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जीवविज्ञानी गैलपिंग हॉर्स जीआईएफ को लिविंग बैक्टीरिया के डीएनए में अपलोड करते हैं


हार्वर्ड के शोधकर्ताओं ने हाल ही में एक जीवित जीव के डीएनए में एक जीआईएफ छवि को एनकोड किया। शोध 12 जुलाई को नेचर द्वारा प्रकाशित किया गया था।

मूल छवि के साथ जीवित जीवाणुओं की कोशिकाओं में प्रत्यारोपित डीएनए स्निपेट्स से निकाले गए जीआईएफ। [छवि स्रोत:GIPHY के माध्यम से हार्वर्ड विश्वविद्यालय]

डिजिटल मीडिया को स्टोर करने के तरीकों की एक मेजबानी है - यूएसबी स्टिक, एसडी कार्ड, डीवीडी - सूची कुछ समय के लिए चल सकती है। अब डीएनए रैंक में शामिल हो गया है।

डीएनए कंप्यूटिंग तेजी से विकसित हो रही है और जल्द ही पूरी स्टार वार्स श्रृंखला, सभी पसंदीदा धुनों को पकड़ सकती है, और हर बिल्ली की तस्वीर जो आपने कभी एक छोटे उपकरण में देखी है जो नग्न आंखों के लिए अदृश्य है। आनुवंशिकीविद् जॉर्ज चर्च के नेतृत्व में हार्वर्ड विश्वविद्यालय की एक टीम, जीवित जीवाणुओं के डीएनए में फ़ोटो की एक श्रृंखला को सफलतापूर्वक एम्बेड करने के बाद डीएनए की विशाल भंडारण क्षमताओं का एहसास कर रही है।

डीएनए में सांकेतिक शब्दों में बदलने के लिए चुने गए पांच फ्रेम शोधकर्ताओं ने ब्रिटिश फोटोग्राफर एडरविद मुयब्रिज द्वारा बनाई गई सबसे शुरुआती रिकॉर्डिंग में से एक थी। तस्वीरों की श्रृंखला में एनी जी के नाम से एक घोड़ी को दिखाया गया है, जब वह 1887 में सरपट दौड़ती थी। जैविक जानवरों की पहली रिकॉर्डिंग में से एक के रूप में, चुनी गई छवियां एक आज्ञा और मुयब्रिज के काम को जारी रखने का एक प्रकार है।

चर्च और उनके सहयोगियों के काम का हालिया प्रकाशन आणविक रिकॉर्डिंग में एक शानदार प्रगति है। काम पिछली डीएनए एन्कोडिंग तकनीकों का सुधार है जो मेजबान सेल के लिए विघटनकारी थे।

पिछली डीएनए रिकॉर्डिंग

कुछ वर्षों से, शोधकर्ता महंगे और दखल देने वाले तरीकों का विकास कर रहे हैं जो मेजबान कोशिकाओं के बाहर डिजिटल डेटा को संग्रहीत करने के लिए जीवित जीवों के डीएनए की कटाई करते हैं। अप्रत्याशित रूप से, कोशिकाएं प्रक्रिया में क्षतिग्रस्त हो जाती हैं और निष्कर्षण के तुरंत बाद मर जाती हैं।

हार्वर्ड के शोधकर्ता डीएनए पर डेटा रिकॉर्ड करने के तरीके को बदल रहे हैं जिससे जीवित कोशिकाओं को अपने पूरे जीवन में डेटा को ले जाने और पुन: पेश करने की अनुमति मिलती है। नई तकनीक वैज्ञानिकों को जीवित कोशिकाओं को प्रोग्राम करने और सेल जीवन चक्र को बाधित किए बिना किसी भी समय जानकारी में टैप करने के लिए सक्षम कर रही है।

डिजिटल डेटा के साथ लाइव डीएनए एनकोडिंग

2016 में वापिस, बायोलॉजिकल इंसपायर्ड इंजीनियरिंग और हार्वर्ड मेडिकल स्कूल (HMS) के लिए आनुवंशिकीविद् जॉर्ज चर्च के नेतृत्व में Wyss Institute की एक संयुक्त टीम ने CRISPR प्रणाली पर आधारित पहला आणविक रिकॉर्डर बनाया। तकनीक ने शोधकर्ताओं को जीवित जीवाणुओं के जीनोम में डेटा को एनकोड करने में सक्षम किया - इस मामले में, ई। कोलाई।

“जैसा कि यह वादा करता था, हमें नहीं पता था कि जब हम एक साथ 100 दृश्यों को ट्रैक करने की कोशिश करेंगे, तो क्या होगा या यदि यह बिल्कुल काम करेगा। यह महत्वपूर्ण था क्योंकि हम इस प्रणाली का उपयोग अपने अंतिम लक्ष्य के रूप में जटिल जैविक घटनाओं को रिकॉर्ड करने के लिए कर रहे हैं, ”सेठ शिपमैन, चर्च के साथ काम करने वाले एक पोस्टडॉक्टरल साथी और अध्ययन के पहले लेखक ने कहा।

अब, एक वर्ष पर, एक ही शोधकर्ताओं ने CRISPR प्रणाली की कार्यक्षमता को साबित किया है। नया दृष्टिकोण शोधकर्ताओं को एक मोशन पिक्चर के रूप में क्रमिक रूप से जटिल जानकारी को एनकोड करने में सक्षम कर रहा है।

CRISPR कैसे काम करता है

CRISPR प्रणाली एक शक्तिशाली उपकरण है जो वैज्ञानिक जीनोम को ठीक से संपादित करने के लिए उपयोग कर रहे हैं। प्रकृति में, इनवेसिव वायरल जीनोम के बारे में जानकारी को एन्कोडिंग करके सिस्टम काम करता है (अनिवार्य रूप से वायरस डीएनए अनुक्रमों में इंजेक्ट करते हैं ताकि कोशिकाओं को अन्य वायरस निकायों में बदल दिया जाए)। शरीर के भीतर विशिष्ट प्रोटीन घुसपैठ कोड को पहचान सकते हैं और संक्रमित डीएनए को खुरचकर, दुष्ट निर्देश को निकालकर इसे संपादित कर सकते हैं।

शोधकर्ता डीएनए की विशिष्ट किस्में खोजने के लिए एक ही तकनीक का उपयोग कर रहे हैं और उन्हें प्रोग्राम डेटा वाले स्ट्रैंड्स के साथ प्रत्यारोपित कर रहे हैं।

प्रक्रिया एक प्रोटीन को इंजेक्ट करके शुरू होती है जो डीएनए पर आणविक स्केलपेल के रूप में कार्य करती है। प्रोटीन पहले एक आरएनए अनुक्रम से जुड़ा होता है (राइबोन्यूक्लिक एसिड - एक न्यूक्लिक एसिड जो विशिष्ट जीनोम को एनकोड और डीकोड करने के लिए निर्देशों को ले जाने की प्रमुख भूमिका के साथ है)।

प्रोटीन अनुक्रम में प्रत्यारोपित आरएनए अनुक्रम डीएनए अनुक्रम शोधकर्ताओं को संपादित करने के उद्देश्य से मेल खाता है। इसे प्रोटीन में डालकर, यह डीएनए के एक स्ट्रैंड के साथ एक विशिष्ट स्थान पर खुद को पहचान और संलग्न कर सकता है। वहां से, एक बार लक्ष्य डीएनए से जुड़े होने के बाद, एक रासायनिक प्रतिक्रिया डीएनए स्ट्रैंड को विभाजित करती है। विभाजित डीएनए को एन्कोडेड डेटा वाले नए स्पेसर के साथ डाला जाता है।

पहले, तकनीक का उपयोग डीएनए अनुक्रमों को संपादित करने के लिए किया गया था जो वायरस द्वारा डाले गए वायरल जीनोम को पहचानने, लक्षित करने और नष्ट करने के लिए आरएनए जानकारी प्रदान करते हैं। वायरल जीनोम की तलाश करने और नष्ट करने के निर्देशों के स्थान पर, शोधकर्ताओं ने इसके बजाय एन्कोडेड जानकारी को डीएनए स्ट्रैंड में प्रत्यारोपित किया जो बाद में एक छवि के रूप में पुनः प्राप्त किया जा सकता था।

सीआरआईएसपीआर के चरणों का चित्रण वायरल जीनोम के लिए प्रतिरक्षा बनाता है। अनुक्रम को विभाजित करके और डेटा से भरे स्पेसर को सम्मिलित करके डीएनए स्ट्रैंड के भीतर जानकारी को एन्कोड करने के लिए समान चरणों का उपयोग किया जाता है। [छवि स्रोत:हार्वर्ड विश्वविद्यालय]

हाल ही में प्रकाशित कार्य में, वैज्ञानिक CRISPR प्रतिरक्षा प्रणाली का उपयोग करके डीएनए की किस्में में छवियों की एक श्रृंखला को एनकोड करते हैं।

अनुसंधान दल ने ई। कोलाई बैक्टीरिया में एक पाँच दिन की अवधि में प्रति दिन एक फ्रेम की आश्चर्यजनक धीमी गति से अपने एन्कोडेड डीएनए को पेश किया। चूंकि CRISPR सिस्टम एनकोडेड डीएनए स्निपेट्स को क्रमिक रूप से सम्मिलित करता है, डीएनए स्ट्रैंड्स के साथ प्रत्येक स्निपेट की स्थिति की जांच करके, शोधकर्ता प्रत्येक पिक्सेल की स्थिति निर्धारित कर सकते हैं।

“हमने ऐसी रणनीतियों को डिज़ाइन किया है जो अनिवार्य रूप से एक छवि या फ्रेम के प्रत्येक पिक्सेल में निहित डिजिटल जानकारी का अनुवाद करते हैं और साथ ही एक डीएनए कोड में फ्रेम संख्या, जो कि, अतिरिक्त दृश्यों के साथ, स्पेसर में शामिल किया जाता है। प्रत्येक फ्रेम इस प्रकार स्पेसर्स का एक संग्रह बन जाता है, ”शिपमैन ने कहा। "फिर हमने जीवाणुओं की आबादी के लिए लगातार तख्ते के लिए स्पेसर संग्रह प्रदान किया, जो Cas1 / Cas2 गतिविधि का उपयोग करते हुए, उन्हें अपने जीनोम में CRISPR सरणियों में जोड़ा। डीएनए सीक्वेंसिंग द्वारा बैक्टीरिया की आबादी से सभी सरणियों को फिर से प्राप्त करने के बाद, हम आखिर में सरपट दौड़ने वाली फिल्म के सभी फ़्रेमों को फिर से संगठित करने में सक्षम थे और वे जिस क्रम में दिखाई दिए, “सेथ शिपमैन, एक पोस्टडॉक्टरल साथी कहते हैं जिन्होंने अनुसंधान के साथ चर्च की सहायता की।

प्रत्येक पिक्सेल को क्रमिक रूप से एक डीएनए स्ट्रैंड में लेबल और एन्कोड किया जाता है, जिससे शोधकर्ताओं को जानकारी निकालने और डिकोड करने की अनुमति मिलती है। [छवि स्रोत: हार्वर्ड विश्वविद्यालय]

डीएनए में मानवता के भविष्य को एन्कोडिंग

यह एक जटिल तकनीक है, हालांकि यह शोधकर्ताओं को प्रक्रिया में कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाए बिना, जीवित जीवों के डीएनए के अंदर डेटा के विशेष रूप से लक्ष्य और सटीक रूप से सम्मिलित करने की अनुमति देता है।

“इस अध्ययन में, हम दिखाते हैं कि CRISPR प्रणाली के दो प्रोटीन, Cas1 और Cas2, कि हमने एक आणविक रिकॉर्डिंग उपकरण में इंजीनियर किया है, साथ में इष्टतम स्पेसर्स के लिए अनुक्रम आवश्यकताओं की नई समझ के साथ, प्राप्त करने के लिए एक महत्वपूर्ण स्केल-अप क्षमता को सक्षम करता है। यादें और उन्हें जीनोम में जानकारी के रूप में जमा करना जो कि बाहर से शोधकर्ताओं द्वारा प्रदान की जा सकती हैं, या जो कि भविष्य में, कोशिकाओं के प्राकृतिक अनुभवों से बन सकती हैं, “चर्च बताते हैं। वह जारी है,

"आगे चलकर, यह दृष्टिकोण विभिन्न प्रकार की जीवित कोशिकाओं को उनके प्राकृतिक ऊतक वातावरण में उन परिवर्तनों को दर्ज करने का एक तरीका पेश कर सकता है, जो उनके जीनोम में एक कृत्रिम रूप से निर्मित मेमोरी हॉटस्पॉट में चल रहे हैं।"

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि अंगों और अन्य शारीरिक प्रणालियों के कार्य करने के तरीके के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी दर्ज करने के लिए कोशिकाओं के लिए एक साधन के रूप में तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है।

“एक दिन, हम सभी विकासात्मक निर्णयों का पालन करने में सक्षम हो सकते हैं जो एक विभेदक न्यूरॉन एक प्रारंभिक स्टेम सेल से मस्तिष्क में एक अति-विशिष्ट प्रकार के सेल में ले जा रहा है, जिससे बुनियादी जैविक और विकासात्मक प्रक्रियाओं की बेहतर समझ हो सके। कोरियोग्राफ किया, ”शिपमैन का कहना है।

शायद भविष्य में, तरीकों से चिकित्सा पेशेवरों को बीमारी की शुरुआती शुरुआत का पता लगाने और शरीर के आंतरिक कामकाज को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिलेगी। अनिवार्य रूप से, यह मानव के लिए आणविक स्तर पर मानव शरीर के साथ जुड़ने और बातचीत करने का एक तरीका है। या, शायद थोड़ा और विचित्र रूप से, अपने स्वयं के जीवित शरीर में फिल्मों का कार्यक्रम करें।

अनुसंधान अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, हालांकि यह अनुसंधान का एक आशाजनक क्षेत्र है जो क्रांतिकारी है कि डॉक्टर मानव शरीर के साथ कैसे संपर्क करते हैं।

के जरिएहार्वर्ड राजपत्र

देखें: सुपर मारियो की छवियों का निर्माण करने के लिए शोधकर्ता इंजीनियर ई। कोली बैक्टीरिया

मैवरिक बेकर द्वारा लिखित


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