कृत्रिम न्यूनतम कोशिकाएँ: चिकित्सा अनुसंधान के लिए पर्याप्त जीवन बनाना

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  क्वांटमरन दूरदर्शिता
• दिसम्बर 23/2022

अंतर्दृष्टि सारांश

जीवन की अनिवार्यताओं की खोज करते हुए, वैज्ञानिक न्यूनतम कोशिकाएँ बनाने के लिए जीनोम को कम कर रहे हैं, जिससे जीवन के लिए आवश्यक मुख्य कार्यों का पता चलता है। इन प्रयासों ने अप्रत्याशित खोजों और चुनौतियों को जन्म दिया है, जैसे अनियमित कोशिका आकार, आनुवंशिक अनिवार्यताओं को और अधिक परिष्कृत करने और समझने के लिए प्रेरित किया है। यह शोध दवा विकास, रोग अध्ययन और व्यक्तिगत चिकित्सा में संभावित अनुप्रयोगों के साथ सिंथेटिक जीव विज्ञान में प्रगति का मार्ग प्रशस्त करता है।

कृत्रिम न्यूनतम कोशिकाओं का संदर्भ

कृत्रिम न्यूनतम कोशिकाएं या जीनोम न्यूनीकरण यह समझने के लिए एक व्यावहारिक सिंथेटिक जीव विज्ञान दृष्टिकोण है कि कैसे आवश्यक जीनों के बीच परस्पर क्रियाएं महत्वपूर्ण शारीरिक प्रक्रियाओं को जन्म देती हैं। जीनोम न्यूनीकरण ने एक डिज़ाइन-बिल्ड-टेस्ट-लर्न विधि का उपयोग किया जो मॉड्यूलर जीनोमिक सेगमेंट के मूल्यांकन और संयोजन पर निर्भर करता है और जीन विलोपन में मदद करने के लिए ट्रांसपोज़न म्यूटाजेनेसिस (एक मेजबान से दूसरे में जीन स्थानांतरित करने की प्रक्रिया) से जानकारी प्राप्त करता है। इस पद्धति ने आवश्यक जीनों की खोज करते समय पूर्वाग्रह को कम किया और वैज्ञानिकों को जीनोम को बदलने, पुनर्निर्माण करने और अध्ययन करने के लिए उपकरण दिए और यह क्या करता है।

2010 में, अमेरिका स्थित जे. क्रेग वेंटर इंस्टीट्यूट (JVCI) के वैज्ञानिकों ने घोषणा की कि उन्होंने माइकोप्लाज्मा कैप्रीकोलम बैक्टीरिया के डीएनए को सफलतापूर्वक समाप्त कर दिया है और इसे एक अन्य बैक्टीरिया, माइकोप्लाज़्मा मायकोइड्स पर आधारित कंप्यूटर जनित डीएनए से बदल दिया है। टीम ने संक्षेप में अपने नए जीव का नाम JCVI-syn1.0 या 'सिंथेटिक' रखा। यह जीव पृथ्वी पर पहली स्व-प्रतिकृति प्रजाति थी जिसमें कंप्यूटर माता-पिता शामिल थे। यह वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करने के लिए बनाया गया था कि कोशिकाओं से शुरू होकर जीवन कैसे काम करता है। 

2016 में, टीम ने JCVI-syn3.0 बनाया, एक एकल-कोशिका वाला जीव जिसमें सरल जीवन के किसी भी अन्य ज्ञात रूप की तुलना में कम जीन होते हैं (JVCI-syn473 के 1.0 जीन की तुलना में केवल 901 जीन)। हालांकि, जीव ने अप्रत्याशित तरीके से काम किया। स्वस्थ कोशिकाओं के उत्पादन के बजाय, इसने स्व-प्रतिकृति के दौरान अजीब आकार के लोगों का निर्माण किया। वैज्ञानिकों ने महसूस किया कि उन्होंने मूल कोशिका से बहुत सारे जीन हटा दिए हैं, जिनमें सामान्य कोशिका विभाजन के लिए जिम्मेदार जीन भी शामिल हैं। 

विघटनकारी प्रभाव

कम से कम संभव जीन के साथ एक स्वस्थ जीव खोजने के लिए, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी (एनआईएसटी) के बायोफिजिसिस्ट ने 3.0 में जेसीवीआई-सिन2021 कोड को रीमिक्स किया। वे एक बनाने में सक्षम थे। JCVI-syn3A नामक नया संस्करण। भले ही इस नए सेल में केवल 500 जीन हैं, यह शोधकर्ताओं के काम के लिए नियमित सेल की तरह अधिक व्यवहार करता है। 

वैज्ञानिक आगे भी कोशिका को नष्ट करने के लिए काम कर रहे हैं। 2021 में, एक नया सिंथेटिक जीव जिसे M. mycoides JCVI-syn3B के रूप में जाना जाता है, 300 दिनों के लिए विकसित हुआ, यह दर्शाता है कि यह विभिन्न परिस्थितियों में उत्परिवर्तित हो सकता है। बायोइंजिनियर भी आशावादी हैं कि एक अधिक सुव्यवस्थित जीव वैज्ञानिकों को अपने सबसे बुनियादी स्तर पर जीवन का अध्ययन करने और यह समझने में मदद कर सकता है कि बीमारियां कैसे आगे बढ़ती हैं।

2022 में, अर्बाना-चैंपियन, JVCI, और जर्मनी स्थित Technische Universität Dresden में इलिनोइस विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों की एक टीम ने JCVI-syn3A का एक कंप्यूटर मॉडल बनाया। यह मॉडल अपने वास्तविक जीवन के एनालॉग के विकास और आणविक संरचना का सटीक अनुमान लगा सकता है। 2022 तक, यह सबसे पूर्ण पूर्ण-सेल मॉडल था जिसे एक कंप्यूटर ने अनुकरण किया है।

ये सिमुलेशन बहुमूल्य जानकारी प्रदान कर सकते हैं। इस डेटा में सेल चक्र पर चयापचय, विकास और अनुवांशिक सूचना प्रक्रियाएं शामिल हैं। विश्लेषण जीवन के सिद्धांतों में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है और अमीनो एसिड, न्यूक्लियोटाइड और आयनों के सक्रिय परिवहन सहित कोशिकाएं ऊर्जा का उपभोग कैसे करती हैं। जैसे-जैसे न्यूनतम कोशिका अनुसंधान बढ़ता जा रहा है, वैज्ञानिक बेहतर सिंथेटिक जीव विज्ञान प्रणालियाँ बना सकते हैं जिनका उपयोग दवाओं को विकसित करने, रोगों का अध्ययन करने और आनुवंशिक उपचारों की खोज करने के लिए किया जा सकता है।

कृत्रिम न्यूनतम कोशिकाओं के निहितार्थ

कृत्रिम न्यूनतम कोशिकाओं के विकास के व्यापक प्रभाव में शामिल हो सकते हैं: 

• शोध के लिए छिन्न-भिन्न लेकिन कार्यशील जीवन प्रणाली बनाने के लिए और अधिक वैश्विक सहयोग।
• रक्त कोशिकाओं और प्रोटीन जैसी जैविक संरचनाओं को मैप करने के लिए मशीन लर्निंग और कंप्यूटर मॉडलिंग के उपयोग में वृद्धि।
• उन्नत सिंथेटिक जीव विज्ञान और मशीन-जीव संकर, जिसमें बॉडी-ऑन-ए-चिप और लाइव रोबोट शामिल हैं। हालाँकि, इन प्रयोगों को कुछ वैज्ञानिकों से नैतिक शिकायतें मिल सकती हैं।
• कुछ बायोटेक और बायोफार्मा फर्म दवा और चिकित्सा के विकास को तेजी से ट्रैक करने के लिए सिंथेटिक जीव विज्ञान की पहल में भारी निवेश कर रही हैं।
• आनुवंशिक संपादन में नवाचार और खोजों में वृद्धि हुई है क्योंकि वैज्ञानिक जीन के बारे में अधिक सीखते हैं और उन्हें कैसे हेरफेर किया जा सकता है।
• नैतिक प्रथाओं को सुनिश्चित करने, वैज्ञानिक अखंडता और सार्वजनिक विश्वास दोनों की सुरक्षा के लिए जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान पर उन्नत नियम।
• सिंथेटिक जीव विज्ञान और कृत्रिम जीवन रूपों पर केंद्रित नए शैक्षिक और प्रशिक्षण कार्यक्रमों का उदय, वैज्ञानिकों की अगली पीढ़ी को विशेष कौशल से लैस करना।
• व्यक्तिगत चिकित्सा की ओर स्वास्थ्य देखभाल रणनीतियों में बदलाव, अनुकूलित उपचार और निदान के लिए कृत्रिम कोशिकाओं और सिंथेटिक जीव विज्ञान का उपयोग।

विचार करने के लिए प्रश्न

• यदि आप सिंथेटिक जीव विज्ञान के क्षेत्र में काम करते हैं, तो न्यूनतम कोशिकाओं के अन्य लाभ क्या हैं?
• सिंथेटिक जीव विज्ञान को आगे बढ़ाने के लिए संगठन और संस्थान एक साथ कैसे काम कर सकते हैं?