वैज्ञानिक ‘वास्तुकार’ जीन की जांच के लिए सिंथेटिक डीएनए बनाते हैं

शोधकर्ताओं ने कृत्रिम हॉक्स जीन बनाए हैं जो योजना बनाते हैं और निर्देशित करते हैं कि कोशिकाएं स्टेम कोशिकाओं में नई सिंथेटिक डीएनए तकनीक और जीनोमिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके ऊतकों या अंगों को विकसित करने के लिए कहां जाती हैं।
उनके निष्कर्ष इस बात की पुष्टि करते हैं कि कैसे होक्स जीन के समूह कोशिकाओं को सीखने और याद रखने में मदद करते हैं कि वे शरीर में कहां हैं।
विज्ञान में प्रकाशित उनके निष्कर्ष, पुष्टि करते हैं कि कैसे होक्स जीन के समूह कोशिकाओं को सीखने और याद रखने में मदद करते हैं कि वे शरीर में कहां हैं।
शरीर के वास्तुकार के रूप में होक्स जीन
मनुष्यों से लेकर पक्षियों से लेकर मछलियों तक लगभग सभी जानवरों में एक पूर्वकाल-पश्च अक्ष, या एक रेखा होती है जो सिर से पूंछ तक चलती है।
विकास के दौरान, होक्स जीन आर्किटेक्ट के रूप में कार्य करते हैं, यह योजना निर्धारित करते हैं कि कोशिकाएं धुरी के साथ कहां जाती हैं, साथ ही साथ वे कौन से शरीर के अंग बनाते हैं।
होक्स जीन सुनिश्चित करते हैं कि अंग और ऊतक सही जगह पर विकसित होते हैं, छाती का निर्माण करते हैं या पंखों को सही शारीरिक स्थिति में रखते हैं।
यदि हॉक्स जीन गलत नियमन या उत्परिवर्तन के माध्यम से विफल हो जाते हैं, तो कोशिकाएं खो सकती हैं, कुछ कैंसर, जन्म दोष और गर्भपात में भूमिका निभा सकती हैं।
“मुझे नहीं लगता कि हम होक्स जीन को समझे बिना विकास या बीमारी को समझ सकते हैं,” एनवाईयू में जीव विज्ञान के एसोसिएट प्रोफेसर और अध्ययन के सह-वरिष्ठ लेखक एस्टेबन मैज़ोनी ने कहा।
विकास में उनके महत्व के बावजूद, हॉक्स जीन का अध्ययन करना चुनौतीपूर्ण है।
वे समूहों में कसकर व्यवस्थित होते हैं, डीएनए के टुकड़े में केवल होक्स जीन होते हैं जहां वे पाए जाते हैं और उनके आसपास कोई अन्य जीन नहीं होता है (जिसे वैज्ञानिक “जीन रेगिस्तान” कहते हैं)।
और जबकि जीनोम के कई हिस्सों में दोहराव वाले तत्व होते हैं, होक्स क्लस्टर्स में ऐसा कोई दोहराव नहीं होता है।
ये कारक उन्हें पड़ोसी होक्स जीन को प्रभावित किए बिना पारंपरिक जीन संपादन के साथ अद्वितीय लेकिन कठिन अध्ययन करते हैं।
सिंथेटिक डीएनए के साथ नए सिरे से शुरुआत
क्या वैज्ञानिक जीन संपादन पर भरोसा करने के बजाय कृत्रिम हॉक्स जीन का बेहतर अध्ययन कर सकते हैं?
“हम जीनोम पढ़ने, या डीएनए अनुक्रमण में बहुत अच्छे हैं।
और सीआरआईएसपीआर के लिए धन्यवाद, हम जीनोम में छोटे संपादन कर सकते हैं।
लेकिन हम अभी भी खरोंच से लिखने में अच्छे नहीं हैं,” मैज़ोनी ने समझाया।
“जीनोम के नए टुकड़े लिखने या बनाने से हमें पर्याप्तता के परीक्षण में मदद मिल सकती है – इस मामले में, यह पता करें कि कोशिका के लिए जीनोम की सबसे छोटी इकाई क्या आवश्यक है, यह जानने के लिए कि यह शरीर में कहां है।”
मैज़ोनी ने एनवाईयू ग्रॉसमैन स्कूल ऑफ मेडिसिन में इंस्टीट्यूट ऑफ सिस्टम जेनेटिक्स के निदेशक जेफ बोके के साथ मिलकर काम किया, जो सिंथेटिक खमीर जीनोम को संश्लेषित करने के अपने काम के लिए जाने जाते हैं।
बोएके की प्रयोगशाला इस तकनीक का स्तनधारी कोशिकाओं में अनुवाद करना चाह रही थी।
बोएके की प्रयोगशाला में स्नातक छात्र सुदर्शन पिंगले ने चूहों के होक्स जीन से डीएनए की नकल करके सिंथेटिक डीएनए के लंबे स्ट्रैंड तैयार किए।
शोधकर्ताओं ने तब डीएनए को चूहों से प्लुरिपोटेंट स्टेम सेल के भीतर एक सटीक स्थान पर पहुंचाया।
विभिन्न प्रजातियों का उपयोग करके शोधकर्ताओं ने सिंथेटिक चूहे डीएनए और चूहों की प्राकृतिक कोशिकाओं के बीच अंतर करने में सक्षम बनाया।
“डॉ रिचर्ड फेनमैन ने प्रसिद्ध रूप से कहा, ‘मैं क्या नहीं बना सकता, मुझे समझ में नहीं आता।’
अब हम होक्स को समझने के करीब एक विशाल कदम हैं,” बोएके ने कहा, जो एनवाईयू ग्रॉसमैन में जैव रसायन और आणविक फार्माकोलॉजी के प्रोफेसर भी हैं और अध्ययन के सह-वरिष्ठ लेखक हैं।
होक्स समूहों का अध्ययन
माउस स्टेम कोशिकाओं में कृत्रिम होक्स डीएनए के साथ, शोधकर्ता अब यह पता लगा सकते हैं कि कैसे होक्स जीन कोशिकाओं को सीखने और याद रखने में मदद करते हैं कि वे कहां हैं।
स्तनधारियों में, होक्स क्लस्टर नियामक क्षेत्रों से घिरे होते हैं जो नियंत्रित करते हैं कि हॉक्स जीन कैसे सक्रिय होते हैं।
यह अज्ञात था कि कोशिकाओं को सीखने और याद रखने के लिए कि वे कहाँ हैं, अकेले क्लस्टर या क्लस्टर प्लस अन्य तत्वों की आवश्यकता थी।
शोधकर्ताओं ने पाया कि इन जीन-घने समूहों में अकेले कोशिकाओं के लिए एक स्थितित्मक संकेत को डीकोड करने और इसे याद रखने के लिए आवश्यक सभी जानकारी होती है।
इससे पता चलता है कि होक्स क्लस्टर्स की कॉम्पैक्ट प्रकृति कोशिकाओं को उनके स्थान को सीखने में मदद करती है, जो हॉक्स जीन पर लंबे समय से चली आ रही परिकल्पना की पुष्टि करती है जिसे पहले परीक्षण करना मुश्किल था।
कृत्रिम डीएनए और कृत्रिम हॉक्स जीन का निर्माण पशु विकास और मानव रोगों पर भविष्य के अनुसंधान का मार्ग प्रशस्त करता है।
“विभिन्न प्रजातियों में अलग-अलग संरचनाएं और आकार होते हैं, जिनमें से बहुत कुछ इस बात पर निर्भर करता है कि होक्स क्लस्टर कैसे व्यक्त होते हैं।
उदाहरण के लिए, एक सांप बिना अंगों वाला एक लंबा वक्ष है, जबकि एक स्केट में कोई वक्ष नहीं होता है और यह सिर्फ अंग होता है।
होक्स क्लस्टर्स की बेहतर समझ हमें यह समझने में मदद कर सकती है कि विभिन्न जानवरों को बनाने के लिए इन प्रणालियों को कैसे अनुकूलित और संशोधित किया जाता है,” मैज़ोनी ने कहा।
“अधिक व्यापक रूप से, यह सिंथेटिक डीएनए तकनीक, जिसके लिए हमने एक प्रकार का कारखाना बनाया है, उन बीमारियों के अध्ययन के लिए उपयोगी होगी जो जीनोमिक रूप से जटिल हैं और अब हमारे पास उनके लिए अधिक सटीक मॉडल तैयार करने की एक विधि है,” बोके ने कहा।