बेयरुथ विश्वविद्यालय की टीम सीआरआईएसपीआर तकनीक लागू करती है और अभूतपूर्व लाल फ्लोरोसेंट रेशम के साथ मकड़ी का उत्पादन करती है

बेयरुथ विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने जीन एडिटिंग टूल CRISPR-Cas9 को अरचिन्ड्स पर लागू करके जैव प्रौद्योगिकी में एक अभूतपूर्व मील का पत्थर हासिल किया है। प्रयोग के परिणामस्वरूप ऐसे नमूनों का निर्माण हुआ जो तीव्र लाल प्रतिदीप्ति के साथ रेशम का उत्पादन करते हैं। संशोधन पशु द्वारा निर्मित जैविक सामग्री के गुणों को सीधे बदल देता है। यह सफलता उन्नत बायोमटेरियल के विकास के लिए एक नया मंच स्थापित करती है। यह तकनीक संरचनात्मक तंतुओं को बुनने वाले जटिल जीवों के आनुवंशिक कोड में हेरफेर करने की व्यवहार्यता को प्रदर्शित करती है।

शोध में सामान्य घरेलू प्रजाति का उपयोग किया गया जिसे वैज्ञानिक रूप से पैरास्टीटोडा टेपिडारियोरम के नाम से जाना जाता है। यह कार्य प्रोफेसर थॉमस शीबेल की टीम द्वारा संचालित किया गया था और इसके परिणाम वैज्ञानिक पत्रिका एंजवेन्टे केमी में एक प्रकाशन में विस्तृत थे। वेब-उत्पादक कोशिकाओं में विशिष्ट जीन का परिचय आणविक जीव विज्ञान में ऐतिहासिक तकनीकी बाधाओं पर काबू पाने का प्रतिनिधित्व करता है। इस विधि ने सूत में एक नई ऑप्टिकल विशेषता जोड़ते हुए जानवरों की प्राकृतिक कताई क्षमता को संरक्षित किया।

अंडों में आनुवंशिक संशोधन प्रक्रिया

प्रयोगशाला प्रोटोकॉल सीआरआईएसपीआर प्रणाली के घटकों को सीधे अनिषेचित मकड़ी के अंडों में इंजेक्ट करने के साथ शुरू हुआ। वैज्ञानिकों को यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता थी कि दाता आनुवंशिक सामग्री और काटने वाला एंजाइम पूर्ण भ्रूण विकास से पहले सटीक लक्ष्य तक पहुंच जाए। टीम ने अरचिन्ड आंखों के निर्माण के लिए जिम्मेदार जीन को लक्षित करके एक प्रारंभिक परीक्षण किया। इस चरण में कुछ मामलों में बिना संरचित दृष्टि वाले पिल्ले उत्पन्न हुए। परिणाम ने संपादन उपकरण की सटीकता की पुष्टि की और आनुवंशिक घटकों को वितरित करने की विधि को मान्य किया।

प्रारंभिक सत्यापन के बाद, शोधकर्ता प्रयोग के मुख्य उद्देश्य की ओर आगे बढ़े। उन्होंने मकड़ी के पेट में विशिष्ट कोशिकाओं में एक लाल फ्लोरोसेंट प्रोटीन को एन्कोडिंग करने वाला एक बहिर्जात जीन डाला। इन कोशिकाओं में स्पाइडरिन के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार ग्रंथियां होती हैं, जो मूलभूत प्रोटीन हैं जो ड्रैग सिल्क बनाते हैं। नए जीन का एकीकरण पैरास्टीटोडा टेपिडारियोरम जीनोम में स्थिर रूप से हुआ। इस प्राकृतिक निषेचन से उत्पन्न संतानें वंशानुगत रूप से चमकदार विशेषता व्यक्त करने लगीं।

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नए जैविक फाइबर के संरचनात्मक गुण

संशोधित नमूनों से प्राप्त रेशम ने अपनी सभी मूल यांत्रिक विशेषताओं को बरकरार रखा। लाल प्रतिदीप्ति का सम्मिलन उसकी भौतिक अखंडता से समझौता किए बिना सामग्री को कार्यात्मक बनाने की अवधारणा के प्रमाण के रूप में काम करता है। प्रयोगशाला परीक्षणों ने पुष्टि की कि चमकदार प्रोटीन प्रमुख एम्पुलेट रेशम में पूरी तरह से एकीकृत है। इस विशिष्ट प्रकार के धागे को इसकी अत्यधिक तन्यता शक्ति और उच्च संरचनात्मक प्रभाव अवशोषण क्षमता के लिए वैज्ञानिक साहित्य में व्यापक रूप से मान्यता प्राप्त है।

इन आर्थ्रोपोड्स द्वारा उत्पादित प्राकृतिक सामग्री में पहले से ही उद्योग में उपयोग किए जाने वाले कई कृत्रिम धातु मिश्र धातुओं से बेहतर गुण हैं। फाइबर पारंपरिक सिंथेटिक पॉलिमर द्वारा अप्राप्य हल्केपन और लचीलेपन के साथ स्टील की तुलना में ताकत को जोड़ता है। कताई प्रक्रिया के दौरान स्पाइड्रोइन अणुओं की स्व-संयोजन क्षमता संपादित मकड़ियों में अपरिवर्तित रही। लाल प्रतिदीप्ति केवल विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के साथ उपयुक्त प्रकाश स्थितियों के तहत ही दिखाई देती है।

• पैरास्टीटोडा टेपिडारियोरम प्रजाति को प्रयोगशाला के वातावरण के अनुकूल होने के कारण चुना गया था।
• CRISPR-Cas9 उपकरण ने उच्च परिशुद्धता के साथ जीन सम्मिलन और निष्कासन संचालन किया।
• संशोधित जीन सीधे पशु के मुख्य ड्रैग सिल्क प्रोटीन पर कार्य करता है।
• फाइबर की लाल चमक जीनोमिक एकीकरण की सफलता के दृश्य मार्कर के रूप में कार्य करती है।
• पूरा अध्ययन एंजवेन्टे केमी पत्रिका के पन्नों में प्रलेखित है।

मकड़ी रेशम के बड़े पैमाने पर उत्पादन को दशकों से हमेशा गंभीर जैविक बाधाओं का सामना करना पड़ा है। रेशम के कीड़ों के विपरीत, जिन्हें घनी औद्योगिक कॉलोनियों में पाला जा सकता है, मकड़ियाँ अत्यधिक क्षेत्रीय व्यवहार और नरभक्षी प्रवृत्ति प्रदर्शित करती हैं। यह एकान्त प्रकृति पारंपरिक निष्कर्षण खेतों पर खेती को अव्यवहार्य बना देती है। जीन संपादन इन जैविक सीमाओं को दूर करने का एक वैकल्पिक तरीका बनकर उभरा है। उत्पादक जीन को समझने और उनमें हेरफेर करके, विज्ञान नियंत्रित प्रणालियों में इन तंतुओं को दोहराने या सुधारने की क्षमता तक पहुंचता है।

सामग्री इंजीनियरिंग के लिए डिज़ाइन किए गए एप्लिकेशन

वेब प्रोटीन में विशिष्ट आनुवंशिक अनुक्रम सम्मिलित करने की क्षमता वैश्विक उद्योग के लिए संभावनाओं का एक विशाल क्षेत्र खोलती है। कस्टम फाइबर को अत्याधुनिक इंजीनियरिंग और चिकित्सा क्षेत्र की कठोर मांगों को पूरा करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। स्पाइडर सिल्क को पहले से ही मानव शरीर में इसकी जैव अनुकूलता और प्राकृतिक गिरावट दर के कारण सर्जिकल टांके के निर्माण के लिए एक आदर्श उम्मीदवार माना जाता है। बायोडिग्रेडेबल मछली पकड़ने की रेखा और बैलिस्टिक सुरक्षात्मक कपड़े भी प्रयोगशाला-सुधारित सामग्री के संभावित अनुप्रयोगों में से हैं।

फ्लोरोसेंट प्रोटीन को शामिल करने में सफलता इंगित करती है कि निकट भविष्य में अन्य जटिल कार्यक्षमताएँ जोड़ी जा सकती हैं। वैज्ञानिक यांत्रिक शक्ति को और बढ़ाने या उत्पादित धागों की तापीय चालकता को बदलने के लिए आनुवंशिक कोड को प्रोग्राम कर सकते हैं। उत्पादक जीव में प्रत्यक्ष दृष्टिकोण उन तरीकों से काफी भिन्न होता है जो बैक्टीरिया या खमीर में पुनः संयोजक रेशम को संश्लेषित करने का प्रयास करते हैं। प्राकृतिक कताई प्रक्रिया को बनाए रखने से यह सुनिश्चित होता है कि फाइबर का आणविक संरेखण संरचनात्मक पूर्णता प्राप्त करता है जिसे कृत्रिम सिस्टम शायद ही कभी औद्योगिक पैमाने पर दोहरा सकते हैं।

जैव सुरक्षा प्रोटोकॉल और अध्ययन निरंतरता

पशु प्रजातियों के डीएनए में हेरफेर के लिए सभी चरणों में सख्त जैविक रोकथाम प्रोटोकॉल के अनुपालन की आवश्यकता होती है। बहिर्जात लक्षणों का परिचय पारिस्थितिक तंत्र पर संभावित प्रभाव के बारे में तकनीकी प्रश्न उठाता है यदि परिवर्तित नमूने जंगली आबादी के संपर्क में आते हैं। बेयरुथ विश्वविद्यालय की टीम ने आर्थ्रोपोड्स के लिए अधिकतम सुरक्षा सुविधाओं में प्रयोग के सभी चरणों का संचालन किया। रिपोर्टों से संकेत मिलता है कि आनुवंशिक संशोधन से शामिल मकड़ियों के स्वास्थ्य, शारीरिक विकास या प्रजनन व्यवहार पर प्रतिकूल प्रभाव नहीं पड़ा।

अरचिन्ड्स में CRISPR-Cas9 तकनीक की महारत भविष्य के जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान के लिए एक नया पद्धतिगत मानक स्थापित करती है। वैज्ञानिकों ने भ्रूण की भावी पीढ़ियों में सफलता दर बढ़ाने के लिए इंजेक्शन और एकीकरण प्रोटोकॉल को परिष्कृत करने की योजना बनाई है। बाद के अध्ययनों में कई ऑप्टिकल हस्ताक्षर वाले रेशम बनाने के लिए विभिन्न फ्लोरोसेंट प्रोटीन के सम्मिलन का पता लगाना चाहिए। जांच में उन अनुक्रमों को जोड़ने पर भी ध्यान दिया जाएगा जो विशिष्ट पर्यावरणीय उत्तेजनाओं पर प्रतिक्रिया करते हैं, जैसे तापमान में अचानक परिवर्तन या हवा में आर्द्रता के विभिन्न स्तर।

मकड़ियों का प्रोग्रामयोग्य जैविक प्लेटफार्मों में परिवर्तन आधुनिक सामग्री विज्ञान में एक आदर्श बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। प्रयोग साबित करता है कि अत्याधुनिक जीनोम संपादन उपकरणों के अधीन होने पर जटिल जीव सटीक बायोफैक्ट्री के रूप में कार्य कर सकते हैं। यह शोध दुनिया भर की अन्य प्रयोगशालाओं को विभिन्न रेशम उत्पादक प्रजातियों के साथ अपने स्वयं के परीक्षण शुरू करने के लिए आवश्यक मौलिक डेटा प्रदान करता है। यह प्रगति उन्नत आणविक जीव विज्ञान और उच्च-प्रदर्शन पॉलिमर के व्यावहारिक विकास के बीच अंतरसंबंध को समेकित करती है।