शोधकर्ताओं के एक समूह ने बैक्टीरिया को केवल 19 अमीनो एसिड के साथ पूरी तरह से कार्य करने के लिए संशोधित करके एक अभूतपूर्व उपलब्धि हासिल की है। पृथ्वी पर सभी ज्ञात जीवन की संरचना इनमें से 20 बिल्डिंग ब्लॉक्स के मानक सेट पर निर्भर करती है। प्रयोग आनुवंशिक कोड की कठोरता की समझ को बदल देता है। संशोधित कोशिकाएं चयापचय विफलताओं का अनुभव किए बिना पुनरुत्पादन करने में सक्षम थीं। विज्ञान इस रासायनिक मानकीकरण को दशकों तक प्रकृति का पूर्ण नियम मानता रहा। हस्तक्षेप की सफलता आणविक जीव विज्ञान के लिए एक नया अध्याय खोलती है।
आवश्यक समझे जाने वाले घटक को हटाने के लिए सूक्ष्मजीवों की आनुवंशिक सामग्री की एक जटिल पुन: प्रोग्रामिंग की आवश्यकता होती है। सेलुलर प्रणाली को ढहने से रोकने के लिए वैज्ञानिकों को मैसेंजर आरएनए में विशिष्ट निर्देशों को निष्क्रिय करने की आवश्यकता थी। परिणाम जीवन की मूलभूत संरचनाओं में अप्रत्याशित लचीलेपन को दर्शाता है। जैव प्रौद्योगिकी प्रयोगशालाएँ अब औद्योगिक उपयोग के लिए कृत्रिम जीव बनाने पर इस तकनीक के प्रभाव का मूल्यांकन कर रही हैं। जैविक निर्देश पुस्तिका को फिर से लिखने की क्षमता आधुनिक विज्ञान के लिए शक्तिशाली उपकरण प्रदान करती है।
सेरीन को बाहर करने के लिए कार्यप्रणाली लागू की गई
विशेषज्ञों द्वारा किये गये आनुवंशिक परिवर्तन का मुख्य लक्ष्य सेरीन था। शोधकर्ताओं ने संशोधित जीव के भीतर इस विशिष्ट अमीनो एसिड के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार जीन को चुप करा दिया। कोडन को नज़रअंदाज़ करने के लिए सेलुलर मशीन को सूक्ष्मता से समायोजित करना पड़ा जिसके लिए सामान्यतः पदार्थ की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में जीवाणु डीएनए के अनुक्रमण में सर्जिकल परिशुद्धता की आवश्यकता होती है। संपादन में किसी भी त्रुटि के परिणामस्वरूप अवलोकनाधीन कॉलोनी की तत्काल मृत्यु हो सकती है। योजना ने महत्वपूर्ण चयापचय मार्गों में रुकावट से बचा लिया।
लगातार कई पीढ़ियों तक बैक्टीरिया का कठोर अवलोकन परीक्षण किया गया है। केंद्रीय उद्देश्य यह पुष्टि करना था कि क्या संरचनात्मक अनुकूलन समय के साथ स्थिर रहेगा। सूक्ष्मजीव अपना महत्वपूर्ण कार्य बिल्कुल नियमित तरीके से करते रहे। सेरीन की अनुपस्थिति ने कोशिका अस्तित्व और गुणन के लिए आवश्यक कार्यात्मक प्रोटीन के निर्माण को नहीं रोका। संशोधन की आनुवंशिकता ने साबित कर दिया कि परिवर्तन कोई आकस्मिक या अस्थायी घटना नहीं है।
जैव प्रौद्योगिकी उद्योग पर सीधा प्रभाव
आनुवंशिक कोड को सरल बनाने से बड़े पैमाने पर जैविक विनिर्माण पर ध्यान केंद्रित करने वाली कंपनियों का तत्काल ध्यान आकर्षित होता है। कम घटकों के साथ काम करने वाले सूक्ष्मजीवों को बढ़ने के लिए काफी कम पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है। यह सुविधा दुनिया भर में फैली बड़ी बायोफैक्ट्रीज़ में परिचालन लागत को कम करती है। औद्योगिक किण्वन प्रक्रियाओं के दौरान सेल ऊर्जा खपत में भी काफी गिरावट देखी गई है। ऊर्जा दक्षता इन जीवाणुओं को उत्पादन क्षेत्र के लिए अत्यधिक लाभदायक उपकरणों में बदल देती है।
पुन: डिज़ाइन किए गए जीवों में कई आवश्यक व्यावसायिक यौगिकों के उत्पादन को अनुकूलित करने की व्यापक क्षमता है। फार्मास्युटिकल उद्योग उच्च मूल्यवर्धित दवाओं और एंजाइमों के निर्माण में इन सरलीकृत सेलुलर मैट्रिक्स का उपयोग करने की योजना बना रहा है। वैकल्पिक ईंधन और गैर-बायोडिग्रेडेबल सामग्रियों का निर्माण निश्चित रूप से व्यावहारिक अनुप्रयोगों के रडार पर है। सेलुलर चयापचय पर पूर्ण नियंत्रण पारंपरिक निष्कर्षण विधियों की तुलना में उच्च उत्पादन दक्षता की गारंटी देता है। जटिल अणुओं के संश्लेषण में सटीकता कच्चे माल की बर्बादी को कम करती है।
जीवन की उत्पत्ति और विकास पर परिप्रेक्ष्य
19 अमीनो एसिड के साथ एक जीवित प्राणी की कार्यप्रणाली ग्रह पर जीवन के पहले रूपों के बारे में गहरा सवाल उठाती है। आदिम जीव विज्ञान ने बहुत कम संख्या में निर्माण खंडों के साथ अपने विकासवादी प्रक्षेप पथ की शुरुआत की होगी। 20 घटकों पर आधारित वर्तमान जटिलता अरबों वर्षों से संचित विकासवादी अवसरों का परिणाम प्रतीत होती है। प्रकृति वैकल्पिक रासायनिक व्यवस्थाओं के प्रति उल्लेखनीय सहनशीलता प्रदर्शित करती है। पहले स्थलीय जीव संभवतः आधुनिक आनुवंशिक वर्णमाला के एक छोटे से अंश से संचालित होते थे।
वैश्विक वैज्ञानिक समुदाय द्वारा आनुवंशिक कोड के मानकीकरण को हमेशा एक अपरिवर्तनीय नियम के रूप में माना गया है। डीएनए की रीडिंग और उसके परिणामस्वरूप प्रोटीन का संयोजन बैक्टीरिया से मनुष्यों तक एक सार्वभौमिक मार्ग का अनुसरण करता है। वर्तमान प्रयोग यह साबित करके इस ऐतिहासिक प्रतिमान को तोड़ता है कि आणविक अतिरेक कठोर संरचनात्मक नवाचारों की अनुमति देता है। विकास ने शत्रुतापूर्ण और परिवर्तनशील वातावरण में प्रजातियों के स्थायित्व की गारंटी के लिए प्रणाली की बहुमुखी प्रतिभा का उपयोग किया। जीव विज्ञान निरंतर अनुकूलन पर आधारित एक वास्तुकला का खुलासा करता है।
आनुवंशिक अनुसंधान के लिए अगले चरण और चुनौतियाँ
मिनिमलिस्ट ऑर्गेनिज्मल इंजीनियरिंग उन्नत प्रयोगशाला अध्ययन के लिए एक नई सीमा स्थापित करती है। जीनोम में पूरी तरह से कृत्रिम यौगिकों का परिचय क्षेत्र में शोधकर्ताओं के लिए अगला प्रमुख उद्देश्य बनकर उभरा है। ऐसे तत्वों से निर्मित प्रोटीन जो प्रकृति में मौजूद नहीं हैं, पूरी तरह से अभूतपूर्व भौतिक और रासायनिक गुण प्रस्तुत कर सकते हैं। पेट्री डिश में प्राप्त हालिया परिणामों से इन प्रक्रियाओं की सैद्धांतिक सुरक्षा को बहुत ताकत मिलती है। पूरी तरह से सिंथेटिक जीवन रूप का निर्माण कल्पना के क्षेत्र को छोड़कर वैज्ञानिक योजना में प्रवेश करता है।
जैव प्रौद्योगिकी प्रगति जटिल तकनीकी प्रश्न उत्पन्न करती है जो मुख्य अनुसंधान केंद्रों में भविष्य के प्रयोगों का मार्गदर्शन करेगी। वैज्ञानिक बहुकोशिकीय जीवों की ओर बढ़ने से पहले सेलुलर हेरफेर की सटीक सीमाओं का मानचित्र बनाना चाहते हैं। मुख्य अनुसंधान मोर्चों में शामिल हैं:
- घातक क्षति पहुंचाए बिना मानक आनुवंशिक कोड से अन्य अमीनो एसिड को हटाने की व्यवहार्यता।
- बुनियादी जीवाणु जीवन को बनाए रखने के लिए आवश्यक रासायनिक घटकों की न्यूनतम सीमा।
- एकाधिक बिल्डिंग ब्लॉक विलोपन के बाद समग्र चयापचय दक्षता में परिवर्तन।
- प्रयोगशाला वातावरण में प्रतिस्थापित या समाप्त करने के लिए सबसे आसान अमीनो एसिड की पहचान।
जीन थेरेपी एक अन्य चिकित्सा क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करती है जो अधिक कॉम्पैक्ट और पूर्वानुमानित जीनोम से सीधे लाभान्वित होता है। प्रायोगिक उपचार के दौरान आनुवंशिक सामग्री में कमी से यादृच्छिक उत्परिवर्तन के जोखिम काफी कम हो जाते हैं। मरीज़ों को अधिक सुरक्षित उपचार प्रदान करने के लिए शोधकर्ता पहले से ही वायरल वैक्टर के संपादन का परीक्षण कर रहे हैं। सेलुलर सरलीकरण चिकित्सा प्राप्त करने वाले जीव में प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं की निरंतर निगरानी की सुविधा प्रदान करता है। जीवन की संहिता में हेरफेर चिकित्सा के इतिहास में अभूतपूर्व नियंत्रण स्तर तक पहुँच जाता है।