आणविक जीव विज्ञान के इंग्लैंड के मेडिकल रिसर्च काउंसिल प्रयोगशाला के शोधकर्ताओं ने पूरी तरह से मानव निर्मित डीएनए के साथ ई कोलाई बैक्टीरिया को सफलतापूर्वक बनाया है, जो सिंथेटिक जीव विज्ञान के दफन क्षेत्र में एक मील का पत्थर है और तथाकथित "डिजाइनर" बैक्टीरिया पर निर्मित भविष्य के नवाचार का मार्ग प्रशस्त करता है। ।
नेचर जर्नल में प्रकाशित एक नए अध्ययन के अनुसार, सिंथेटिक जीनोम अपनी तरह का अब तक का सबसे बड़ा है। दो साल के अनुसंधान अभियान के उत्पाद, पुन: डिज़ाइन किए गए डीएनए में चार मिलियन सेगमेंट शामिल हैं- जो पिछले रिकॉर्ड धारक की तुलना में चार गुना अधिक है। शायद सबसे प्रभावशाली रूप से, बैक्टीरिया में केवल 61 कोडन होते हैं, जैसा कि लगभग सभी जीवित प्राणियों में पाए जाने वाले 64 के विपरीत है। इस असमानता के बावजूद, सिंथेटिक बैक्टीरिया सामान्य ई। कोलाई की तरह काम करते हैं । द न्यू यॉर्क टाइम्स के कार्ल ज़िमर की रिपोर्ट के अनुसार मुख्य अंतर, धीमी विकास दर और लंबी लंबाई है।
"यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं था कि क्या इस जीनोम को बड़ा बनाना संभव था और क्या इसे इतना बदलना संभव था, " कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के एक जीवविज्ञानी सह-लेखक जेसन चिन, गार्जियन के इयान सैंपल का अध्ययन करते हैं।
लेकिन इम्पीरियल कॉलेज लंदन में सेंटर फॉर सिंथेटिक बायोलॉजी के निदेशक और अध्ययन के समीक्षक टॉम एलिस के रूप में, गिज़मोडो के रयान मेंडेलबौम को बताते हैं, टीम के प्रयासों ने अंततः क्षेत्र के लिए "दौरे बल" में समापन किया: "उन्होंने संश्लेषित किया।, बनाया, और दिखाया कि एक 4 मिलियन बेस-जोड़ी सिंथेटिक जीन काम कर सकता है, ”एलिस कहते हैं। "यह पहले की तुलना में किसी ने भी किया है।"
एक जीनोम को "पुनरावृत्त" करने के लिए, वैज्ञानिकों को 64 कोडन, या डीएनए अणुओं के तीन-अक्षर संयोजन, ए, टी, सी और जी को कम करना चाहिए - एडेनिन, थाइमिन, साइटोसिन और ग्वानिन के लिए छोटा - जो सभी जीवों को शक्ति प्रदान करता है। चूंकि कोडन में तीन पदों में से प्रत्येक चार अणुओं में से किसी एक को पकड़ सकता है, इसलिए 64 कुल संभव संयोजन (4 x 4 x 4) हैं। बदले में, ये संयोजन विशिष्ट अमीनो एसिड, या कार्बनिक यौगिकों के साथ मेल खाते हैं जो जीवन के लिए आवश्यक प्रोटीन का निर्माण करते हैं। उदाहरण के लिए, TCA, एमिनो एसिड सेरीन के साथ मेल खाता है, जबकि AAG लाइसिन निर्दिष्ट करता है। TAA एक प्रकार के स्टॉप साइन के रूप में कार्य करता है, जो जीव को एक विकासशील प्रोटीन में अमीनो एसिड जोड़ने से रोकने के लिए संकेत देता है, STAT के शेरोन बेगली बताते हैं।
इस पहले से ही जटिल प्रक्रिया के लिए एक और पकड़ है: चूंकि आनुवंशिक कोड से जुड़े सिर्फ 20 अमीनो एसिड होते हैं, कई कोडन एक एसिड के साथ मेल खा सकते हैं। उदाहरण के लिए, सेरीन न केवल TCA, बल्कि AGT, AGC, TCT, TCC और TCG से जुड़ी हुई है। जैसा कि जॉन टिमर लिखते हैं Ars Technica, कोडीन बनाम अमीनो एसिड की संख्या में बेमेल 43 कोडन को बड़े पैमाने पर बाहरी बनाता है। यद्यपि कोशिकाएं इन अतिरिक्त सेटों का उपयोग स्टॉप कोड्स, विनियामक साधनों और विशिष्ट प्रोटीन के एन्कोडिंग की ओर अधिक कुशल पथों के रूप में करती हैं, फिर भी तथ्य यह है कि कई बेमानी हैं।
यह निर्धारित करते हुए कि इन अतिरिक्त कोडनों को कैसे निरर्थक किया गया, व्यापक परीक्षण और त्रुटि हुई। चिन बेगली से कहता है, "कई संभव तरीके हैं जिनसे आप जीनोम को फिर से बना सकते हैं, लेकिन उनमें से बहुत से समस्याएँ हैं: सेल मर जाता है।"
सफल सिंथेटिक जीनोम बनाने के लिए, चिन और उनके सहयोगियों ने क्रमशः सीरीन कोडन्स टीसीजी और टीसीए के प्रत्येक उदाहरण को एजीसी और एजीटी के साथ बदल दिया। टीम ने हर TAG कोडन की जगह, TAA के साथ एक स्टॉप को संकेत दिया। अंततः, द न्यू यॉर्क टाइम्स के ज़िमर नोटों में, पुनरावर्ती डीएनए ने चार के बजाय चार सेरिन कोडन का उपयोग किया और तीन के बजाय दो स्टॉप कोडन का उपयोग किया। सौभाग्य से, वैज्ञानिकों को यह काम हाथ से पूरा नहीं करना पड़ा। इसके बजाय, उन्होंने एक विशाल पाठ फ़ाइल की तरह ई। कोलाई कोड का इलाज करके और एक खोज-और-कार्य को निष्पादित करके 18, 214 प्रतिस्थापन किए।
इस सिंथेटिक डीएनए को बैक्टीरिया में स्थानांतरित करना अधिक कठिन काम साबित हुआ। जीनोम की लंबाई और जटिलता को देखते हुए, टीम एक प्रयास में इसे एक सेल में पेश करने में असमर्थ थी; इसके बजाय, वैज्ञानिकों ने चरणों में काम करने के लिए संपर्क किया, श्रमसाध्य रूप से जीनोम को टुकड़ों में तोड़कर इसे जीवित बैक्टीरिया में थोड़ा-थोड़ा करके प्रत्यारोपण किया।
चिन कहते हैं कि शोधकर्ताओं की उपलब्धि दो गुना है, एमआईटी टेक्नोलॉजी रिव्यू के एंटोनियो रेगलाडो के साथ एक साक्षात्कार में। न केवल पुन: डिज़ाइन किए गए जीनोम को "तकनीकी उपलब्धि" कहा जाता है, बल्कि यह "आपको जीव विज्ञान के बारे में कुछ मौलिक बताता है और वास्तव में आनुवंशिक कोड कितना निंदनीय है"।
गार्जियन के नमूने के अनुसार, शोध से वैज्ञानिकों को बायोफर्मासिटिकल उद्योग में उपयोग के लिए सुसज्जित वायरस प्रतिरोधी बैक्टीरिया बनाने में मदद मिल सकती है; ई। कोलाई पहले से ही इंसुलिन और चिकित्सा यौगिक बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो कैंसर, मल्टीपल स्केलेरोसिस, दिल के दौरे और आंखों की बीमारी का इलाज करते हैं, लेकिन कुछ वायरस के लिए गैर-सिंथेटिक डीएनए की संवेदनशीलता के कारण उत्पादन आसानी से ठप हो सकता है।
अमीनो एसिड पर अध्ययन केंद्रों का एक और महत्वपूर्ण प्रभाव। जैसा कि बीबीसी समाचार 'रोलैंड पीज़ लिखता है, ई। कोली जीनोम के 64 में से 61 संभावित कोडन का उपयोग रीप्रोग्रामिंग के लिए तीन खुला छोड़ देता है, जो कि "अप्राकृतिक बिल्डिंग ब्लॉक्स" के लिए द्वार खोलता है, जो पहले असंभव कार्य करने में सक्षम था।
हार्वर्ड मेडिकल स्कूल के एक सिंथेटिक जीवविज्ञानी फिन स्टर्लिंग ने जिमर के साथ बात करते हुए, जो नए शोध में शामिल नहीं था, निष्कर्ष निकाला है, "सिद्धांत रूप में, आप कुछ भी दोहरा सकते हैं।"
