जपानमधील यामानाशी विद्यापीठातील संशोधकांनी केलेल्या दीर्घकालीन वैज्ञानिक प्रयोगाने कृत्रिम सस्तन प्राण्यांच्या प्रतिकृतीसाठी निश्चित जैविक मर्यादा स्थापित केली आहे. प्रोफेसर तेरुहिको वाकायामा यांच्या नेतृत्वाखाली तज्ज्ञांच्या टीमने दाखवून दिले की डीएनए कॉपी करण्याच्या प्रक्रियेत अंतर्भूत असलेल्या जैविक घटकांमुळे सीरियल री-क्लोनिंग तंत्र अनिश्चित काळासाठी टिकू शकत नाही. एकाच मूळ मादी उंदरापासून दोन दशकांच्या कालावधीत चाललेल्या प्रयोगशाळेच्या कार्याचा परिणाम 1,200 पेक्षा जास्त सलग क्लोन तयार करण्यात आला. संशोधनादरम्यान, प्राण्यांच्या पहिल्या 57 पिढ्या शारीरिक समस्या न मांडता प्रौढत्वात पोहोचण्यात यशस्वी ठरल्या. 58 व्या पिढीतील सर्व व्यक्ती जन्मानंतर काही दिवसांनी मरण पावल्या तेव्हा परिस्थिती एकदम बदलली, ज्याने प्रतिकृती प्रणालीमध्ये एक संकुचितता दर्शविली.
पुनरुत्पादक व्यवहार्यतेमध्ये प्रगतीशील घट
अनेक वर्षांच्या प्रयोगशाळेच्या निरीक्षणातून गोळा केलेल्या डेटाने प्रक्रियेच्या कार्यक्षमतेच्या संबंधात वक्र नमुना उघड केला. री-क्लोनिंगच्या यशाच्या दराने प्रकल्पाच्या पहिल्या टप्प्यात प्रारंभिक वाढ दर्शविली, उंदरांच्या 26 व्या पिढीमध्ये 15.5% च्या कमाल शिखरावर पोहोचला. हा निर्देशांक आण्विक हस्तांतरण प्रयोगाच्या सर्वात मोठ्या तांत्रिक स्थिरतेचा क्षण दर्शवितो.
स्थिरतेच्या या बिंदूपासून, शास्त्रज्ञांनी भ्रूणांच्या अस्तित्व आणि विकास दरांमध्ये प्रगतीशील आणि सतत घट नोंदवली. नंतरच्या पिढ्या निघून गेल्याने घट अधिक स्पष्ट झाली, जेव्हा प्रयोग 58 व्या पिढीपर्यंत पोहोचला तेव्हा केवळ 0.6% च्या यशाचा दर वाढला, ज्या वेळी प्राण्यांची व्यवहार्यता टिकाऊ बनली नाही.
टीमने केलेल्या तपशीलवार जीनोमिक विश्लेषणाने कार्यक्षमतेतील या घसरणीचे अचूक स्पष्टीकरण दिले. 45व्या पिढीपासून तीन ते चार पट अधिक वारंवारतेसह अनुवांशिक उत्परिवर्तन दिसून येऊ लागले, 60 नियंत्रण पिढ्यांमधील नैसर्गिक संभोगातून निर्माण झालेल्या उंदरांच्या जातींशी डेटाची तुलना करताना थेट विरोधाभास प्रस्थापित केला गेला.
प्राण्यांच्या जीनोममध्ये त्रुटी जमा करण्याची यंत्रणा
अनुवांशिक अनुक्रम निरीक्षणाने असे दर्शवले की ओळखले जाणारे उत्परिवर्तन पुढील पिढ्यांमध्ये संपूर्णपणे प्रसारित केले गेले. या प्रक्रियेने एक संचयी प्रभाव निर्माण केला, जेथे प्रत्येक नवीन पिढीच्या क्लोनला मागील पिढीतील अनुवांशिक दोषांचा वारसा मिळाला आणि वंशाच्या अनुवांशिक कोडमध्ये नवीन बदल जोडले गेले.
जीवशास्त्रज्ञांद्वारे नोंदवलेल्या बहुसंख्य घटनांमध्ये, उत्परिवर्तनांचा परिणाम एलीलिक जोडीच्या केवळ एका जनुकावर होतो. या विशिष्ट वैशिष्ट्यामुळे जोडीच्या दुसऱ्या अर्ध्या भागामध्ये उपस्थित असलेल्या सामान्य जनुकाला उत्परिवर्तित जनुकाच्या कार्यात्मक अपयशाची भरपाई करण्यास अनुमती दिली, ज्यामुळे डझनभर पिढ्यांसाठी प्राण्यांचे अस्तित्व आणि शारीरिक विकासाची हमी मिळाली.
क्लोनची पुनरुत्पादक आणि जगण्याची क्षमता, तथापि, 50 व्या पिढीच्या चिन्हानंतर लगेचच झपाट्याने घटू लागली. अनुवांशिक नुकसानभरपाई प्रणालीने त्याच्या ऑपरेशनल मर्यादेपर्यंत पोहोचले आहे, क्लोन केलेल्या उंदरांच्या डीएनएमध्ये जमा झालेल्या त्रुटींचे प्रमाण मास्क करू शकत नाही.
संशोधकांना असे आढळले की प्रयोगाच्या अंतिम टप्प्यात हानिकारक उत्परिवर्तन लक्षणीयरीत्या वाढले. अनुवांशिक नुकसानाचे मुख्य फोकस हानी-ऑफ-फंक्शन उत्परिवर्तन आणि मोठ्या संरचनात्मक प्रकारांवर होते, ज्याचा थेट परिणाम जन्मानंतरच्या जीवनाच्या देखरेखीसाठी आवश्यक असलेल्या जीनोमच्या कोडिंग क्षेत्रांवर झाला.
नियंत्रित वातावरणात परमाणु हस्तांतरण पद्धत
अभ्यासामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या तांत्रिक री-क्लोनिंग प्रक्रियेमध्ये सोमाटिक सेल न्यूक्लियर ट्रान्सफरचा समावेश होता. आधीच क्लोन केलेल्या माऊसमधून सेलचे न्यूक्लियस काढणे आणि ज्याचे मूळ केंद्रक काढून टाकले गेले आहे अशा अंड्यामध्ये ते समाविष्ट करणे, पुढील पिढी सतत आणि अलैंगिकपणे निर्माण करणे या तंत्रात समाविष्ट आहे. संशोधनाची ही विशिष्ट श्रेणी 2005 मध्ये सुरू झाली आणि प्रयोगशाळेत कठोरपणे नियंत्रित प्रायोगिक परिस्थितीत जवळजवळ दोन दशके टिकली.
अभ्यासाच्या सुरुवातीच्या आणि मध्यवर्ती टप्प्यांमध्ये, क्लोनचे शारीरिक स्वरूप सामान्य होते, दीर्घायुष्य व्हिव्हरियममध्ये वाढलेल्या पारंपारिक उंदरांसारखे होते आणि प्रजनन क्षमता जतन केली गेली होती. प्रकल्पासाठी जबाबदार असलेल्या टीमने मागील प्रकाशनांमध्ये अहवाल दिला होता की सीरियल क्लोनिंग किमान 25 पिढ्यांसाठी कार्यक्षमता कमी न करता राखली जाऊ शकते, हा डेटा नंतर 58 व्या टप्प्यात कोसळेपर्यंत प्रयोगाच्या सतत प्रगतीसह अद्यतनित केला गेला.
डीएनए शुद्धीकरणामध्ये लैंगिक पुनरुत्पादनाची भूमिका
संशोधनादरम्यान केलेल्या समांतर चाचणीने सस्तन प्राण्यांच्या उत्क्रांती जीवशास्त्रावरील मूलभूत डेटा प्रदान केला. जेव्हा प्रगत पिढ्यांमधील क्लोन केलेल्या मादी, ज्यात आधीच उत्परिवर्तनांचा उच्च भार आहे, नैसर्गिकरित्या नॉन-क्लोन केलेल्या नरांशी जोडले गेले, तेव्हा परिणामी संतती प्रजातींच्या सामान्य मानकांच्या अगदी जवळ जन्माला आली. व्यवहार्यतेची ही त्वरित पुनर्प्राप्ती सूचित करते की लैंगिक वीण जैविक फिल्टर म्हणून कार्य करते, ज्यामुळे क्लोनिंग प्रक्रियेदरम्यान जमा झालेल्या हानिकारक उत्परिवर्तनांचे उच्चाटन किंवा नुकसान भरपाई होते. डेटा असे सुचवितो की दोन भिन्न व्यक्तींमधील अनुवांशिक सामग्री एकत्र करून पुनरुत्पादन जीनोम शुद्ध करण्यासाठी एक आवश्यक नैसर्गिक यंत्रणा म्हणून कार्य करते, कठोर क्लोनल प्रतिकृतीमध्ये त्रुटी जमा झाल्यामुळे होणारे प्रणालीगत कोसळणे टाळते.
अनुवांशिक प्रयोगाचे मुख्य टप्पे
प्रकल्पाच्या कठोर दस्तऐवजीकरणामुळे दीर्घकाळापर्यंत कृत्रिम कॉपी करण्याच्या प्रक्रियेत डीएनएच्या वर्तनावर स्पष्ट मापदंड स्थापित करणे शक्य झाले. संपूर्ण अनुक्रमातून काढलेल्या डेटाने पुनरुत्पादक अभियांत्रिकीच्या मर्यादांबद्दल तथ्यात्मक ज्ञानाचा आधार तयार केला.
- उत्परिवर्तन दर नैसर्गिक वीणापेक्षा क्लोनिंगमध्ये लक्षणीय उच्च वारंवारतेने होतो.
- क्लोनच्या पहिल्या 57 पिढ्या दृश्यमान शारीरिक बदलांशिवाय परिपक्वता गाठल्या.
- 26 व्या पिढीत शिखर गाठल्यानंतर प्रक्रियेच्या यशाचा दर कमालीचा घसरला.
- सामान्य पुरुषांसोबत क्रॉस-मिलन केल्याने वंशाची पुनरुत्पादन करण्याची क्षमता पुनर्संचयित होते.
- अनुवांशिक बदलांमध्ये कार्यशील प्रदेशांमध्ये मोठ्या प्रमाणात हटवणे आणि बिंदू उत्परिवर्तन समाविष्ट होते.
पुनरुत्पादक अभियांत्रिकीमधील जैविक अडथळे
शास्त्रज्ञांनी असे निरीक्षण केले की संचित हानिकारक उत्परिवर्तन प्रयोगाच्या शेवटच्या पिढ्यांपर्यंत गर्भाशयातील भ्रूणांच्या प्रारंभिक विकासात अडथळा आणत नाहीत. अनुवांशिक दोषांच्या वास्तविक प्रभावाने विशेषतः प्रसवोत्तर व्यवहार्यतेवर परिणाम केला. मृत्यूपूर्वी 58 व्या पिढीतील पिल्लांमध्ये स्पष्ट शारीरिक विसंगती नसल्यामुळे ही समस्या सूक्ष्म आणि सूक्ष्म अनुवांशिक बदलांमध्ये आहे, ज्यामुळे विकृती निर्माण होत नाही, परंतु जन्मानंतर महत्वाच्या अवयवांचे कार्य करणे अशक्य होते.
तपासणीची ही ओळ सस्तन प्राण्यांच्या प्रजातींमध्ये जीनोमिक स्थिरतेची हमी देणारी यंत्रणा समजून घेण्यास थेट योगदान देते. निष्कर्ष धोक्यात असलेल्या प्रजातींसाठी किंवा मोठ्या प्रमाणात प्राणी उत्पादनासाठी संवर्धन प्रकल्पांमध्ये क्लोनिंगच्या व्यावहारिक अनुप्रयोगांची व्याख्या करतात. अणु हस्तांतरण तंत्रज्ञान हे अल्प आणि मध्यम कालावधीत मौल्यवान अनुवांशिक संसाधनांच्या जतनासाठी एक उपयुक्त साधन आहे, परंतु दीर्घकालीन वंशांच्या निरोगी शाश्वततेसाठी नैसर्गिक पुनरुत्पादन प्रक्रिया पुनर्स्थित करण्याची जैविक क्षमता नाही.