Discovery of a buried charge-network GFP-fold family spanning prokaryotes and eukaryotes (Draft manuscript)
यह अध्ययन प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स में फैले GFP-फोल्ड प्रोटीन के एक नव-खोजे गए, विकासवादी रूप से संरक्षित परिवार को प्रकट करता है जो मानक फ्लोरोसेंट क्रोमोफोर को दो आर्जिनिन, दो ग्लूटामेट और एक टायरोसिन के अत्यधिक प्रतिबंधित, दबे हुए चार्ज-नेटवर्क से प्रतिस्थापित करता है, एक ऐसा मोटिफ जो असंबंधित DUF2490 परिवार में भी अभिसारी रूप से पाया जाता है।
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जीव विज्ञान की दुनिया की कल्पना एक विशाल पुस्तकालय के रूप में करें जहाँ हर जीवित प्राणी अपने आप को बनाने के लिए ब्लूप्रिंट (खाके) का एक सेट रखता है। दशकों से, वैज्ञानिक एक विशिष्ट, चमकते हुए ब्लूप्रिंट के प्रति जुनूनी रहे हैं जो मुख्य रूप से जेलीफ़िश और कोरल जैसे समुद्री जीवों में पाया जाता है। यह ब्लूप्रिंट 'ग्रीन फ्लोरेसेंट प्रोटीन' (GFP) नामक एक प्रोटीन बनाता है, जो एक छोटे, स्वयं-प्रकाशित लालटेन की तरह कार्य करता है। क्योंकि यह बहुत चमकता है और कोशिकाओं के भीतर इसे चालू किया जा सकता है, वैज्ञानिक इसका उपयोग एक "जेनेटिक टॉर्च" के रूप में करते हैं ताकि वे देख सकें कि जीन कैसे काम करते हैं, प्रोटीन कहाँ जाते हैं, और कोशिकाएं एक-दूसरे से कैसे बात करती हैं। इस चमक का रहस्य एक विशेष संरचना है जो सोडा कैन (एक बीटा-बैरल) के आकार की है, जिसके अंदर एक रासायनिक स्विच है जो इसे बल्ब में बदल देता है।
लंबे समय तक, वैज्ञानिक समुदाय का यह मानना था कि यह "सोडा कैन" का आकार विशेष रूप से प्रकाश बनाने के लिए है। यदि आपको कोई ऐसा प्रोटीन मिलता जो इस कैन जैसा दिखता था, तो आप मान लेते थे कि वह एक टॉर्च है। लेकिन क्या होगा यदि कुछ अन्य प्रोटीन इस समान मजबूत कैन आकार का उपयोग पूरी तरह से अलग काम के लिए कर रहे हों? क्या होगा यदि कुछ कैन एक गुप्त तंत्र को छिपा रहे हों जो बिल्कुल भी नहीं चमकता? यह प्रश्न रोमांचक है क्योंकि यह सुझाव देता है कि प्रकृति ने इस प्रसिद्ध, मजबूत डिज़ाइन का कई अन्य उद्देश्यों के लिए पुन: उपयोग किया होगा, और हम उन्हें केवल इसलिए चूक रहे होंगे क्योंकि हम केवल चमक की तलाश कर रहे थे।
इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं टान्या श्नाइडर और मार्क ज़िमर ने चमक की तलाश करना बंद करने और आकार की तलाश शुरू करने का निर्णय लिया। उन्होंने 'अल्फाफोल्ड' नामक एक शक्तिशाली कंप्यूटर टूल का उपयोग किया, जो आनुवंशिक कोड के आधार पर प्रोटीन के स्वरूप की भविष्यवाणी करता है, जिससे उन्होंने बैक्टीरिया, कवक और कोरल के लाखों प्रोटीनों को स्कैन किया। वे प्रसिद्ध चमकने वाले प्रोटीनों की तलाश नहीं कर रहे थे; वे किसी ऐसे प्रोटीन की तलाश कर रहे थे जिसमें वही "सोडा कैन" का आकार हो लेकिन उसमें सामान्य प्रकाश बनाने वाले हिस्से न हों।
उन्होंने एक दुर्लभ, छिपे हुए प्रोटीन परिवार की खोज की जिसे वे "चार्ज-नेटवर्क फैमिली" कहते हैं। ये प्रोटीन जीवन के वृक्ष में फैले हुए हैं, जो बैक्टीरिया, कवक और यहाँ तक कि कोरल में भी दिखाई देते हैं। प्रसिद्ध GFP की तरह, उनमें वही ग्यारह-स्ट्रैंड वाला बैरल आकार और वही आंतरिक मशीनरी है जो आमतौर पर एक लाइट बल्ब बनाती है। हालाँकि, प्रकाश बनाने के लिए आवश्यक सामान्य सामग्री (एक विशिष्ट अमीनो एसिड जिसे टायरोसिन कहा जाता है) के बजाय, इन प्रोटीनों ने इसे बदलकर कुछ और रख लिया है, जैसे कि मेथियोनीन या वेलिन। इस बदलाव के कारण, वे चमकते नहीं हैं।
एक लाइट बल्ब के बजाय, इन बैरल्स के अंदर पांच आवेशित कणों (चार्ज्ड पार्टिकल्स) का एक बहुत ही विशिष्ट, कसकर पैक किया गया समूह होता है: दो सकारात्मक (आर्जिनिन), दो नकारात्मक (ग्लूटामेट्स), और एक केंद्रीय टायरोसिन। शोधकर्ता इस नेटवर्क को "बियर्ड चार्ज नेटवर्क" (दबा हुआ आवेश नेटवर्क) कहते हैं। इसे एक गुप्त हैंडशेक या प्रोटीन के गहरे केंद्र में छिपे हुए लॉक सर्किट की तरह समझें। यह नेटवर्क इतना महत्वपूर्ण है कि इसे लाखों वर्षों के विकास के दौरान पूरी तरह से संरक्षित रखा गया है, जो कि प्रोटीन की बाहरी सतह की तुलना में बहुत अधिक है। वास्तव में, प्रोटीन का वह हिस्सा जो आमतौर पर प्रकाश बनाता है, सबसे अधिक परिवर्तनशील है, जबकि यह छिपा हुआ नेटवर्क बिल्कुल वैसा ही रहता है।
टीम ने यह परीक्षण करने के लिए कि क्या यह नेटवर्क स्थिर है, उन्नत कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया। उन्होंने पानी में चलते हुए प्रोटीनों के डिजिटल "मूवीज़" चलाए, और नेटवर्क पूरी तरह से बना रहा, जिससे पता चलता है कि यह एक वास्तविक, कार्यात्मक संरचना है और केवल कंप्यूटर की त्रुटि नहीं है। उन्होंने यह भी पाया कि यही पांच-भाग वाला नेटवर्क एक पूरी तरह से अलग प्रकार के प्रोटीन (जिसे DUF24 vụ 2490 कहा जाता है) में भी दिखाई देता है जो बैक्टीरिया की बाहरी दीवारों में रहता है। यह सुझाव देता है कि प्रकृति ने स्वतंत्र रूप से इस समान छिपे हुए सर्किट को दो बार, दो पूरी तरह से अलग आकारों में बनाया होगा, क्योंकि यह एक बहुत ही उपयोगी डिज़ाइन है।
इन सभी सबूतों के बावजूद, शोधकर्ता सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि वे अभी तक यह नहीं जानते कि यह नेटवर्क वास्तव में क्या करता है। उन्होंने यह सिद्ध कर दिया है कि यह मौजूद है, यह स्थिर है, और कई प्रजातियों में संरक्षित है, लेकिन वे अभी तक इसके रासायनिक कार्य को नहीं समझ पाए हैं। यह एक ऐसी मशीन के भीतर एक रहस्यमय, जटिल गियर प्रणाली खोजने जैसा है जिसे हर कोई केवल एक टॉर्च समझ रहा था; आप जानते हैं कि गियर वहाँ हैं और वे पूरी तरह से घूमते हैं, लेकिन आप यह नहीं जानते कि वे वास्तव में किस मशीन को चला रहे हैं। यह अध्ययन GFP "सोडा कैन" आकार के बारे में हमारी समझ का विस्तार करता है, यह दिखाते हुए कि इसका उपयोग प्रकाश के अलावा अन्य चीजों के लिए भी किया जा सकता है, लेकिन इस छिपे हुए चार्ज नेटवर्क का वास्तविक उद्देश्य अभी भी प्रयोगशाला में सुलझने वाले एक रहस्य के रूप में बना हुआ है।
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