পদার্থবিজ্ঞানী রিচার্ড ফাইনম্যান 1988 সালে মারা গেলে, তিনি তার ব্ল্যাকবোর্ডে একটি নোট রেখেছিলেন যাতে লেখা ছিল, "আমি কী তৈরি করতে পারি না, আমি বুঝতে পারি না।" ফাইনম্যান হয়তো বৈজ্ঞানিক বোঝার প্রকৃতির প্রতিফলন ঘটাচ্ছেন, কিন্তু অনুভূতিও সিন্থেটিক বায়োলজির চেতনাকে প্রতিফলিত করে। সেই বৈজ্ঞানিক ক্ষেত্রটি হল জৈবিক প্রক্রিয়াগুলিকে বিনির্মাণ করা এবং তাদের সম্পর্কে আমাদের উপলব্ধি পরীক্ষা করার জন্য সঠিকভাবে ম্যানিপুলেট করা।
"সিন্থেটিক জীববিজ্ঞানের প্রত্যেকেই সেই উদ্ধৃতিটি পছন্দ করে," বলেছেন প্যাট্রিক শিহ, ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন কৃত্রিম উদ্ভিদ জীববিজ্ঞানী, বার্কলে। "এটি প্রায় কেন্দ্রীয় নীতি।"
উদ্ভিদে নতুন কাজ সিন্থেটিক জীববিজ্ঞানের সবচেয়ে উচ্চাভিলাষী লক্ষ্য অর্জনের দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ অগ্রগতি চিহ্নিত করে। ক গত মাসে প্রকাশিত গবেষণা in বিজ্ঞান উদ্ভিদের শিকড়ের মধ্যে এক ধরনের জেনেটিক সার্কিট তৈরি করে, কার্যকরী প্রোগ্রামিং-এ তারা কীভাবে বৃদ্ধি পায়। এর নেতৃত্বে স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা জেনিফার ব্রফি, একজন জৈব প্রকৌশলী এবং জোসে ডিনেনি, একজন উদ্ভিদ সিস্টেম জীববিজ্ঞানী, দুটি উদ্ভিদ প্রজাতির মূল সিস্টেমগুলি আরও পার্শ্বীয় বা অনুভূমিকভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে এবং শিকড়গুলি কতটা শাখায়িত হয়েছে তা নিয়ন্ত্রণ করার জন্য একটি জেনেটিক টুলকিট তৈরি করেছেন। তাদের কাজ উদ্ভিদের বৃদ্ধির জেনেটিক মডেল নিশ্চিত করে এবং প্রথমবারের মতো দেখায় যে জটিল জীবের নির্দিষ্ট টিস্যুতে সময়ের সাথে সাথে জিন কার্যকলাপের কার্যকরী প্যাটার্নগুলি প্রোগ্রাম করা সম্ভব।
নতুন জেনেটিক টুলকিটটি অন্যান্য সিন্থেটিক জীববিজ্ঞানীদের নিজেদের ভবিষ্যতের পরীক্ষায় খুবই উপযোগী হওয়া উচিত। যাইহোক, গবেষকদের পরীক্ষা-নিরীক্ষার ফলাফলগুলি ব্রফি এবং তার সহকর্মীরা আশার মতো সহজবোধ্য ছিল না, অগোছালো জীবন ব্যবস্থায় ডিজিটাল লজিক গেট প্রয়োগ করার চ্যালেঞ্জগুলি দেখায়।
রিওয়ারিং রুট গ্রোথ
যদিও সিন্থেটিক জীববিজ্ঞানীরা প্রায় দুই দশক ধরে ব্যাকটেরিয়া এবং সংস্কৃত জটিল কোষে জেনেটিক কন্ট্রোল সিস্টেম ঢোকাচ্ছেন, প্রযুক্তিগত সমস্যা তাদের জন্য উদ্ভিদের মতো জটিল বহুকোষী জীবের সাথে এটি করা আরও কঠিন করে তুলেছে। তাই তাদের জৈবিক সার্কিট তৈরি করার জন্য, ব্রফি, ডিনেনি এবং তাদের সহকর্মীরা আণবিক সরঞ্জামগুলির একটি স্যুট একত্রিত এবং পরিমার্জিত করেছে, যার মধ্যে পরিবর্তিত ভাইরাস এবং ব্যাকটেরিয়া রয়েছে যা উদ্ভিদে টিউমার সৃষ্টি করে। সিন্থেটিক জীববিজ্ঞানীরা প্রায়শই নির্দিষ্ট জীব এবং পরীক্ষা-নিরীক্ষার জন্য তাদের প্রয়োজনীয় কৌশল এবং জেনেটিক উপাদানগুলি তৈরি করে, কিন্তু স্ট্যানফোর্ড দল একটি সাধারণ-উদ্দেশ্য টুলকিট একত্রিত করতে আরও আগ্রহী ছিল যা প্রয়োজন অনুসারে বিভিন্ন জীবের জন্য অভিযোজিত হতে পারে।
এই কাস্টমাইজযোগ্য টুলকিটের সাহায্যে গবেষকরা তাদের নির্দিষ্ট জীবের জন্য জেনেটিক সার্কিট তৈরি করেছেন। এই ক্ষেত্রে, তারা দুটি জনপ্রিয় মডেল জীব ব্যবহার করেছিল - আরব লিপ্পস থ্যালিয়ানা, সরিষা গাছের একটি আত্মীয়, এবং নিকোটিয়ানা বেন্থামিয়ানা, তামাকের চাচাতো ভাই।
গবেষকরা সিন্থেটিক প্রোমোটার উপাদান তৈরি করেছেন যা, চালু/বন্ধ সুইচের মতো, মূলের বৃদ্ধিতে জড়িত বিভিন্ন টার্গেটেড জিনের সাথে আবদ্ধ হবে এবং তাদের সক্রিয় করবে। তারপরে তারা এই নিয়ন্ত্রণ উপাদানগুলিকে একটি প্রোগ্রামযোগ্য সার্কিটে বুলিয়ান লজিক গেটের মতো একে অপরের সাথে সংযুক্ত করে। নিয়ন্ত্রণগুলি গবেষকদের উদ্ভিদের নিজস্ব প্রোটিনকে চালনা করতে - বা রুট বৃদ্ধিতে বাধা দিতে - নিয়োগ করতে সক্ষম করে।
তারা গাছগুলিকে মূলের চুলের বিস্তৃত মাকড়সার জাল থেকে একটি একক, দীর্ঘ টেপারুট পর্যন্ত প্রোগ্রাম করা মূল বৈচিত্রের বিস্তৃত পরিসরকে প্রকাশ করে। তাদের লক্ষ্য ছিল একটি নির্দিষ্ট কাঙ্খিত ফলাফল তৈরি করার পরিবর্তে নমনীয় নিয়ন্ত্রণ প্রদর্শন করা। "এটি ধারণার একটি প্রমাণ," বলেন অলিভিয়ার মার্টিন, ফরাসী জাতীয় গবেষণা ইনস্টিটিউট ফর এগ্রিকালচার, ফুড অ্যান্ড এনভায়রনমেন্টের একজন গবেষক যিনি নতুন গবেষণায় জড়িত ছিলেন না।
মূল সিস্টেমের বৃদ্ধির উপর নিয়ন্ত্রণ কৃষির জন্য বৈপ্লবিক হতে পারে, বিশেষ করে খরা-পীড়িত অঞ্চলে, যেখানে চলমান জলবায়ু পরিবর্তনের সাথে জীবন আরও ভয়ঙ্কর হয়ে উঠতে পারে। শস্যগুলিকে অগভীর রুট সিস্টেমে বাড়ানোর জন্য প্রোগ্রাম করা যেতে পারে যাতে ভারী কিন্তু বিরল বৃষ্টিতে দ্রুত ভিজিয়ে রাখা যায়, অথবা তাদের শিকড়গুলিকে সোজা নীচে পাঠানোর জন্য এবং প্রতিবেশীর স্থানের লঙ্ঘন এড়াতে তাদের ঘনিষ্ঠভাবে একত্রিত করে রাখা যায়।
অ্যাপ্লিকেশনগুলি কৃষিতে সীমাবদ্ধ নয়। গাছপালা "প্রকৃতির রসায়নবিদ," মার্টিন বলেছিলেন। "তারা যৌগগুলির একটি অবিশ্বাস্য বৈচিত্র্য তৈরি করে।" সিন্থেটিক বায়োলজির মাধ্যমে সেই ক্ষমতাকে কাজে লাগানো গবেষকদেরকে বৃহৎ পরিসরে নতুন ফার্মাসিউটিক্যালস তৈরি করতে সক্ষম করতে পারে।
অসঙ্গতির বিরুদ্ধে লড়াই করা
কিন্তু সিন্থেটিক প্ল্যান্ট বায়োলজির ফলগুলি এখনও কৃষকদের বাজারে বা ওষুধের দোকানে পৌঁছানোর জন্য প্রস্তুত নয়৷ যদিও স্ট্যানফোর্ড পরীক্ষায় বেশিরভাগ গাছপালা তাদের প্রোগ্রামিং অনুসারে আচরণ করেছিল, তাদের জিনের অভিব্যক্তিটি গবেষকদের আশার মতো কালো এবং সাদা ছিল না। "এমনকি এটিকে বুলিয়ান বা ডিজিটাল বলা কঠিন কারণ 'অফ' স্টেটগুলি সম্পূর্ণ বন্ধ নয়, এবং 'অন' স্টেটগুলি আপেক্ষিক," ব্রফি বলেছিলেন।
শিকড়গুলিতে, একটি "বন্ধ" অবস্থা একটি সম্পূর্ণ রুট ক্যাপ দ্বারা নির্দেশিত হয়েছিল, একটি রুট টেনড্রিলের ডগায় কোষের একটি স্তর যা আরও বৃদ্ধিতে বাধা দেয়। "চালু" অবস্থাগুলিকে কেবল একটি রুট বা রুটলেটের উপস্থিতি দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়েছিল। কিন্তু গবেষকরা লক্ষ্য করেছেন যে "অফ" অবস্থায় কিছু শিকড় শুধুমাত্র একটি আংশিক রুট ক্যাপ তৈরি করেছে - একটি নির্দিষ্ট বিন্দুর পরে বৃদ্ধি বন্ধ করার জন্য যথেষ্ট, কিন্তু এটি সম্পূর্ণরূপে প্রতিরোধ করার জন্য যথেষ্ট নয়। এই বিভ্রান্তিকর অভিব্যক্তিগুলি প্রায়শই তৈরি হয় যখন দলটি একটি লজিক গেট প্রয়োগ করে নিকোটিয়ানা একটিতে আরবিডোপসিস উদ্ভিদ তারা টুলকিট জন্য tweaked পরে অদৃশ্য হয়ে যায় আরবিডোপসিস জিন।
যদিও এই ধরণের আংশিক অভিব্যক্তি কৃত্রিম জীববিজ্ঞানের মুখোমুখি হওয়া চ্যালেঞ্জগুলির সাথে যুক্ত করে, শিহ বলেছিলেন যে এর সুবিধাও থাকতে পারে: এটি প্রাণীদের তুলনায় উদ্ভিদকে পরীক্ষামূলক পরীক্ষার জন্য সহজ বিষয় করে তুলতে পারে কারণ প্রাণীদের মধ্যে আংশিক জিনের অভিব্যক্তি প্রায়শই কম স্পষ্ট (এবং আরও মারাত্মক) .
দেবাং মেহতা, কানাডার আলবার্টা বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন সিস্টেম জীববিজ্ঞানী যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না, ব্রফি এবং ডিনেনির গবেষণাকে অর্গানিজমাল সিন্থেটিক বায়োলজিতে একটি "বড় পদক্ষেপ" বলে অভিহিত করেছেন। যাইহোক, তিনি সতর্ক করেছেন যে পরবর্তী পদক্ষেপটি কতটা চ্যালেঞ্জিং হবে তা আমাদের অবমূল্যায়ন করা উচিত নয়।
মেহতা বলেন, "বিশেষ করে বুলিয়ান লজিকের মতো জিনিসগুলি অন্তর্ভুক্ত পরিবেশে খুব দরকারী, যেখানে আপনি সত্যিই পরিবেশগত ভেরিয়েবলগুলি নিয়ন্ত্রণ করতে পারেন।" "প্রাকৃতিক পরিবেশে এটি করা অনেক কঠিন।"
কারণ গাছপালা এবং অন্যান্য জীবন্ত জিনিসগুলি তাদের পরিবেশের প্রতি অত্যন্ত প্রতিক্রিয়াশীল যেভাবে কম্পিউটারগুলি নয়, যা তাদের নির্ভরযোগ্য জেনেটিক সার্কিটগুলির সাথে প্রোগ্রামিং করার চ্যালেঞ্জকে জটিল করে তোলে। ব্রফি তাদের একটি ক্যালকুলেটরের সাথে বিপরীত করে, যার জন্য প্রতিবার 2 যোগ 2 সমান 4 হয়। "এটি সমস্যাযুক্ত হবে যদি 2 প্লাস 2 সমান হয় 3 যখন এটি ঠান্ডা ছিল, এবং 5 যখন এটি খুব উজ্জ্বল ছিল," তিনি বলেছিলেন। ভুট্টা বা গমের মতো ফসলে বুলিয়ান জিন সার্কিট প্রয়োগ করার জন্য, কৃত্রিম জীববিজ্ঞানীদের হয় আবহাওয়া নিয়ন্ত্রণের উপায় তৈরি করতে হবে অথবা আরও বাস্তবসম্মতভাবে, তাপ, ঠান্ডা এবং বৃষ্টির মতো শক্তিশালী প্রতিক্রিয়া থেকে উদ্ভিদকে প্রতিরোধ করতে হবে।
"এটি একটি গুরুত্বপূর্ণ সীমাবদ্ধতা যে ক্ষেত্রটি সম্পর্কে খুব অগ্রসর হওয়া দরকার," শিহ বলেছেন। তিনি ব্রফি এবং ডিনেনির কাজকে এই চ্যালেঞ্জ মোকাবেলার জন্য একটি প্রাথমিক রোড ম্যাপ হিসেবে দেখেন। "এখন আমরা দেখতে পাচ্ছি কোনটি [সরঞ্জাম] কাজ করে এবং কোনটি নয়।"
সম্পাদকদের দ্রষ্টব্য: একজন এইচএইচএমআই-সিমন্স ফ্যাকাল্টি স্কলার হিসাবে, ডিনেনি সিমন্স ফাউন্ডেশন থেকে অর্থায়ন পেয়েছেন, যা সমর্থন করে কোয়ান্টা, বিজ্ঞান সাংবাদিকতার এই সম্পাদকীয়ভাবে স্বাধীন পত্রিকা।
