جینیاتی حیرت ڈی این اے کے پرانے نظریے کو کس طرح پیچیدہ بناتی ہے۔ کوانٹا میگزین

کیا جینیات کے اندر کوئی نادیدہ قوت موجود ہے؟ ماہرین حیاتیات نے گزشتہ 100 سالوں کے دوران لاکھوں پارسلز کے کردار کو سمجھنے میں بہت بڑی پیش رفت کی ہے جو ہماری جینیاتی معلومات - DNA، RNA اور پروٹین کو پہنچاتے ہیں۔ لیکن انہوں نے ان بائیو کیمیکل ایجنٹوں کے درمیان ناقابل شناخت تعاملات کے بارے میں بھی سیکھا ہے، جو مشین میں بھوتوں کی طرح اپنے درمیان چھپے رہتے ہیں، زندگی کے راز جاننے کی ہماری جستجو کو پیچیدہ بناتے ہیں، ایک وقت میں ایک جین۔ یہ تمام تعاملات "Epistasis" کی چھتری کے نیچے فٹ بیٹھتے ہیں - حیاتیات میں بالکل کوئی نیا خیال نہیں ہے، لیکن وہ جس کے اثر و رسوخ اور اہمیت کو اب پوری طرح سراہا جا رہا ہے۔

جینیاتی ماہر ڈینیل وینریچ اور ساتھی تجویز پیش کی ہے کہ epistasis اتپریورتنوں کے اثرات پر "حیرت" کے مترادف ہے جب وہ یکجا ہوتے ہیں، اس بات کو دیکھتے ہوئے کہ ہم انفرادی طور پر ان کے بارے میں کیا جانتے ہیں۔ جب بھی کسی لائف فارم کی قابل مشاہدہ صفات اس سے مختلف ہوتی ہیں جس کی ڈی این اے آپ کو توقع کرتا ہے تو اس کا الزام ایپسٹاسس ہو سکتا ہے۔ تصور کریں کہ آپ کو ایک پھول کے تنے سے وابستہ دو فرضی تغیرات کے بارے میں معلوم ہے جو عام طور پر 40 سینٹی میٹر لمبا ہوتا ہے: اتپریورتن A ایک لمبے تنے سے منسلک ہوتا ہے (کہیں کہ 50 سینٹی میٹر)، اور اتپریورتن B ایک چھوٹا سا تنا (30 سینٹی میٹر) دیتا ہے۔ آپ توقع کر سکتے ہیں کہ اتپریورتنوں سے ایک دوسرے کو منسوخ کر دیا جائے گا، جس سے ایک عام لمبا تنے والا پھول رہ جائے گا۔ یا شاید اتپریورتنوں کا مجموعہ ان کی آزاد لمبائی کو ایک ساتھ جوڑتا ہے، جس کے نتیجے میں ایک اضافی لمبا تنا (80 سینٹی میٹر) ہوتا ہے۔ لیکن اس کے بجائے وہ ایک اضافی مختصر تنا (10 سینٹی میٹر) پیدا کرتے ہیں۔ جینیاتی ماہرین کا کہنا ہے کہ تغیرات A اور B کے اثرات کے درمیان ایک غیر خطی تعلق ہے، جو آپ کو حیران کن نتیجہ دیتا ہے۔ یہ epistasis کا ایک دستخط ہے۔

پھول کے تنے کی مثال ایپسٹاسس کے ایک آسان ترین کیس کی نمائندگی کرتی ہے، جہاں دو جینز یا تغیرات کے درمیان نان لائنر تعامل ظاہر ہوتا ہے۔ اور فطرت میں ایسے معاملات ہیں جو اس فرضی سے اتنے مختلف نہیں ہیں (جیسے کبوتروں کی رنگت، جہاں تین جین ذمہ دار ہیں)۔ لیکن باقی فطرت کا کیا ہوگا؟ انسانی جینوم، آخری شمار میں، تقریباً 20,000 جینز ہیں۔ گھریلو سیب کا جینوم (مالوس گھریلو) 57,000 سے زیادہ ہے۔ ان تمام مختلف جینوں کا مطلب بہت سے ممکنہ ایپیسٹیٹک تعاملات ہیں۔

Epistasis وائرسوں میں بھی ہو سکتا ہے، جن میں اکثر نسبتاً چھوٹے جینوم ہوتے ہیں، جن میں سے کئی درجن سے بھی کم جین ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، ایچ آئی وی وائرس ایسے تغیرات پیدا کر سکتا ہے جو اسے بناتے ہیں۔ منشیات کے خلاف مزاحم. لیکن یہ تغیرات ایچ آئی وی کی مخصوص شکل کے جینیاتی پس منظر پر گہرا انحصار کر سکتے ہیں۔ کلیدی تغیرات کی نشاندہی کرنے کے لیے، آپ کو یہ جاننے کی ضرورت ہے کہ اس کے جینوم میں دوسرے کون سے تغیرات ہیں۔ سیاق و سباق پر اس زور کے ساتھ، ایپسٹاسس مالیکیولر بائیولوجی کے گرامر اور منطق کو تبدیل کرتا ہے: یہ آسان ہو گا اگر "منشیات کے خلاف مزاحمت کے لیے اتپریورتن" واقعی صرف منشیات کے خلاف مزاحمت کے لیے اتپریورتن ہوتے، چاہے کچھ بھی ہو۔

یہ ایک طرح سے جانا پہچانا خیال ہے۔ مثال کے طور پر، میں اپنے ارتقائی تھیوری کورس میں طلبا کو سکھاتا ہوں کہ ماسٹر شیف ایپیسٹیٹک اثرات کو سمجھنے اور پیش گوئی کرنے کے ماہر ہوتے ہیں۔ نفیس ترکیبوں کے ساتھ پکوان پکانے کا مخصوص چیلنج، یا اڑتے وقت نئی چیزوں کو بہتر بنانے کے قابل ہونا، یہ سمجھنا ہے کہ اجزاء حیرت انگیز طریقوں سے بات چیت کر سکتے ہیں۔ اور اس لیے فیلڈز کی ایک طویل روایت ہے جو اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ پورا حصہ اپنے حصوں کے مجموعے سے زیادہ — یا کم از کم اس سے مختلف کیوں ہو سکتا ہے۔

درحقیقت، ایپسٹاسس کا پہلا حوالہ 20 ویں صدی کے آخر میں گریگور مینڈل کے تجربات کی دوبارہ دریافت کے فوراً بعد آیا، جس نے وراثت اور جین کے بارے میں ہمارے جدید نظریات کو قائم کیا۔ مینڈیلین کے اس مفروضے کے باوجود کہ جین اور تغیرات اکثر خصائص تیار کرنے میں آزادانہ طور پر کام کرتے ہیں، سائنس دانوں نے جلد ہی متعدد متضاد مثالوں کا مشاہدہ کیا۔ 1909 میں، ولیم بیٹسن نے لفظ epistasis متعارف کرایا - یونانی سے "اسٹینڈ اوون" کے لیے - جبکہ دوسروں کے اثرات پر کچھ تغیرات کے جابرانہ اثرات کی وضاحت کرنے کی کوشش کی۔

لیکن جب کہ یہ تصور بہت پہلے تیار کیا گیا تھا، ایپیسٹاسس کے خیال کو نمایاں ہونے میں تقریباً ایک صدی کا عرصہ لگا ہے۔ جزوی طور پر اس کی وجہ یہ ہے کہ یہ ماہرین حیاتیات کے لیے چیزوں کو مشکل بنا دیتا ہے۔ جینیاتی سیاق و سباق پر اس کی توجہ کا مطلب یہ ہے کہ "اتپریورتی طاقتوں کے لیے کوئی جین" نہیں ہو سکتا، جیسا کہ ہماری پسندیدہ مزاحیہ کتابوں میں ہے - صرف ایک "جین ہے جو کسی خاص قسم کے جینوم میں، اور/یا موجودگی میں اتپریورتی قوتیں عطا کرتا ہے۔ دوسرے جین کی مختلف حالتوں میں 1، 2 یا 2,578 (شاید ایک مخصوص مجموعہ میں)۔ وہ فرضی مزاحیہ کتاب پڑھنا یا لکھنا آسان نہیں ہے۔

کچھ ماہر حیاتیات اس خیال کے اتنے مخالف رہتے ہیں کہ وہ نہیں مانتے کہ ایپسٹاسس پر توجہ مرکوز کرنا فائدہ مند ہے۔ وہ تکنیکی بنیادوں پر اعتراض کر سکتے ہیں، یہ کہتے ہوئے، "یقیناً، یہ حقیقی ہے، لیکن سنگل جینز اور تغیرات اب بھی اہمیت رکھتے ہیں!" یہ لوگ جھوٹ نہیں بولتے۔ ہم ہزاروں واحد جینز یا تغیرات کے بارے میں جانتے ہیں جن کا بہت سے تجربات میں، جینیاتی سیاق و سباق سے آزاد (ہم سوچتے ہیں) قابل اعتماد طور پر بڑا اثر رکھتے ہیں۔ یعنی، ایپسٹاسس کے بغیر بتانے کے لیے بہت سی اہم جینیاتی کہانیاں ہیں۔ کبھی کبھی بھوت نہیں ہوتے۔

لیکن حزب اختلاف کا حصہ بھی خیراتی طور پر فلسفیانہ طور پر نمایاں کیا جا سکتا ہے۔ اس اسکول کا کہنا ہے کہ اگر ہم صرف یہ جان سکتے ہیں کہ سیب کے جینوم میں جین کی تبدیلی کس طرح کام کرتی ہے یہ سمجھ کر کہ یہ دوسرے 56,999 جینوں پر کیسے منحصر ہے، تو اس سے امکانات کی ایک فلکیاتی تعداد متعارف ہوتی ہے - سختی سے جانچنے کے لیے بہت زیادہ۔ اسے مختلف انداز میں ڈالنے کے لیے، ایپسٹاسس کا ایک مکمل گلے لگنا تقریباً غیر محسوس ہو سکتا ہے۔ جین کیسے کام کریں گے اس کی پیش گوئی کرنا مشکل ہو سکتا ہے، لیکن ہم اس حد کو اتنا اونچا نہیں کر سکتے کہ اس کے لیے ہر جین (اور تبدیلی) کے بارے میں سب کچھ جاننے کی ضرورت ہو۔ اس طرح کی حقیقت ہماری بہت سی کوششوں کو ناامید کر دے گی۔ افسوس، اس اعتراض کا واحد معقول جواب سائنس میں عام ہے: یہ فطرت کا کام نہیں ہے کہ وہ اپنے آپ کو مطالعہ کرنے میں آسانی پیدا کرے، یا اپنے مفروضوں کو تسلیم کرے۔ زندگی پیچیدہ ہے۔ ہمیں اسے رہنے دینا چاہیے۔

شکر ہے، ایپسٹاسس کے مطالعہ میں جدید پیش رفتوں نے جزوی طور پر اس کو غلط ثابت کرنے کا کام کیا ہے۔ مثال کے طور پر، 2017 میں شماریات دان لورین کرافورڈ اور ساتھیوں نے ایک طریقہ کار کا آغاز کیا (جسے کہا جاتا ہے۔ MAPIT) پرجاتیوں کے پورے جینوم پر محیط ڈیٹا کے بڑے سیٹوں میں تغیرات کے درمیان ایپیسٹیٹک تعاملات کی پیمائش کرنے کے لیے - بڑے جینوم میں موجودہ جینوں اور تغیرات کے درمیان ممکنہ ایپیسٹیٹک اثرات کی مؤثر طریقے سے منصوبہ بندی اور پیمائش کرنا۔ اس طرح کے طریقے ہمیں شناخت اور پیمائش کرنے کی اجازت دیتے ہیں کہ یہ بھوت جینوم میں کیسے ظاہر ہوتے ہیں، یہ سمجھنے میں ہماری مدد کرتے ہیں کہ انسانی خصلتیں کہاں سے آتی ہیں، بشمول بیماری کے خطرے سے وابستہ۔

دیگر کامیابیاں پروٹین کی سطح پر رہتی ہیں: نئے طریقے ہمیں ایک پروٹین کی ہزاروں قسموں کی پیمائش کرنے کی اجازت دیتے ہیں، جس سے ہمیں یہ دیکھنے کی اجازت ملتی ہے کہ کس طرح اہم پروٹینوں میں ایپیسٹیسس ظاہر ہوتا ہے، جیسے وائرس جو Covid-19 کا سبب بنتا ہے۔.

اس کے علاوہ، ایک نیا خیال کہا جاتا ہے عالمی epistasis تجویز کرتا ہے کہ بھوت اتنا بھوت نہیں ہو سکتا۔ ہمارے فرضی پھولوں کے تنے کے تغیرات A اور B کے ساتھ، ایک عالمی ایپسٹاسس نقطہ نظر یہ تجویز کرے گا کہ کسی بھی جینوم میں اتپریورتن B کو شامل کرنے کے اثرات (چاہے اس میں اتپریورتن A ہو یا نہ ہو) ایک متعین نمونہ کی پیروی کریں گے۔ شاید اتپریورتن B دیگر اتپریورتنوں کے منفی یمپلیفائر کی طرح کام کرتا ہے، اور جب ایک اتپریورتن کی موجودگی میں جو ایک لمبا خلیہ فراہم کرتا ہے، تو یہ اثر کو الٹ دیتا ہے۔ اس قسم کے نمونے پہلے ہی کئی نظاموں میں آزادانہ طور پر دیکھے جا چکے ہیں۔ یہ عالمی ایپسٹاسس کتنا وسیع ہے، اور یہ کن نظاموں پر لاگو ہوتا ہے، اب بھی اس کا مقصد ہے۔ موجودہ تحقیق. لیکن یہ جاننا بہت دلچسپ ہے کہ حیرت کی پیش گوئی کرنے کا ایک طریقہ ہوسکتا ہے۔

"مشین میں بھوت" استعارہ اصل میں بحث کرنے کے لیے استعمال ہوتا تھا۔ دماغ اور جسم کے دوہری مسئلہ, غیر طبعی دماغ اور مکینیکل جسم کے درمیان فرق جسے وہ کنٹرول کرتا ہے۔ اس خوف کو بیان کرنے کے لیے اکثر کہا جاتا رہا ہے کہ شاید ہم وہ نہیں بنا رہے جو ہم سوچتے ہیں کہ ہم ہیں - چاہے یہ تیزی سے ذہین مشینیں ہوں یا جینیاتی کوڈز کو باریک بینی سے بات چیت کرنے کی ہماری سمجھ۔ اور درحقیقت، بائیو انجینئرنگ وہ جگہ ہے جہاں ایپسٹاسس ہمیں سب سے زیادہ پریشانی کا باعث بن سکتا ہے۔ کوئی بھی شخص جو مطلوبہ خصلتوں کے ساتھ نئے مویشیوں (یا ڈیزائنر بچوں) کو انجینئر کرنا چاہتا ہے، ایک وقت میں ایک تبدیلی، اسے غیر متوقع نتائج کے مسلسل تماشے کا مقابلہ کرنے کی ضرورت ہوگی - بہت زیادہ اخلاقی مسائل کے بارے میں کچھ نہیں کہنا۔

یہ بھوت جینیاتی ماہرین کے کام کو بہت زیادہ چیلنجنگ، سچ بناتے ہیں۔ لیکن وہ حیاتیاتی دنیا کو بھی زیادہ لاجواب بناتے ہیں۔