جزوی طور پر مصنوعی کائی ڈیزائنر جینوم والے پودوں کے لیے راہ ہموار کرتی ہے۔

مصنوعی حیاتیات پہلے ہی زندگی کو دوبارہ لکھ رہی ہے۔

2023 کے آخر میں، سائنسدانوں خمیر کے خلیات کو ظاہر کیا ان کے آدھے جینیاتی بلیو پرنٹ کے ساتھ مصنوعی ڈی این اے کی جگہ لے لی گئی۔ یہ ایک "واٹرشیڈ" لمحہ تھا۔ 18 سالہ پراجیکٹ ہر خمیر کروموسوم کے متبادل ورژن ڈیزائن کرنے کے لیے۔ ساڑھے سات مصنوعی کروموسوم ہونے کے باوجود، خلیات دوبارہ پیدا ہوئے اور پروان چڑھے۔

ایک نئی تحقیق ہمیں ارتقائی سیڑھی سے ڈیزائنر پودوں تک لے جاتا ہے۔

SynMoss نامی پروجیکٹ کے لیے، چین میں ایک ٹیم نے ایک قسم کے کائی میں ایک ہی کروموسوم کے حصے کو دوبارہ ڈیزائن کیا۔ اس کے نتیجے میں جزوی مصنوعی پودا عام طور پر بڑھتا ہے اور بیضہ تیار کرتا ہے، جس سے یہ جزوی طور پر مصنوعی کروموسوم لے جانے والے متعدد خلیات کے ساتھ پہلی جاندار چیزوں میں سے ایک بنا۔

پودوں کے کروموسوم میں اپنی مرضی کے مطابق تبدیلیاں مصنوعی خمیر کے مقابلے نسبتاً کم ہوتی ہیں۔ لیکن یہ اعلیٰ سطح کے جانداروں میں جینوم کو مکمل طور پر دوبارہ ڈیزائن کرنے کی طرف ایک قدم ہے۔

ساتھ ایک انٹرویو میں سائنسامپیریل کالج لندن کے مصنوعی حیاتیات کے ماہر ڈاکٹر ٹام ایلس نے کہا کہ یہ "ان لوگوں کے لیے جاگنے کی کال ہے جو یہ سمجھتے ہیں کہ مصنوعی جینوم صرف جرثوموں کے لیے ہیں۔"

زندگی کو اپ گریڈ کرنا

زندگی کو دوبارہ لکھنے کی کوششیں صرف سائنسی تجسس کو پورا کرنے کے لیے نہیں ہیں۔

ڈی این اے کے ساتھ ٹنکرنگ ہمیں ارتقائی تاریخ کو سمجھنے اور ڈی این اے کے اہم حصوں کی نشاندہی کرنے میں مدد کر سکتی ہے جو کروموسوم کو مستحکم رکھتے ہیں یا بیماری کا سبب بنتے ہیں۔ تجربات ڈی این اے کے "تاریک مادے" کو بہتر طور پر سمجھنے میں ہماری مدد کر سکتے ہیں۔ جینوم میں بھرے ہوئے، پراسرار سلسلے جو پروٹین کو انکوڈ نہیں کرتے ہیں، نے سائنسدانوں کو طویل عرصے سے حیران کر رکھا ہے: کیا یہ مفید ہیں یا صرف ارتقا کی باقیات؟

مصنوعی جاندار جانداروں کو انجینئر کرنا بھی آسان بناتے ہیں۔ مثال کے طور پر بیکٹیریا اور خمیر پہلے ہی بیئر بنانے اور زندگی بچانے والی ادویات جیسے انسولین کو پمپ کرنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ جینوم کے کچھ حصوں کو شامل کرنے، تبدیل کرنے یا حذف کرنے سے، ان خلیوں کو نئی صلاحیتیں فراہم کرنا ممکن ہے۔

ایک حالیہ تحقیق میںمثال کے طور پر، محققین نے بیکٹیریا کو دوبارہ پروگرام کیا تاکہ وہ امینو ایسڈ بلڈنگ بلاکس کا استعمال کرتے ہوئے پروٹین کی ترکیب کریں جو فطرت میں نظر نہیں آتے۔ ایک اور میں مطالعہ کے مطابق، ایک ٹیم نے بیکٹیریا کو پلاسٹک کو کچلنے والے ٹرمینیٹروں میں تبدیل کیا جو پلاسٹک کے فضلے کو مفید مواد میں ری سائیکل کرتے ہیں۔

متاثر کن ہونے کے باوجود، بیکٹیریا ہمارے برعکس خلیات سے بنے ہوتے ہیں- ان کا جینیاتی مواد ادھر ادھر تیرتا ہے، جس سے انہیں دوبارہ جڑنا ممکنہ طور پر آسان ہو جاتا ہے۔

۔ مصنوعی خمیر پروجیکٹ ایک پیش رفت تھی. بیکٹیریا کے برعکس، خمیر ایک یوکرائیوٹک سیل ہے۔ پودے، جانور اور انسان سب اس زمرے میں آتے ہیں۔ ہمارا ڈی این اے ایک نٹ نما بلبلے کے اندر محفوظ ہے جسے نیوکلئس کہتے ہیں، جس سے مصنوعی حیاتیات کے ماہرین کے لیے موافقت کرنا زیادہ مشکل ہوتا ہے۔

اور جہاں تک یوکرائیوٹس کا تعلق ہے، پودوں کے لیے خمیر کے مقابلے میں جوڑ توڑ کرنا مشکل ہے — ایک خلیے والے جاندار — کیونکہ ان میں کئی قسم کے خلیے ہوتے ہیں جو نشوونما اور تولید کو مربوط کرتے ہیں۔ کروموسومل تبدیلیاں اس بات پر منحصر ہوتی ہیں کہ ہر خلیہ کیسے کام کرتا ہے اور اس کے نتیجے میں پودے کی صحت پر اثر انداز ہوتا ہے۔

ٹیم نے اپنے مقالے میں لکھا کہ "ملٹی سیلولر جانداروں میں جینوم کی ترکیب نامعلوم علاقہ ہے۔"

آہستہ اور مستحکم

شروع سے بالکل نیا جینوم بنانے کے بجائے، ٹیم نے موجودہ کائی کے جینوم کے ساتھ ٹنکر کیا۔

اس گرین فز کا لیبارٹری میں بڑے پیمانے پر مطالعہ کیا گیا ہے۔ ایک ابتدائی تجزیہ کائی کے جینوم سے پتہ چلا کہ اس میں 35,000 ممکنہ جینز ہیں جو ایک پودے کے لیے انتہائی پیچیدہ ہیں۔ اس کے تمام 26 کروموسوم مکمل طور پر ترتیب دیئے گئے ہیں۔

ٹیم نے لکھا کہ اس وجہ سے، یہ پلانٹ "ارتقائی ترقیاتی اور خلیے کے حیاتیاتی مطالعات میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا ماڈل ہے۔"

ماس جینز آسانی سے ماحولیاتی تبدیلیوں کے مطابق ڈھل جاتے ہیں، خاص طور پر وہ جو سورج کی روشنی سے ڈی این اے کو پہنچنے والے نقصان کو ٹھیک کرتے ہیں۔ دوسرے پودوں کے مقابلے جیسے کہ تھیل کریس، ایک اور ماڈل ماہر حیاتیات پسند کرتے ہیں- کائی میں ڈی این اے کی بڑی تبدیلیوں کو برداشت کرنے اور تیزی سے دوبارہ تخلیق کرنے کی اندرونی صلاحیت ہوتی ہے۔ ٹیم نے وضاحت کی کہ جینوم کو دوبارہ لکھتے وقت دونوں پہلو "ضروری" ہیں۔

ایک اور فائدہ؟ کائی ایک خلیے سے مکمل پودے میں بڑھ سکتی ہے۔ مصنوعی حیاتیات کے ماہرین کے لیے یہ قابلیت ایک خوابیدہ منظر ہے کیونکہ صرف ایک خلیے میں جینز یا کروموسوم کو تبدیل کرنے سے ممکنہ طور پر پورے جاندار کو تبدیل کیا جا سکتا ہے۔

ہمارے اپنے کی طرح، پودوں کے کروموسوم دو کراس شدہ بازوؤں کے ساتھ ایک "X" کی طرح نظر آتے ہیں۔ اس مطالعہ کے لیے، ٹیم نے پلانٹ میں سب سے چھوٹے کروموسوم بازو کو دوبارہ لکھنے کا فیصلہ کیا — کروموسوم 18۔ یہ اب بھی ایک بڑا منصوبہ تھا۔ اس سے پہلے، سب سے بڑا متبادل صرف 5,000 DNA خطوط تھا۔ نئے مطالعہ کو 68,000 سے زیادہ حروف کو تبدیل کرنے کی ضرورت ہے۔

ٹیم نے لکھا کہ قدرتی ڈی این اے کی ترتیب کو "دوبارہ ڈیزائن کیے گئے بڑے مصنوعی ٹکڑوں نے ایک زبردست تکنیکی چیلنج پیش کیا۔"

انہوں نے تقسیم اور فتح کی حکمت عملی اختیار کی۔ انہوں نے سب سے پہلے مصنوعی ڈی این اے کے درمیانے سائز کے ٹکڑوں کو کروموسوم بازو کے ایک ڈی این اے "میگا چنک" میں ملانے سے پہلے ڈیزائن کیا۔

نئے ڈیزائن کردہ کروموسوم میں کئی قابل ذکر تبدیلیاں تھیں۔ اسے ٹرانسپوسن، یا "جمپنگ جینز" سے چھین لیا گیا تھا۔ یہ ڈی این اے بلاکس جینوم کے گرد گھومتے ہیں، اور سائنس دان اب بھی اس بات پر بحث کر رہے ہیں کہ آیا وہ عام حیاتیاتی افعال کے لیے ضروری ہیں یا بیماری میں حصہ ڈالتے ہیں۔ ٹیم نے کروموسوم میں ڈی این اے "ٹیگ" کو بھی شامل کیا تاکہ اسے مصنوعی کے طور پر نشان زد کیا جا سکے اور اس میں تبدیلیاں کی جائیں کہ یہ کچھ پروٹینوں کی تیاری کو کیسے منظم کرتا ہے۔

مجموعی طور پر، تبدیلیوں نے کروموسوم کا سائز تقریباً 56 فیصد کم کر دیا۔ ڈیزائنر کروموسوم کو کائی کے خلیوں میں داخل کرنے کے بعد، ٹیم نے ان کی پرورش بالغ پودوں میں کی۔

ایک آدھا مصنوعی کھلنا

یہاں تک کہ ایک بھاری ترمیم شدہ جینوم کے ساتھ، مصنوعی کائی حیرت انگیز طور پر نارمل تھی۔ پودے آسانی سے ایک سے زیادہ شاخوں کے ساتھ پتوں والی جھاڑیوں میں بڑھ گئے اور آخرکار بیضہ پیدا ہوئے۔ تمام تولیدی ڈھانچے جنگل میں پائے جانے والے ڈھانچے کی طرح تھے، جو تجویز کرتے ہیں کہ نصف مصنوعی پودوں کی زندگی کا معمول ہے اور وہ ممکنہ طور پر دوبارہ پیدا کر سکتے ہیں۔

پودوں نے انتہائی نمکین ماحول کے خلاف بھی اپنی لچک کو برقرار رکھا- ایک مفید موافقت جو ان کے قدرتی ہم منصبوں میں بھی نظر آتی ہے۔

لیکن مصنوعی کائی میں کچھ غیر متوقع ایپی جینیٹک نرالا تھے۔ ایپی جینیٹکس یہ سائنس ہے کہ خلیے جین کو کیسے آن یا آف کرتے ہیں۔ کروموسوم کے مصنوعی حصے میں قدرتی کائی کے مقابلے ایک مختلف ایپی جینیٹک پروفائل تھا، جس میں معمول سے زیادہ فعال جین ہوتے ہیں۔ ٹیم کے مطابق، یہ ممکنہ طور پر نقصان دہ ہو سکتا ہے۔

کائی نے ڈی این اے کے "تاریک مادے" کے بارے میں ممکنہ بصیرت بھی پیش کی، بشمول ٹرانسپوسن۔ ان جمپنگ جینز کو حذف کرنے سے جزوی طور پر مصنوعی پودوں کو نقصان نہیں پہنچا، یہ تجویز کرتا ہے کہ یہ ان کی صحت کے لیے ضروری نہیں ہیں۔

زیادہ عملی طور پر، نتائج ہوسکتے ہیں بائیو ٹیکنالوجی کی کوششوں کو فروغ دینا کائی کا استعمال کرتے ہوئے علاج کے پروٹین کی ایک وسیع رینج تیار کرنا، بشمول وہ جو دل کی بیماری سے لڑتے ہیں، زخموں کو مندمل کرتے ہیں، یا فالج کا علاج کرتے ہیں۔ کائی پہلے ہی طبی ادویات کی ترکیب کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ جزوی طور پر ڈیزائنر جینوم اپنے میٹابولزم کو بدل سکتا ہے، انفیکشن کے خلاف اس کی لچک کو بڑھا سکتا ہے، اور پیداوار میں اضافہ کر سکتا ہے۔

اگلا مرحلہ یہ ہے کہ کروموسوم 18 کے چھوٹے بازو کے پورے حصے کو مصنوعی ترتیب سے تبدیل کیا جائے۔ ان کا مقصد 10 سال کے اندر مکمل مصنوعی کائی کا جینوم تیار کرنا ہے۔

یہ ایک مہتواکانکشی مقصد ہے۔ خمیر جینوم کے مقابلے میں، جس میں 18 سال لگے اور اس کے نصف کو دوبارہ لکھنے میں عالمی تعاون، کائی کا جینوم 40 گنا بڑا ہے۔ لیکن تیزی سے موثر اور سستی ڈی این اے پڑھنے اور ترکیب کی ٹیکنالوجیز کے ساتھ، مقصد پہنچ سے باہر نہیں ہے۔

اسی طرح کی تکنیکیں پودوں سے لے کر جانوروں تک، بیکٹیریا اور خمیر کے علاوہ حیاتیات میں کروموسوم کو دوبارہ ڈیزائن کرنے کے لیے دوسرے منصوبوں کو بھی متاثر کر سکتی ہیں۔

تصویری کریڈٹ: Pyrex / Wikimedia Commons

• SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
• پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
• ماخذ: https://singularityhub.com/2024/02/08/partially-synthetic-moss-paves-the-way-for-plants-with-designer-genomes/