PGC-Mediated Establishment of a Chicken Transgenic Line with Mendelian Inheritance and No Detectable Growth or Reproductive Effects

पक्षियों की दुनिया में, एक एकल कोशिका से नई पीढ़ी तक का मार्ग एक ऐसी यात्रा है जो अंडा देने से बहुत पहले ही शुरू हो जाती है। एक भ्रूण के शुरुआती चरणों के भीतर, कोशिकाओं का एक छोटा समूह प्रवास पर निकल पड़ता है। ये प्रिमॉर्डियल जर्म सेल्स (primordial germ cells) हैं, जो भविष्य के सभी शुक्राणुओं और अंडों के पूर्वज हैं। अन्य कई जानवरों के विपरीत जहाँ ये कोशिकाएं छिपी रहती हैं या उन तक पहुँचना कठिन होता है, पक्षियों में ये कोशिकाएं विकसित होते प्रजनन अंगों में बसने के लिए रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा करती हैं। इस अनूठी सुलभता ने उन्हें उन वैज्ञानिकों के लिए केंद्र बिंदु बना दिया है जो यह समझना चाहते हैं कि आनुवंशिक परिवर्तन कैसे आगे बढ़ते हैं। यदि कोई वैज्ञानिक इन यात्रा करती कोशिकाओं के डीएनए को संपादित कर सके और फिर उन्हें भ्रूण में वापस डाल सके, तो वे परिवर्तन सैद्धांतिक रूप से पक्षी की स्थायी आनुवंशिक विरासत का हिस्सा बन जाएंगे, जो उसके वंशजों और उसके वंशजों के वंशजों में भी दिखाई देंगे। वह प्रश्न जो लंबे समय से इस क्षेत्र में बना हुआ है, यह है कि क्या ऐसा जानबूझकर किया गया आनुवंशिक जोड़ पीढ़ी दर पीढ़ी सहजता से विरासत में मिल सकता है, बिना पक्षी के विकास या उसकी प्रजनन क्षमता में संघर्ष पैदा किए।

यांग्ज़ौ यूनिवर्सिटी, चीन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने मुर्गियों की एक ऐसी नस्ल बनाकर अब इस प्रश्न का स्पष्ट उत्तर दिया है जो एक विशिष्ट, हानिरहित आनुवंशिक मार्कर (genetic marker) को वहन करती है। उन्होंने पाँच और साढ़े पाँच दिन पुराने मुर्गी के भ्रूणों से प्रिमॉर्डियल जर्म सेल्स एकत्र करके शुरुआत की। प्रयोगशाला में, उन्होंने इन कोशिकाओं को एक डिश में उगाया, उन्हें जीवित और स्वस्थ रखा। एक विशेष वायरस का उपयोग करते हुए जो एक डिलीवरी ट्रक की तरह कार्य करता है, उन्होंने इन कोशिकाओं के डीएनए में एक चमकते हरे प्रोटीन के जीन को डाला। यह हरा प्रकाश, जिसे एन्हांस्ड ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन (enhanced green fluorescent protein) के रूप में जाना जाता है, पक्षी के स्वरूप को सामान्य प्रकाश में नहीं बदलता है; यह केवल एक चमकीले, दृश्य ध्वज के रूप में कार्य करता है जिसे वैज्ञानिक विशेष रोशनी के नीचे ट्रैक कर सकते हैं। यह सुनिश्चित करने के बाद कि कोशिकाएं स्वस्थ हैं और उनमें अभी भी जर्म सेल्स के सही जैविक गुण मौजूद हैं, शोधकर्ताओं ने उन्हें अन्य विकसित हो रहे मुर्गी के भ्रूणों की रक्त वाहिकाओं में वापस इंजेक्ट कर दिया।

इन इंजेक्ट किए गए भ्रूणों ने 'मोज़ेक' (mosaics) पक्षी के रूप में विकसित हुए, जिसका अर्थ है कि उनके शरीर में उनकी अपनी मूल कोशिकाओं और शोधकर्ताओं द्वारा प्रदान की गई नई, चमकती कोशिकाओं का मिश्रण था। जब ये मोज़ेक मुर्गे वयस्क हुए, तो शोधकर्ताओं ने उनका वीर्य एकत्र किया और पाया कि शुक्राणुओं का एक छोटा हिस्सा उस हरे जीन को वहन करता था। इन मुर्गों का सामान्य मुर्गियों के साथ प्रजनन करके, उन्होंने पहली पीढ़ी के ऐसे वंशज तैयार किए जिनमें उनके शरीर की प्रत्येक कोशिका में वह जीन मौजूद था। हालाँकि, असली परीक्षण यह देखना था कि क्या यह जीन अगली पीढ़ियों में गुजरते समय एक सामान्य डीएनए के हिस्से की तरह व्यवहार करेगा। शोधकर्ताओं ने इन चमकते मुर्गों का प्रजनन कराकर दूसरी और फिर तीसरी पीढ़ी बनाई। उन्होंने वंशजों की गिनती की और पाया कि जीन अपेक्षित संख्या में दिखाई दिया, जो विरासत के उन मानक नियमों का पालन करता है जो माता-पिता से बच्चों तक गुणों को हस्तांतरित करने को नियंत्रित करते हैं। यह गायब नहीं हुआ, न ही यह अराजक हुआ; यह एक अनुमानित पैटर्न में स्थिर हो गया, जो कि जब एक माता-पिता में यह मौजूद हो तो लगभग आधे वंशजों में, और जब दोनों माता-पिता में यह मौजूद हो तो लगभग तीन-चौथाई वंशजों में दिखाई दिया।

यह पूरी तरह से सुनिश्चित करने के लिए कि जीन डीएनए में हर बार एक ही स्थान पर स्थित है, वैज्ञानिकों ने पक्षियों के जेनेटिक कोड का अध्ययन किया। उन्होंने उस सटीक स्थान का मानचित्रण किया जहाँ नया जीन पहुँचा था और पाया कि इसे क्रोमोसोम 10 के एक विशिष्ट क्षेत्र में डाला गया था। उन्होंने पहली, दूसरी और तीसरी पीढ़ियों में इस स्थान की पुष्टि की, जिससे यह सिद्ध हुआ कि वही एकल घटना निष्ठापूर्वक आगे बढ़ रही है। उन्होंने डीएनए की भौतिक संरचना की भी जाँच की ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि जीन परिवार के वृक्ष में आगे बढ़ते समय टूट या पुनर्गठित नहीं हो रहा है। परिणामों ने एक स्थिर, अपरिवर्तित एकीकरण दिखाया जो अध्ययन की गई सभी पीढ़ियों में सुसंगत रहा।

शायद इस कार्य का सबसे महत्वपूर्ण हिस्सा यह जाँचना था कि क्या इस आनुवंशिक जुड़ाव के साथ कोई छिपा हुआ खर्च आया है। जेनेटिक्स की दुनिया में, कभी-कभी डीएनए का एक नया टुकड़ा जोड़ने से शरीर के सामान्य कार्यों में व्यवधान आ सकता है, जिससे जानवर का विकास खराब हो सकता है या प्रजनन में संघर्ष करना पड़ सकता है। शोधकर्ताओं ने चमकते मुर्गों के वजन और आकार को उनके जन्म के समय से लेकर पूरी तरह विकसित होने तक के विभिन्न चरणों में मापा। उन्होंने उनके प्रजनन तंत्र के स्वास्थ्य की भी जाँच की, जिसमें नर में शुक्राणु की मात्रा और गुणवत्ता तथा मादा में अंडों की संख्या देखी गई। उन्होंने चमकते मुर्गों और अपने सामान्य, गैर-चमकते साथियों के बीच कोई अंतर नहीं पाया। ट्रांसजेनिक पक्षी उसी दर से बढ़े, उसी आकार तक पहुँचे, और सामान्य पक्षियों की तरह ही उतने ही स्वस्थ वंशज उत्पन्न किए। जीन को सफलतापूर्वक हस्तांतरित किया गया, वह स्थिर था, और इसने उन किसी भी तरीकों से पक्षी को नुकसान नहीं पहुँचाया जिन्हें वैज्ञानिक माप सकते थे।

यह अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि मुर्गियों की एक ऐसी नस्ल बनाना संभव है जिसमें एक परिभाषित आनुवंशिक परिवर्तन होता है जो पूर्णतः और सुरक्षित रूप से विरासत में मिलता है। चमकता हुआ जीन केवल एक बिंदु को सिद्ध करने के लिए एक सरल उपकरण के रूप में कार्य कर रहा था, लेकिन इसे प्राप्त करने के लिए उपयोग की गई विधि—डिश में प्रिमॉर्डियल जर्म सेल्स का हेरफेर करना और फिर उन्हें भ्रूण में वापस भेजना—पक्षियों में आनुवंशिक परिवर्तनों के व्यवहार का अध्ययन करने का एक विश्वसनीय तरीका प्रदान करती है। यह दिखाकर कि एक विशिष्ट आनुवंशिक समावेशन को विकास या प्रजनन संबंधी किसी भी पता लगाने योग्य समस्या के बिना तीन पीढ़ियों तक ट्रैक किया जा सकता है, शोधकर्ताओं ने भविष्य के कार्यों के लिए एक ठोस आधार स्थापित किया है। इस दृष्टिकोण का उपयोग भविष्य में पोल्ट्री में लाभकारी गुणों को पेश करने के लिए या दुर्लभ पक्षी प्रजातियों की आनुवंशिक सामग्री को संरक्षित करने के लिए किया जा सकता है, यह जानते हुए कि आनुवंशिक संशोधन विश्वसनीय रूप से और बिना किसी अनपेक्षित परिणाम के आगे बढ़ेंगे। यह कार्य पुष्टि करता है कि पक्षी का जर्मलाइन (germline) आनुवंशिक विरासत के लिए एक स्थिर वाहन है, जो नई जानकारी को समय के माध्यम से उतनी ही स्वाभाविक रूप से ले जाने में सक्षम है जितनी कि वह पुरानी जानकारी को ले जाता है।