छह डीएनए अड्डों के साथ एक अर्ध-सिंथेटिक जीव अब गुणा कर सकता है

कम से कम चूंकि पृथ्वी पर सभी जीवन के अंतिम आम पूर्वज लगभग 3.5 बिलियन साल पहले दिखाई दिए थे, इसलिए आनुवंशिक जानकारी चार-वर्ण वर्णमाला में संग्रहीत की जाती है, जिसे दो आधार जोड़े के रूप में वितरित और पढ़ा जाता है। ये चार नाइट्रोजन-कार्बन-हाइड्रोजन आधार हैं: एडेनिन (ए), थाइमिन (टी), साइटोसिन (सी) और गुआनिन (जी)। उनकी रासायनिक संरचना के कारण, वे एक सख्त क्रम में आधार जोड़े को बांधते हैं जो विकल्पों की अनुमति नहीं देते हैं: केवल एटी और सी-जी। ऐसी चतुर्धातुक प्रणाली में, पृथ्वी पर सारा जीवन कूटबद्ध होता है।

एक विज्ञान के रूप में सिंथेटिक जीव विज्ञान का मुख्य लक्ष्य मौजूदा जीवों में नए जीवन रूपों और नए कार्यों का निर्माण है। इस लक्ष्य को प्राप्त करने का तार्किक तरीका अर्ध-संश्लिष्ट जीवों का विकास है, जिनका आधार जोड़े का एक विस्तारित सेट है। वन्यजीवों के चार ठिकानों के अलावा, वे एक कृत्रिम कृत्रिम आधार का एक जोड़ा बना सकते हैं, जो एक तीसरा कृत्रिम आधार युग्म है: XY।

इस तरह के एक अर्ध-सिंथेटिक जीव को बनाने का पिछला प्रयास 2016 में अपने चरमोत्कर्ष पर पहुंच गया । फिर आनुवंशिकीविदों ने एस्चेरिचिया कोलाई का एक तनाव विकसित करने में कामयाबी हासिल की, जो पर्यावरण से आवश्यक सिंथेटिक ट्राइफॉस्फेट को निकालता है और सिंथेटिक बेस के साथ प्लास्मिड्स को दोहराने के लिए उनका उपयोग करता है। यह अर्धसूत्रीविभाजन डीएनए की प्रतिकृति का पहला मामला था, लेकिन अभी भी इस तरह के एक अर्धसूत्री जीव पूरी तरह से पूरा नहीं हुआ था। बस सिंथेटिक बेस पेयर को स्टोर और ट्रांसफर करना पर्याप्त नहीं है। उपयोगी होने के लिए, यह पूरी तरह कार्यात्मक होना चाहिए, जो कि आरएनए के माध्यम से अंततः प्रोटीन को व्यक्त करने में सक्षम है। और ये प्रोटीन होंगे, जो कि क्वाटरनरी सिस्टम में कोई प्राकृतिक जीवन बनाने में सक्षम नहीं है।

अब स्क्रिप्स रिसर्च इंस्टीट्यूट के जीवविज्ञानी आगे बढ़ गए हैं। उन्होंने पूर्ण-विकसित अर्धचालक जीवाणु (ऊपर चित्रित) बनाया, जो कृत्रिम बेस जोड़ी को mRNA में दो सिंथेटिक कोडन और संबंधित सिंथेटिक एंटिकोडोन के साथ tRNA के साथ स्थानांतरित करता है - और कुशलतापूर्वक उन्हें फ्लोरोसेंट प्रोटीन "सुपरफ़ोल्डर GFP" में प्राकृतिक या गैर-कैनन अमीनो एसिड को शामिल करने के लिए राइबोडोम में डिकोड करता है। sfGFP)।

इस मामले में, sfGFP का उपयोग केवल प्रदर्शन के लिए किया गया था, यह एक पारंपरिक मार्कर है जिसका उपयोग आनुवंशिक अनुसंधान में किया जाता है। सैद्धांतिक रूप से, एक जीवाणु अन्य अमीनो एसिड को कूटबद्ध कर सकता है।

वैज्ञानिक कार्यों के प्रमुख लेखक स्क्रिप्स रिसर्च इंस्टीट्यूट के प्रोफेसर फ्लॉयड रोमेसबर्ग ने कहा, "यह सबसे छोटा बदलाव है जो हम प्रकृति के काम के तंत्र में कर सकते हैं - लेकिन यह पहली बार है।"


सिंथेटिक और प्राकृतिक बेस जोड़े की रासायनिक संरचना को चित्रण (ए) के शीर्ष पर दिखाया गया है। निम्नलिखित एक जीन कैसेट का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व है जिसका उपयोग अर्ध-सिंथेटिक दृश्यों को व्यक्त करने के लिए किया जाता है। क्रमशः, सी और डी ग्राफ में, sfGFP और semisynthetic tRNA व्यक्त कोशिकाओं की प्रतिदीप्ति और वृद्धि। अंत में, नीचे बायीं तरफ, इन कोशिकाओं की अंतिम पीढ़ी से प्राप्त ग्राफ्ट्स का एक पश्चिमी धब्बा है, जो कि ग्राफ़ और सी के चरम दाएं निशान पर दिखाया गया है, और सेमीिनोइथेटिक कोशिकाओं से एमिनो एसिड एस, आई / एल और एन के सापेक्ष प्रचुर मात्रा में दिखाया गया है।

वैज्ञानिकों के अनुसार, प्राप्त परिणामों से संकेत मिलता है कि हाइड्रोजन संबंध के अलावा अन्य प्रक्रियाएं आनुवंशिक जानकारी को संग्रहीत करने और निकालने के प्रत्येक चरण में भाग ले सकती हैं। यह पता चला कि बेस पेयर में हाइड्रोजन बॉन्ड्स की अनुपस्थिति वास्तव में कोशिकाओं को परेशान नहीं करती है: सेमीसिन्थेटिक डीएनए का प्रसार अभी भी बहुत सफल है।

दूसरे शब्दों में, हमारे चारों ओर फैला हुआ जीवन, सबसे अधिक संभावना है, रासायनिक दृष्टिकोण से एकमात्र संभव नहीं है। यह सिर्फ इतना हुआ कि पृथ्वी पर सारा जीवन ऐसे एक ही नमूने से बनता है, लेकिन यह बिल्कुल भी अनूठा नहीं है।

इस प्रकार, परिणामी अर्धसूत्री जीव एक साथ अतिरिक्त आनुवंशिक जानकारी को एन्कोडिंग और उपयोग के लिए निकालने दोनों में सक्षम है। "मैं इसे जीवन का एक नया रूप नहीं कहूंगा," रोम्सबर्ग कहते हैं, "लेकिन यह जीवन के एक नए रूप के सबसे करीब है जो किसी ने भी करने में कामयाब रहा है। पहली बार, एक सेल ने जी, सी, ए या टी के अलावा किसी अन्य चीज का उपयोग करके प्रोटीन प्रसारित किया। "

डीएनए के चार प्राकृतिक आधार केवल 20 एमिनो एसिड को एनकोड करने में सक्षम हैं, इसलिए पृथ्वी पर सभी जीवन रूप केवल इन प्रोटीनों तक सीमित हैं। तीसरे बेस जोड़ी - सिंथेटिक - का उपयोग करते हुए शरीर 152 नए अमीनो एसिड को एन्कोड करने में सक्षम है।

शोधकर्ताओं के अनुसार, इस जीव को नए जीवन रूपों और कार्यों को बनाने के लिए एक मंच के रूप में लिया जाना चाहिए। सैद्धांतिक रूप से, हेक्साडेसिमल प्रणाली में मौजूद नए जीवन रूप दवा और औषध विज्ञान में पूरी तरह से नई संभावनाओं को खोल सकते हैं, नई दवाओं के निर्माण में मदद कर सकते हैं।

Synthorx, Inc., एक अमेरिकी कंपनी सिंथेटिक बेस जोड़ी X और Y का उपयोग करके नई दवाओं की खोज करने में माहिर है

वैज्ञानिकों ने ध्यान दिया कि अर्धजीर्ण जीवन रूप उन्होंने बनाया था और इसके समान सभी प्रयोगशाला की दीवारों के बाहर नहीं रह पाएंगे, क्योंकि समाधान में एक्स और वाई अड्डों के प्रजनन के लिए, उपयुक्त रसायन मौजूद होना चाहिए।

वैज्ञानिक लेख 30 नवंबर, 2017 को जर्नल नेचर (doi: 10.1038 / nature24659, pdf ) में प्रकाशित किया गया था।