इलेक्ट्रोजेनेटिक्स अध्ययन से पता चलता है कि हम एक दिन पहनने योग्य वस्तुओं से अपने जीन को नियंत्रित कर सकते हैं

घटक शॉपिंग और स्पा रिट्रीट के परिणाम की तरह लगते हैं: तीन एए बैटरी। दो विद्युत एक्यूपंक्चर सुइयां। एक प्लास्टिक धारक जो आमतौर पर बैटरी से चलने वाली परी रोशनी से जुड़ा होता है। लेकिन साथ में वे एक शक्तिशाली उत्तेजना उपकरण में विलीन हो जाते हैं जो कोशिकाओं में जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करने के लिए घरेलू बैटरी का उपयोग करता है।

यह विचार बेतुका लगता है, लेकिन एक नए अध्ययन in प्रकृति चयापचय इस सप्ताह ने दिखाया कि यह संभव है। ईटीएच ज्यूरिख और स्विट्जरलैंड में बेसल विश्वविद्यालय में डॉ. मार्टिन फ्यूसेनेगर के नेतृत्व में टीम ने एक ऐसी प्रणाली विकसित की जो चूहों में मानव कोशिकाओं में एक जीन को चालू करने के लिए बैटरी या पोर्टेबल बैटरी बैंकों के रूप में प्रत्यक्ष-वर्तमान बिजली का उपयोग करती है। एक स्विच के शाब्दिक फ्लिप के साथ।

स्पष्ट होने के लिए, बैटरी पैक विनियमित नहीं हो सकता vivo में मानव जीन. अभी के लिए, यह केवल जीवित कोशिकाओं में डाले गए प्रयोगशाला-निर्मित जीन के लिए काम करता है। फिर भी इंटरफ़ेस पर पहले ही प्रभाव पड़ चुका है। प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट परीक्षण में, वैज्ञानिकों ने टाइप 1 मधुमेह वाले चूहों में आनुवंशिक रूप से इंजीनियर मानव कोशिकाओं को प्रत्यारोपित किया। ये कोशिकाएं आम तौर पर शांत होती हैं, लेकिन विद्युत झटके से सक्रिय होने पर इंसुलिन को पंप कर सकती हैं।

टीम ने प्रतिदिन 10 सेकंड के लिए ट्रिगर देने के लिए एक्यूपंक्चर सुइयों का उपयोग किया और चूहों में रक्त शर्करा का स्तर एक महीने के भीतर सामान्य हो गया। कृंतकों ने बाहरी इंसुलिन की आवश्यकता के बिना एक बड़े भोजन के बाद रक्त शर्करा के स्तर को प्रबंधित करने की क्षमता भी हासिल कर ली, जो सामान्य रूप से एक कठिन उपलब्धि थी।

"इलेक्ट्रोजेनेटिक्स" कहे जाने वाले ये इंटरफ़ेस अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में हैं। लेकिन टीम विशेष रूप से चयापचय और संभावित अन्य विकारों के लिए चिकित्सीय मार्गदर्शन करने के लिए पहनने योग्य वस्तुओं में अपनी क्षमता के लिए उत्साहित है। उन्होंने कहा, क्योंकि सेटअप के लिए बहुत कम बिजली की आवश्यकता होती है, तीन एए बैटरियां पांच साल से अधिक समय तक दैनिक इंसुलिन शॉट को ट्रिगर कर सकती हैं।

यह अध्ययन शरीर के एनालॉग नियंत्रण-जीन अभिव्यक्ति-को स्मार्टफोन ऐप जैसे डिजिटल और प्रोग्रामयोग्य सॉफ़्टवेयर से जोड़ने के लिए नवीनतम है। टीम ने कहा, "सिस्टम एक छलांग है, जो उस लापता लिंक का प्रतिनिधित्व करता है जो निकट भविष्य में पहनने योग्य उपकरणों को जीन को नियंत्रित करने में सक्षम बनाएगा।"

आनुवंशिक नियंत्रण से परेशानी

जीन अभिव्यक्ति एनालॉग में संचालित होती है। डीएनए में चार आनुवंशिक अक्षर (ए, टी, सी और जी) होते हैं, जो कंप्यूटर के 0 और 1 की याद दिलाते हैं। हालाँकि, आनुवंशिक कोड तब तक जीवन का निर्माण और विनियमन नहीं कर सकता जब तक कि इसे प्रोटीन में परिवर्तित न किया जाए। प्रक्रिया, जिसे जीन अभिव्यक्ति कहा जाता है, दर्जनों जैव अणुओं की भर्ती करती है, जिनमें से प्रत्येक को दूसरों द्वारा नियंत्रित किया जाता है। किसी भी आनुवंशिक सर्किट में "अपडेट" विकास द्वारा संचालित होता है, जो कुख्यात लंबे समय के पैमाने पर काम करता है। शक्तिशाली होते हुए भी, जीवविज्ञान प्लेबुक बिल्कुल कुशल नहीं है।

सिंथेटिक जीवविज्ञान दर्ज करें. यह क्षेत्र मशीनों के तर्क का उपयोग करके जटिल सर्किट बनाने या फिर से तार लगाने के लिए नए जीनों को इकट्ठा करता है और कोशिकाओं में टैप करता है। प्रारंभिक प्रयोगों से पता चला है कि सिंथेटिक सर्किट उन जैविक प्रक्रियाओं को नियंत्रित कर सकते हैं जिनके परिणामस्वरूप आम तौर पर कैंसर, संक्रमण और दर्द होता है। लेकिन उन्हें सक्रिय करने के लिए अक्सर ट्रिगर के रूप में अणुओं की आवश्यकता होती है - एंटीबायोटिक्स, विटामिन, खाद्य योजक, या अन्य अणु - इन प्रणालियों को एनालॉग जैविक कंप्यूटिंग के दायरे में रखते हुए।

न्यूरल इंटरफेस ने पहले ही न्यूरल नेटवर्क-एक एनालॉग कंप्यूटिंग सिस्टम-और डिजिटल कंप्यूटर के बीच अंतर को पाट दिया है। क्या हम सिंथेटिक जीव विज्ञान के लिए भी ऐसा ही कर सकते हैं?

डिजिटल सिंथेटिक बायोलॉजी

टीम का समाधान DC-एक्टुएटेड रेगुलेशन टेक्नोलॉजी या DART है।

यहां बताया गया है कि सेटअप कैसे काम करता है. इसके मूल में प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस) हैं, जिन्हें अक्सर उम्र बढ़ने और ऊतकों के टूटने-फूटने वाले खलनायक के रूप में जाना जाता है। हालाँकि, हमारा शरीर सामान्यतः चयापचय प्रक्रिया के दौरान इन अणुओं का उत्पादन करता है।

अणुओं को होने वाले नुकसान को कम करने के लिए, हमारे पास आरओएस स्तर मापने के लिए एक प्राकृतिक प्रोटीन बायोसेंसर है। बायोसेंसर NRF2 नामक प्रोटीन के साथ मिलकर काम करता है। युगल आम तौर पर कोशिका के गूदे भाग में रहते हैं, जो अधिकांश आनुवंशिक सामग्री से अलग होता है। जब आरओएस का स्तर चिंताजनक दर तक बढ़ जाता है, तो सेंसर एनआरएफ2 जारी करता है, जो कोशिका के डीएनए भंडारण कंटेनर-नाभिक- में सुरंग बनाकर आरओएस गंदगी को साफ करने वाले जीन को चालू करता है।

क्या फर्क पड़ता है? लेखकों ने बताया कि एनआरएफ2 को सिंथेटिक जीव विज्ञान का उपयोग करके अन्य जीनों को चालू करने के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किया जा सकता है। भार पहले का काम पता चला बिजली आनुवंशिक नियंत्रण के लिए आरओएस को सुरक्षित स्तर पर पंप करने के लिए कोशिकाओं को ट्रिगर कर सकता है। दूसरे शब्दों में, बिजली के साथ उत्तेजक कोशिकाएं आरओएस जारी कर सकती हैं, जो तब आपकी पसंद के किसी भी जीन पर फ़्लिप करने के लिए एनआरएफ 2 "गुप्त एजेंट" को सक्रिय करती है।

DART इन सभी पिछले कार्यों को विद्युत जीन नियंत्रण के लिए एक अत्यधिक कुशल, कम ऊर्जा प्रणाली में जोड़ता है। बैटरियाँ ट्रिगर हैं, ROS संदेशवाहक हैं, और NRF2 आनुवंशिक "चालू" स्विच हैं।

प्रणाली का निर्माण करने के लिए, पेट्री डिश में मानव कोशिकाओं को पहले एक आनुवंशिक ट्यून-अप मिला ताकि वे अपने प्राकृतिक समकक्षों की तुलना में अधिक बायोसेंसर और एनआरएफ 2 व्यक्त कर सकें, बदले में इंजीनियर कोशिकाएं आरओएस स्तरों के प्रति अधिक अभ्यस्त हो गईं।

फिर ट्रिगर डिजाइन करना आया। यहां, टीम ने पहले से ही अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन (एफडीए) द्वारा अनुमोदित विद्युत एक्यूपंक्चर सुइयों का उपयोग किया। सुइयों को शक्ति प्रदान करने के लिए, टीम ने AA, AAA, या बटन बैटरियों का उपयोग करके पता लगाया - ये आम तौर पर पहनने योग्य वस्तुओं के अंदर होती हैं - और विभिन्न बैटरी कॉन्फ़िगरेशन को मापा जो इंजीनियर कोशिकाओं में आरओएस को उत्तेजित करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज उत्पन्न करते थे।

एक परीक्षण में संकेतक के रूप में गहरे रंग में चमकने वाले हरे प्रोटीन का उपयोग किया गया। बिजली के संक्षिप्त विस्फोट के साथ कोशिकाओं को ज़ैप करने से आरओएस अणु बाहर निकल गए। कोशिका के बायोसेंसर सक्रिय हो गए, बदले में एनआरएफ2 जारी किया, जो कृत्रिम रूप से जोड़ी गई आनुवंशिक मशीनरी से जुड़ गया जो हरे प्रोटीन को व्यक्त करता है और इसे चालू कर देता है।

विद्युत ट्रिगर पूरी तरह से प्रतिवर्ती था, कोशिकाएं सामान्य, स्वस्थ स्थितियों में "रीसेट" हो गईं और किसी अन्य विद्युत प्रवाह का सामना करने में सक्षम थीं।

“हम लंबे समय से बिजली का उपयोग करके जीन अभिव्यक्ति को सीधे नियंत्रित करना चाहते थे; अब हम अंततः सफल हो गए हैं," कहा फुसेनेगर.

मधुमेह का बैटरी समाधान?

प्रोत्साहित होकर, टीम ने अगली बार इंसुलिन जीन को नियंत्रित करने के लिए DART का उपयोग करने का प्रयास किया। इंसुलिन रक्त शर्करा को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक है, और मधुमेह में इसका स्तर बाधित हो जाता है। टीम मैदान के लिए कोई अजनबी नहीं है, पहले इंजीनियरिंग डिज़ाइनर कोशिकाएँ जो वोल्टेज परिवर्तन के जवाब में इंसुलिन को पंप करती हैं।

DART का उपयोग करते हुए, टीम ने आनुवंशिक रूप से इंसुलिन-उत्पादक जीन को मानव कोशिकाओं में इंजीनियर किया, जो विद्युत उत्तेजना के बाद केवल ROS की उपस्थिति में चालू हुआ। सेटअप ने पेट्री डिश में पूरी तरह से काम किया, कोशिकाओं को बिजली के साथ ज़ैप करने के बाद इंसुलिन जारी किया गया और बाद में आरओएस में स्नान किया गया।

फिर इंजीनियर की गई कोशिकाओं को चिकित्सकीय रूप से लाइसेंस प्राप्त जेली जैसे पदार्थ में समाहित किया गया और टाइप 1 मधुमेह वाले चूहों की पीठ पर त्वचा के नीचे प्रत्यारोपित किया गया। ये चूहे आम तौर पर अपने आप इंसुलिन का उत्पादन नहीं कर सकते हैं।

DART नियंत्रक अपेक्षाकृत सरल है: प्लैटिनम से लेपित दो एक्यूपंक्चर सुइयां तीन AA बैटरी द्वारा संचालित होती हैं और एक 12V पावर स्विच से जुड़ी होती हैं जो प्रत्यारोपित इंजीनियर कोशिकाओं को लक्षित करती हैं। नियंत्रण के तौर पर, टीम ने चूहों में प्रत्यारोपित कोशिकाओं से दूर एक्यूपंक्चर सुइयां भी चुभाईं। प्रत्येक समूह को प्रतिदिन केवल 10 सेकंड के लिए जप किया गया।

नियंत्रणों की तुलना में, केवल चार सप्ताह में इलेक्ट्रोजेनेटिक उपचार ने आशाजनक प्रदर्शन किया। चूहे आहार से कम रक्त शर्करा से बेहतर ढंग से लड़ सकते थे, और अंततः उन्होंने अपने सामान्य रक्त शर्करा के स्तर को बहाल कर लिया। वे भोजन के बाद रक्त शर्करा के स्तर को नियंत्रित करने में भी माहिर थे, जो इंसुलिन का उपयोग किए बिना मधुमेह वाले लोगों में मुश्किल है। अन्य चयापचय उपायों में भी सुधार हुआ।

अगला कदम प्रत्यारोपण में उपयोग की जाने वाली आनुवंशिक रूप से इंजीनियर कोशिकाओं की आवश्यकता को अधिक चिकित्सकीय रूप से व्यवहार्य समाधान से बदलने के तरीके ढूंढना है।

लेकिन लेखकों के लिए, DART जैविक निकायों को डिजिटल दायरे में आगे बढ़ाने के लिए एक रोड मैप का प्रतिनिधित्व करता है। DART नियंत्रणों को कोशिकाओं के अंदर बायोफार्मास्यूटिकल्स की एक विस्तृत श्रृंखला से जोड़ना सीधा होना चाहिए। लेखकों ने कहा, अधिक अनुकूलन के साथ, ये इलेक्ट्रोजेनेटिक इंटरफेस "विभिन्न प्रकार के भविष्य के जीन और सेल-आधारित उपचारों के लिए महान वादा रखते हैं"।

छवि क्रेडिट: पैगी अंड मार्को लछमन-अंके से Pixabay

• एसईओ संचालित सामग्री और पीआर वितरण। आज ही प्रवर्धित हो जाओ।
• प्लेटोडेटा.नेटवर्क वर्टिकल जेनरेटिव एआई। स्वयं को शक्तिवान बनाएं। यहां पहुंचें।
• प्लेटोआईस्ट्रीम। Web3 इंटेलिजेंस। ज्ञान प्रवर्धित। यहां पहुंचें।
• प्लेटोईएसजी. ऑटोमोटिव/ईवीएस, कार्बन, क्लीनटेक, ऊर्जा, पर्यावरण, सौर, कचरा प्रबंधन। यहां पहुंचें।
• BlockOffsets. पर्यावरणीय ऑफसेट स्वामित्व का आधुनिकीकरण। यहां पहुंचें।
• स्रोत: https://singularityhub.com/2023/08/04/electrogenetics-study-finds-we-could-one-day-control-our-genes-with-wearables/