Targeted editing of pericentromeric satellite DNA alters sensitivity to meiotic drive

अपनी डीएनए की कल्पना एक विशाल पुस्तकालय के रूप में करें। इस पुस्तकालय की अधिकांश पुस्तकें अद्वितीय कहानियाँ हैं जिनमें किसी जीवित प्राणी को बनाने और चलाने के लिए महत्वपूर्ण निर्देश होते हैं। लेकिन पीछे के कोनों में ढेर सारी धूल भरी, एक जैसी, दोहराव वाली पन्नों की कतारें छिपी हुई हैं—जैसे एक ही खाली पन्ने की हज़ार प्रतियाँ एक के ऊपर एक रखी हों। वैज्ञानिक इन ढेरों को "सैटेलाइट डीएनए" (satellite DNA) कहते हैं। लंबे समय तक, हमें लगा कि ये ढेर केवल बेकार चीज़ें हैं, लेकिन हम जानते थे कि वे महत्वपूर्ण स्थानों पर स्थित हैं, जैसे कि गुणसूत्र (क्रोमोसोम) की "रीढ़" (सेंट्रोमियर) में या उसके ठीक बगल में।

बड़ा रहस्य यह था: क्या ये दोहराव वाले ढेर वास्तव में कुछ करते हैं? और यदि वे करते हैं, तो क्या यह पन्नों पर लिखे विशिष्ट शब्दों के कारण है, ढेर में कितने पन्ने हैं, या इस कारण कि ढेर को कैसे बनाया गया है?

समस्या यह थी कि ये ढेर इतने दोहराव वाले और अव्यवस्थित हैं कि वैज्ञानिक अपनी थ्योरी टेस्ट करने के लिए उन्हें आसानी से एडिट नहीं कर सकते थे। यह एक लाख समान पन्नों के ढेर में से एक विशिष्ट पन्ने को बिना पूरे ढेर को बिगाड़े, सटीक रूप से निकालने की कोशिश करने जैसा था।

नया उपकरण: एक सटीक कैंची
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने "आणविक कैंची" (CRIS CRISPR/Cas9) के एक नए, हाई-टेक संस्करण का उपयोग किया, जिसे एक चतुर चरण-दर-चरण रणनीति के साथ जोड़ा गया। इसे एक ऐसे रोबोटिक लाइब्रेरियन के रूप में समझें जो न केवल दोहराव वाले पन्नों के एक विशिष्ट ढेर को ढूंढ सकता है, बल्कि बिना पास की अनूठी पुस्तकों को गलती से काटे, उनके एक हिस्से को सटीक रूप से काट भी सकता है या अधिक प्रतियाँ चिपका भी सकता है।

प्रयोग: "रिस्पोंडर" (Responder) स्टैक
उन्होंने इस उपकरण का परीक्षण फल की मक्खियों (fruit flies) में पाए जाने वाले दोहराव वाले डीएनए के एक विशिष्ट ढेर पर किया जिसे "रिस्पोंडर" (Rsp) कहा जाता है। यह ढेर एक जैविक नाटक में शामिल है जिसे "मेयोटिक ड्राइव" (meiotic drive) के रूप में जाना जाता है।

यहाँ नाटक है: मक्खी के डीएनए में एक "चीटर" तत्व है जिसे "सेग्रिगेशन डिस्टॉर्टर" (SD) कहा जाता है। SD ताश के खेल में एक धौंस जमाने वाले (bully) की तरह व्यवहार करता है। जब एक नर मक्खी शुक्राणु (sperm) पैदा करती है, तो SD उन सभी शुक्राणुओं को नष्ट करने की कोशिश करता है जिनमें धौंस जमाने वाले का अपना डेक (ताश का सेट) नहीं होता। हालाँकि, "रिस्पॉर्मडर" (Rsp) का ढेर एक ढाल की तरह काम करता है। यदि एक शुक्राणु में Rsp के पन्नों का बड़ा, भारी ढेर है, तो धौंस जमाने वाला (SD) उसे निशाना बनाता है और उस शुक्राणु को मार देता है। यदि ढेर छोटा है, तो शुक्राणु जीवित रहता है।

मूल रूप से, Rsp का ढेर जितना बड़ा होगा, शुक्राणु के "मारे जाने" की संभावना उतनी ही अधिक होगी।

उन्होंने क्या किया
अपने नए रोबोटिक कैंची का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने केवल यह अनुमान नहीं लगाया कि ढेर में कितने पन्ने हैं; उन्होंने छोटे ढेर बनाने के लिए उन्हें भौतिक रूप से काटा और बड़े ढेर बनाने के लिए और अधिक जोड़े। उन्होंने अलग-अलग आकार के Rsp स्टैक वाली मक्खियों का एक पूरा परिवार तैयार किया।

परिणाम
प्रयोग पूरी तरह से सफल रहा। नए उपकरण ने जीनोम में अन्य जगहों पर बिना किसी गलती के, दोहराव वाले डीएनए में सटीक बदलाव किए।

जब उन्होंने मक्खियों की जाँच की, तो उन्हें बिल्कुल वही मिला जो उन्हें संदेह था: ढेर के आकार से फर्क पड़ता था।

• बड़े Rsp स्टैक वाली मक्खियाँ धौंस जमाने वाले (SD) के प्रति अधिक संवेदनशील थीं और उनमें अधिक शुक्राणु की हानि हुई।
• छोटे Rsp स्टैक वाली मक्खियाँ कम संवेदनशील थीं और उन्होंने अधिक शुक्राणु बनाए रखे।

निष्कर्ष
यह पेपर साबित करता है कि अब आप इन रहस्यमय, दोहराव वाले "जंक" डीएनए स्टैक्स को यह देखने के लिए सर्जिकल तरीके से एडिट कर सकते हैं कि वे क्या करते हैं। यह पुष्टि करता है कि Rsp स्टैक में दोहराव की संख्या सीधे तौर पर यह नियंत्रित करती है कि मक्खी का शुक्राणु "चीटर" तत्व के प्रति कैसी प्रतिक्रिया देता है। यह वैज्ञानिकों को यह समझने का एक नया तरीका देता है कि हमारे जीनोम के इन रहस्यमय, दोहराव वाले हिस्सों के कार्य कैसे होते हैं और वे जीवन को व्यवस्थित करने के तरीके को आकार देने के लिए कैसे विकसित हुए होंगे।