এমনকি একটি ক্ষুদ্র জিনোম সহ কৃত্রিম জীবন গঠনও বিবর্তিত হতে পারে | কোয়ান্টা ম্যাগাজিন

সাত বছর আগে, গবেষকরা দেখিয়েছিলেন যে তারা কোষগুলিকে তাদের বেস্ট ফান্ডামেন্টালগুলিতে নামিয়ে আনতে পারে, ক্ষুদ্রতম জিনোমের সাথে একটি জীবন গঠন তৈরি করে যা এখনও এটিকে ল্যাবে বৃদ্ধি এবং বিভক্ত করতে দেয়। কিন্তু তার অর্ধেক জেনেটিক লোড ঝরাতে, সেই "ন্যূনতম" কোষটিও কিছু দৃঢ়তা এবং অভিযোজনযোগ্যতা হারিয়েছে যে প্রাকৃতিক জীবন বিলিয়ন বছর ধরে বিবর্তিত হয়েছিল। এটি জীববিজ্ঞানীরা ভাবছে যে হ্রাসটি একমুখী ট্রিপ হতে পারে কিনা: কোষগুলিকে তাদের খালি প্রয়োজনীয় জিনিসগুলিতে ছাঁটাই করার সময়, তারা কি কোষগুলিকে বিবর্তিত হতে অক্ষম রেখেছিল কারণ তারা আরও একটি জিনের পরিবর্তন থেকে বাঁচতে পারেনি?

এখন আমাদের কাছে প্রমাণ রয়েছে যে গ্রহের দুর্বলতম, সহজতম স্ব-প্রতিলিপিকারী জীবগুলির মধ্যে একটিও মানিয়ে নিতে পারে। ল্যাবে মাত্র 300 দিনের বিবর্তনের সময়, 40,000 মানব বছরের প্রজন্মের সমতুল্য, সামান্য ন্যূনতম কোষগুলি তাদের ত্যাগের সমস্ত ফিটনেস ফিরে পেয়েছে, ইন্ডিয়ানা বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি দল সম্প্রতি প্রতিবেদন করেছে জার্নালে প্রকৃতি. গবেষকরা খুঁজে পেয়েছেন যে কোষগুলি নির্বাচনের চাপের পাশাপাশি ক্ষুদ্র ব্যাকটেরিয়া থেকে উদ্ভূত হয়েছিল। ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া, সান দিয়েগোতে একটি দ্বিতীয় গবেষণা গ্রুপ স্বাধীনভাবে একই ধরনের উপসংহারে এসেছে যা প্রকাশের জন্য গৃহীত হয়েছে।

"এটি দেখা যাচ্ছে যে জীবন, এমনকি একটি ন্যূনতম কোষের মতো এমন সরল অস্বস্তিকর জীবন, আমরা যা ভেবেছিলাম তার চেয়ে অনেক বেশি শক্তিশালী," বলেছেন কেট আদমমালা, মিনেসোটা বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন বায়োকেমিস্ট এবং সহকারী অধ্যাপক যিনি উভয় গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। "আপনি এটিতে পাথর ছুঁড়তে পারেন এবং এটি এখনও বেঁচে থাকবে।" এমনকি একটি জিনোমেও যেখানে প্রতিটি একক জিন একটি উদ্দেশ্য পরিবেশন করে, এবং একটি পরিবর্তন আপাতদৃষ্টিতে ক্ষতিকারক হতে পারে, বিবর্তন জীবগুলিকে অভিযোজিতভাবে তৈরি করে।

"এটি একটি অত্যাশ্চর্য অর্জন," বলেন রোজানা জিয়া, মিসৌরি বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন পদার্থবিজ্ঞানী যার গবেষণার লক্ষ্য হল একটি ন্যূনতম কোষের একটি পদার্থবিদ্যা-ভিত্তিক মডেল তৈরি করা এবং যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। নতুন কাজটি দেখিয়েছে যে এমনকি কোনও জিনোম সংস্থান ছাড়াই, তিনি বলেছিলেন, ন্যূনতম কোষগুলি প্রয়োজনীয় জিনের এলোমেলো পরিবর্তনের সাথে তাদের ফিটনেস বাড়াতে পারে।

নতুন বিবর্তন পরীক্ষাগুলি কীভাবে ক্ষুদ্রতম, সহজতম জীবগুলি বিবর্তিত হতে পারে - এবং কীভাবে বিবর্তনের নীতিগুলি সমস্ত ধরণের জীবনকে একত্রিত করে, এমনকি ল্যাবে তৈরি জেনেটিক নতুনত্বগুলিকেও অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করতে শুরু করেছে৷ "ক্রমবর্ধমানভাবে, আমরা প্রমাণ দেখতে পাচ্ছি যে এই [ন্যূনতম কোষ] এমন একটি জীব যা উদ্ভট কিছু নয় এবং পৃথিবীর বাকি জীবনের মতো নয়," বলেছেন জন গ্লাস, লেখক। প্রকৃতি অধ্যয়ন এবং ক্যালিফোর্নিয়ার জে ক্রেগ ভেন্টার ইনস্টিটিউট (জেসিভিআই) এর সিন্থেটিক বায়োলজি গ্রুপের নেতা যিনি সর্বপ্রথম ন্যূনতম কোষ প্রকৌশলী করেছিলেন।

যদি আমরা 'লেট ইট লুজ'?

যেভাবে 19- এবং 20-শতাব্দীর পদার্থবিদরা হাইড্রোজেন ব্যবহার করেছিলেন, সমস্ত পরমাণুর মধ্যে সবচেয়ে সহজ, পদার্থ সম্পর্কে মৌলিক আবিষ্কার করতে, কৃত্রিম জীববিজ্ঞানীরা জীবনের মৌলিক নীতিগুলি অধ্যয়ন করার জন্য ন্যূনতম কোষগুলি বিকাশ করছেন। সেই লক্ষ্যটি 2016 সালে উপলব্ধি করেছিলেন যখন গ্লাস এবং তার সহকর্মীরা একটি ন্যূনতম কোষ তৈরি করে, JCVI-syn3.0। তারা পরে এটি মডেল মাইকোপ্লাজমা মাইকোয়েডস, একটি ছাগলের বসবাসকারী পরজীবী ব্যাকটেরিয়া যা ইতিমধ্যেই একটি খুব ছোট জিনোমের সাথে পাওয়া যায়। 2010 সালে, দলটি JCVI-syn1.0 প্রকৌশলী করেছিল, যা প্রাকৃতিক ব্যাকটেরিয়া কোষের একটি সিন্থেটিক সংস্করণ। এটিকে একটি নির্দেশিকা হিসাবে ব্যবহার করে, তারা অপরিহার্য বলে পরিচিত জিনের একটি তালিকা তৈরি করে, সেগুলিকে একটি খামির কোষে একত্রিত করে এবং তারপর সেই নতুন জিনোমটিকে একটি ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত ব্যাকটেরিয়া কোষে স্থানান্তরিত করে যা এর আসল ডিএনএ খালি করা হয়েছিল।

দুই বছর পর নিউ ইংল্যান্ডে একটি সম্মেলনে, জে লেনন, ইন্ডিয়ানা ইউনিভার্সিটি ব্লুমিংটনের একজন বিবর্তনীয় জীববিজ্ঞানী, থেকে একটি বক্তৃতা শুনেছেন ক্লাইড হাচিসন, JCVI-এর একজন প্রফেসর ইমেরিটাস যিনি ন্যূনতম সেলের প্রকৌশলী দলের নেতৃত্ব দিয়েছিলেন। পরে, লেনন তাকে জিজ্ঞাসা করলেন, "আপনি যখন এই জীবটিকে ছেড়ে দেন তখন কি হয়?" অর্থাৎ, ন্যূনতম কোষগুলির কী হবে যদি তারা বন্যের ব্যাকটেরিয়ার মতো প্রাকৃতিক নির্বাচনের চাপের শিকার হয়?

একজন বিবর্তনীয় জীববিজ্ঞানী হিসেবে লেননের কাছে প্রশ্নটি ছিল সুস্পষ্ট। কিন্তু তিনি এবং হাচিসন উভয়েই কয়েক মিনিটের জন্য এটি নিয়ে চিন্তা করার পরে, এটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে যে উত্তরটি ছিল না।

ন্যূনতম কোষ হল "জীবনের একটি প্রকার - এটি একটি কৃত্রিম জীবন, কিন্তু এটি এখনও জীবন," লেনন বলেছিলেন, কারণ এটি পুনরুত্পাদন এবং বৃদ্ধি করতে সক্ষম এমন কিছু হিসাবে জীবনের সবচেয়ে মৌলিক সংজ্ঞা পূরণ করে৷ তাই এটি গরিলা, ব্যাঙ, ছত্রাক এবং অন্যান্য সমস্ত জীবের মতোই বিবর্তনীয় চাপে সাড়া দেওয়া উচিত। কিন্তু অত্যধিক অনুমান ছিল যে সুবিন্যস্ত জিনোম "এই জীবের অভিযোজিতভাবে বিকশিত হওয়ার ক্ষমতাকে পঙ্গু করে দিতে পারে," লেনন বলেছিলেন।

প্রকৃতপক্ষে কী ঘটবে তা কারোরই ধারণা ছিল না, কারণ গবেষকরা সাধারণত ন্যূনতম কোষগুলিকে বিকশিত হতে না দেওয়ার জন্য খুব যত্ন নিয়েছেন। যখন কোষের নমুনাগুলি JCVI দ্বারা মোটামুটি 70 টি ল্যাবগুলির মধ্যে বিতরণ করা হয় যা এখন তাদের সাথে কাজ করে, তখন সেগুলি প্রাথমিকভাবে বিতরণ করা হয় এবং মাইনাস 80 ডিগ্রি সেলসিয়াসে হিমায়িত করা হয়। আপনি যখন তাদের বাইরে নিয়ে যান, তখন এটি পৃথিবীতে তাদের প্রথম দিনের মতো, লেনন বলেছিলেন: "এগুলি একেবারে নতুন কোষ যা বিবর্তনের দিন কখনও দেখেনি।"

তাদের মুখোমুখি হওয়ার কিছুক্ষণ পরে, হাচিসন লেননকে গ্লাসের সাথে যোগাযোগ করেন, যিনি ইন্ডিয়ানাতে লেননের ল্যাবের সাথে তার দলের ন্যূনতম কোষের নমুনা ভাগ করেছিলেন। তারপরে লেনন এবং রয় মোগার-রিশার, সেই সময়ে তার স্নাতক ছাত্র, কাজ শুরু করেছিলেন।

স্ট্রীমলাইনড সেল পরীক্ষা করা হচ্ছে

তারা ন্যূনতম কোষে মিউটেশন হার পরিমাপ করার লক্ষ্যে একটি পরীক্ষা দিয়ে শুরু করেছিল। তারা বারবার ক্রমবর্ধমান ন্যূনতম কোষের জনসংখ্যার একটি স্লাইভারকে পেট্রি খাবারে স্থানান্তরিত করেছে, যা প্রতিযোগিতার মতো প্রভাবকে বাধা না দিয়ে কোষগুলিকে বৃদ্ধি পেতে মুক্ত করেছে। তারা দেখতে পেল যে ন্যূনতম কোষটি ইঞ্জিনিয়ারডের সাথে তুলনীয় হারে পরিবর্তিত হয়েছে এম. মাইকোয়েডস - যা রেকর্ডকৃত ব্যাকটেরিয়া মিউটেশন হারের সর্বোচ্চ।

দুটি জীবের মধ্যে মিউটেশন মোটামুটি একই রকম ছিল, কিন্তু গবেষকরা লক্ষ্য করেছেন যে ন্যূনতম কোষে একটি প্রাকৃতিক মিউটেশনাল পক্ষপাত অতিরঞ্জিত ছিল। মধ্যে এম. মাইকোয়েডস কোষে, একটি মিউটেশন অন্য উপায়ের তুলনায় জি বা সি এর জন্য জেনেটিক কোডে A বা T পরিবর্তন করার সম্ভাবনা 30 গুণ বেশি ছিল। ন্যূনতম কক্ষে, এটি 100 গুণ বেশি সম্ভাবনা ছিল। সম্ভাব্য ব্যাখ্যা হল ন্যূনতমকরণ প্রক্রিয়া চলাকালীন সরানো কিছু জিন সাধারণত সেই মিউটেশনকে বাধা দেয়।

পরীক্ষা-নিরীক্ষার দ্বিতীয় সিরিজে, কোষের একটি ছোট গোষ্ঠীর উপর আনার পরিবর্তে, গবেষকরা 300 দিন এবং 2,000 প্রজন্মের জন্য কোষের ঘন জনসংখ্যা স্থানান্তর করেছেন। এটি আরও প্রতিযোগিতা এবং প্রাকৃতিক নির্বাচন ঘটতে দেয়, উপকারী মিউটেশন এবং জেনেটিক বৈচিত্রের উত্থানের পক্ষে যা অবশেষে সমস্ত কোষে শেষ হয়।

কোষের ফিটনেস পরিমাপ করার জন্য, তারা প্রতি 65 থেকে 130 প্রজন্মের মধ্যে তাদের সর্বোচ্চ বৃদ্ধির হার গণনা করে। কোষগুলি যত দ্রুত বৃদ্ধি পায়, পরবর্তী প্রজন্মের জন্য তারা তত বেশি কন্যা কোষ তৈরি করে। বিবর্তিত এবং অপরিবর্তিত ন্যূনতম কোষের ফিটনেস তুলনা করতে, গবেষকরা তাদের পূর্বপুরুষ ব্যাকটেরিয়ার বিরুদ্ধে প্রতিদ্বন্দ্বিতা করতে বাধ্য করেছেন। পরীক্ষার শুরুতে এবং 24 ঘন্টা পরে কোষগুলি কতটা প্রচুর ছিল তা তারা পরিমাপ করেছিল।

তারা গণনা করেছিল যে আসল ন্যূনতম কোষটি তার অপ্রয়োজনীয় জিনগুলির সাথে তার আপেক্ষিক ফিটনেসের 53% হারিয়েছে। ন্যূনতমকরণ "কোষকে অসুস্থ করে তুলেছিল," লেনন বলেছিলেন। তবুও পরীক্ষা-নিরীক্ষার শেষে, ন্যূনতম কোষগুলি সেই সমস্ত ফিটনেস ফিরে পেয়েছে। তারা পূর্বপুরুষের ব্যাকটেরিয়ার বিরুদ্ধে পায়ের আঙুলে যেতে পারে।

"এটি আমার মন উড়িয়ে দিয়েছে," বলেছেন অ্যান্টনি ভেকিয়ারেলি, মিশিগান বিশ্ববিদ্যালয়ের একজন মাইক্রোবায়োলজিস্ট যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। "আপনি মনে করবেন যে আপনার যদি শুধুমাত্র প্রয়োজনীয় জিন থাকে তবে এখন আপনি সত্যিই বিবর্তনের পরিমাণ সীমিত করেছেন যা … ইতিবাচক দিকে যেতে পারে।"

তবুও প্রাকৃতিক নির্বাচনের ক্ষমতা স্পষ্ট ছিল: এটি এমনকি সহজতম স্বায়ত্তশাসিত জীবের মধ্যেও ফিটনেসকে দ্রুত অপ্টিমাইজ করে, যার মিউটেশনের জন্য সামান্য বা কোন নমনীয়তা ছিল না। যখন লেনন এবং মোগার-রিশার জীবের আপেক্ষিক ফিটনেসের জন্য সামঞ্জস্য করেন, তখন তারা দেখতে পান যে ন্যূনতম কোষগুলি কৃত্রিম কোষের তুলনায় 39% দ্রুত বিবর্তিত হয়েছে। এম. মাইকোয়েডস ব্যাকটেরিয়া যা থেকে তারা উদ্ভূত হয়েছিল।

ভয়-লোভ বাণিজ্য বন্ধ

গবেষণাটি একটি "অবিশ্বাস্যভাবে চিন্তা-প্ররোচনামূলক" প্রথম পদক্ষেপ ছিল, ভেকচিয়ারেলি বলেছেন। এটা অনিশ্চিত যে যদি কোষগুলি বিকশিত হতে থাকে তবে কী ঘটবে: তারা কি কিছু জিন বা জটিলতা ফিরে পাবে যা তারা ন্যূনতমকরণ প্রক্রিয়াতে হারিয়েছিল? সব পরে, ন্যূনতম সেল নিজেই এখনও একটি রহস্য একটি বিট. এর বেঁচে থাকার জন্য প্রয়োজনীয় প্রায় 80 টি জিনের কোন পরিচিত কাজ নেই।

প্রাকৃতিক নির্বাচন এবং বিবর্তনের জন্য কোন জিনকে ন্যূনতম কোষে থাকতে হবে তা নিয়েও এই ফলাফলগুলি প্রশ্ন উত্থাপন করে।

2016 সাল থেকে, JCVI টিম কিছু অপ্রয়োজনীয় জিন যোগ করেছে যাতে ন্যূনতম কোষের রেখাগুলিকে প্রাকৃতিক কোষের মতো আরও বিভাজিত হতে সাহায্য করে। তারা এটি করার আগে, JCVI-syn3.0 বেড়ে উঠছিল এবং অদ্ভুত আকারে বিভক্ত হচ্ছিল, এমন একটি ঘটনা যা গ্লাস এবং তার দল তদন্ত করছে যে তাদের ন্যূনতম কোষগুলি আদিম কোষগুলি যেভাবে বিভক্ত করেছে তা দেখতে।

গবেষকরা দেখেছেন যে তাদের পরীক্ষায় প্রাকৃতিক নির্বাচনের পক্ষে বেশিরভাগ উপকারী মিউটেশনগুলি অপরিহার্য জিনে ছিল। কিন্তু একটি গুরুত্বপূর্ণ মিউটেশন ছিল একটি অপ্রয়োজনীয় জিনে ftsZ, যা একটি প্রোটিনের কোড যা কোষ বিভাজন নিয়ন্ত্রণ করে। যখন এটি পরিবর্তিত হয় এম. মাইকোয়েডস, ব্যাকটেরিয়া 80% বড় হয়েছে। কৌতূহলজনকভাবে, ন্যূনতম কোষে একই মিউটেশন এর আকার বাড়ায়নি। এটি দেখায় কিভাবে মিউটেশন সেলুলার প্রসঙ্গের উপর নির্ভর করে বিভিন্ন ফাংশন থাকতে পারে, লেনন বলেন।

একটি ইন পরিপূরক অধ্যয়ন, যা দ্বারা গৃহীত হয়েছে iScience কিন্তু এখনও প্রকাশিত হয়নি, নেতৃত্বে একটি গ্রুপ বার্নহার্ড পালসন ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়ায়, সান দিয়েগো একই ন্যূনতম কোষের একটি বৈকল্পিক পরীক্ষা থেকে অনুরূপ ফলাফলের রিপোর্ট করেছে। তারা একটি খুঁজে পায়নি ftsZ তাদের বিবর্তিত ন্যূনতম কোষে মিউটেশন, কিন্তু তারা কোষ বিভাজন পরিচালনা করে এমন অন্যান্য জিনের মধ্যেও একই রকম মিউটেশন খুঁজে পেয়েছে, এই বিষয়টির উপর জোর দিয়েছে যে জৈবিক ফলাফল অর্জনের একাধিক উপায় রয়েছে, পালসন বলেন।

তারা কোষের আকার দেখেনি, কিন্তু তারা পরীক্ষা করেছে যে বিবর্তনের পর্বের আগে, সময়কালে এবং পরে কোন জিন প্রকাশ করা হয়েছিল। তারা একটি "ভয়-লোভ ট্রেড-অফ" লক্ষ্য করেছেন, একটি প্রবণতা প্রাকৃতিক ব্যাকটেরিয়াতেও দেখা যায় জিনের মিউটেশনের বিবর্তন যা এটিকে মিউটেশনের পরিবর্তে বৃদ্ধি করতে সাহায্য করবে যা ত্রুটিগুলি সংশোধন করার জন্য আরও ডিএনএ মেরামত প্রোটিন তৈরি করবে।

এখানে আপনি দেখতে পাচ্ছেন যে "মিউটেশনগুলি সেলুলার প্রক্রিয়াগুলিকে প্রতিফলিত করে যা একটি ফাংশন উন্নত করার জন্য প্রয়োজন," প্যালসন বলেছিলেন।

জিয়া বলেছিলেন যে ন্যূনতম কোষটি আরও প্রাকৃতিক জিনোম সহ কোষের মতো বিকশিত হতে পারে তা প্রদর্শন করা গুরুত্বপূর্ণ ছিল কারণ এটি "সাধারণভাবে জীবনকে কতটা ভালভাবে উপস্থাপন করে" তা যাচাই করে। অনেক গবেষকের জন্য, একটি ন্যূনতম কোষের সম্পূর্ণ বিন্দু হল আরও জটিল প্রাকৃতিক কোষ এবং তারা যে নিয়মগুলি অনুসরণ করে তা বোঝার জন্য একটি সমালোচনামূলকভাবে দরকারী গাইড হিসাবে কাজ করা।

অন্যান্য গবেষণাও ন্যূনতম কোষগুলি কীভাবে প্রাকৃতিক চাপে সাড়া দেয় তা অনুসন্ধান করতে শুরু করেছে। একটি দল রিপোর্ট করেছে iScience 2021 সালে ন্যূনতম কোষগুলি ব্যাকটেরিয়ার মতোই বিভিন্ন অ্যান্টিবায়োটিকের বিরুদ্ধে দ্রুত প্রতিরোধ গড়ে তুলতে পারে।

কোন জিনগুলি পরিবর্তিত হওয়ার সম্ভাবনা বেশি এবং দরকারী অভিযোজন ঘটাতে পারে তা জানার ফলে গবেষকদের ওষুধগুলি ডিজাইন করতে সাহায্য করতে পারে যা সময়ের সাথে সাথে তারা শরীরে যা করে তার থেকে আরও ভাল হয়৷ খুব আলাদা ক্ষমতা আছে এমন শক্তিশালী সিন্থেটিক জীবন গঠনের জন্য, বিবর্তনীয় জীববিজ্ঞানী এবং কৃত্রিম জীববিজ্ঞানীদের অবশ্যই একসাথে কাজ করতে হবে, "কারণ আপনি এটিকে যতই প্রকৌশলী করুন না কেন, এটি এখনও জীববিজ্ঞান, এবং জীববিজ্ঞান বিবর্তিত হয়," অ্যাডামলা বলেছিলেন।