Integrative genome and transcriptome mining identifies a diverse repertoire of cyclooxygenase/prostaglandin- endoperoxide synthase-like candidates in Porifera
व्यापक जीनोमिक और ट्रांसक्रिप्टोमिक डेटा को एकीकृत करते हुए, यह अध्ययन पोरिफेरा (Porifera) में साइक्लोऑक्सीजिनेज/प्रोस्टाग्लैंडिन-एंडोपेरॉक्साइड सिंथेज़-समान उम्मीदवारों के एक विविध संग्रह की पहचान करता है, जो उनकी अनुपस्थिति की पिछली धारणाओं को चुनौती देता है और यह सुझाव देता है कि इस एंजाइम वंशावली की उत्पत्ति स्पंज, नाइडेरिया (cnidarians) और द्विपक्षीय जीवों (bilaterians) के अंतिम सामान्य पूर्वज में हुई थी।
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अरबों वर्षों से, जानवर सूजन (इन्फ्लेमेशन), रक्त प्रवाह और प्रजनन को प्रबंधित करने के लिए एक परिष्कृत रासायनिक भाषा पर निर्भर रहे हैं। इस प्रणाली के केंद्र में साइक्लोऑक्सीजिनेज (cyclooxygenases) नामक एंजाइम हैं। इन एंजाइमों को ऐसे विशिष्ट आणविक मशीनों के रूप में समझें जो कोशिका झिल्ली में पाए जाने वाले एक सामान्य फैटी एसिड को प्रोस्टाग्लैंडिन्स (prostaglandins) नामक शक्तिशाली संकेतक अणुओं में बदल देते हैं। ये संकेत शरीर को बताते हैं कि कब घाव को भरना है, कब संक्रमण से लड़ना है, या कब प्रजनन चक्र को सक्रिय करना है। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों का मानना था कि ये मशीनें एक अपेक्षाकृत हालिया आविष्कार थीं, जो केवल कशेरुकी (vertebrates) और शायद कुछ मूंगे (corals) जैसे जटिल जानवरों में ही दिखाई देती थीं। तर्क सरल था: जानवरों के वंशावली वृक्ष की शुरुआती शाखाओं, जैसे कि स्पंज (sponges), में इन एंजाइमों के लिए पूर्णतः जेनेटिक ब्लूप्रिंट की कमी प्रतीत होती थी। यदि स्पंज, जिनका अस्तित्व सैकड़ों मिलियन वर्षों से है, उनमें ये नहीं थे, तो इसका अर्थ था कि यह मशीनरी बाद में विकसित हुई, जब स्पंज पहले ही शेष प्राणी जगत से अलग हो चुके थे।
इस धारणा को अब स्पंज के जेनेटिक कोड की एक व्यापक खोज द्वारा चुनौती दी गई है। सेबास्टियानो स्किबेली (Sebastiano Scibelli) नामक एक शोधकर्ता ने, स्वतंत्र रूप से कार्य करते हुए, पहले से कहीं अधिक गहराई से देखने का निर्णय लिया। केवल कुछ बिखरे हुए अनुक्रमों पर निर्भर रहने के बजाय, उन्होंने डेटा का एक विशाल संग्रह एकत्र किया, जिसमें 213 विभिन्न स्पंज प्रजातियों के पूर्ण जेनेटिक ब्लूप्रिंट और हजारों आरएनए (RNA) अनुक्रम शामिल थे जो यह दर्शाते हैं कि कौन से जीन सक्रिय हैं। फिर उन्होंने साइक्लोऑक्सीजिनेज एंजाइमों को परिभाषित करने वाले विशिष्ट पैटर्न को खोजने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर टूल का उपयोग किया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या इन आणविक मशीनों के जेनेटिक सिग्नेचर स्पंज जीनोम में छिपे हुए हैं, जो शायद लाखों वर्षों के विकासवादी परिवर्तन के कारण छिप गए हों।
यह खोज अत्यंत कठोर थी। शोधकर्ता ने केवल एक मिलान नहीं खोजा; बल्कि उन्होंने एक बहुस्तरीय सत्यापन प्रणाली बनाई। उन्होंने स्पंज के जेनेटिक अनुक्रमों की तुलना अन्य जानवरों के ज्ञात एंजाइमों से की, उन विशिष्ट संरचनात्मक भागों की जांच की जो एंजाइम को कार्य करने में सक्षम बनाते हैं, और यह सत्यापित किया कि जीन वास्तव में कोशिका द्वारा पढ़े जा रहे हैं या नहीं। उन्होंने जीनों की भौतिक संरचना की भी जांच की, यह सुनिश्चित करते हुए कि उनमें खंडों की सही संख्या है और आरएनए साक्ष्य डीएनए भविष्यवाणियों से मेल खाते हैं। इस सावधानीपूर्वक फ़िल्टरिंग प्रक्रिया ने लाखों संभावित मिलानों को अत्यधिक विश्वसनीय उम्मीदवारों के एक समूह तक सीमित कर दिया। परिणाम स्वरूप 67 व्यापक जेनेटिक मॉडल मिले, जिन्हें आगे 47 विशिष्ट स्थानों में परिष्कृत किया गया। इनमें से 15 उम्मीदवार सबसे मजबूत साक्ष्य के रूप में उभरे, जिनमें सभी आवश्यक संरचनात्मक विशेषताएं मौजूद थीं और आरएनए डेटा द्वारा पुष्टि की गई थी कि वे वास्तविक, अखंड जीन हैं, हालांकि इनमें से कुछ मॉडलों ने प्रत्यक्ष समान-प्रजाति आरएनए समर्थन के बजाय यूकेरियोटिक संदर्भ (eukaryotic context) पर भरोसा किया।
ये निष्कर्ष बताते हैं कि स्पंजों के पास वास्तव में साइक्लोऑक्सीजिलेज एंजाइमों के लिए जेनेटिक मशीनरी मौजूद है, लेकिन वे मनुष्यों या अन्य जटिल जानवरों में पाए जाने वाले संस्करणों से भिन्न दिखते हैं। शोधकर्ता ने 18 प्रमुख उम्मीदवारों की पहचान की जिन्होंने एंजाइम को कार्य करने के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण मुख्य घटकों को बरकरार रखा। हालांकि, इन स्पंज संस्करणों में एंजाइम के उन हिस्सों में भिन्नता देखी गई जो इसके लक्षित अणु को पकड़ने के तरीके को नियंत्रित करते हैं। इनमें से कुछ विविधताओं से पता चलता है कि ये एंजाइम जटिल जानवरों के समकक्षों की तुलना में अलग प्रकार के संकेत उत्पन्न कर सकते हैं या थोड़े अलग तरीके से काम कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ स्पंज एंजाइमों में उस "चैनल" में परिवर्तन देखा गया जहाँ फैटी एसिड प्रवेश करता है, जिससे अंतिम उत्पाद का आकार बदल सकता है। यह दर्शाता है कि जबकि बुनियादी उपकरण मौजूद है, स्पंज ने इसे अपनी अनूठी जैविक आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित (customize) किया होगा।
अध्ययन से यह भी पता चला कि ये जीन केवल दुर्लभ विसंगतियां नहीं हैं; वे विभिन्न प्रकार के स्पंजों में व्यापक रूप से फैले हुए हैं। शोधकर्ता को 22 विभिन्न प्रजातियों में इन जीनों के साक्ष्य मिले, जिनमें तीन प्रमुख स्पंज समूहों के प्रतिनिधि शामिल थे। कुछ प्रजातियों में, उन्होंने एक ही जीनोम में एक साथ रहने वाले जीन के कई संस्करण भी पाए, जो यह सुझाव देता है कि स्पंज समय के साथ इन जीनों को दोगुना (duplicate) और विविध बना रहे हैं। यह विविधता इंगित करती है कि ये जीन कोई संयोग या किसी अन्य जीव का संदूषण (contamination) नहीं हैं, बल्कि स्पंज के वास्तविक जैविक टूलकिट का हिस्सा हैं।
शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि यह खोज जीवन के इतिहास में इन एंजाइमों के प्रकट होने के समय के बारे में हमारी समझ को बदल देती है। चूंकि स्पंज जानवरों की वंशावली के सबसे पुराने जीवित जीवित शाखा हैं, इसलिए उनमें इन जीनों का मिलना यह दर्शाता है कि यह मशीनरी सभी जानवरों के साझा पूर्वज (common ancestor) में मौजूद रही होगी, जिसमें स्पंज, मूंगे और मनुष्य शामिल हैं। यह साइक्लोऑक्सीजिनेज वंश की उत्पत्ति को पहले के अनुमान की तुलना में सैकड़ों मिलियन वर्ष पीछे धकेल देता है। यह सुझाव देता है कि इन महत्वपूर्ण रासायनिक संकेतों को बनाने की क्षमता एक मौलिक गुण था जिसे सभी जानवरों ने विरासत में प्राप्त किया था, न कि यह बाद का आविष्कार था।
हालांकि, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक यह भी स्पष्ट करते हैं कि यह अध्ययन क्या सिद्ध नहीं करता है। यद्यपि जेनेटिक साक्ष्य मजबूत है, लेकिन इन स्पंज एंजाइमों की वास्तविक रासायनिक गतिविधि का प्रयोगशाला में परीक्षण अभी तक नहीं किया गया है। यह अध्ययन पुष्टि करता है कि जीन वहां मौजूद हैं और वे साइक्लोऑक्सीजिनेज की तरह दिखते हैं, लेकिन यह यह नहीं दिखाता है कि वे सफलतापूर्वक प्रोस्टाग्लैंडिन्स का उत्पादन करते हैं या वे मानव संस्करणों की तरह बिल्कुल वैसा ही कार्य करते हैं। विज्ञान के लिए अगला कदम इन जेनेटिक उम्मीदवारों को प्रयोगशाला में परीक्षण करना है ताकि यह देखा जा सके कि वे वास्तव में कौन से रासायनिक संकेत बनाते हैं। तब तक, यह खोज जीव विज्ञान के वंशावली वृक्ष के एक शक्तिशाली संशोधन के रूप में खड़ी है, जो यह प्रकट करती है कि हमारे स्वयं के सूजन और प्रजनन तंत्र की जेनेटिक जड़ें हमारी कल्पना से कहीं अधिक गहरी और प्राचीन हैं।
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