বিজ্ঞানীরা একটি কোষের জেনেটিক ইতিহাস রেকর্ড করতে ডিএনএ 'ক্যামকর্ডার' প্রকৌশলী

শৈশব বাড়ির ভিডিওগুলি হৃদয়গ্রাহী, হাসিখুশি, বা একেবারে বিব্রতকর হতে পারে। কিন্তু টেপগুলিতে একটি অমূল্য সম্পদ রয়েছে: একটি শিশুর যাত্রার স্নিপেট যখন তারা বিশ্বে নেভিগেট করতে শেখে। অবশ্যই, ফটোগুলি প্রথম জন্মদিন বা বাইক থেকে প্রথম পড়ে যাওয়াও ক্যাপচার করতে পারে—কিন্তু সিনেমার পরিবর্তে, সেগুলি সময়ের একক স্ন্যাপশট।

বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরে তাদের ইতিহাস ক্যাপচার করার জন্য কোষে ডিএনএ "ক্যামকর্ডার" এম্বেড করার চেষ্টা করেছেন। বাচ্চাদের মতো, কোষগুলি পরিবেশের সাথে মিথস্ক্রিয়া করার সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়, বৈচিত্র্যময় এবং পরিপক্ক হয়। এই পরিবর্তনগুলি একটি কোষের জিন কার্যকলাপে এম্বেড করা হয়, এবং সময়ের সাথে তাদের পুনর্গঠন করে, বিজ্ঞানীরা একটি কোষের বর্তমান অবস্থা অনুমান করতে পারেন - উদাহরণস্বরূপ, এটি কি ক্যান্সারে পরিণত হচ্ছে?

প্রযুক্তিটি "উন্নয়নমূলক এবং ক্যান্সার জীববিজ্ঞান সম্পর্কে জ্ঞানকে আরও গভীর করবে যা থেরাপিউটিক কৌশলগুলিতে অনুবাদ করা যেতে পারে," বলেছেন নোজোমু ইয়াচি এবং ব্রিটিশ কলাম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের সহকর্মীরা ড.

সমস্যাটি? রেকর্ডিং প্রক্রিয়াটি, আজ পর্যন্ত, শুধুমাত্র একক স্ন্যাপশট নিয়ে গঠিত এবং কোষটিকে ধ্বংস করেছে, যার ফলে এটির বৃদ্ধি ট্র্যাক করা অসম্ভব।

এখন, ইউসিএসএফ গ্ল্যাডস্টোন ইনস্টিটিউটে ডঃ সেথ শিপম্যানের নেতৃত্বে একটি দল একটি জৈবিক রেকর্ডার প্রকৌশলী—ডাব করা রেট্রো-ক্যাসকর্ডার—যেটি, একটি পুরানো স্কুল ক্যামকর্ডারের মতো, একটি কোষের জিনের অভিব্যক্তি ইতিহাসকে একটি ডিএনএ "টেপে" ক্যাপচার করতে পারে, কয়েকদিন ধরে। CRISPR-কে ধন্যবাদ, এই "টেপগুলি" তারপর কোষের জিনোমে একত্রিত হয়, যা পরবর্তী তারিখে পড়া যাবে।

ফলাফল তথ্য ঠিক না আমেরিকার মজাদার হোম ভিডিও. বরং, এটি একটি খাতা যা একাধিক জৈবিক সংকেত নথিভুক্ত করে এবং সুন্দরভাবে কালানুক্রমিক ক্রমে সংরক্ষণ করে।

"আণবিক তথ্য সংগ্রহের এই নতুন উপায়টি আমাদের কোষগুলিতে একটি অভূতপূর্ব উইন্ডো দেয়," বলেছেন শিপম্যান। একটি কোষের বিকাশের ইতিহাসে লুকিয়ে পড়ার পাশাপাশি—উদাহরণস্বরূপ, এটি একটি সাধারণ স্টেম সেল থেকে কীভাবে বৈচিত্র্যময় হয়েছে—রেট্রো-ক্যাসকর্ডার যোগ করা স্বাভাবিক কোষকে জীবন্ত বায়োসেন্সরগুলিতে রূপান্তরিত করতে পারে যা দূষণ, ভাইরাস বা অন্যান্য দূষকগুলির জন্য পর্যবেক্ষণ করে, সব সময় ডিএনএর ক্ষমতা পরীক্ষা করার সময় একটি নির্ভরযোগ্য ডেটা স্টোরেজ ডিভাইস।

ডিএনএ টেপের উত্থান

কেন একটি সেল এর ইতিহাস ট্র্যাক?

একটি শিশু হিসাবে একটি কোষ কল্পনা করুন. একটি নিষিক্ত ডিম্বাণু থেকে শুরু করে, এটি বৃদ্ধি পায়, তার বাহ্যিক চেহারা পরিবর্তন করে - একটি ত্বকের কোষ বা একটি নিউরনে, উদাহরণস্বরূপ - এবং প্রজনন কোষগুলির জন্য, তার বাচ্চাদের কাছে জেনেটিক তথ্য প্রেরণ করে। জীবনের মধ্য দিয়ে একটি কোষের যাত্রা শুধুমাত্র তার জেনেটিক্স দ্বারা সেট করা হয় না - বরং, এটির জেনেটিক নির্দেশাবলী কীভাবে সঞ্চালিত হয় তা তার সেলুলার প্রতিবেশী এবং বাইরের বিশ্বের উভয়ের সাথে মিথস্ক্রিয়াগুলির উপর নির্ভর করে: খাদ্য, ব্যায়াম, মানসিক চাপ এবং তার মানব হোস্টের অভিজ্ঞতা যা কিছু।

এই প্রকৃতি এবং লালন প্রম্পটগুলি জিনের একটি নির্দিষ্ট প্যাটার্ন সক্রিয় করার জন্য একটি কোষকে ট্রিগার করে - একটি প্রক্রিয়া যাকে জিনের অভিব্যক্তি বলা হয়। আমাদের সমস্ত কোষ একই সেট জিনকে আশ্রয় করে; যা তাদের আলাদা করে তোলে তা হল কোনটি চালু বা বন্ধ। জিনের অভিব্যক্তি ব্যাপকভাবে শক্তিশালী: এটি একটি কোষের পরিচয়, কার্যকারিতা এবং শেষ পর্যন্ত, জীবনকে নিয়ন্ত্রণ করে এমন জৈবিক প্রক্রিয়াগুলিকে পরিবর্তন করতে পারে।

তাদের অভ্যন্তরীণ কাজের মধ্যে একটি উঁকি আছে এটা মহান হবে.

একটি উপায় হল স্ন্যাপশট পদ্ধতি। "ওমিক্স" প্রযুক্তি ব্যবহার করে-অর্থাৎ, জিনের অভিব্যক্তি, বিপাক বা অন্যান্য অবস্থার জন্য একই সময়ে লক্ষ লক্ষ কোষ বিশ্লেষণ করে-আমরা একটি নির্দিষ্ট সময়ে কোষগুলির একটি গ্রুপের একটি উচ্চ-রেজোলিউশন স্ন্যাপশট পেতে পারি। শক্তিশালী থাকাকালীন, প্রক্রিয়াটি নমুনাকে ধ্বংস করে। কারণ হল কোষের মধ্যে সঞ্চিত জিনের অভিব্যক্তির তথ্য পড়ার জন্য, RNAseq নামে পরিচিত একটি পদ্ধতি, অণুগুলি অ্যাক্সেস করতে এবং বের করার জন্য কোষের চর্বিযুক্ত, বুদবুদ খাম ভেঙে ফেলা প্রয়োজন। জেমস ওয়েব টেলিস্কোপকে মহাকাশের যেকোনো স্থানে নির্দেশ করার কল্পনা করুন, জেনে নিন যে টেলিস্কোপটি যা কিছু দেখবে তা নিশ্চিহ্ন করে দেবে - হ্যাঁ, দুর্দান্ত নয়।

ডিএনএ টেপ একটি ভিন্ন পদ্ধতি গ্রহণ করে। একটি ভিডিও সম্পাদকের মতো, তারা ডিএনএ অক্ষর দিয়ে তৈরি একটি বারকোড দিয়ে একটি সেলের ইভেন্টগুলিকে "ট্যাগ" করে - কিছুটা টাইমস্ট্যাম্পের মতো৷ ডিএনএ স্টোরেজ ডিভাইস হিসাবে ব্যবহার করার জন্য শিপম্যান অপরিচিত নয়। 2017 সালে, হার্ভার্ডে কৃত্রিম জীববিজ্ঞানী ডঃ জর্জ চার্চ এবং দলের সাথে কাজ করে, তারা এনকোড করেছে CRISPR ব্যবহার করে জীবন্ত ব্যাকটেরিয়ার জিনোমে একটি ডিজিটাল চলচ্চিত্র।

একটি ডিএনএ ডায়েরি

নতুন অধ্যয়নের একটি অপেক্ষাকৃত সহজ লক্ষ্য ছিল: একটি মোশন-ট্রিপড ক্যামেরার মতো, কোনও নির্দিষ্ট জিন চালু হলে রেকর্ড করা শুরু করুন।

রেট্রো-ক্যাসকর্ডার ডিজাইন করতে, দলটি একটি রহস্যময় জেনেটিক উপাদান, রেট্রন-এ পরিণত হয়েছিল। এগুলি ব্যাকটেরিয়ার ডিএনএর ছোট অংশ যা বিজ্ঞানীদের কয়েক দশক ধরে ফ্লোমোক্স করে, বুঝতে পারার আগে যে তারা ব্যাকটেরিয়ার ইমিউন সিস্টেমের অংশ। 2021 তে ফিরে, অধ্যয়ন সহ-লেখক চার্চ একটি অদ্ভুত ব্যাকটেরিয়া কুয়াশা থেকে retrons রূপান্তরিত একটি জিন এডিটিং টুলে যা লক্ষ লক্ষ ডিএনএ বৈচিত্র স্ক্রীন করতে পারে এবং একই সাথে তাদের প্রভাব অনুসরণ করতে পারে। গুরুত্বপূর্ণভাবে, তারা বুঝতে পেরেছিল যে সময়ের সাথে একটি নির্দিষ্ট জেনেটিক পরিবর্তন টাইমস্ট্যাম্প করতে ট্যাগ হিসাবে রেট্রন ব্যবহার করা যেতে পারে।

এখানে, দলটি নির্দিষ্ট ডিএনএ ট্যাগ তৈরি করতে ইঞ্জিনিয়ারিং রেট্রন দিয়ে শুরু করেছিল- যেমন প্যাকেজগুলি চিহ্নিত করতে বারকোডের একটি সিরিজ প্রিন্ট করা। ট্যাগগুলি ডিএনএ প্রমোটরগুলির সাথে সংযুক্ত, যা একটি ট্র্যাফিক লাইটের মতো, কোষকে একটি জিন চালু করার অনুমতি দেয়৷

একবার একটি জিন চালু হলে, রেট্রন স্বয়ংক্রিয়ভাবে একটি অনন্য বারকোড তৈরি করে যা তার কার্যকলাপকে প্রত্যয়িত করে। এটি একটি মাল্টিস্টেপ প্রক্রিয়া: ট্যাগটি, মূলত ডিএনএ-তে এনকোড করা, প্রথমে সেল দ্বারা আরএনএ-তে প্রতিলিপি করা হয় এবং তারপর রেট্রন দ্বারা ডিএনএ "রসিদ"-এ আবার লেখা হয়।

একটি রেস্টুরেন্ট নগদ রেজিস্টার চিন্তা করুন. এটি একটি অর্ডার প্রিন্ট করার সমতুল্য, একটি নির্দিষ্ট সময়ে, একটি রসিদ সহ।

প্রযুক্তিটি প্রত্যাশিতভাবে কাজ করে তা যাচাই করার পরে, দলটি রেট্রন-ভিত্তিক ট্যাগগুলি ব্যবহার করে একটি ঘরের "চলচ্চিত্র" তৈরির দিকে মনোনিবেশ করে। এটি ঐতিহ্যগত অর্থে একটি ভিডিও নয়: দলটিকে এখনও একটি রেকর্ডিং সেশনের শেষে বারকোডগুলি বিশ্লেষণ করতে হয়েছিল - প্রায় 24 ঘন্টা - প্লেব্যাকের জন্য, যা কোষগুলিকে ধ্বংস করে৷

সময়ের মধ্যে একটি স্ন্যাপশটে জিনের অভিব্যক্তি পরিবর্তনের ট্র্যাক রাখা তুলনামূলকভাবে সহজ। সারা দিনে একই পরিবর্তনের ট্র্যাক রাখা অনেক বেশি কঠিন। রেকর্ডারের জন্য একটি "স্মৃতি" তৈরি করতে, দলটি CRISPR-Cas-এর দিকে ফিরে গেল। এখানে, CRISPR অ্যারেগুলি ডায়েরি হিসাবে কাজ করে, যেখানে রেট্রনগুলি প্রতিদিনের এন্ট্রিগুলির মতো। রেট্রন দ্বারা উত্পন্ন ডিএনএ রসিদগুলি একটি CRISPR অ্যারেতে অন্তর্ভুক্ত করা হয়। ক্যাসেট টেপের মতো, এগুলিতে পৃথক ইভেন্টগুলিকে সাহায্য করার জন্য একটি কালো পর্দার মতো স্পেসার দ্বারা অনুসরণ করা ডেটা থাকে। নতুন তথ্য যোগ করার সাথে সাথে, পূর্ববর্তী স্পেসারগুলি নিকটতম এন্ট্রি থেকে আরও দূরে সরে যায়, যার ফলে ঘটনাগুলির একটি সময়রেখা বোঝা সম্ভব হয়।

জিনগত তথ্য লেখার জন্য CRISPR ব্যবহার করার ক্ষমতা সম্পন্ন কোষগুলি "ক্রমগতভাবে সেলুলার ইভেন্টগুলি রেকর্ড করতে পারে...ডিএনএ টেপে," ইয়াচি বলেন।

ধারণার প্রমাণে, দলটি রেট্রো-ক্যাসকর্ডার চালু করেছে Escherichia কোলি (ই. কোলি), ল্যাবের প্রিয় ব্যাকটেরিয়া, জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের মাধ্যমে। নতুন কনস্ট্রাকশনটি অন্তর্ভুক্ত করা বাগটির জন্য একটি হাওয়া ছিল এবং বিজ্ঞানীদের জন্য একটি ভাল লক্ষণ, কারণ এটি কোষে সামান্য চাপ বা বিষাক্ততার পরামর্শ দেয়।

তারপরে তারা রাসায়নিক ব্যবহার করে উভয় ডিএনএ প্রমোটর চালু করে, যেমন ওয়াকম্যানে "রেকর্ড" ক্লিক করা। 48 ঘন্টারও বেশি সময় ধরে, সিস্টেমটি CRISPR অ্যারেতে প্রত্যাশিতভাবে জিনের অভিব্যক্তির পরিবর্তন রেকর্ড করেছে। CRISPR অ্যারে-এর ক্রম-এর মধ্যে আরও খনন করার পর-অর্থাৎ, পরে সেগুলো পড়া-তারা দেখতে পেল যে কোষের ইতিহাস প্রত্যাশিতভাবে এগিয়েছে।

আপনার পুরো ইতিহাস

নতুন ডিএনএ টেপটি সময়ের মাধ্যমে একটি চলচ্চিত্রের ছোট স্নিপেট রেকর্ড করার মতো। কিন্তু এটা অদ্ভুতভাবে সম্পাদিত. যদিও রেট্রো-ক্যাসকর্ডার জিন অ্যাক্টিভেশনের ক্রম বলতে পারে, এটি দুটি সংলগ্ন ইভেন্টের মধ্যে টাইমলাপসকে চিহ্নিত করতে পারে না। একটি হোম ভিডিওর মতো, একটি নৃত্যের মহড়ার একটি ক্লিপ এবং একটি নৈশভোজ একই দিনে হতে পারে; বা বছর আলাদা।

কিন্তু পূর্ববর্তী প্রচেষ্টার তুলনায়, টেপটি একটি প্রযুক্তিগত লিপ, যেখানে আরও ভাল সংকেত, দীর্ঘ রেকর্ডিং সময়কাল এবং আরও ভাল প্লেব্যাক রয়েছে।

"এটি এখনও একটি নিখুঁত সিস্টেম নয়, তবে আমরা মনে করি এটি এখনও বিদ্যমান পদ্ধতির চেয়ে ভাল হতে চলেছে, যা আপনাকে একবারে একটি ইভেন্ট পরিমাপ করতে সক্ষম করে," শিপম্যান বলেছিলেন।

নিখুঁত সেলুলার ডকুমেন্টারির জন্য রেস চলছে, এবং বেশিরভাগের কেন্দ্রে CRISPR আছে। ইয়াচির কাছে, একটি উপায় হল good-ole'-CRISPR এর সাথে প্রতিস্থাপন করা বেস সম্পাদক or CRISPR প্রাইম, উভয়ই কোষের জিনোমের কম ক্ষতি করে। জৈবিক "ভিসিআর" - যা একটি জিনের রেকর্ডকৃত অভিব্যক্তিকে পাঠ করে - এরও একটি আপগ্রেড প্রয়োজন, সম্ভাব্যভাবে উন্নত কম্পিউটিং দক্ষতা দ্বারা চালিত৷

আরও নিখুঁত হলে, ডিএনএ রেকর্ডার আমাদের মিনি-ব্রেন এবং অন্যান্য অর্গানয়েডের বিকাশের গতিপথ ট্র্যাক করতে, ক্যান্সার কোষগুলিকে বিকশিত হওয়ার সাথে সাথে অধ্যয়ন করতে, কোষে পরিবেশগত দূষণকারীর জন্য পর্যবেক্ষণ করতে সাহায্য করতে পারে—সবকিছু জীবনকে ঝুঁকিতে না ফেলে।

চিত্র ক্রেডিট: ইমো ওয়েগম্যান / Unsplash