بچپن کی گھریلو ویڈیوز دل دہلا دینے والی، مزاحیہ، یا سراسر شرمناک ہو سکتی ہیں۔ لیکن ٹیپس میں ایک انمول وسیلہ ہوتا ہے: ایک بچے کے سفر کے ٹکڑوں جب وہ دنیا میں تشریف لانا سیکھتا ہے۔ یقینی طور پر، تصاویر پہلی سالگرہ یا موٹر سائیکل سے پہلی گرنے کی تصویر بھی لے سکتی ہیں — لیکن فلم کے بجائے، وہ وقت میں ایک ہی سنیپ شاٹس ہیں۔
سائنسدانوں نے طویل عرصے سے ڈی این اے "کیمکورڈرز" کو خلیات میں سرایت کرنے کی کوشش کی ہے تاکہ ان کی تاریخ کو حاصل کیا جا سکے۔ بچوں کی طرح، خلیات بڑھتے، متنوع اور بالغ ہوتے ہیں جب وہ ماحول کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ یہ تبدیلیاں سیل کی جین کی سرگرمی میں سرایت کر جاتی ہیں، اور وقت کے ساتھ ان کی تشکیل نو کے ذریعے، سائنسدان سیل کی موجودہ حالت کا اندازہ لگا سکتے ہیں- مثال کے طور پر، کیا یہ کینسر میں تبدیل ہو رہا ہے؟
ٹیکنالوجی "ترقیاتی اور کینسر حیاتیات کے بارے میں علم کو گہرا کرے گی جس کا علاج کی حکمت عملیوں میں ترجمہ کیا جا سکتا ہے،" نے کہا برٹش کولمبیا یونیورسٹی میں ڈاکٹر نوزومو یاچی اور ساتھی۔
مسئلہ؟ ریکارڈنگ کا عمل، آج تک، صرف ایک سنیپ شاٹس پر مشتمل ہے اور اس نے سیل کو تباہ کر دیا ہے، جس سے اس کی نشوونما کو ٹریک کرنا ناممکن ہو گیا ہے۔
اب، UCSF Gladstone Institute میں ڈاکٹر سیٹھ شپ مین کی قیادت میں ایک ٹیم ایک حیاتیاتی ریکارڈر انجینئر کیا—ڈب شدہ Retro-Cascorder — جو کہ، ایک پرانے اسکول کیمکارڈر کی طرح، ایک وقت میں دنوں کے لیے DNA "ٹیپ" پر سیل کے جین کے اظہار کی تاریخ کو پکڑ سکتا ہے۔ CRISPR کی بدولت، یہ "ٹیپس" پھر سیل کے جینوم میں ضم ہو جاتی ہیں، جنہیں بعد کی تاریخ میں پڑھا جا سکتا ہے۔
نتیجے میں آنے والا ڈیٹا بالکل نہیں ہے۔ امریکہ کی سب سے زیادہ دلچسپ ویڈیو. بلکہ، یہ ایک لیجر سے زیادہ ہے جو متعدد حیاتیاتی سگنلوں کو دستاویز کرتا ہے اور صفائی کے ساتھ ان کو تاریخ کی ترتیب میں محفوظ کرتا ہے۔
"سالماتی ڈیٹا اکٹھا کرنے کا یہ نیا طریقہ ہمیں خلیوں میں ایک بے مثال ونڈو فراہم کرتا ہے،" نے کہا شپ مین۔ ایک خلیے کی نشوونما کی تاریخ کو چھپانے کے علاوہ - مثال کے طور پر، یہ ایک عام اسٹیم سیل سے کس طرح متنوع ہے - Retro-Cascorder کو شامل کرنے سے عام خلیوں کو زندہ بایو سینسرز میں تبدیل کیا جاسکتا ہے جو آلودگی، وائرس یا دیگر آلودگیوں کی نگرانی کرتے ہیں، ہر وقت ڈی این اے کی صلاحیت کی جانچ کرتے ہوئے ایک قابل اعتماد ڈیٹا اسٹوریج ڈیوائس۔
ڈی این اے ٹیپس کا عروج
سیل کی تاریخ کو کیوں ٹریک کریں؟
بچپن میں سیل کا تصور کریں۔ ایک فرٹیلائزڈ انڈے سے شروع ہو کر، یہ بڑھتا ہے، اپنی ظاہری شکل بدلتا ہے — ایک جلد کے خلیے یا نیوران میں، مثال کے طور پر — اور تولیدی خلیوں کے لیے، اپنے بچوں کو جینیاتی معلومات منتقل کرتا ہے۔ زندگی میں خلیے کا سفر صرف اس کی جینیات سے طے نہیں ہوتا ہے — بلکہ، اس کی جینیاتی ہدایات کو کس طرح انجام دیا جاتا ہے اس کا انحصار اس کے سیلولر پڑوسیوں اور بیرونی دنیا دونوں کے ساتھ تعامل پر ہوتا ہے: خوراک، ورزش، تناؤ اور اس کے انسانی میزبان کے تجربات۔
یہ فطرت اور پرورش کے اشارے ایک خلیے کو متحرک کرتے ہیں تاکہ جینز کے ایک مخصوص نمونے کو چالو کیا جا سکے۔ ہمارے تمام خلیات جینوں کے ایک ہی سیٹ کو محفوظ رکھتے ہیں۔ جو چیز انہیں مختلف بناتی ہے وہ یہ ہے کہ کون سے آن یا آف ہیں۔ جین کا اظہار بڑے پیمانے پر طاقتور ہے: یہ سیل کی شناخت، کام، اور بالآخر، حیاتیاتی عمل کو تبدیل کر سکتا ہے جو زندگی پر حکمرانی کرتے ہیں۔
ان کے اندرونی کاموں کے اندر جھانکنا بہت اچھا ہوگا۔
ایک طریقہ سنیپ شاٹ اپروچ ہے۔ "اومکس" ٹیکنالوجیز کا استعمال کرتے ہوئے—یعنی، جین کے اظہار، میٹابولزم، یا دیگر حالتوں کے لیے بیک وقت لاکھوں خلیوں کا تجزیہ کرتے ہوئے — ہم کسی خاص وقت میں خلیات کے گروپ کا اعلیٰ ریزولوشن سنیپ شاٹ حاصل کر سکتے ہیں۔ طاقتور ہونے کے باوجود، عمل نمونے کو تباہ کر دیتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ خلیوں کے اندر ذخیرہ شدہ جین کے اظہار کی معلومات کو پڑھنے کے لیے، ایک طریقہ جسے RNAseq کہا جاتا ہے، انووں تک رسائی حاصل کرنے اور نکالنے کے لیے سیل کے چربیلے، بلبلے لفافے کو توڑنا پڑتا ہے۔ خلا میں کسی بھی مقام پر جیمز ویب ٹیلی سکوپ کی طرف اشارہ کرنے کا تصور کریں، یہ جانتے ہوئے کہ دوربین اپنی نظر آنے والی ہر چیز کو مٹا دے گی — ہاں، بہت اچھا نہیں۔
ڈی این اے ٹیپس ایک مختلف انداز اختیار کرتے ہیں۔ ایک ویڈیو ایڈیٹر کی طرح، وہ سیل کے واقعات کو ڈی این اے حروف سے بنا بارکوڈ کے ساتھ "ٹیگ" کرتے ہیں—تھوڑا سا ٹائم اسٹیمپ کی طرح۔ شپ مین ڈی این اے کو اسٹوریج ڈیوائس کے طور پر استعمال کرنے میں کوئی اجنبی نہیں ہے۔ 2017 میں، ہارورڈ میں مصنوعی حیاتیات کے ماہر ڈاکٹر جارج چرچ اور ٹیم کے ساتھ کام کرنا، انہوں نے انکوڈ کیا CRISPR کا استعمال کرتے ہوئے زندہ بیکٹیریا کے جینوم میں ایک ڈیجیٹل فلم۔
ڈی این اے ڈائری
نئی تحقیق کا ایک نسبتاً آسان مقصد تھا: موشن ٹرپڈ کیمرے کی طرح، جب بھی کوئی خاص جین آن ہوتا ہے تو ریکارڈنگ شروع کریں۔
Retro-Cascorder کو ڈیزائن کرنے کے لیے، ٹیم نے ایک پراسرار جینیاتی عنصر، retrons کا رخ کیا۔ یہ بیکٹیریا کے ڈی این اے کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑے ہیں جنہوں نے سائنسدانوں کو کئی دہائیوں تک پریشان کیا، اس سے پہلے کہ یہ محسوس ہو کہ وہ بیکٹیریا کے مدافعتی نظام کا حصہ ہیں۔ پیچھے اگلا، 2021 میں، مطالعہ کے شریک مصنف چرچ نے ایک عجیب بیکٹیریل نرالا سے ریٹرن کو تبدیل کیا۔ جین ایڈیٹنگ ٹول میں جو کہ ایک ہی وقت میں لاکھوں ڈی این اے تغیرات کو اسکرین کر سکتا ہے، اور ان کے اثرات کی پیروی کر سکتا ہے۔ اہم طور پر، انہوں نے محسوس کیا کہ ریٹرن کو وقت میں کسی خاص جینیاتی تبدیلی کو ٹائم اسٹیمپ کرنے کے لیے بطور ٹیگ استعمال کیا جا سکتا ہے۔
یہاں، ٹیم نے مخصوص ڈی این اے ٹیگز تیار کرنے کے لیے انجینئرنگ ریٹرن کے ذریعے آغاز کیا — جیسے پیکجوں کو نشان زد کرنے کے لیے بارکوڈز کی ایک سیریز پرنٹ کرنا۔ ٹیگز ڈی این اے پروموٹرز سے جڑے ہوئے ہیں، جو ٹریفک لائٹ کی طرح سیل کو جین کو آن کرنے کا حق دیتے ہیں۔
ایک بار جین آن ہونے کے بعد، ریٹون خود بخود ایک منفرد بارکوڈ تیار کرتا ہے جو اس کی سرگرمی کی تصدیق کرتا ہے۔ یہ ایک کثیر مرحلہ عمل ہے: ٹیگ، اصل میں ڈی این اے میں انکوڈ کیا گیا ہے، پہلے سیل کے ذریعے آر این اے میں نقل کیا جاتا ہے، اور پھر ریٹرن کے ذریعے ڈی این اے "رسیدوں" میں دوبارہ لکھا جاتا ہے۔
ریستوراں کے کیش رجسٹر کے بارے میں سوچئے۔ یہ ایک آرڈر پرنٹ کرنے کے مترادف ہے، ایک مخصوص وقت پر، ایک رسید کے ساتھ۔
ٹیکنالوجی کی توقع کے مطابق کام کرنے کی تصدیق کرنے کے بعد، ٹیم نے پھر ریٹون پر مبنی ٹیگز کا استعمال کرتے ہوئے سیل کی "فلمیں" بنانے کا رخ کیا۔ روایتی معنوں میں یہ کوئی ویڈیو نہیں ہے: ٹیم کو اب بھی ریکارڈنگ سیشن کے اختتام پر - تقریباً 24 گھنٹے - پلے بیک کے لیے بارکوڈز کا تجزیہ کرنا پڑا، جو خلیات کو تباہ کر دیتا ہے۔
وقت میں ایک سنیپ شاٹ میں جین کے اظہار کی تبدیلیوں پر نظر رکھنا نسبتاً آسان ہے۔ دن بھر ایک جیسی تبدیلیوں پر نظر رکھنا کہیں زیادہ مشکل ہے۔ ریکارڈر کے لیے ایک "میموری" بنانے کے لیے، ٹیم نے CRISPR-Cas کا رخ کیا۔ یہاں، CRISPR arrays ڈائری کے طور پر کام کرتے ہیں، جب کہ retrons روزانہ کے اندراجات کی طرح۔ ڈی این اے کی رسیدیں، جو ریٹرن کے ذریعے تیار ہوتی ہیں، کو CRISPR صف میں شامل کیا جاتا ہے۔ کیسٹ ٹیپس کی طرح، ان میں ڈیٹا ہوتا ہے جس کے بعد اسپیسرز ہوتے ہیں، جیسے کہ کالی اسکرین، الگ الگ واقعات میں مدد کے لیے۔ جیسے جیسے نئی معلومات شامل کی جاتی ہیں، پچھلے اسپیسرز قریب ترین اندراج سے مزید دور ہو جاتے ہیں، جس سے واقعات کی ٹائم لائن کو سمجھنا ممکن ہو جاتا ہے۔
یاچی نے کہا کہ جینیاتی ڈیٹا لکھنے کے لیے CRISPR استعمال کرنے کی صلاحیت کے حامل خلیے "ڈی این اے ٹیپس میں سیلولر واقعات کو رفتہ رفتہ ریکارڈ کر سکتے ہیں۔"
تصور کے ثبوت میں، ٹیم نے Retro-Cascorder کو متعارف کرایا Escherichia کولی (E. Coli)، لیب کا پسندیدہ بیکٹیریا، جینیاتی انجینئرنگ کے ذریعے۔ نئی تعمیر کو شامل کرنا بگ کے لیے ایک ہوا کا جھونکا تھا، اور سائنسدانوں کے لیے ایک اچھی علامت تھی، کیونکہ یہ خلیات کے لیے بہت کم تناؤ یا زہریلے پن کی تجویز کرتا ہے۔
اس کے بعد انہوں نے کیمیکلز کا استعمال کرتے ہوئے یا دونوں ڈی این اے پروموٹرز کو آن کیا، جیسے کہ واک مین پر "ریکارڈ" پر کلک کرنا۔ 48 گھنٹوں کے دوران، نظام نے CRISPR صف میں توقع کے مطابق جین کے اظہار کی تبدیلیوں کو ریکارڈ کیا۔ CRISPR arrays کی ترتیب میں مزید کھودنے کے بعد — یعنی، انہیں بعد میں پڑھنا — انہوں نے پایا کہ سیل کی تاریخ توقع کے مطابق آگے بڑھ رہی ہے۔
آپ کی پوری تاریخ
نیا ڈی این اے ٹیپ وقت کے ساتھ فلم کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑوں کو ریکارڈ کرنے کی طرح ہے۔ لیکن اس میں عجیب ترمیم کی گئی ہے۔ اگرچہ Retro-Cascorder جین کی ایکٹیویشن کی ترتیب بتا سکتا ہے، لیکن یہ دو ملحقہ واقعات کے درمیان ٹائم لیپس کی نشاندہی نہیں کر سکتا۔ گھریلو ویڈیو کی طرح، ڈانس ریہرسل کا ایک کلپ جس کے بعد رات کا کھانا اسی دن ہو سکتا ہے۔ یا سالوں کے علاوہ؟
لیکن پچھلی کوششوں کے مقابلے میں، ٹیپ ایک تکنیکی چھلانگ ہے، جس میں بہتر سگنلز، ریکارڈنگ کا طویل دورانیہ، اور بہتر پلے بیک ہے۔
"یہ ابھی تک ایک بہترین نظام نہیں ہے، لیکن ہمارے خیال میں یہ اب بھی موجودہ طریقوں سے بہتر ہوگا، جو آپ کو ایک وقت میں صرف ایک ایونٹ کی پیمائش کرنے کے قابل بناتا ہے،" شپ مین نے کہا۔
کامل سیلولر دستاویزی فلم کی دوڑ جاری ہے، اور زیادہ تر کے مرکز میں CRISPR ہے۔ Yachie کے لیے، ایک طریقہ Good-ole'-CRISPR کو تبدیل کرنا ہے۔ بیس ایڈیٹرز or CRISPR پرائم، یہ دونوں سیل کے جینوم کو کم نقصان پہنچاتے ہیں۔ حیاتیاتی "VCR" — جو ایک جین کے ریکارڈ شدہ اظہار کو پڑھتا ہے — کو بھی ایک اپ گریڈ کی ضرورت ہے، جو ممکنہ طور پر بہتر کمپیوٹنگ کی صلاحیت سے تقویت یافتہ ہے۔
زیادہ مکمل ہونے پر، ڈی این اے ریکارڈرز چھوٹے دماغوں اور دیگر آرگنائڈز کی نشوونما کی رفتار کو ٹریک کرنے، کینسر کے خلیات کے ارتقاء کے ساتھ مطالعہ کرنے، خلیات میں ماحولیاتی آلودگیوں کی نگرانی کرنے میں ہماری مدد کر سکتے ہیں۔
تصویری کریڈٹ: امو ویگمین / Unsplash سے
