हर जगह जीवविज्ञानी के लिए, 25 अप्रैल शुभ है। यह डीएनए दिवस है और 1953 की तारीख को याद करता है जब वैज्ञानिक फ्रांसिस क्रिक, रोजलिंड फ्रैंकलिन, जेम्स वाटसन और मौरिस विल्किंस ने डीएनए अणु की पेचदार संरचना का वर्णन करते हुए सेमिनल वैज्ञानिक पत्र प्रकाशित किए। 2003 में, 25 अप्रैल को मानव जीनोम परियोजना के पूरा होने की घोषणा करने के लिए उपयोग किया गया था। अब इस दिन वार्षिक उत्सव नई खोजों के साथ जीवन का अणु मनाते हैं। डीएनए की नई तस्वीर प्रदान करने के लिए बेहतर समय क्या है।
मैं डीएनए डीएवी हूं (या 1984 से कम से कम मेरी लाइसेंस प्लेट ऐसा कहती है), और मेरी लैब को जो चीजें पसंद हैं उनमें से एक डीएनए "देखना" है। हम डीएनए की छवियां लेते हैं ताकि हम उन चीजों को सीधे माप सकें जो अप्रत्यक्ष तरीकों का उपयोग करके निर्धारित करना मुश्किल है, जिनमें आमतौर पर डीएनए की चार रासायनिक इकाइयों को अनुक्रमित करना शामिल है, जिन्हें आधार कहा जाता है।
एक्स-रे विवर्तन का उपयोग करके डीएनए की पहली खुलासा छवि। (रेमंड गोसलिंग / किंग्स कॉलेज लंदन) उदाहरण के लिए, मैं जानना चाहूंगा कि प्रत्येक गुणसूत्र पर डीएनए प्रतिकृति की प्रक्रिया कहां से शुरू होती है। स्वस्थ कोशिकाओं के उत्पादन के लिए डीएनए का त्रुटि-रहित दोहराव आवश्यक है। जब यह प्रक्रिया अधूरी या बाधित होती है, तो परिणाम कैंसर और अन्य बीमारियों का कारण बन सकता है।
हमारी छवि में कि परिचित डबल हेलिक्स सीढ़ी दिखाई नहीं दे रही है क्योंकि इस परिप्रेक्ष्य को ज़ूम आउट किया जाता है - जैसे किसी देश बनाम शहर के नक्शे को देखना। साथ ही इनमें से प्रत्येक अणु पेचदार सीढ़ी के 50, 000 मोड़ के बराबर है - एक मानव गुणसूत्र का एक बड़ा खंड।
डीएनए का मानचित्र बनाना
बियोनो जेनोमिक्स सैफियर इमेजर नामक डिवाइस के साथ ली गई इस छवि में व्यक्तिगत डीएनए अणु - नीले, हरे और लाल रंग में रंगे हुए हैं। डीएनए के इन स्ट्रेंड्स को संकरी नलियों के माध्यम से फैलाकर संरेखित किया गया है - जिन्हें नैनोकैनल्स कहा जाता है - जो कि डीएनए के केवल एक टुकड़े को फिट करते हैं। जैसे ही डीएनए ट्यूब में खिसकता है, स्ट्रैंड सीधा हो जाता है।
पूरे डीएनए अणु का रंग नीला है और हरे रंग के टिक के निशान हैं - या डीएनए के विशिष्ट क्रम जो औसतन हर 4, 500 आधार जोड़े में होते हैं। स्थलों का पैटर्न एक अद्वितीय फिंगरप्रिंट प्रदान करता है जो हमें बताता है कि हम एक गुणसूत्र की लंबाई के साथ कहाँ हैं। लाल फ्लोरोसेंट ब्लिप्स उन स्थानों को टैग करता है जहां डीएनए को फिर से भरना शुरू हो गया है। इन साइटों को "प्रतिकृति की उत्पत्ति" कहा जाता है और यह वह जगह है जहां डीएनए पहले खोल देता है ताकि दोहराव की प्रक्रिया शुरू हो सके।
सैन डिएगो के बायोनानो जीनोमिक्स के शोधकर्ताओं ने इस नैनोकैननल तकनीक को गुणसूत्रों के उन क्षेत्रों के चार्ट के लिए विकसित किया, जो अन्यथा अवाँछनीय थे, जो कि आनुवांशिक अनुवांशिक अनुक्रमों के कारण होते हैं, जो चार आधारों के क्रम को निर्धारित करना मुश्किल बनाते हैं। इस उपकरण ने एक समय में एक अणु पर अनुक्रम की व्यवस्था में "देखने" से समस्या को हल किया और एक घंटे में 30 अरब बेस जोड़े पढ़ने में सक्षम है - 10 मानव जीनोम के बराबर।
मैसाचुसेट्स विश्वविद्यालय में मेरी टीम और निक रिहंद की मान्यता है कि यह नैनोचैनल तकनीक हमें कभी भी पहले प्रयोग किए गए प्रयोग का संचालन करने की अनुमति नहीं देगी: उन सभी स्थानों को मैप करें जहां डीएनए प्रतिकृति लाखों डीएनए फाइबर पर एक साथ शुरू होती है।
एक सेल को दो स्वतंत्र कोशिकाओं में विभाजित करने से पहले, डीएनए को खुद की एक प्रति बना लेनी चाहिए ताकि प्रत्येक को गुणसूत्रों का एक पूरा सेट प्राप्त हो। यह समझने के लिए कि आनुवंशिक सामग्री को कैसे दोहराया जाता है यह जानना आवश्यक है कि गुणसूत्र के साथ प्रक्रिया कहां शुरू होती है। यह अध्ययन करने के लिए सबसे बड़ी चुनौती रही है कि हमारे अपने गुणसूत्रों की प्रतिकृति कैसे होती है और इसके परिणामस्वरूप कैंसर जैसे कई रोगों में क्या गलत हो रहा है, जिसमें प्रतिकृति गड़बड़ा जाती है।
डीएनए प्रतिकृति और कैंसर
हर बार जब कोई कोशिका विभाजित होती है तो डीएनए डबल हेलिक्स दोनों कोशिकाओं को आनुवंशिक निर्देशों की एक प्रति प्रदान करने के लिए खुद को डुप्लिकेट करना चाहिए। (सोलेल नॉर्डिक / शटरस्टॉक डॉट कॉम) प्रतिकृति की उत्पत्ति मायावी है क्योंकि वे विभिन्न अणुओं पर कई साइटों पर होते हैं इसलिए हमें उनका पता लगाने के लिए एकल डीएनए अणुओं को देखने की आवश्यकता है। हालाँकि वैज्ञानिक 1960 के दशक के शुरुआत से ही एकल डीएनए अणुओं को देखने में सक्षम हैं, लेकिन हम यह नहीं बता सके कि गुणसूत्रों में कोई अणु कहाँ से आया है इसलिए हम कुछ भी नहीं देख सकते हैं।
काइल क्लेन, एक पीएच.डी. मेरे प्रयोगशाला में छात्र, लाल फ्लोरोसेंट अणुओं के साथ जीवित मानव स्टेम कोशिकाओं को लेबल करते हैं जो उन स्थानों को चिह्नित करते हैं जहां डीएनए प्रतिकृति हो रही थी, जिन्हें बायोनानो डिवाइस के साथ मैप किया गया था। इन छवियों को फिर उसी डीएनए अणुओं के नीले और हरे डीएनए मानचित्रों पर सुपरइम्पोज़ किया गया।
हम इस विधि से पूरी तरह से हमारी समझ को बदलने की उम्मीद करते हैं कि मानव गुणसूत्र कैसे दोहराते हैं। इसके अलावा, चूंकि कैंसर के इलाज के लिए अधिकांश कीमोथेरेपी दवाएं और अधिकांश कार्सिनोजेन्स - या कैंसर पैदा करने वाले रसायन - हमारे पर्यावरण में डीएनए पर हमला करके काम करते हैं जब यह प्रतिकृति करता है, तो हम उम्मीद करते हैं कि यह विधि डीएनए प्रतिकृति को बाधित करने के लिए एक तीव्र और व्यापक परीक्षण प्रदान करेगी। हमें यह भी उम्मीद है कि यह पता चलता है कि हम इन नकारात्मक परिणामों को कैसे कम कर सकते हैं, और हम बेहतर और कम विषाक्त कीमोथेरेपी उपचार कैसे विकसित कर सकते हैं।
यह आलेख मूल रूप से वार्तालाप पर प्रकाशित हुआ था।
डेविड एम। गिलबर्ट, आणविक जीवविज्ञान, फ्लोरिडा स्टेट यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर
