैरीलैंड में जे. क्रेग वेंटर इंस्टीट्यूट (जेसीवीआई) के शोधकर्ताओं ने किया था। 2008 में, उन्होंने एक छोटे जीवाणु जीनोम को संश्लेषित करने का प्रयास किया, लेकिन उस समय वे इसे कोशिका में वापस डालने और इसे जीवन की चिंगारी देने में असमर्थ थे।

अंततः, 2010 में, जेसीवीआई के शोधकर्ता एक मुक्त-जीवित जीव के संशोधित जीनोम के लगभग 1 मिलियन बेस-जोड़े के पूर्ण जीनोम को संश्लेषित करने में सक्षम हुए। माइकोप्लाज्मा मायकोइड्स. उन्होंने इसे JCVI-syn1.0 नाम दिया है. इस जीनोम को एक कोशिका में डाला जा सकता है और इसकी प्रतिकृति बनाई जा सकती है, इस प्रकार यह पहले सिंथेटिक जीवन-रूपों में से एक बन सकता है। यह 15 वर्षों से अधिक के प्रयासों की परिणति थी, जिसमें कृत्रिम रूप से संश्लेषित 1,000-विषम आधार जोड़े के छोटे टुकड़ों को इकट्ठा करके और आणविक उपकरणों का उपयोग करके प्रयोगशाला में व्यवस्थित रूप से इकट्ठा करके जीनोम को फिर से डिज़ाइन करने का प्रयास शामिल था।

इस प्रयास का पेपर था में प्रकाशित विज्ञान और इसे एक मील के पत्थर के रूप में सराहा गया – न केवल एक तकनीकी उपलब्धि के रूप में, बल्कि जीवन के आणविक तंत्र की हमारी समझ के संदर्भ में भी। जैसा कि प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन ने कहा था, “मैं जो नहीं बना सकता, उसे मैं समझ नहीं सकता।” यही कारण है कि इस प्रयास को साक्ष्य, प्रौद्योगिकियों और जीवन को नियंत्रित करने वाले आणविक तंत्र के मूलभूत नियमों की समझ के आधार पर इंजीनियरिंग जीवन-रूपों की दिशा में मानव जाति के शिशु कदम के रूप में देखा गया था।

Syn3.B से मिलें

जीनोम को संशोधित करने के प्रयास जारी रहे। 2016 में, जेसीवीआई और कैलिफोर्निया स्थित सिंथेटिक जीनोमिक्स, इंक. नामक कंपनी के शोधकर्ताओं ने जीनोम के कुछ हिस्सों को व्यवस्थित रूप से हटाकर एक न्यूनतम जीनोम बनाने का प्रयास किया। माइकोप्लाज्मा मायकोइड्स, परिणाम प्रकाशित करना में विज्ञान. शोधकर्ताओं का विचार एक ‘न्यूनतम’ जीनोम और कोशिका बनाना था जो जीवन के साथ-साथ इस संभावना के अनुकूल हो कि जीनोम को सिंथेटिक जीव विज्ञान के लिए नंगे हड्डियों के ढांचे के रूप में इस्तेमाल किया जा सके।

वे जीव के जीनोम में लगभग 45% जीनों के साथ न्यूनतम कोशिका विलोपन बनाने में सफल रहे। विशेष रूप से, संपादित जीनोम में 531,000 आधार जोड़े और केवल 473 जीन थे। इस नये संशोधित सिंथेटिक संस्करण को JCVI-syn3.0 नाम दिया गया।

जीनोम में अतिरिक्त संशोधनों के परिणामस्वरूप दो और संस्करण सामने आए, जिन्हें JCVI-syn3.A और JCVI-syn3.B कहा गया। ये संस्करण 19 गैर-आवश्यक जीनों को जोड़ने के कारण JCVI-syn3.0 से भिन्न थे, जिससे दो नए संस्करण प्रयोगशाला स्थितियों के लिए अधिक अनुकूलित हो गए।

JCVI-syn3.B में विशेष रूप से एक अतिरिक्त जीनोमिक लोकस (जीनोम पर एक स्थान) था जहां शोधकर्ता नए जीन टुकड़े और एंटीजन डाल सकते थे। जीनोम को हेला सेल लाइन नामक मानव कोशिकाओं के वंश से जुड़ने की अनुमति देने के लिए यह आवश्यक है, जिसका शोधकर्ता प्रयोगशाला अध्ययनों में व्यापक रूप से उपयोग करते हैं। परिणामस्वरूप, JCVI-syn3.B को मानव कोशिकाओं के साथ संवर्धित किया जा सका।

बेयरबोन जीनोम में जीवन के अनुकूल होने के लिए जीनों की पूर्ण न्यूनतम संख्या थी। साथ ही, यह व्यापक रूप से माना जाता था कि परिणामी जीव बाधित होगा और विकसित होने की संभावना नहीं होगी क्योंकि इसमें पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल होने के लिए बहुत कम जगह थी।

लेकिन हाल ही में एक इतने समय तक रिपोर्ट करें प्रकृति सुझाव दिया कि यह निष्कर्ष गलत हो सकता है।

एक न्यूनतम जीनोम विकसित होता है

अमेरिका के ब्लूमिंगटन में इंडियाना विश्वविद्यालय में जे टी. लेनन के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने यह समझने का प्रयास किया कि एक सिंथेटिक जीवन-रूप समय के साथ कैसे अनुकूलित या विकसित होगा, खासकर उन स्थितियों में जहां ऐसा करने के लिए आवश्यक कच्चे माल सीमित हो सकते हैं, जिससे जीनोम को मजबूर होना पड़ेगा विकास के माध्यम से मरना या अनुकूलन करना।

इसे समझने के लिए, शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में 300 से अधिक दिनों तक एक जीवाणु जीव का संवर्धन किया, जो प्रतिकृति के लगभग 2,000 दौर के बराबर था। शोधकर्ताओं ने स्थापित किया कि इस जीवन-रूप के सिंथेटिक जीनोम – जो न्यूनतम भी था – में आनुवंशिक विविधताएं विकसित करने की प्रबल क्षमता थी।

अब, शोधकर्ताओं ने एक प्रयोग किया। उन्होंने बैक्टीरिया को समान संख्या में एक अलग बैक्टीरिया कल्चर के साथ मिलाया, जांच की कि क्या दोनों में से कोई भी आबादी समय के साथ कुल का 50% से अधिक हो गई है क्योंकि वे पर्यावरणीय परिस्थितियों में भिन्न हैं। यदि न्यूनतम बैक्टीरिया स्थिति के लिए खुद को अनुकूलित कर सकते हैं, तो वे उन अन्य से प्रतिस्पर्धा करेंगे जो इष्टतम नहीं थे।

जैसा कि टीम को उम्मीद थी, न्यूनतम जीनोम देशी, गैर-सिंथेटिक के साथ प्रतिस्पर्धा करने की क्षमता में हीन था माइकोप्लाज़्मा. हालाँकि, उनके आश्चर्य के लिए, शोधकर्ताओं ने पाया कि सिंथेटिक बैक्टीरिया जो 300 दिनों के दौरान विकसित हुए थे, जीव के गैर-विकसित न्यूनतम संस्करण से काफी प्रतिस्पर्धा कर सकते थे।

इसका अपना रास्ता है

अध्ययन ने सुझाव दिया कि सिंथेटिक जीवन-रूप विकास की प्राकृतिक प्रक्रियाओं के माध्यम से विकसित हो सकते हैं और खुद को पर्यावरण के अनुकूल बना सकते हैं। जीनोम के न्यूनतमकरण ने प्राकृतिक अनुकूलन में बाधा नहीं डाली।

इसके अतिरिक्त, जीनोम-अनुक्रमण का उपयोग करके, शोधकर्ता जीनोम पर विशिष्ट जीन और क्षेत्रों की पहचान करने में सक्षम थे, जिन्होंने अनुकूलन से जुड़े आनुवंशिक वेरिएंट जमा किए थे। उन्होंने यह भी पाया कि न्यूनतम जीनोम के अनुकूलन ने मूल/गैर-अनुकूलित जीव से स्पष्ट रूप से अलग-अलग कदम और रास्ते अपनाए, जैसा कि विभिन्न जीनोमिक क्षेत्रों और जीनों से प्रमाणित होता है जहां अनुकूलन की प्रक्रिया के दौरान आनुवंशिक वेरिएंट जमा होते हैं।

निष्कर्षों के बहुत बड़े निहितार्थ हैं – न केवल सिंथेटिक जीवन की प्राकृतिक विकासवादी प्रक्रियाओं को समझने की हमारी क्षमता के लिए, बल्कि रसायनों और जैविक पदार्थों के औद्योगिक पैमाने के उत्पादन के लिए सिंथेटिक जीनोम के व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए भी।

जीवों की विकासवादी प्रक्रियाओं की अंतर्दृष्टि यह समझने में भी बड़ी खिड़कियां खोलती है कि रोगाणुरोधी प्रतिरोध कैसे उभरता है, रोगजनक प्रतिरक्षा प्रणाली से कैसे बचते हैं, और, संभवतः, उन्हें रोकने या उनके लिए तैयार रहने के नए अवसर मिलते हैं।

श्रीधर शिवसुब्बू और विनोद स्कारिया सीएसआईआर इंस्टीट्यूट ऑफ जीनोमिक्स एंड इंटीग्रेटिव बायोलॉजी में वैज्ञानिक हैं। व्यक्त की गई सभी राय व्यक्तिगत हैं।