یہاں تک کہ ایک چھوٹے جینوم کے ساتھ مصنوعی زندگی کی شکلیں بھی تیار ہو سکتی ہیں۔ کوانٹا میگزین

سات سال پہلے، محققین نے ظاہر کیا کہ وہ خلیات کو ان کے سب سے چھوٹے بنیادی اصولوں تک لے جا سکتے ہیں، جس سے سب سے چھوٹے جینوم کے ساتھ زندگی کی شکل پیدا ہو سکتی ہے جس نے اسے لیبارٹری میں بڑھنے اور تقسیم کرنے کی اجازت دی ہے۔ لیکن اس کے نصف جینیاتی بوجھ کو کم کرنے میں، اس "کم سے کم" سیل نے کچھ سختی اور موافقت کو بھی کھو دیا جو قدرتی زندگی اربوں سالوں میں تیار ہوئی تھی۔ اس نے ماہرین حیاتیات کو یہ سوچ کر چھوڑ دیا کہ آیا یہ کمی ایک طرفہ سفر ہو سکتی ہے: خلیات کو ان کے ننگے ضروریات تک کاٹتے ہوئے، کیا انہوں نے خلیات کو ارتقاء کے قابل نہیں چھوڑ دیا تھا کیونکہ وہ ایک اور جین میں ہونے والی تبدیلی سے بھی زندہ نہیں رہ سکتے تھے؟

اب ہمارے پاس اس بات کا ثبوت ہے کہ کرہ ارض پر موجود سب سے کمزور، آسان ترین خود ساختہ جانداروں میں سے ایک بھی موافقت کر سکتا ہے۔ لیبارٹری میں ارتقاء کے صرف 300 دنوں کے دوران، 40,000،XNUMX انسانی سالوں کے برابر نسل، معمولی طور پر کم سے کم خلیوں نے وہ تمام فٹنس حاصل کر لی جو انہوں نے قربان کی تھی، انڈیانا یونیورسٹی کی ایک ٹیم حال ہی میں رپورٹ جرنل میں فطرت، قدرت. محققین نے پایا کہ خلیوں نے انتخاب کے دباؤ کے ساتھ ساتھ ان چھوٹے بیکٹیریا کا بھی جواب دیا جس سے وہ اخذ کیے گئے تھے۔ کیلیفورنیا یونیورسٹی، سان ڈیاگو میں ایک دوسرے تحقیقی گروپ نے آزادانہ طور پر کام میں اسی طرح کے نتیجے پر پہنچا جسے اشاعت کے لیے قبول کر لیا گیا ہے۔

"اس سے پتہ چلتا ہے کہ زندگی، یہاں تک کہ ایک کم سے کم سیل جیسی سادہ زندگی، اس سے کہیں زیادہ مضبوط ہے جتنا ہم نے سوچا تھا،" کہا۔ کیٹ ایڈالا، مینیسوٹا یونیورسٹی میں بائیو کیمسٹ اور اسسٹنٹ پروفیسر جو کسی بھی مطالعہ میں شامل نہیں تھے۔ "آپ اس پر پتھر پھینک سکتے ہیں، اور یہ اب بھی زندہ رہے گا۔" یہاں تک کہ ایک جینوم میں جہاں ہر ایک جین ایک مقصد پورا کرتا ہے، اور تبدیلی بظاہر نقصان دہ ہوگی، ارتقاء حیاتیات کو موافقت کے ساتھ ڈھالتا ہے۔

"یہ ایک شاندار کامیابی ہے،" نے کہا روزانا ضیا، مسوری یونیورسٹی میں ایک ماہر طبیعیات جس کی تحقیق کا مقصد ایک کم سے کم سیل کا طبیعیات پر مبنی ماڈل بنانا ہے اور جو اس مطالعے میں شامل نہیں تھا۔ اس نئے کام نے ظاہر کیا کہ بغیر کسی جینوم کے وسائل کے بھی، اس نے کہا، کم سے کم خلیے ضروری جینوں میں بے ترتیب تبدیلیوں کے ساتھ اپنی فٹنس کو بڑھا سکتے ہیں۔

ارتقاء کے نئے تجربات اس بارے میں بصیرت فراہم کرنا شروع کر رہے ہیں کہ سب سے چھوٹے، آسان ترین جاندار کیسے ارتقاء پذیر ہو سکتے ہیں - اور کس طرح ارتقاء کے اصول زندگی کی تمام اقسام کو متحد کرتے ہیں، یہاں تک کہ لیبز میں تیار کی گئی جینیاتی نئی چیزیں بھی۔ "زیادتی سے، ہم اس بات کا ثبوت دیکھ رہے ہیں کہ یہ [کم سے کم سیل] ایک ایسا جاندار ہے جو کوئی عجیب چیز نہیں ہے اور زمین پر باقی زندگی کے برعکس ہے،" جان گلاس نے کہا، فطرت، قدرت مطالعہ اور کیلیفورنیا میں جے کریگ وینٹر انسٹی ٹیوٹ (JCVI) میں مصنوعی حیاتیات گروپ کے رہنما جس نے سب سے پہلے کم سے کم سیل کو انجینئر کیا۔

کیا ہوگا اگر ہم اسے 'ڈھیلا چھوڑ دیں'؟

جس طرح 19ویں اور 20ویں صدی کے طبیعیات دانوں نے مادے کے بارے میں بنیادی دریافتیں کرنے کے لیے ہائیڈروجن، جو تمام ایٹموں میں سب سے آسان ہے، کا استعمال کیا، مصنوعی حیاتیات کے ماہرین زندگی کے بنیادی اصولوں کا مطالعہ کرنے کے لیے کم سے کم خلیات تیار کر رہے ہیں۔ یہ مقصد 2016 میں حاصل ہوا جب گلاس اور ان کے ساتھیوں نے ایک کم سے کم سیل تیار کیا, JCVI-syn3.0. انہوں نے اس کے بعد ماڈلنگ کی۔ مائکوپلاسما مائکواڈس۔، ایک بکری میں رہنے والا پرجیوی جراثیم جو پہلے سے ہی ایک بہت چھوٹے جینوم کے ساتھ مل جاتا ہے۔ 2010 میں، ٹیم نے JCVI-syn1.0 کو انجینئر کیا تھا، جو قدرتی بیکٹیریل سیل کا مصنوعی ورژن ہے۔ اسے ایک گائیڈ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے جینوں کی ایک فہرست تیار کی جو ضروری سمجھے جاتے ہیں، انہیں ایک خمیری خلیے میں جمع کیا اور پھر اس نئے جینوم کو ایک قریبی متعلقہ بیکٹیریل سیل میں منتقل کیا جو اس کے اصل ڈی این اے سے خالی تھا۔

دو سال بعد نیو انگلینڈ میں ایک کانفرنس میں، جے لیننانڈیانا یونیورسٹی بلومنگٹن کے ایک ارتقائی ماہر حیاتیات نے ایک گفتگو سنی کلائیڈ ہچیسن، JCVI میں ایک پروفیسر ایمریٹس جس نے ٹیم کی انجینئرنگ کی کم سے کم سیل کی قیادت کی تھی۔ اس کے بعد، لینن نے اس سے پوچھا، "جب آپ اس جاندار کو ڈھیل دیتے ہیں تو کیا ہوتا ہے؟" یعنی، کم سے کم خلیوں کا کیا ہوگا اگر وہ جنگل میں بیکٹیریا کی طرح قدرتی انتخاب کے دباؤ کا نشانہ بنیں؟

لینن کے لیے ایک ارتقائی ماہر حیاتیات کے طور پر، یہ سوال واضح تھا۔ لیکن جب وہ اور ہچیسن دونوں نے چند منٹوں کے لیے اس پر غور کیا تو یہ ظاہر ہو گیا کہ جواب نہیں تھا۔

لینن نے کہا کہ کم سے کم خلیہ "زندگی کی ایک قسم ہے - یہ ایک مصنوعی قسم کی زندگی ہے، لیکن یہ اب بھی زندگی ہے،" لینن نے کہا، کیونکہ یہ زندگی کی سب سے بنیادی تعریف کو پورا کرتا ہے جو دوبارہ پیدا کرنے اور بڑھنے کے قابل ہے۔ اس لیے اسے ارتقائی دباؤ کا بالکل اسی طرح جواب دینا چاہیے جس طرح گوریلا، مینڈک، فنگس اور دیگر تمام جاندار کرتے ہیں۔ لینن نے کہا کہ لیکن سب سے بڑا مفروضہ یہ تھا کہ ہموار جینوم "اس جاندار کی موافقت کے ساتھ ارتقا کی صلاحیت کو کمزور کر سکتا ہے،" لینن نے کہا۔

کسی کو بھی اس بات کا اندازہ نہیں تھا کہ واقعی کیا ہوگا، تاہم، کیونکہ محققین نے عام طور پر کم سے کم خلیوں کو تیار ہونے سے روکنے کے لیے بہت احتیاط برتی ہے۔ جب خلیات کے نمونے JCVI کے ذریعے تقریباً 70 لیبز میں سے کسی میں تقسیم کیے جاتے ہیں جو اب ان کے ساتھ کام کرتی ہیں، تو وہ مائنس 80 ڈگری سیلسیس پر قدیم اور منجمد ہو جاتے ہیں۔ جب آپ انہیں باہر لے جاتے ہیں، تو یہ زمین پر ان کے پہلے دن کی طرح ہوتا ہے، لینن نے کہا: "یہ بالکل نئے خلیے ہیں جنہوں نے کبھی ارتقاء کا دن نہیں دیکھا تھا۔"

ان کے مقابلے کے فوراً بعد، ہچیسن نے لینن کو گلاس کے ساتھ رابطے میں رکھا، جس نے اپنی ٹیم کے کم سے کم خلیوں کے نمونے انڈیانا میں لینن کی لیب کے ساتھ شیئر کیے۔ پھر لینن اور رائے موگر-ریشر، جو اس وقت اس کے گریجویٹ طالب علم تھے، کام پر لگ گئے۔

ہموار خلیوں کی جانچ کرنا

انہوں نے ایک تجربے کے ساتھ آغاز کیا جس کا مقصد کم سے کم خلیوں میں اتپریورتن کی شرح کی پیمائش کرنا تھا۔ انہوں نے بار بار بڑھتی ہوئی کم سے کم سیل کی آبادی کو پیٹری ڈشز میں منتقل کیا، جس نے خلیات کو مسابقت جیسے اثرات کے بغیر بڑھنے کے لیے آزاد کر دیا۔ انہوں نے محسوس کیا کہ کم سے کم سیل انجنیئر کے مقابلے میں ایک شرح پر تبدیل ہوتا ہے M. mycoides - جو کسی بھی ریکارڈ شدہ بیکٹیریل اتپریورتن کی شرح میں سب سے زیادہ ہے۔

دونوں جانداروں میں تغیرات کافی مماثل تھے، لیکن محققین نے دیکھا کہ کم سے کم خلیے میں قدرتی تغیراتی تعصب کو بڑھا چڑھا کر پیش کیا گیا۔ میں M. mycoides خلیات، ایک تغیر پذیری کا جینیاتی کوڈ میں A یا T کو تبدیل کرنے کا امکان G یا C کے دوسرے راستے کے مقابلے میں 30 گنا زیادہ تھا۔ کم سے کم سیل میں، اس کا امکان 100 گنا زیادہ تھا۔ ممکنہ وضاحت یہ ہے کہ کم سے کم کرنے کے عمل کے دوران ہٹائے گئے کچھ جین عام طور پر اس تغیر کو روکتے ہیں۔

تجربات کی ایک دوسری سیریز میں، خلیوں کے ایک چھوٹے سے گروپ کو لانے کے بجائے، محققین نے 300 دنوں اور 2,000 نسلوں کے لیے خلیات کی گھنی آبادی کو منتقل کیا۔ اس نے زیادہ مسابقت اور قدرتی انتخاب ہونے کی اجازت دی، فائدہ مند اتپریورتنوں اور جینیاتی تغیرات کے ظہور کے حق میں جو بالآخر تمام خلیوں میں ختم ہو گئے۔

خلیوں کی فٹنس کی پیمائش کرنے کے لیے، انہوں نے ہر 65 سے 130 نسلوں میں ان کی زیادہ سے زیادہ شرح نمو کا حساب لگایا۔ جتنی تیزی سے خلیے بڑھے، اتنی ہی زیادہ بیٹی کے خلیے اگلی نسل کے لیے پیدا ہوئے۔ تیار شدہ اور غیر تیار شدہ کم سے کم خلیوں کی فٹنس کا موازنہ کرنے کے لیے، محققین نے انہیں آبائی بیکٹیریا کے خلاف مقابلہ کرنے پر مجبور کیا۔ انہوں نے پیمائش کی کہ تجربے کے آغاز میں اور 24 گھنٹوں کے بعد خلیات کتنے پرچر تھے۔

انہوں نے حساب لگایا کہ اصل کم سے کم خلیے نے اپنے غیر ضروری جینز کے ساتھ ساتھ 53 فیصد متعلقہ فٹنس کھو دی ہے۔ لینن نے کہا کہ کم سے کم کرنے نے "خلیہ کو بیمار کر دیا تھا۔ پھر بھی تجربات کے اختتام تک، کم سے کم خلیات نے وہ تمام فٹنس واپس تیار کر لی تھی۔ وہ آبائی بیکٹیریا کے خلاف پیر سے پیر جا سکتے ہیں۔

"اس نے میرا دماغ اڑا دیا،" کہا انتھونی ویکچیاریلی، مشی گن یونیورسٹی میں ایک مائکرو بایولوجسٹ جو مطالعہ میں شامل نہیں تھا۔ "آپ سوچیں گے کہ اگر آپ کے پاس صرف ضروری جین ہیں، تو اب آپ واقعی ارتقاء کی مقدار کو محدود کر چکے ہیں جو ... مثبت سمت میں جا سکتے ہیں۔"

اس کے باوجود قدرتی انتخاب کی طاقت واضح تھی: اس نے سب سے آسان خود مختار جاندار میں بھی تیزی سے فٹنس کو بہتر بنایا، جس میں اتپریورتن کے لیے بہت کم یا کوئی لچک نہیں تھی۔ جب لینن اور موگر-ریشر نے حیاتیات کی متعلقہ فٹنس کو ایڈجسٹ کیا، تو انہوں نے پایا کہ کم سے کم خلیے مصنوعی سے 39 فیصد زیادہ تیزی سے تیار ہوتے ہیں۔ M. mycoides بیکٹیریا جس سے وہ اخذ کیے گئے تھے۔

خوف لالچ تجارت بند

ویکیریلی نے کہا کہ یہ مطالعہ ایک "ناقابل یقین حد تک سوچنے والا" پہلا قدم تھا۔ یہ غیر یقینی ہے کہ اگر خلیات تیار ہوتے رہیں گے تو کیا ہوگا: کیا وہ کچھ جینز یا پیچیدگی واپس حاصل کریں گے جو انہوں نے کم سے کم کرنے کے عمل میں کھوئے تھے؟ بہر حال، کم سے کم سیل خود اب بھی ایک معمہ ہے۔ اس کی بقا کے لیے ضروری تقریباً 80 جینوں کا کوئی معروف کام نہیں ہے۔

نتائج یہ سوالات بھی اٹھاتے ہیں کہ قدرتی انتخاب اور ارتقاء کو آگے بڑھنے کے لیے کن جینوں کو کم سے کم خلیے میں رہنے کی ضرورت ہے۔

2016 سے، JCVI ٹیم نے کم سے کم سیل لائنوں کو بڑھنے اور قدرتی خلیوں کی طرح تقسیم کرنے میں مدد کے لیے کچھ غیر ضروری جینز کو واپس شامل کیا ہے۔ اس سے پہلے کہ وہ ایسا کرتے، JCVI-syn3.0 بڑھ رہا تھا اور عجیب و غریب شکلوں میں تقسیم ہو رہا تھا، ایک ایسا واقعہ جس کی Glass اور اس کی ٹیم یہ دیکھنے کے لیے چھان بین کر رہی ہے کہ آیا ان کے کم سے کم خلیے اس طرح تقسیم ہوتے ہیں جس طرح پرائمری سیلز کرتے ہیں۔

محققین نے پایا کہ ان کے تجربات میں قدرتی انتخاب کی طرف سے زیادہ تر فائدہ مند تغیرات ضروری جینز میں تھے۔ لیکن ایک اہم تغیر ایک غیر ضروری جین میں تھا جسے کہا جاتا ہے۔ ftsZ، جو ایک پروٹین کے لئے کوڈ کرتا ہے جو سیل ڈویژن کو منظم کرتا ہے۔ جب اس میں تبدیلی آئی M. mycoides، بیکٹیریم 80٪ بڑا ہوا۔ دلچسپ بات یہ ہے کہ کم سے کم سیل میں ایک ہی تغیر نے اس کے سائز میں اضافہ نہیں کیا۔ لینن نے کہا کہ اس سے پتہ چلتا ہے کہ سیلولر سیاق و سباق کے لحاظ سے کس طرح تغیرات مختلف کام کر سکتے ہیں۔

ایک تکمیلی مطالعہ، جسے قبول کر لیا گیا ہے۔ iScience لیکن ابھی تک شائع نہیں ہوا، جس کی قیادت ایک گروپ کر رہی ہے۔ برنارڈ پالسن کیلیفورنیا یونیورسٹی میں، سان ڈیاگو نے ایک ہی کم سے کم سیل کے مختلف قسم کے تجربات سے ملتے جلتے نتائج کی اطلاع دی۔ انہیں کوئی نہیں ملا ftsZ پالسن نے کہا کہ ان کے تیار کردہ کم سے کم خلیات میں اتپریورتن، لیکن انہوں نے دوسرے جینوں میں بھی اسی طرح کے تغیرات پائے جو سیل ڈویژن کو کنٹرول کرتے ہیں، اس نکتے پر زور دیتے ہوئے کہ حیاتیاتی نتیجہ حاصل کرنے کے متعدد طریقے ہیں۔

انہوں نے سیل کے سائز کو نہیں دیکھا، لیکن انہوں نے جانچا کہ ارتقاء کے واقعہ سے پہلے، دوران اور بعد میں کون سے جین کا اظہار کیا گیا تھا۔ انہوں نے "خوف کے لالچ کی تجارت" کا مشاہدہ کیا، ایک رجحان قدرتی بیکٹیریا میں بھی دیکھا گیا ہے کہ وہ جینوں میں تغیرات کو تیار کرتے ہیں جو اس کی نشوونما میں مدد کرے گا بجائے اس کے کہ وہ تبدیلیاں پیدا کریں جو غلطیوں کو درست کرنے کے لیے ڈی این اے کی مرمت کرنے والے زیادہ پروٹین پیدا کریں گے۔

پالسن نے کہا کہ یہاں آپ دیکھ سکتے ہیں کہ "میوٹیشنز سیلولر عمل کی عکاسی کرتی ہیں جو کسی فنکشن کو بہتر بنانے کے لیے درکار ہیں۔"

ضیا نے کہا کہ یہ ظاہر کرنا کہ کم سے کم خلیہ زیادہ قدرتی جینوم والے خلیوں کی طرح تیار ہو سکتا ہے کیونکہ اس نے اس بات کی توثیق کی کہ "یہ عام طور پر زندگی کی کتنی اچھی نمائندگی کرتا ہے"۔ بہت سے محققین کے لیے، ایک کم سے کم خلیے کا پورا نقطہ زیادہ پیچیدہ قدرتی خلیات اور ان کی پیروی کے اصولوں کو سمجھنے کے لیے ایک اہم مفید رہنما کے طور پر کام کرنا ہے۔

دیگر مطالعات بھی اس بات کی تحقیقات شروع کر رہے ہیں کہ کس طرح کم سے کم خلیات قدرتی دباؤ کا جواب دیتے ہیں۔ ایک گروپ نے اطلاع دی۔ iScience 2021 میں کہ کم سے کم خلیے بیکٹیریا کی طرح مختلف اینٹی بائیوٹکس کے خلاف تیزی سے مزاحمت پیدا کر سکتے ہیں۔

یہ جاننا کہ کون سے جینز میں تبدیلی کا امکان زیادہ ہوتا ہے اور مفید موافقت کا باعث بنتے ہیں کسی دن محققین کو ایسی دوائیں ڈیزائن کرنے میں مدد مل سکتی ہے جو وقت کے ساتھ ساتھ جسم میں جو کچھ کرتی ہیں اس سے بہتر ہوتی ہیں۔ آدمالا نے کہا کہ مضبوط مصنوعی زندگی کی شکلیں بنانے کے لیے جن میں بہت مختلف صلاحیتیں ہیں، ارتقائی ماہر حیاتیات اور مصنوعی حیاتیات کے ماہرین کو مل کر کام کرنا چاہیے، "کیونکہ اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ آپ اسے کتنا ہی انجینئر کریں، یہ پھر بھی حیاتیات ہے، اور حیاتیات ارتقاء پذیر ہوتی ہے،" آدمالا نے کہا۔