A rapid protocol for high-quality RNA and DNA extraction from scyphozoan jellyfish across multiple species and life cycle stages

जेलीफिश प्राचीन जीव हैं, जो जानवरों के साम्राज्य में सबसे पुरानी वंशावलियों में से कुछ हैं, जो सैकड़ों लाखों वर्षों से महासागरों में तैर रही हैं। उनके पास एक जीवन चक्र है जो जितना विचित्र है उतना ही सुंदर भी, जो समुद्र तल से चिपके रहने वाले एक छोटे, स्थिर चरण से लेकर एक स्वतंत्र रूप से तैरने वाले, घंटी के आकार के वयस्क के बीच बदलता रहता है। वैज्ञानिक लंबे समय से इन परिवर्तनों के पीछे के आणविक रहस्यों को समझना चाहते थे, विशेष रूप से यह कि कैसे निर्देशों का एक ही सेट इतने अलग शरीर बना सकता है। ऐसा करने के लिए, शोधकर्ताओं को जेलीफिश के आनुवंशिक कोड को पढ़ने की आवश्यकता होती है, जो एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें RNA निकालना शामिल है, जो प्रोटीन बनाने के सक्रिय निर्देश ले जाने वाला एक अणु है। हालाँकि, दशकों तक, जेलीफिश के लिए यह कार्य लगभग असंभव रहा है। ये जानवर एक गाढ़े, चिपचिपे स्लाइम (बलगम) से ढके होते हैं जिसे वे लगातार पैदा करते रहते हैं। यह स्लाइम वैज्ञानिकों के लिए एक रासायनिक जाल है; यह प्रोटीन और अन्य यौगिकों से भरा होता है जो आनुवंशिक सामग्री से बंध जाते हैं, जिससे निष्कर्षण प्रक्रिया खराब हो जाती है और शोधकर्ताओं के पास केवल एक मैला, अनुपयोगी नमूना बचता है।

लंबे समय तक, जेलीफिश से पर्याप्त आनुवंशिक सामग्री प्राप्त करने का एकमात्र तरीका सैकड़ों उन्हें इकट्ठा करना था, ताकि एक एकल नमूना प्राप्त करने के लिए उन्हें एक साथ मिलाया जा सके। इस दृष्टिकोण ने विवरणों को धुंधला कर दिया, जिससे यह देखना असंभव हो गया कि व्यक्तिगत जीव या विशिष्ट जीवन चरण अपने पर्यावरण के प्रति कैसे प्रतिक्रिया कर रहे हैं। इसका मतलब यह भी था कि जो नाजुक आणविक संकेत शोधकर्ता खोज रहे थे, वे अक्सर विशाल नमूने के शोर में खो जाते थे। अन्य जानवरों से DNA और RNA निकालने के लिए उपयोग किए जाने वाले मानक उपकरण जेलीफिश के अद्वितीय रसायन विज्ञान का सामना करने पर विफल हो गए। व्यावसायिक किट, जो कई अन्य जीवों के लिए अच्छी तरह काम करती हैं, या तो जाम हो जाती थीं या खराब सामग्री देती थीं, जिससे आनुवंशिक कोड अपठनीय रह जाता था। विश्वसनीय तरीके से स्वच्छ आनुवंशिक सामग्री प्राप्त करने के बिना, इन प्राचीन तैराकों का आणविक जीव विज्ञान काफी हद तक एक रहस्य बना रहा।

नेशनल ऑटोनॉमस यूनिवर्सिटी ऑफ मेक्सिको के शोधकर्ताओं की एक टीम ने जेलीफिश से उच्च गुणवत्ता वाली आनुवंशिक सामग्री निकालने का एक नया, तेज़ तरीका विकसित करके इस समस्या को हल करने का लक्ष्य रखा, जिसमें सैकड़ों व्यक्तियों को मिलाने की आवश्यकता नहीं है। उन्होंने जेलीफिश की तीन अलग-अलग प्रजातियों पर ध्यान केंद्रित किया, जिसमें सामान्य मून जेली, उल्टा जेली (अपसाइड-डाउन जेली), और कैननबॉल जेली शामिल थे, और उन्होंने जानवरों के जीवन के हर चरण पर अपनी विधि का परीक्षण किया, सूक्ष्म लार्वा से लेकर वयस्क मेडुसा तक। उन्होंने उन सूक्ष्म शैवाल पर भी परीक्षण किया जो कुछ जेलीफिश के अंदर रहते हैं, जो इन जानवरों के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण हैं। लक्ष्य एक ऐसा प्रोटोकॉल बनाना था जो चिपचिपे म्यूकस (श्लेष्मा) को संभाल सके, हस्तक्षेप करने वाले रसायनों को हटा सके, और पीछे शुद्ध RNA और DNA छोड़ सके जिसका उपयोग विस्तृत आवंशिक अध्ययनों के लिए किया जा सके।

शोधकर्ताओं ने जेलीफिश पॉलीप्स, जो जीवन चक्र का स्थिर चरण है, पर मौजूदा विधियों का परीक्षण करके शुरुआत की। उन्होंने TRIzol नामक एक सामान्य रासायनिक मिश्रण और अन्य ऊतकों के लिए डिज़ाइन किए गए विभिन्न वाणिज्यिक किटों का उपयोग करने का प्रयास किया। इनमें से कोई भी मानक दृष्टिकोण काम नहीं आया। जो RNA उन्हें प्राप्त हुआ वह या तो पूरी तरह से नष्ट हो गया था या इतना दूषित था कि उसका उपयोग नहीं किया जा सकता था। वाणिज्यिक किट, जो अशुद्धियों को छानने के लिए सिलिका कॉलम पर निर्भर करती हैं, जेलीफिश के म्यूकस से जाम हो गईं, जिससे कोई उपयोगी आनुवंशिक सामग्री नहीं मिल सकी। यहाँ तक कि कठोर पौधों के ऊतकों के लिए डिज़ाइन किया गया एक तरीका, जिसमें रात भर फ्रीजिंग का लंबा चरण शामिल है, ने ऐसा RNA प्रदान किया जो फैला हुआ और अशुद्ध था। टीम को समझ में आया कि म्यूकस प्राथमिक बाधा थी, और मानक उपकरण आनुवंशिक सामग्री एकत्र करने से पहले इसे हटाने के लिए पर्याप्त आक्रामक नहीं थे।

इसे दूर करने के लिए, टीम ने यांत्रिक कुचलने (मैकेनिकल क्रशिंग) के साथ रासायनिक धुलाई की एक श्रृंखला को मिलाने वाला एक नया प्रोटोकॉल तैयार किया। सबसे पहले, वे तरल नाइट्रोजन में कुछ ही जेलीफिश पॉलीप्स को जमाते हैं, कभी-कभी केवल तीन या पांच, ताकि उन्हें तोड़कर अलग किया जा सके। फिर वे जमे हुए ऊतक को एक बफर समाधान और फिनोल, क्लोरोफॉर्म और आइसोअमाइल अल्कोहल के एक विशिष्ट मिश्रण के साथ मिलाते हैं। यह मिश्रण एक शक्तिशाली विलायक (सॉल्वेंट) है जो आनुवंशिक सामग्री को प्रोटीन और अन्य प्रदूषकों से अलग करता है। इसे केवल एक बार करने के बजाय, शोधकर्ता आनुवंशिक सामग्री वाले तरल स्तर को दो बार अलग करते हैं। वे आनुवंशिक सामग्री वाले तरल स्तर को सावधानी से हटाते हैं और उसे उसी रासायनिक मिश्रण के साथ दोबारा धोते हैं। यह दोहरी धुलाई का चरण अत्यंत महत्वपूर्ण है; यह धीरे-धीरे चिपचिपे प्रोटीन और शर्करा को हटा देता है जो अन्यथा नमूने को खराब कर देते।

इन दो चरणों की धुलाई के बाद, तरल को एक विशेष कॉलम के माध्यम से गुजारा जाता है जो अंतिम फिल्टर के रूप में कार्य करता है, जो शुद्ध RNA या DNA को पकड़ लेता है जबकि शेष अशुद्धियाँ बह जाती हैं। RNA के लिए, टीम एक ऐसा कॉलम उपयोग करती है जिसमें किसी भी बचे हुए DNA को हटाने का चरण शामिल है, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि नमूना जीन गतिविधि के अध्ययन के लिए स्वच्छ है। DNA के लिए, वे थोड़ा अलग कॉलम उपयोग करते हैं जो जीव के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट को कैप्चर करता है। पूरी प्रक्रिया में लगभग चार घंटे लगते हैं, जो पुराने तरीकों की तुलना में एक महत्वपूर्ण सुधार है जिनमें कई दिन लग सकते थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह नया दृष्टिकोण उनके द्वारा परीक्षण की गई सभी जेलीफिश प्रजातियों पर लगातार काम करता है, सूक्ष्म लार्वा से लेकर बड़े वयस्कों तक, और उनके भीतर रहने वाले सहजीवी शैवाल पर भी।

परिणाम आश्चर्यजनक थे। इस नई विधि का उपयोग करके निकाला गया RNA और DNA उच्च गुणवत्ता का था, जिसकी शुद्धता स्तर लगभग पूर्ण था। जब शोधकर्ताओं ने सूक्ष्मदर्शी के नीचे अपने नमूनों को देखा या उन्हें जेल के माध्यम से चलाया, तो उन्हें आनुवंशिक सामग्री के स्पष्ट, तीखे बैंड दिखाई दिए, जो यह दर्शाते थे कि अणु अखंड हैं और टूटे नहीं हैं। इसके विपरीत, विफल मानक विधियों के नमूनों में ऐसी स्पष्टता नहीं दिखी। नए प्रोटोकॉल ने उन्हें केवल कुछ ही पॉलीप्स से पर्याप्त सामग्री प्राप्त करने की अनुमति दी, जिससे सैकड़ों जानवरों को मिलाने की आवश्यकता समाप्त हो गई। इसका अर्थ है कि वैज्ञानिक अब जीवन चक्र के विशिष्ट क्षणों के दौरान, जैसे कि एक स्थिर पॉलीप से तैरने वाली जेलीफिश में नाटकीय परिवर्तन के दौरान, व्यक्तिगत जेलीफिश की आनुवंशिक गतिविधि का अध्ययन कर सकते हैं।

यह सिद्ध करने के लिए कि आनुवंशिक सामग्री वास्तव में उपयोगी थी, शोधकर्ताओं ने प्रयोगों की एक श्रृंखला में इसका परीक्षण किया। वे सफलतापूर्वक RNA को उस रूप में बदलने में सफल रहे जिसे कंप्यूटर द्वारा कॉपी और पढ़ा जा सके, जिसे रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन कहा जाता है। इसके बाद उन्होंने इस सामग्री का उपयोग विशिष्ट जीनों को प्रवर्धित (एम्प्लीफाई) करने के लिए किया, जिसमें एक ऐसा जीन भी शामिल है जो केवल तब सक्रिय होता है जब जेलीफिश अपने परिवर्तन के दौर से गुजर रही होती है। परीक्षणों ने दिखाया कि वह जीन परिवर्तन के चरणों के दौरान सक्रिय था लेकिन स्थिर पॉलीप्स और मुक्त रूप से तैरने वाले वयस्कों में शांत था, जैसा कि अपेक्षित था। इसने पुष्टि की कि निकाला गया RNA न केवल शुद्ध था बल्कि जैविक रूप से भी सटीक था, जिसने जानवर की वास्तविक आनुवंशिक गतिविधि की स्थिति को संरक्षित किया। उन्होंने यह भी पुष्टि की कि निकाला गया DNA प्रदूषण से मुक्त था, जिससे वे जेलीफिश के अपने जीनों और उसमें रहने वाले शैवाल के बीच अंतर कर सके।

यह नई विधि जेलीफिश और म्यूकस पैदा करने वाले अन्य जानवरों के अध्ययन में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करती है। चिपचिपे स्लाइम की समस्या को हल करके, शोधकर्ताओं ने विस्तृत आनुवंशिक अध्ययन के द्वार खोल दिए हैं जो पहले असंभव थे। वैज्ञानिक अब यह जांच सकते हैं कि ये जीव जलवायु परिवर्तन के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करते हैं, वे अपने अद्वितीय विष (टॉक्सिन्स) कैसे उत्पन्न करते हैं, और वे अपने भीतर होस्ट किए गए शैवाल के साथ जटिल संबंध को कैसे प्रबंधित करते हैं। प्रोटोकॉल विभिन्न प्रजातियों और जीवन चरणों पर काम करने के लिए पर्याप्त लचीला है, और इसे एक ही छोटे नमूने से दोनों RNA और DNA निकालने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। यह शोधकर्ताओं को एक जीव के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट की तुलना उसके सक्रिय आनुवंशिक निर्देशों के साथ एक ही समय में करने की अनुमति देता है, जिससे इन प्राणियों के जीवन और विकास का कहीं अधिक समृद्ध चित्र मिलता है।

इस प्रोटोकॉल की सफलता यह सुझाव देती है कि इसी दृष्टिकोण को अन्य समूहों के जानवरों पर भी लागू किया जा सकता है जो गाढ़ा म्यूकस पैदा करते हैं, जैसे कि कुछ मूंगे (कोरल) और समुद्री एनीमोन। मुख्य अंतर्दृष्टि यह थी कि म्यूकस को मानक किटों की तुलना में अधिक आक्रामक सफाई प्रक्रिया की आवश्यकता होती है, और एक सरल, बार-बार होने वाली रासायनिक धुलाई समस्या को बिना आनुवंशिक सामग्री को नुकसान पहुँचाए हल कर सकती है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि यह विधि उनके द्वारा परीक्षण की गई जेलीफिश पर अच्छी तरह काम करती है, लेकिन विभिन्न प्रजातियों के लिए आवश्यक जानवरों की सटीक संख्या थोड़ी भिन्न हो सकती है, लेकिन मूल चरण समान रहते हैं। यह विश्वसनीयता इस बात का प्रमाण है कि इन प्राचीन जीवों के अध्ययन की बाधा को कम कर दिया गया है, जिससे आणविक अनुसंधान के एक नए युग की अनुमति मिली है जो अंततः जेलीफिश के जीवन चक्र की जटिलता के साथ तालमेल बिठा सकता है।

इस कार्य को मैक्सिकन अनुसंधान संस्थानों के अनुदानों द्वारा समर्थित किया गया था, और टीम ने इस बात पर जोर दिया कि उनकी विधियाँ पशु अनुसंधान के सख्त नैतिक दिशानिर्देशों का पालन करती हैं। उन्होंने पुष्टि की कि अध्ययन में उपयोग की जाने वाली जेलीफिश प्रजातियां लुप्तप्राय नहीं हैं और सभी प्रयोग स्वीकृत प्रोटोकॉल के तहत किए गए थे। जेलीफिश से आनुवंशिक सामग्री निकालने की प्रक्रिया को तेज़, स्वच्छ और अधिक विश्वसनीय बनाकर, यह अध्ययन दुनिया भर के वैज्ञानिकों के लिए एक व्यावहारिक उपकरण प्रदान करता है। यह एक कठिन, अक्सर निराशाजनक कार्य को एक नियमित प्रक्रिया में बदल देता है, जिससे इन रहस्यमय और पारिस्थितिक रूप से महत्वपूर्ण जानवरों की जीव विज्ञान की गहरी समझ संभव हो पाती है। सैकड़ों जीवों के बजाय एक एकल जेलीफिश के आनुवंशिक कोड को पढ़ने की क्षमता, इन प्राचीन तैराकों के विज्ञान को स्पष्ट फोकस में लाती है, जिससे उन आणविक तंत्रों का पता चलता है जिन्होंने उन्हें आधे अरब वर्षों तक जीवित रहने और फलने-फूलने में सक्षम बनाया है।