A reassessment of positive growth effects of expressed random sequence clones in E. coli
यह अध्ययन ठोस प्रयोगात्मक प्रमाण प्रदान करता है कि यादृच्छिक अनुक्रम क्लोन (random sequence clones) का एक उपसमुच्चय विशिष्ट विकास स्थितियों के तहत *E. coli* को वास्तविक रूप से फिटनेस लाभ प्रदान करता है, जिससे गैर-कोडिंग अनुक्रमों की अनुकूलन कार्यों को उत्पन्न करने की क्षमता प्रमाणित होती है और *de novo* जीन विकास की प्रक्रिया को समर्थन मिलता है।
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कल्पना कीजिए कि आप एक विशाल रसोई में एक शेफ हैं, और आपने एक जंगली सिद्धांत का परीक्षण करने का निर्णय लिया है: क्या आप केवल एक बर्तन में यादृच्छिक (random) सामग्रियां डालकर एक स्वादिष्ट नया व्यंजन बना सकते हैं?
जीव विज्ञान की दुनिया में, यह प्रश्न "डी नोवो" (de novo) जीन विकास का है। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से यह जानने की कोशिश की है कि क्या डीएनए के पूरी तरह से यादृच्छिक स्ट्रिंग्स (जो आमतौर पर कुछ नहीं करते) गलती से उपयोगी जीन में बदल सकते हैं जो किसी जीव को जीवित रहने में मदद करते हैं।
कुछ साल पहले, वैज्ञानिकों की एक टीम ने (जिनमें इस पेपर के लेखक भी शामिल थे) दावा किया कि उन्हें इसका प्रमाण मिल गया है: जब उन्होंने बैक्टीरिया (E. coli) में यादृच्छिक डीएनए अनुक्रम डाले, तो कुछ बैक्टीरिया वास्तव में तेजी से बढ़े। उन्होंने कहा, "देखो! यादृच्छिकता सुपरपावर बना सकती है!"
लेकिन, किसी भी अच्छे रसोई के विवाद की तरह, रसोई में मौजूद अन्य शेफ सहमत नहीं थे। उन्होंने कहा, "ठहरिए, शायद बर्तन (वेक्टर) ही बैक्टीरिया को बीमार कर रहा था, और यादृच्छिक सामग्रियों ने बस उस बीमारी को रोक दिया। या शायद बैक्टीरिया बस एक अजीब तरीके से आपस में लड़ रहे थे, और 'विजेता' वास्तव में बेहतर नहीं थे, बस भाग्यशाली थे।"
यह नया पेपर उस टीम का पलटवार है। वे वापस लैब में गए, एक बहुत अधिक सख्त और निष्पक्ष परीक्षण स्थापित किया, और कहा, "हमने बर्तन की जांच की, हमने लड़ाई की जांच की, और हम साबित कर सकते हैं: हाँ, कुछ यादृच्छिक डीएनए वास्तव में एक सुपरपावर बनाता है।"
उन्होंने इसे कैसे किया, यहाँ बताया गया है, जिसे रोजमर्रा के उदाहरणों में विभाजित किया गया है:
1. "स्वाद परीक्षण" बनाम "ब्लाइंड टेस्ट" (The "Taste Test" vs. The "Blind Taste Test")
उनके पहले प्रयोग में, उनके पास हजारों अलग-अलग यादृच्छिक डीएनए "सामग्रियों" वाला एक विशाल सूप का बर्तन था। उन्होंने देखा कि कौन से जीवित बचे।
- संदेहवादियों का तर्क: "यदि आपके पास 100 खराब सामग्रियां और 1 अच्छी सामग्री वाला सूप है, तो अच्छी सामग्री एक विजेता के रूप में दिख सकती है क्योंकि खराब सामग्रियां मर गईं। ऐसा नहीं है कि अच्छी वाली बेहतर है; यह सिर्फ इसलिए है क्योंकि अन्य बदतर थे।"
- समाधान: इस नए अध्ययन में, उन्होंने एक विशाल, अव्यवस्थित सूप का उपयोग नहीं किया। उन्होंने 64 विशिष्ट "सामग्रियों" (क्लोन) का एक छोटा समूह लिया जिन्हें वे जानते थे कि अच्छे, बुरे या तटस्थ हैं। उन्होंने उन्हें एक नियंत्रित दौड़ में रखा। यह 64 विशिष्ट धावकों को व्यक्तिगत रूप से समय देने जैसा है, बजाय इसके कि आप केवल एक अराजक भीड़ को देखें और अनुमान लगाएं कि कौन सबसे तेज है।
2. "बीमार बर्तन" की समस्या (The "Sick Pot" Problem - The Vector Effect)
वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया में यादृच्छिक डीएनए डालने के लिए एक डिलीवरी ट्रक (एक प्लास्मिड/वेक्टर) का उपयोग किया।
- संदेहवादियों का तर्क: "शायद डिलीवरी ट्रक खुद बैक्टीरिया को बीमार करता है। यदि आप ट्रक में कागज का एक टुकड़ा रखते हैं जो बीमारी को रोकता है, तो बैक्टीरिया स्वस्थ दिखता है, लेकिन वह केवल इसलिए स्वस्थ है क्योंकि ट्रक ने उसे नुकसान पहुँचाना बंद कर दिया। यह सुपरपावर नहीं है; यह केवल राहत है।"
- समाधान: उन्होंने "डमी ट्रक" बनाए जिनमें डिलीवरी तंत्र तो था लेकिन कोई यादृच्छिक डीएनए नहीं था। उन्होंने ऐसे ट्रक भी बनाए जिनमें "स्टॉप साइन" थे जो ट्रक को कोई शोर या गंदगी करने से रोकते थे। उन्होंने पाया कि हालांकि ट्रकों ने थोड़ी परेशानी पैदा की थी, लेकिन जो यादृच्छिक डीएनए अनुक्रम बैक्टीरिया को तेजी से बढ़ने में मदद करते थे, वे उन ट्रकों की तुलना में अभी भी तेज़ थे जो समस्या पैदा कर सकते थे। "सुपरपावर" वास्तविक था, न कि केवल एक टूटे हुए ट्रक का समाधान।
3. "मैराथन" बनाम "स्प्रिंट" (The "Marathon" vs. The "Sprint")
बैक्टीरिया चक्रों में बढ़ते हैं। कभी-कभी वे तब तक बढ़ते हैं जब तक कि वे भर जाते हैं और थक जाते हैं (स्टेशनरी फेज), और कभी-कभी वे एक तेज़ स्प्रिंट (एक्सपोनेंशियल ग्रोथ) के बीच में होते हैं।
- परीक्षण: वैज्ञानिकों ने दो तरीकों से दौड़ आयोजित की: लंबी, धीमी मैराथन (24 घंटे के चक्र) और छोटी, तीव्र स्प्रिंट (3 घंटे के चक्र)।
- परिणाम: उन्होंने पाया कि जिन यादृच्छिक डीएनए अनुक्रमों ने "फिटनेस बूस्ट" दिया, वे स्प्रिंट के दौरान सबसे अच्छा काम करते हैं। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि प्रकृति में, बैक्टीरिया अक्सर स्प्रिंट मोड में होते हैं, प्रजनन करने की कोशिश में होते हैं। यादृच्छिक डीएनए अनुक्रम इंजन के लिए एक टर्बोचार्जर की तरह काम करते हैं।
4. "बैकग्राउंड नॉइज़" (The "Background Noise" - Genetic Background)
कभी-कभी, एक बैक्टीरिया के अपने डीएनए में एक गुप्त उत्परिवर्तन (mutation) हो सकता है जो उसे बढ़ने में मदद करता है।
- परीक्षण: वैज्ञानिकों ने उसी यादृच्छिक डीएनए को लिया, उसे बैक्टीरिया के एक ताज़ा बैच में डाला, और फिर से दौड़ आयोजित की।
- परिणाम: अधिकांश समय, परिणाम समान थे। यादृच्छिक डीएनए ही नायक था। हालाँकि, कुछ विशिष्ट मामलों के लिए, "नायक" डीएनए नए बैक्टीरिया में जाने पर काम करना बंद कर देता था। इससे उन्हें पता चला कि कभी-कभी, "सुपरपावर" उस विशिष्ट टीम पर निर्भर करती है जिसके साथ वह खेल रहा है। लेकिन अधिकांश मामलों के लिए, शक्ति वास्तविक और सुसंगत थी।
बड़ा निष्कर्ष
इन सभी सावधानीपूर्वक जांचों के बाद, लेखकों ने निष्कर्ष निकाला:
यादृच्छिकता केवल अराजकता नहीं है।
इसे लॉटरी की तरह सोचें। अधिकांश टिकट हारने वाले होते हैं। लेकिन यदि आप पर्याप्त टिकट खरीदते हैं, तो आप अंततः एक विजेता जरूर ढूंढ लेंगे। यह अध्ययन सिद्ध करता है कि जीवन की लॉटरी में, यादृच्छिक डीएनए अनुक्रम वास्तव में जैकपॉट जीत सकते हैं। वे सूक्ष्म प्रोटीन बना सकते हैं जो एक कोशिका को तेजी से बढ़ने, बेहतर जीवित रहने और अंततः एक बिल्कुल नया जीन बनने में मदद करते हैं।
यह क्यों मायने रखता है?
यह हमारे देखने के नजरिए को बदल देता है कि विकास (evolution) कैसे होता है। हम सोचते थे कि जीन को लाखों वर्षों में सावधानीपूर्वक बनाया जाना चाहिए। यह पेपर सुझाव देता है कि प्रकृति बहुत अधिक बार, जितना कि हम सोचते हैं, जीवित रहने के लिए नए उपकरण बनाने के लिए यादृच्छिक शोर (random noise) का उपयोग करके "जैकपॉट" जीत सकती है। यह कचरे के ढेर में एक काम करने वाली चाबी खोजने जैसा है; यह उम्मीद से कहीं अधिक बार होता है, और यह सब कुछ बदल सकता है।
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