2023 लेखक: Bryan Walter | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-21 22:25
जीवविज्ञानियों ने रेट्रोन - जीवाणु आनुवंशिक तत्वों के आधार पर एक जीनोमिक संपादन उपकरण बनाया है। वे कोशिका के अंदर एकल-फंसे डीएनए को संश्लेषित करना संभव बनाते हैं, जो जीनोम में एक छोटे अनुक्रम के पुनर्संयोजन और सम्मिलन के लिए एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता है। ऐसा उपकरण बड़ी संख्या में आनुवंशिक रूपों को उत्पन्न करने और उनका विश्लेषण करने के लिए उपयोगी साबित हुआ है, और यह CRISPR विधियों की तुलना में अधिक कुशल भी है। यह शोध प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज जर्नल में प्रकाशित हुआ है।
बैक्टीरिया के रक्षा तंत्र के आधार पर, एक जीनोम एडिटिंग टूल पहले ही बनाया जा चुका है - CRISPR \ Cas। इस परिसर में कैस9 एंजाइम शामिल है, जो जीनोम में ब्रेक का परिचय देता है, और आरएनए को वांछित स्थान पर प्रोटीन पहुंचाने के लिए मार्गदर्शन करता है। इस प्रणाली की खोज जीवविज्ञानी के लिए एक वास्तविक सनसनी थी - पिछले साल उन्हें नोबेल पुरस्कार से भी सम्मानित किया गया था। हालाँकि, इस तरह के एक लोकप्रिय उपकरण की भी अपनी सीमाएँ हैं: उदाहरण के लिए, CRISPR \ Cas का उपयोग मुख्य रूप से जीनोम में बड़े विलोपन या सम्मिलन बनाने के लिए किया जाता है। विभिन्न कोशिकाओं में बड़ी संख्या में छोटे उत्परिवर्तन बनाने के लिए, यह विधि इतनी सुविधाजनक नहीं है।
छोटे उत्परिवर्तनों को पेश करने के लिए, छोटे एकल-फंसे डीएनए अंशों का अब उपयोग किया जाता है - ओलिगोन्यूक्लियोटाइड्स, जो जीवाणु कोशिकाओं तक पहुंचाए जाते हैं। वहां वे जीनोम के साथ समरूपता के क्षेत्र ढूंढते हैं और जीनोम की नकल होने पर एक नए स्ट्रैंड के संश्लेषण के लिए एक टेम्पलेट के रूप में काम करते हैं। हालांकि, यह विधि उत्परिवर्तन मार्करों का उपयोग नहीं करती है: चमकदार प्रोटीन या एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन। यही है, उन कोशिकाओं का पता लगाना मुश्किल है जिनमें अनुक्रमों को सम्मिलित करने के बाद पुनर्संयोजन हुआ था।
छोटे डीएनए अनुक्रमों का उपयोग करके जीनोमिक संपादन की योजना - ओलिगोन्यूक्लियोटाइड्स। ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड कोशिका में प्रवेश करता है और जीनोम में एक पूरक अनुक्रम पर बैठता है। एक छोटा सा सम्मिलन स्थल (काला) जीनोम (लाल) के पूरक दो क्षेत्रों के बीच स्थित है। डीएनए दोहरीकरण प्रणाली एक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड को एक टेम्पलेट के रूप में उपयोग करती है, यही वजह है कि इसके अनुक्रम को एक नए स्ट्रैंड में फिर से लिखा जाता है।
मैक्स जी। शुबर्ट के नेतृत्व में हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के जीवविज्ञानी ने एक नया जीनोम संपादन उपकरण बनाया है जो विभिन्न प्रकार के बिंदु उत्परिवर्तन को पेश करने में सक्षम है और इसमें सेल चयन के लिए मार्कर शामिल हैं। यह विधि बैक्टीरिया के रक्षा तंत्र पर आधारित है - रेट्रोन्स। एक रेट्रोन एकल-फंसे डीएनए का एक छोटा टुकड़ा है जो दोनों सिरों पर आरएनए के एक टुकड़े से जुड़ा होता है। इस तरह के एक अणु को रेट्रो-ट्रांसक्रिपटेस का उपयोग करके आरएनए टेम्पलेट (रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन) से डीएनए पढ़कर प्राप्त किया जाता है।
शोधकर्ताओं ने रेट्रोन के डीएनए अनुक्रम को एक प्लास्मिड में डाल दिया, जिसे उन्होंने जीवाणु कोशिकाओं में डाला। डीएनए अनुक्रम से प्रतिलेखन के दौरान कोशिका के अंदर रेट्रोन आरएनए को संश्लेषित किया गया था। और ट्रांसक्रिप्शन के बाद, रेट्रोन का एक छोटा सा हिस्सा रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन से गुजरता है, जिसके परिणामस्वरूप आरएनए अणुओं के अंदर एकल-फंसे डीएनए के छोटे टुकड़े होते हैं। इन डीएनए अंशों का उपयोग जीनोम दोहराव प्रक्रिया में दाताओं के रूप में किया गया था, जैसा कि ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स के साथ पहले के तरीकों में किया गया था।
सबसे पहले, यह विधि उतनी कुशलता से काम नहीं करती थी जितनी वैज्ञानिक चाहेंगे - जिन जीवाणुओं में प्लास्मिड रखा गया था, उनमें से बहुत कम उत्परिवर्ती क्लोन बने थे। फिर जीवविज्ञानियों ने बैक्टीरिया में एक्सोन्यूक्लिअस के जीन को निष्क्रिय कर दिया - एंजाइम जो मुक्त डीएनए और आरएनए को साफ करते हैं। इसके अलावा, दक्षता बढ़ाने के लिए, शोधकर्ताओं ने बेमेल मरम्मत एंजाइमों को बंद कर दिया ताकि सेल दो बेमेल श्रृंखलाओं को पहचान न सके और सही न कर सके: मूल और संपादित एक।इन परिवर्तनों के बाद, विधि की दक्षता 90 प्रतिशत से अधिक हो गई, जो आमतौर पर CRISPR विधियों की तुलना में अधिक है।
लेखकों ने अपने मॉडल का एक और लाभ भी दिखाया - प्रयोगों के दौरान उन्हें पहचानने के लिए उत्परिवर्ती कोशिकाओं को लेबल करने की क्षमता। ऐसा करने के लिए, उन्होंने एंटीबायोटिक प्रतिरोध चुना। यदि आप सभी उत्परिवर्ती कोशिकाओं को इस संपत्ति के साथ संपन्न करते हैं और एंटीबायोटिक के साथ सभी जीवाणुओं का इलाज करते हैं, तो केवल उत्परिवर्तन वाली कोशिकाएं ही जीवित रहेंगी, जो उन्हें अलग करने की अनुमति देगी। एंटीबायोटिक प्रतिरोध के लिए, लेखकों ने अध्ययन के लिए लक्ष्य उत्परिवर्तन के अलावा, प्रतिरोध से जुड़े जीन के उद्देश्य से उन लोगों को भी पेश करने का प्रस्ताव दिया। उन्होंने उत्परिवर्तन के एक सेट पर अपने दृष्टिकोण का परीक्षण किया जो ई। कोलाई बैक्टीरिया में एंटीबायोटिक रिफैम्पिसिन के प्रतिरोध का कारण बनता है, और इसकी प्रभावशीलता दिखाता है।
रेट्रोन के साथ जीनोमिक संपादन का मुख्य संभावित अनुप्रयोग छोटे उत्परिवर्तन की शुरूआत है। इस दृष्टिकोण का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, फिटनेस और विकास पर उनके प्रभावों की नकल करने के लिए बड़ी संख्या में आनुवंशिक रूपांतरों को बनाने के लिए। एक जीनोम से प्रत्येक प्रकार के विकास की नकल करने के लिए, जीवविज्ञानियों ने उस जीनोम को खंडित करने और टुकड़ों को रेट्रोन में रखने का प्रस्ताव दिया, और फिर प्रत्येक संस्करण को एक अलग सेल में पेश किया। जीवविज्ञानियों ने ई. कोलाई पर ऐसा प्रयोग किया और दिखाया कि इसके जीनोम में उत्परिवर्तन को वास्तव में पहचाना जा सकता है जो विकास के दौरान एक लाभ देते हैं - एंटीबायोटिक प्रतिरोध।
पहली जीनोम संपादन प्रणाली के निर्माण के बाद से, जीवविज्ञानी उन्हें अनुकूलित करना जारी रखते हैं और यहां तक कि नए भी बनाते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, वैज्ञानिकों ने हाल ही में फोटोइंडक्शन का उपयोग करके CRISPR \ Cas की दक्षता में वृद्धि की, और एक उपकरण भी बनाया जो एक ही समय में कई जीनों को संपादित कर सकता है और उनमें से अनुभागों को काट सकता है। इसके अलावा, जीवविज्ञानियों ने न केवल डीएनए, बल्कि एपिजेनोम को भी संपादित करना सीखा है - न्यूक्लियोटाइड और प्रोटीन के संशोधन जो जीन की गतिविधि को प्रभावित करते हैं।
