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वैज्ञानिक सिंगल-सेक्स माता-पिता से प्रजनन के नियमों को तोड़ते हैं

एक स्तनपायी बनाने के लिए, आपको एक अंडे और एक शुक्राणु की आवश्यकता होती है। इन दो आवश्यक आनुवांशिक आदानों का ऐतिहासिक रूप से मतलब है, नर-नर या मादा-मादा युग्मों से संतान पैदा करने के प्रयासों के लिए लॉन्च करने में विफलता। लेकिन आनुवंशिक परिवर्तन के साथ अंडे और शुक्राणु के बीच की सीमाओं को धुंधला करके, वैज्ञानिक अब स्तनधारी प्रजनन के नियमों को तोड़ने में हमारी मदद कर रहे हैं।

कल, जर्नल सेल स्टेम सेल में, चाइनीज एकेडमी ऑफ साइंसेज के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक ही-सेक्स माउस माता-पिता को स्वस्थ संतानों के जन्म की सूचना दी। अंडों के जीनोम को शुक्राणु के रूप में बदलने के द्वारा और इसके विपरीत, वैज्ञानिक जैविक प्रजनन में एक बड़ी बाधा को दूर करने में सक्षम थे। महिला-महिला यूनियनों के पिल्ले वयस्कता में अच्छी तरह से बच गए, यहां तक ​​कि खुद मां भी बन गईं, और अल्प-आयु वाले शिशुओं का एक डैड-डैड जोड़ी द्वारा स्वागत किया गया।

हार्वर्ड विश्वविद्यालय में प्रजनन के आनुवंशिकी का अध्ययन करने वाली एक जीवविज्ञानी अवा मैनेरी कहती हैं, "यह अविश्वसनीय रूप से प्रभावशाली है।" "इस तकनीक के भविष्य के बारे में एक लाख निहितार्थ हैं।"

शोधकर्ताओं ने सिंगल-सेक्स माता-पिता के साथ स्तनधारियों के निर्माण के लिए एक लंबी चुनौती को पार करने में सक्षम थे। आमतौर पर, एक स्तनधारी भ्रूण को दो जीनोम की आवश्यकता होती है, जिनमें से प्रत्येक में माता या पिता से आनुवंशिक निर्देशों की पांडुलिपि होती है। इस तरह, भ्रूण प्रत्येक व्यक्ति जीन की दो प्रतियां विरासत में मिला है। लेकिन कई जीनों के लिए, या तो माँ या पिताजी की नकल चुप हो जाती है। एक जीनोम के पूरे क्षेत्र को बंद किया जा सकता है, जबकि दूसरे माता-पिता से आनुवंशिक कोड के समान हिस्से बरकरार हैं।

", अगर डीएनए के न्यूक्लियोटाइड्स एक पाठ हैं, तो [इन प्राकृतिक संशोधनों] को रिक्त स्थान या विराम चिह्न के रूप में सोचा जा सकता है, जो इस तरह के जटिल पाठ को अर्थ देते हैं, " शोध में शामिल नहीं थे।

अपनी संतान के साथ एक अभिमानी मामा चूहे। इस तस्वीर में माँ माउस दो माताओं के लिए पैदा हुआ था, और वे रहते थे जो वैज्ञानिकों को एक सामान्य, स्वस्थ जीवन मानते थे। अपनी संतान के साथ एक अभिमानी मामा चूहे। इस तस्वीर में माँ माउस दो माताओं के लिए पैदा हुआ था, और वे रहते थे जो वैज्ञानिकों को एक सामान्य, स्वस्थ जीवन मानते थे। (ले-यूं वांग / चीनी विज्ञान अकादमी)

चुनौती यह है कि इन स्थानों और प्रत्येक जीनोम में विराम चिह्न को सही ढंग से पंक्तिबद्ध करने की आवश्यकता है - ऐसा कुछ जो स्वाभाविक रूप से पुरुष-महिला माता-पिता के साथ होता है। इस बारीक घटना को जीनोमिक इंप्रिनटिंग कहा जाता है, और यह स्तनधारी प्रजनन के लिए महत्वपूर्ण है। यदि माता-पिता दोनों की इनमें से किसी एक की सामान्य रूप से "अंकित" जीन की प्रतियां गलती से बंद हो जाती हैं, तो परिणाम विनाशकारी हो सकते हैं, जो कि आकार में गुब्बारा पैदा करते हैं, पोषक तत्वों को प्राप्त करने के लिए संघर्ष करते हैं या यहां तक ​​कि सभी तक पहुंचने में विफल होते हैं।

समान लिंग वाले माता-पिता के साथ स्तनधारियों को प्रजनन करने की कोशिश करने वाले वैज्ञानिकों के लिए, जीनोमिक इंप्रिनटिंग की आवश्यक प्रक्रिया एक बड़ी बाधा प्रस्तुत करती है। 20 वीं सदी के मध्य के आसपास, जब वैज्ञानिकों ने दो महिला जीनोम के साथ माउस भ्रूण का उत्पादन करने के कुछ पहले प्रयास किए, तो गड़बड़ होने के लिए अंडे को विलय करने के गणित में लंबे समय तक नहीं लगा। आनुवांशिक निर्देशों के दोनों हिस्सों में मातृ उत्पीड़न, जीनोम के समान क्षेत्रों को निष्क्रिय करने और सक्रिय करने को दर्शाया गया है - और समीकरण के पैतृक हिस्से के बिना, कुछ जीन अतिरंजित हो रहे थे, जबकि अन्य कभी भी ठीक से चालू नहीं थे।

हाल ही में, चीनी लेखक विज्ञान अकादमी के वरिष्ठ लेखकों वेई ली, क्यूई झोउ और बाओ-यांग हू के नेतृत्व में शोधकर्ताओं के एक समूह ने इस मुद्दे से निपटने के लिए उपकरणों के एक नए सेट की कोशिश करने का फैसला किया। समान लिंग वाले माता-पिता से स्वस्थ संतान पैदा करने की अपनी संभावनाओं को अधिकतम करने का मतलब था कि कम से कम अंकित कोशिकाओं से शुरू करना-जिन कोशिकाओं में अभी तक आनुवंशिक कोड में कोई विराम चिह्न नहीं था। इसलिए शोधकर्ताओं ने जीनोम पर अंकित कुछ निशानों को मिटाकर अंडे और शुक्राणु का एक असामान्य सेट उत्पन्न किया, अनिवार्य रूप से इन प्रजनन कोशिकाओं पर घड़ी को वापस कर दिया जब तक कि वे आनुवंशिक पांडुलिपि के अनएडिटेड पहले ड्राफ्ट के समान नहीं थे।

"स्वच्छ" कोशिकाओं के एक शस्त्रागार के साथ सशस्त्र, शोधकर्ताओं ने बिमाटेरल चूहों को प्रजनन करने के लिए निर्धारित किया। दुर्भावना की नकल करने के लिए, उन्होंने अपने जीनोम से तीन ज्ञात अंकित क्षेत्रों को छीनते हुए अपने स्वयं के संस्करण को एक स्वच्छ अंडा सेल में जोड़ा। इस तकनीक ने अंडे के आनुवंशिक पांडुलिपि से पूरे पैराग्राफ या अध्याय को अनिवार्य रूप से हटा दिया, इसे एक प्रजनन कोशिका में बदल दिया जो एक शुक्राणु की तरह काम करता था। फिर उन्होंने नए हेरफेर किए गए सेल को एक अन्य महिला माउस से एक सामान्य अंडे में इंजेक्ट किया।

उनके विस्मय के लिए, इनमें से 14 प्रतिशत उभयलिंगी भ्रूण-कुल मिलाकर 29 चूहे पैदा हुए, जो स्वस्थ मादा थे (प्रजनन मिश्रण में Y गुणसूत्र के बिना, नर एक गारंटीकृत गैर-बराबरी थे)। बिमार्लेटल चूहों में से कई अपने स्वयं के स्वस्थ पिल्ले (इस समय गर्भाधान के अधिक प्राकृतिक साधनों के माध्यम से) के जन्म के लिए बड़े हुए हैं। जहां तक ​​शोधकर्ता बता सकते हैं, पिताहीन चूहे शारीरिक और व्यवहारिक रूप से स्वस्थ थे- लेकिन झोउ बताते हैं कि इन चूहों में वह कमी हो सकती है, जिसे टीम ने अभी तक नहीं खोजा है।

एक और भी बड़ी चुनौती है - द्विपक्षीय चूहे। 2004 में पहली बार दो माताओं के साथ एक माउस पुतली को नस्लित किया गया था (हालांकि सबसे नए काम की तुलना में बहुत कम सफलता दर के साथ)। फादरलेस चूहे, एक तरह से, पुरानी खबर थे। दूसरी ओर, मातृहीन चूहे, "अद्भुत" होंगे, ह्यूगो क्रेथ कहते हैं, जिनके कार्डिफ विश्वविद्यालय में अप्रभावित कार्य आनुवंशिक अनुलिपि पर भी केंद्रित है।

पेंसिल्वेनिया की विकासवादी जीवविज्ञानी मारिसा बार्टोलोमी के अनुसार, दो पुरुषों से आनुवांशिक सामग्री के साथ एक माउस को जन्म देने की एक बड़ी चुनौती यह है कि माँ के जीनोम पर ठीक से जुड़ने के लिए और भी बहुत कुछ करना होगा। पुरुष जीनोम बनाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त कार्य एक महिला जीनोम की तरह व्यवहार करता है जो महिला-महिला कपलिंगों की ओर प्रकृति की स्लाइस में यूनिसेक्स प्रजनन का कारण हो सकता है। (जबकि कुछ सरीसृप, उभयचर और मछली केवल मादा के लिए सक्षम हैं, सिर्फ एक प्रजाति- ज़ेब्राफिश-ने कभी मातृ इनपुट के बिना संतानों का उत्पादन किया है, और केवल एक प्रयोगशाला में)।

"[ऐसा लगता है कि] द्विमासिक प्रजनन की तुलना में, अधिक बाधाओं को द्विध्रुवीय प्रजनन अवरोध पर पार करने की आवश्यकता होती है, " ली कहते हैं।

चुनौतियों के बावजूद, शोधकर्ता दो पुरुष माता-पिता से केवल डीएनए का उपयोग करके लाइव संतान उत्पन्न करने में सक्षम थे। एक संशोधित शुक्राणु कोशिका में छह आनुवंशिक क्षेत्रों को हटा दिया गया था ताकि यह अधिक बारीकी से एक महिला जीनोम जैसा हो, और फिर एक खाली महिला अंडे के अंदर सामान्य शुक्राणु के साथ जोड़ा गया। (खाली हो या न हो, शुक्राणु और शुक्राणु को एक साथ लाने के लिए एक अहंकार परिक्षेत्र अभी भी आवश्यक है।) ये विषम संकर भ्रूण- शाब्दिक अंडे के छिलके जिसमें पितृ डीएनए की दोहरी खुराक होती है - को तब एक सरोगेट माउस माँ में स्थानांतरित किया गया था।

वैज्ञानिक दो पिता के साथ चूहों का प्रजनन कर सकते हैं, लेकिन वे गंभीर दोषों के साथ पैदा होते हैं और वयस्कता में जीवित नहीं रहते हैं। वैज्ञानिक दो पिता के साथ चूहों का प्रजनन कर सकते हैं, लेकिन वे गंभीर दोषों के साथ पैदा होते हैं और वयस्कता में जीवित नहीं रहते हैं। (ले-यूं वांग / चीनी विज्ञान अकादमी)

बस एक प्रतिशत से अधिक संतानें बचीं। अफसोस की बात है कि सभी पिल्ले गंभीर दोषों के साथ पैदा हुए थे और लगभग तुरंत ही मर गए। जब शोधकर्ताओं ने संपादित शुक्राणु कोशिकाओं से एक सातवें छाप वाले क्षेत्र को हटा दिया, हालांकि, उन्होंने जीवित रहने की दर को दोगुना कर दिया। पिल्ले अभी भी वयस्कता तक नहीं बढ़े, लेकिन फिर भी, विधि ने काम किया था, और संतानों की अल्पकालिक व्यवहार्यता स्मारकीय थी।

बार्टोलोमी कहते हैं, "यह वास्तव में दिखाता है कि छापना एकतरफा विकास के लिए अवरोध है।" "हम इसे मातृ दृष्टिकोण से जानते हैं, लेकिन अब, द्विपद के साथ, यह पहली बार है।"

ली के अनुसार, अगला कदम द्विध्रुवीय चूहों के लिए दीर्घायु में सुधार करना है। यह अभी भी स्पष्ट नहीं है कि दो आनुवंशिक पिता के साथ चूहों को क्या मार रहा है - यह संभव है कि अन्य गंभीर रूप से अंकित क्षेत्र हैं जिन्हें अभी भी आनुवंशिक रूप से "प्रबंधित" करने की आवश्यकता है, बार्टोलोमी कहते हैं।

वास्तव में, यह थोड़ा आश्चर्य की बात है कि इतने सारे आनुवंशिक जोड़-तोड़ एक लिंग के जीनोम को दूसरे से मिलते-जुलते में बदलने के लिए पर्याप्त थे। 150 से अधिक जीनों को चूहों में छापा जाने वाला माना जाता है - और सूची कभी भी बढ़ रही है - लेकिन उनमें से हर एक जीन जन्मजात संतानों के लिए महत्वपूर्ण नहीं है।

जबकि उपन्यास आनुवांशिक संशोधन तकनीक ने एकल-लिंग चूहों को प्रजनन करने के लिए काम किया, मैनिरी ने चेतावनी दी कि मनुष्यों सहित अन्य स्तनधारियों में इन प्रयोगों को दोहराने के लिए "विशाल, विशाल कदम" की आवश्यकता होगी। यद्यपि ली, झोउ, हू और उनके सहयोगी किसी दिन प्राइमेट्स की ओर बढ़ने के लिए उत्सुक हैं, इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि एक प्रजाति के आनुवंशिक पांडुलिपि में मार्कअप आसानी से दूसरे के लिए अनुवाद करेंगे।

फिर भी, इन नए निष्कर्षों से स्तनधारी प्रजनन में जीनोमिक इंप्रिनटिंग की भूमिका के बारे में वैज्ञानिकों की समझ में एक सफलता का संकेत मिलता है। इसके अतिरिक्त, कई विकार हैं जो जीनोम में अनुचित छाप से उत्पन्न होते हैं - भले ही मातृहीन या पिताहीन बच्चे क्षितिज पर न हों, बस इन आनुवंशिक विचित्रताओं को समझने से दवा के लिए हमारा दृष्टिकोण बदल सकता है।

"इस ज्ञान के साथ, हमारे पास वाक्यों या पैराग्राफों [जीनोमिक टेक्स्ट] को एक तरह से पढ़ने की क्षमता है जो हमारे पास पहले कभी नहीं थी, " मेनियारी कहते हैं। "और यह बहुत बड़ा है।"

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