Catalytic rewiring of RuvC-II catalytic site activates trans-cleavage in Fanzor2

कल्पना कीजिए कि Fanzor हमारे कोशिकाओं के भीतर रहने वाली एक नन्ही, प्रोग्राम करने योग्य आणविक "कैंची" (molecular scissor) है। इसका सामान्य काम एक सुरक्षा गार्ड की तरह कार्य करना है जिसके पास एक विशिष्ट आईडी कार्ड (एक गाइड आरएनए) है। जब यह किसी मेल खाने वाले घुसपैठिये (एक विशिष्ट डीएनए या आरएनए के टुकड़े) को ढूंढ लेता है, तो यह उसे वहीं काट देता है जहाँ वह खड़ा है। इसे cis-cleavage कहा जाता है: यह केवल उसी लक्ष्य को नष्ट करता है जिसे यह सीधे छू रहा होता है।

हालाँकि, वैज्ञानिकों ने सोचा: क्या होगा यदि यह कैंची अपने लक्ष्य को खोजने के बाद, अपने आस-पास की हर चीज़ को तहस-नहस करने के लिए पागल हो जाए? इस "बेकाबू" व्यवहार को trans-cleavage कहा जाता है, और अब तक, Fanzor इसमें बहुत अच्छा नहीं था।

"ट्यूनिंग" प्रयोग

शोधकर्ताओं ने इस कैंची के इंजन को फिर से वायर (rewire) करने का निर्णय लिया। विशेष रूप से, उन्होंने मशीन के एक छोटे से हिस्से में बदलाव किया जिसे RuvC-II उत्प्रेरक स्थल (catalytic site) कहा जाता है। इस स्थल को एक बंदूक के ट्रिगर तंत्र (trigger mechanism) के रूप में समझें। मूल Fanzor में, ट्रिगर सख्त है और एक "स्टेरिक कंस्ट्रेंट" (steric constraint) द्वारा लॉक है (जैसे कि एक सुरक्षा पिन या एक भारी स्प्रिंग) जो बंदूक को बेतहाशा चलने से रोकता है।

इस ट्रिगर क्षेत्र में अमीनो एसिड में एक छोटा सा बदलाव करके, उन्होंने उस सुरक्षा पिन पर दबाव कम कर दिया।

परिणाम: एक नई सुपर-कैंची

इस छोटे से बदलाव ने एक नई कैंची बनाई जिसे ApmFz2-EP कहा गया। यहाँ क्या बदला:

• "पागल मोड" सक्रिय हुआ: ठीक वैसे ही जैसे एक गार्ड, एक बार चोर को देखने के बाद, चिल्लाना और बाकी सबको सतर्क करना शुरू कर देता है, यह नई कैंची, एक बार अपना लक्ष्य खोजने के बाद, आस-पास तैर रहे किसी भी डीएनए या आरएनए को काटना शुरू कर देती है। यह trans-cleavage गतिविधि है।
• कम चयनात्मक, अधिक संवेदनशील: मूल कैंची को काम करने के लिए एक सटीक मिलान की आवश्यकता थी। नई कैंची इतनी संवेदनशील है कि उसे उत्साहित होने और काटना शुरू करने के लिए केवल सात मेल खाने वाले अक्षरों (न्यूक्लियोटाइड्स) की आवश्यकता होती है।
• सहायकों पर कम निर्भर: यह मूल संस्करण की तुलना में बहुत कम अतिरिक्त सहायक अणुओं (जिन्हें TAMs कहा जाता है) के बिना अच्छी तरह से काम करती है।

इससे बने वास्तविक दुनिया के उपकरण

पेपर में वर्णन किया गया है कि कैसे उन्होंने इस नई सुपर-कैंची को दो विशिष्ट उपकरणों में बदल दिया:

1. FINDER (जासूस): उन्होंने ApmFz2-EP कैंची को डीएनए की नकल करने की एक विधि (एम्प्लीफिकेशन) के साथ जोड़ा। अब, यदि वायरस का एक छोटा सा अंश मौजूद है, तो कैंची उसे ढूंढ लेती है, "वाइल्ड मोड" में चली जाती है, और एक फ्लोरोसेंट रिपोर्टर अणु को काट देती है, जिससे वह एक नियॉन साइन की तरह चमकने लगता है। यह उन्हें रोगजनकों (pathogens) का बहुत संवेदनशीलता से पता लगाने की अनुमति देता है, भले ही वायरस में थोड़ी अलग आनुवंशिक विविधताएँ हों।
2. "SNV जेनोटाइपर" (मिसमैच डिटेक्टर): उन्होंने एक थोड़ा अलग संस्करण भी बनाया जिसे ApmFz2-EA कहा गया। यह मूल वाइल्ड संस्करण के विपरीत है; यह अत्यधिक चयनात्मक है। यह एक ताले की तरह काम करता है जो केवल सही चाबी के साथ ही खुलता है। यदि लक्ष्य में एक भी अक्षर का अंतर (Single Nucleotide Variant) है, तो यह नहीं काटेगा। यह उन्हें बहुत समान आनुवंशिक कोडों के बीच अंतर करने की अनुमति देता है, जैसे कि दो लगभग समान जुड़वा बच्चों के बीच अंतर करना।

बड़ी तस्वीर

संक्षेप में, शोधकर्ताओं ने केवल डीएनए काटने का एक नया तरीका नहीं खोजा; उन्होंने Fanzor मशीन के अंदर के स्विच को फिर से इंजीनियर किया। इसके आंतरिक ट्रिगर पर लगे प्रतिबंधों को ढीला करके, उन्होंने एक सटीक, एकल-लक्ष्य काटने वाली मशीन को एक बहुमुखी उपकरण में बदल दिया जो या तो पहचान के लिए संकेत को बढ़ाता है या सूक्ष्म आनुवंशिक अंतरों को पहचान सकता है, और यह सब करते हुए भी छोटा और प्रोग्राम करने योग्य बना रहता है।