जीवित जीवों के जीन में हेरफेर करने की हमारी क्षमता में हाल के वर्षों में नाटकीय रूप से विस्तार हुआ है। अब, 50 प्रतिशत से अधिक सिंथेटिक डीएनए के साथ खमीर के एक प्रकार का अनावरण करने के बाद शोधकर्ता खरोंच से जीनोम बनाने के एक कदम और करीब हैं।
2006 से, सिंथेटिक यीस्ट जीनोम प्रोजेक्ट नामक शोधकर्ताओं का एक अंतरराष्ट्रीय संघ शराब बनाने वाले के खमीर के पूरे जीनोम को फिर से लिखने का प्रयास कर रहा है। यह जीव एक आकर्षक लक्ष्य है क्योंकि यह हमारी तरह यूकेरियोट है, और इसका जैव प्रौद्योगिकी उद्योग में जैव ईंधन, फार्मास्यूटिकल्स और अन्य उच्च मूल्य वाले रसायनों का उत्पादन करने के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
जबकि शोधकर्ताओं ने पहले वायरस और बैक्टीरिया के जीनोम को फिर से लिखा है, यीस्ट अधिक चुनौतीपूर्ण है क्योंकि इसका डीएनए 16 गुणसूत्रों में विभाजित है। प्रगति को गति देने के लिए, प्रत्येक अनुसंधान समूह ने अलग-अलग गुणसूत्रों को संयोजित करने का प्रयास करने से पहले उन्हें फिर से लिखने पर ध्यान केंद्रित किया।
टीम ने अब सभी 16 गुणसूत्रों के नए संस्करणों को सफलतापूर्वक संश्लेषित किया है और एक पूरी तरह से नया गुणसूत्र बनाया है। पत्रों की एक शृंखला में सेल और सेल जीनोमिक्स, टीम एक ही कोशिका में इनमें से सात सिंथेटिक गुणसूत्रों के साथ-साथ दूसरे के एक टुकड़े के सफल संयोजन की भी रिपोर्ट करती है। कुल मिलाकर, वे कोशिका के डीएनए का 50 प्रतिशत से अधिक हिस्सा बनाते हैं।
मैनचेस्टर विश्वविद्यालय के सह-लेखक पैट्रिक यिझी कै ने कहा, "हमारी प्रेरणा सिंथेटिक जीनोम का निर्माण करके जीनोम के बुनियादी सिद्धांतों के पहले सिद्धांतों को समझना है।" प्रेस विज्ञप्ति. "टीम ने अब नवोदित यीस्ट के ऑपरेटिंग सिस्टम को फिर से लिखा है, जो इंजीनियरिंग जीवविज्ञान के एक नए युग को खोलता है - मुट्ठी भर जीनों को छेड़छाड़ करने से लेकर नए डिजाइन और पूरे जीनोम के निर्माण तक।"
सिंथेटिक गुणसूत्र सामान्य यीस्ट से विशेष रूप से भिन्न होते हैं। शोधकर्ताओं ने काफी मात्रा में "जंक डीएनए" को हटा दिया जो दोहराव वाला है और विशिष्ट प्रोटीन के लिए कोड नहीं करता है। विशेष रूप से, उन्होंने जीनोम की स्थिरता में सुधार करने के लिए डीएनए के हिस्सों को काट दिया, जिन्हें ट्रांसपोज़न के रूप में जाना जाता है - जो स्वाभाविक रूप से अप्रत्याशित तरीकों से पुनर्संयोजित हो सकते हैं।
उन्होंने आरएनए को पूरी तरह से नए 17वें जीनोम में स्थानांतरित करने के लिए कोडिंग करने वाले सभी जीनों को भी अलग कर दिया। ये अणु अमीनो एसिड को कोशिका के प्रोटीन कारखाने राइबोसोम तक ले जाते हैं। कै बोला था विज्ञान टीआरएनए अणु "डीएनए क्षति हॉटस्पॉट" हैं। समूह को उम्मीद है कि उन्हें अलग करके तथाकथित "टीआरएनए नियोक्रोमोसोम" में रखने से उन्हें नियंत्रण में रखना आसान हो जाएगा।
कैई कहते हैं, "टीआरएनए नियोक्रोमोसोम दुनिया का पहला पूरी तरह से डी नोवो सिंथेटिक क्रोमोसोम है।" "प्रकृति में ऐसा कुछ भी मौजूद नहीं है।"
एक और महत्वपूर्ण परिवर्तन खमीर के उपयोगी नए उपभेदों को खोजने के प्रयासों में तेजी ला सकता है। टीम ने जीनोम में SCRaMbLE नामक एक प्रणाली को शामिल किया, जिससे गुणसूत्रों के भीतर जीन को तेजी से पुनर्व्यवस्थित करना संभव हो गया। यह "प्रेरक विकास प्रणाली" कोशिकाओं को संभावित रूप से दिलचस्प नए जीनोम के माध्यम से तेजी से चक्र करने की अनुमति देती है।
न्यूयॉर्क यूनिवर्सिटी लैंगोन हेल्थ के सह-लेखक जेफ बोएके ने कहा, "यह ताश के पत्तों को फेरने जैसा है।" बोला था न्यू साइंटिस्ट. "स्क्रैम्बल सिस्टम अनिवार्य रूप से हाइपरस्पीड पर विकसित हुआ है, लेकिन हम इसे चालू और बंद कर सकते हैं।"
कई संशोधित गुणसूत्रों को एक ही यीस्ट कोशिका में लाने के लिए, बोएके की टीम ने एक लंबा क्रॉस-ब्रीडिंग कार्यक्रम चलाया, जिसमें कोशिकाओं को जीनोम के विभिन्न संयोजनों के साथ जोड़ा गया। हर कदम पर था एक व्यापक "डीबगिंग" प्रक्रिया, क्योंकि सिंथेटिक गुणसूत्र अप्रत्याशित तरीकों से परस्पर क्रिया करते हैं।
इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, टीम ने छह पूर्ण गुणसूत्रों और एक अन्य के हिस्से को एक कोशिका में शामिल किया जो जीवित रही और बढ़ी। इसके बाद उन्होंने दाता कोशिका से सबसे बड़े यीस्ट क्रोमोसोम को स्थानांतरित करने के लिए क्रोमोसोम प्रतिस्थापन नामक एक विधि विकसित की, जिससे कुल संख्या साढ़े सात हो गई और सिंथेटिक डीएनए की कुल मात्रा 50 प्रतिशत से अधिक हो गई।
सभी 17 सिंथेटिक गुणसूत्रों को एक कोशिका में लाने के लिए काफी अतिरिक्त काम की आवश्यकता होगी, लेकिन आधे रास्ते को पार करना एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है। और अगर टीम पूरी तरह से सिंथेटिक जीनोम के साथ खमीर बना सकती है, तो यह जीवन के कोड में हेरफेर करने की हमारी क्षमता में एक महत्वपूर्ण बदलाव का प्रतीक होगा।
"मैं इसे शुरुआत का अंत कहना पसंद करता हूं, अंत की शुरुआत नहीं, क्योंकि तभी हम वास्तव में उस डेक को फेरना और खमीर का उत्पादन शुरू करने में सक्षम होंगे जो ऐसे काम कर सकता है जो हमने पहले कभी नहीं देखा है, बोएके प्रेस विज्ञप्ति में कहते हैं।
छवि क्रेडिट: आंशिक रूप से सिंथेटिक खमीर की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ / सेल/झाओ एट अल.
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- स्रोत: https://singularityhub.com/2023/11/10/biologists-unveil-the-first-living-yeast-cells-with-over-50-synthetic-dna/
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