शोधकर्ताओं ने एस्चेरिचिया कोलाई जीन को वायरस के प्रति प्रतिरोधी बनाने के लिए फिर से तार-तार कर दिया है

शोधकर्ताओं ने एस्चेरिचिया कोलाई जीन को वायरस के प्रति प्रतिरोधी बनाने के लिए फिर से तार-तार कर दिया है
ज़ूम / बाहर से, ये अत्यधिक इंजीनियर बैक्टीरिया अपने प्राकृतिक समकक्षों से अलग नहीं दिखते हैं।

जीवन की कई आवश्यक विशेषताओं का जरूरी नहीं कि वे वही हों जो वे हैं। अवसर विकास में एक प्रमुख भूमिका निभाता है, और हमेशा वैकल्पिक रास्ते होते हैं जिन्हें कभी खोजा नहीं गया है, केवल इसलिए कि जो कुछ भी पहले विकसित किया गया था वह काफी अच्छा था। इस विचार का एक उदाहरण आनुवंशिक कोड है, जो हमारे डीएनए द्वारा दी गई जानकारी को अमीनो एसिड के एक विशिष्ट अनुक्रम में परिवर्तित करता है जो प्रोटीन बनाते हैं। दर्जनों संभावित अमीनो एसिड हैं, जिनमें से कई अनायास बन सकते हैं, लेकिन अधिकांश जीवन उनमें से सिर्फ 20 पर आधारित आनुवंशिक कोड का उपयोग करता है।

पिछले दो दशकों में, वैज्ञानिकों ने दिखाया है कि ऐसा नहीं होना चाहिए। यदि आप बैक्टीरिया को उपयुक्त एंजाइम और एक वैकल्पिक अमीनो एसिड प्रदान करते हैं, तो वे इसका उपयोग कर सकते हैं। लेकिन बैक्टीरिया एंजाइम और अमीनो एसिड का बहुत कुशलता से उपयोग नहीं करेंगे, क्योंकि आनुवंशिक कोड के सभी छेद पहले से ही उपयोग में हैं।

नए काम में, शोधकर्ता कुछ नए उद्घाटन को अनलॉक करने के लिए बैक्टीरिया के आनुवंशिक कोड को बदलने में सक्षम हैं। फिर उन्होंने उन छिद्रों को अप्राकृतिक अमीनो एसिड से भर दिया, जिससे बैक्टीरिया प्रोटीन का उत्पादन कर सके जो प्रकृति में कभी मौजूद नहीं होगा। रिप्रोग्रामिंग का एक साइड इफेक्ट? वायरस संशोधित बैक्टीरिया में प्रजनन नहीं कर सकते हैं।

अनुवाद में खोना

अनुवांशिक कोड अनुवाद से संबंधित है, जिसके दौरान डीएनए में एन्कोड की गई जानकारी एक कार्यात्मक प्रोटीन में परिवर्तित हो जाती है। इस प्रक्रिया की कुंजी छोटे आरएनए अणुओं का एक समूह है जिसे ट्रांसफर आरएनए (या आरएनए) कहा जाता है। ट्रांसक्रिप्टेड आरएनए में तीन आधारों का एक छोटा सा टुकड़ा होता है जिसे डीएनए द्वारा दी गई जानकारी के साथ बेस पेयरिंग द्वारा मिलान किया जा सकता है। आरएनए को रासायनिक रूप से एक विशिष्ट अमीनो एसिड से एक प्रक्रिया में जोड़ा जा सकता है जो विशिष्ट एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होता है।

यह संयोजन – एक विशेष अमीनो एसिड के साथ जोड़े गए तीन विशिष्ट आधार – अनुवाद की कुंजी है, अर्थात डीएनए आधारों को एक विशिष्ट अमीनो एसिड से मिलाना।

तीन आधारों और चार संभावित आधारों (ए, टी, सी, और जी) के एक कोडन के परिणामस्वरूप तीन आधारों के 64 संभावित संयोजन होते हैं, जिन्हें कोडन कहा जाता है। प्रोटीन-कोडिंग अनुक्रम के अंत तक पहुंचने पर उनमें से तीन कोडन को अनुवाद संकेतों को बंद कर देना चाहिए। यह केवल 20 अमीनो एसिड के लिए 61 कोडन छोड़ता है। नतीजतन, कुछ अमीनो एसिड दो, चार या छह अलग-अलग कोडन द्वारा एन्कोड किए जाते हैं।

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कोड में यह अतिरेक है जिसे कैम्ब्रिज, यूके में स्थित अनुसंधान दल ने लक्षित किया है। कुछ साल पहले, शोधकर्ताओं पूर्ण संपादन कोलाई बैक्टीरिया जीनोम यहां तक ​​​​कि कुछ निरर्थक कोडन भी जारी किए जाते हैं। शोध दल ने तीन स्टॉप कोडन में से एक के सभी उदाहरणों को दूसरे कोडन में से एक में संपादित किया ताकि पूरे जीनोम में इसके कोई और उदाहरण न हों। इसे किसी चीज़ के लिए उपयोग करने के बजाय, इसे फिर से परिभाषित करने के लिए कोडन को संपादित किया गया था।

शोधकर्ताओं ने अमीनो एसिड सेरीन के लिए कोडन के साथ इसी तरह के प्रयोग किए। “सेरीन” कहने वाले छह कोडन को छोड़ने के बजाय, टीम ने दो अलग-अलग सेरीन कोडन को लक्षित करने वाले प्रत्येक उदाहरण को बदलकर कुल चार को संपादित किया।

(यह सरल लग सकता है, लेकिन यहां तक ​​​​कि एक छोटा जीनोम जैसे इशरीकिया कोली इनमें से प्रत्येक कोडन में हजारों आधार जोड़े हैं जो लाखों आधार जोड़े में फैले हुए हैं। आनुवंशिक कोड का संपादन अपने आप में एक प्रभावशाली तकनीकी उपलब्धि है।)

परिवर्तन के प्रति सहिष्णु

जबकि बैक्टीरिया ने तीन संशोधित कोडन का उपयोग नहीं किया, फिर भी वे कर सकते थे। कोडन का उपयोग करने के लिए आवश्यक सभी टुकड़े- वाहक आरएनए, एंजाइम जो उन्हें अमीनो एसिड बांधते हैं, आदि-अभी भी वहां थे। उन कारणों के लिए जो पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं, संशोधित बैक्टीरिया विशेष रूप से स्वस्थ नहीं थे और उनके असंपादित स्रोत की तुलना में अधिक धीरे-धीरे बढ़े।

अपने काम को जारी रखने के लिए, शोधकर्ताओं ने संशोधित आनुवंशिक कोड को बेहतर ढंग से ले जाने के लिए एक तनाव विकसित किया। उन्होंने बैक्टीरिया को उत्परिवर्तित करने के लिए उजागर किया और फिर एक स्वचालित प्रणाली का उपयोग करके बहुत सारे नमूने उगाए जो निर्धारित करते थे कि नमूना अच्छी तरह से बढ़ रहा था और ताजा भोजन के साथ नमूने की आपूर्ति जारी रखता था। (तेजी से बढ़ने वाले बैक्टीरिया बादल बन जाते हैं, जिससे उन्हें पहचाना जा सकता है।) कुछ दौर की स्पाइक्स के बाद, लगभग सामान्य वृद्धि बहाल हो गई थी।

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उस समय, शोधकर्ता वापस गए और आरएनए हस्तांतरण के लिए जीन और एंजाइमों को हटा दिया जिन्होंने उनके तीन संशोधित कोडन को कार्य करने की अनुमति दी। इन परिवर्तनों के साथ, ऐसा नहीं था कि कोडन का अब उपयोग नहीं किया गया था – उनका अब उपयोग नहीं किया जा सकता था।

फिर से, इस समस्या ने बैक्टीरिया के विकास को धीमा कर दिया, हालांकि यह स्पष्ट नहीं है कि क्यों – या तो हटाए गए कुछ जीनों के अन्य कार्य थे या ऐसे कोडन उदाहरण थे जिन्हें शोधकर्ताओं ने संपादन के दौरान याद किया था। भले ही, उन्होंने बैक्टीरिया को फिर से उत्परिवर्तित किया और एक ऐसे तनाव का चयन किया जिसमें अधिकांश विकास बहाल हो गया था। जब तक यह सब किया गया, वैज्ञानिकों के पास एक तनाव था जो स्वाभाविक रूप से लगभग आधा बढ़ गया था कोलाई बैक्टीरिया. उनके पास तीन पूरी तरह से अप्रयुक्त कोड भी हैं।

(उदाहरण के लिए, टीम ने इस अंतिम तनाव के जीनोम अनुक्रम को यह देखने के लिए भी प्राप्त किया कि इस प्रक्रिया के दौरान क्या उत्परिवर्तन हुए। हालांकि कई विविधताओं की पहचान की गई थी, कोई भी स्पष्ट रूप से संशोधित आनुवंशिक कोड का उपयोग करके बढ़ने की क्षमता से संबंधित नहीं था। सुनिश्चित करने के लिए, तब से उन्होंने कुछ स्नातक छात्रों को इस रहस्य का पता लगाने का काम सौंपा।)

नया कोड, कौन डिस?

यह सुनिश्चित करने के लिए कि तीन अप्रयुक्त कोडन टूट गए थे, शोधकर्ताओं ने उन्हें वायरस से संक्रमित किया। इन वायरस द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन में आमतौर पर अप्रयुक्त कोडन शामिल होते हैं, इसलिए यह विधि एक परीक्षण प्रदान करती है कि क्या कोडन का उपयोग वास्तव में समाप्त हो गया है।

बैक्टीरिया ने परीक्षण पास कर लिया। कोडन में कोई भी वायरस विकसित नहीं हो सकता था, भले ही पांच अलग-अलग वायरस के मिश्रण को एक ही समय में संस्कृति में डाल दिया गया हो। यह स्पष्ट था कि इस तनाव में, इन कोडन का उपयोग नहीं किया जा सकता था।

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पहली जगह में शोधकर्ता यही चाहते थे (यह कहना उचित है कि वे एंटीवायरल बैक्टीरिया बनाने के लिए तैयार नहीं थे)। वे अब अमीनो एसिड के तीन कोडन का उपयोग करना शुरू कर सकते हैं जिनका पृथ्वी पर जीवन सामान्य रूप से उपयोग नहीं करता है।

शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया को कुछ गैर-देशी अमीनो एसिड के साथ प्रदान किया, साथ ही जीन को आरएनए को अमीनो एसिड और एंजाइम को जोड़ने के लिए स्थानांतरित करने के लिए जो बाध्यकारी करेगा। फिर उन्होंने एक गैर-बैक्टीरियल प्रोटीन के लिए जीन डालना शुरू किया जिसे केवल उन कोडन का उपयोग करके अनुवादित किया जा सकता था जिन्हें उन्होंने फिर से परिभाषित किया और पुष्टि की कि प्रोटीन को संश्लेषित किया गया था और इसमें अप्राकृतिक अमीनो एसिड शामिल थे। टीम ने एक संस्करण भी बनाया जिसमें तीन अलग-अलग सिंथेटिक अमीनो एसिड शामिल थे, यह दिखाते हुए कि उन्होंने पहले ही आनुवंशिक कोड को बढ़ा दिया था।

शोधकर्ता ऐसे स्ट्रेन बनाने में भी सक्षम थे जो तीन सिंथेटिक अमीनो एसिड के एक अलग सेट का उपयोग करते हैं। इसलिए विभिन्न प्रकार के उपभेदों का निर्माण संभव है, जिनमें से प्रत्येक का उद्देश्य सिंथेटिक अमीनो एसिड के एक अलग सेट का उपयोग करना है।

दिलचस्प बहुलक रसायन

लेखकों ने कुछ भी व्यावहारिक दिखाना जारी नहीं रखा है, लेकिन शोध के लिए बहुत सारे संभावित उपयोग हैं। सिंथेटिक अमीनो एसिड 20 के प्राकृतिक समूह के साथ न तो संभव और न ही प्रभावी प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित कर सकते हैं। हमें जरूरी नहीं कि एक एंजाइम डिजाइन करना है जो नए अमीनो एसिड को शामिल करता है; वैकल्पिक रूप से, हम केवल विस्तारित आनुवंशिक कोड के साथ उपभेदों में फ़ंक्शन को विकसित करने का प्रयास कर सकते हैं।

कुछ दिलचस्प बहुलक रसायन विज्ञान की भी संभावना है। अधिकांश पॉलिमर बनाने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, हम आम तौर पर केवल एक प्रकार के पॉलिमर बिल्डिंग सबयूनिट का उपयोग करते हैं, क्योंकि आप यह नियंत्रित नहीं कर सकते कि क्या होता है। लेकिन प्रोटीन आपको प्रत्येक सबयूनिट की व्यवस्था पर पूर्ण नियंत्रण के साथ एक बहुलक श्रृंखला बनाने देता है क्योंकि आप अमीनो एसिड की व्यवस्था को निर्दिष्ट कर सकते हैं। विस्तारित आनुवंशिक कोड के माध्यम से, हम अणु स्तर पर पॉलिमर के गठन को नियंत्रित कर सकते हैं।

विज्ञान, 2021। डीओआई: 10.1126 / विज्ञान। एबीजी३०२९ (डीओआई के बारे में)

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