Precise templated editing using endogenous DNA polymerases
यह शोध पत्र THOR को प्रस्तुत करता है, जो एक CRISPR-Cas9 आधारित तकनीक है जो विविध लक्ष्यों और सेल मॉडलों में सटीक, बाह्य-पॉलीमरेज़-मुक्त जीनोम संपादन के लिए एंडोजेनस डीएनए पॉलीमरेज़ को नियुक्त करने हेतु डीएनए-पूँछ वाले गाइड्स का उपयोग करती है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। यह एक ऐसे प्रीप्रिंट की AI से तैयार की गई व्याख्या है जिसकी अभी सहकर्मी समीक्षा नहीं हुई है। यह चिकित्सकीय सलाह नहीं है। इस सामग्री के आधार पर स्वास्थ्य संबंधी फैसले न लें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
मानव जीनोम को अक्सर निर्देशों के एक विशाल पुस्तकालय के रूप में वर्णित किया जाता है, जो एक रासायनिक कोड में लिखा गया है जो यह निर्धारित करता है कि हमारा शरीर कैसे विकसित होता है और कार्य करता है। कभी-कभी, इस कोड में एक अक्षर गलत होता है, जिससे बीमारी होती है। वर्षों से, वैज्ञानिक इन त्रुटियों को खोजने और ठीक करने के लिए उपकरण विकसित कर रहे हैं, जिसे जीनोम एडिटिंग (जीनोम संपादन) के रूप में जाना जाता है। इनमें से सबसे प्रसिद्ध उपकरण एक आणविक कैंची की तरह कार्य करता है, जो डीएनए को एक विशिष्ट स्थान पर काटता है। एक बार कट लगने के बाद, कोशिका की प्राकृतिक मरम्मत प्रणाली स्ट्रैंड्स को वापस जोड़ने के लिए सक्रिय हो जाती है। हालाँकि, यह प्राकृतिक मरम्मत प्रक्रिया अक्सर अव्यवस्थित होती है, जिससे यादृच्छिक विलोपन (deletions) या प्रविष्टियाँ (insertions) हो सकती हैं जो लाभ से अधिक हानि पहुँचा सकती हैं। सटीक सुधार प्राप्त करने के लिए, वैज्ञानिकों को पहले सीधे डीएनए पर एक सही टेम्पलेट की प्रतिलिपि बनाने के लिए अपने स्वयं के विशिष्ट एंजाइम लाने पड़ते थे। इसने जटिलता की एक परत जोड़ दी थी, जिससे उपकरण बड़े और कोशिकाओं में पहुँचाने में कठिन हो गए थे। शोधकर्ताओं के लिए केंद्रीय प्रश्न यह था कि क्या कोशिका की अपनी आंतरिक मशीनरी, जिसका उपयोग वह अपने आनुवंशिक पदार्थ की प्रतिलिपि बनाने और मरम्मत करने के लिए प्रतिदिन करती है, अतिरिक्त बाहरी एंजाइमों की आवश्यकता के बिना इस सटीक संपादन कार्य को करने के लिए प्रेरित की जा सकती है।
एस्ट्रजेनेका (AstraZeneca) और सहयोगी संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए 'थोर' (THOR) नामक एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है, जिसका अर्थ है 'टेम्पलेट होमोलॉजी-ओरिएंटेड रिपेयर' (Template Homology-Oriented Repair)। एक विदेशी एंजाइम पर सुधार की प्रतिलिपि बनाने के लिए निर्भर रहने के बजाय, यह विधि एक संशोधित गाइड अणु का उपयोग करती है जो अपने अंत में डीएनए का एक छोटा टुकड़ा लेकर चलता है। जब गाइड जीनोम में अपने लक्ष्य को पाता है, तो यह एक छोटा सा कट या 'निक' (nick) बनाता है। जुड़ा हुआ डीएनए का टुकड़ा फिर एक 'प्राइमर' के रूप में कार्य करता है, जो कोशिका के अपने प्राकृतिक डीएनए पॉलीमरेज़ (DNA polymerases)—वे एंजाइम जो कोशिका के पास पहले से ही मौजूद हैं और सामान्य रखरखाव के लिए उपयोग किए जाते हैं—को गाइड से जीनोम पर वांछित संपादन की प्रतिलिपि बनाने के लिए जुड़ने के लिए आमंत्रित करता है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि यह प्रणाली मानव कोशिकाओं में प्रभावी ढंग से कार्य करती है, और बिना किसी बाहरी प्रतिलिपि बनाने वाले एंजाइम की आपूर्ति के कई स्थानों पर विशिष्ट आनुवंशिक परिवर्तन सफलतापूर्वक स्थापित करती है। यह निष्कर्ष बताता है कि यदि कोशिका के आंतरिक मरम्मत उपकरणों को सही शुरुआती बिंदु दिया जाए, तो वे सटीक संपादन करने के लिए पर्याप्त हैं।
टीम ने अपने नए 'थोर' सिस्टम की तुलना मौजूदा विधियों से करके इस अवधारणा का परीक्षण किया जो 'रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज' (reverse transcriptase) पर निर्भर करती हैं, जो आरएनए (RNA) की डीएनए (DNA) में प्रतिलिपि बनाती है। अपने प्रयोगों में, उन्होंने प्रयोगशाला में विकसित मानव कोशिकाओं का उपयोग किया और सिकल सेल रोग से जुड़े कई अलग-अलग जीन को लक्षित किया। उन्होंने पाया कि 'थोर' प्रणाली, जो कोशिका के अपने डीएनए पॉलीमरेज़ का उपयोग करती है, सर्वोत्तम मौजूदा उपकरणों के समान सटीकता के स्तर के साथ सटीक संपादन स्थापित कर सकती है। महत्वपूर्ण रूप से, क्योंकि इस प्रणाली को एक जटिल बाहरी एंजाइम की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए गाइड अणु का निर्माण और पैकेजिंग करना सरल है। शोधकर्ताओं ने यह भी देखा कि इस पद्धति ने एक विशिष्ट प्रकार के अवांछित उपोत्पाद (byproduct) से बचाव किया जो अन्य प्रणालियों में देखा जाता है, जहाँ गाइड अणु के कुछ हिस्से गलती से जीनोम में कॉपी हो जाते हैं। गाइड पर डीएनए की पूंछ (tail) का उपयोग करके, यह प्रणाली सुनिश्चित करती है कि कोशिका के प्राकृतिक एंजाइम निर्देश के अंत तक पहुँचते ही प्रतिलिपि बनाना बंद कर दें, जिससे ये त्रुटियां रुक जाती हैं।
आगे की जांच से पता चला कि विभिन्न स्थितियों और विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में यह प्रणाली कैसे व्यवहार करती है। शोधकर्ताओं ने रक्त स्टेम कोशिकाओं (blood stem cells) में इस पद्धति का परीक्षण किया, जो रक्त विकारों के उपचार के लिए महत्वपूर्ण हैं, और पाया कि यह तकनीक अच्छी तरह से काम करती है, विशेष रूप से जब संपादन होने से पहले कोशिकाओं को बढ़ने के लिए उत्तेजित किया जाता है। उन्होंने यह भी पता लगाया कि क्या कोशिका के अव्यवस्थित मरम्मत मार्गों को रोकने के लिए रासायनिक अवरोधकों (inhibitors) को जोड़ने से संपादन की गुणवत्ता में सुधार किया जा सकता है। उन्होंने पाया कि कुछ मरम्मत एंजाइमों को रोकने से सटीक संपादन का अनुपात बढ़ गया, जिससे परिणाम अधिक स्वच्छ हो गया। हालाँकि, उन्होंने यह भी पाया कि यह प्रणाली कोशिका के भीतर उपलब्ध निर्माण खंडों (building blocks) के संबंध में अन्य उपकरणों की समान सीमाओं से ग्रस्त नहीं है, जो बताता है कि यह विभिन्न कोशिकीय वातावरणों में सुदृढ़ है। टीम ने लिपिड नैनोपार्टिकल्स (lipid nanoparticles)—कोशिकाओं में आनुवंशिक सामग्री ले जाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सूक्ष्म वसा के बुलबुले—का उपयोग करके इस प्रणाली को वितरित करने का भी परीक्षण किया, और पुष्टि की कि यह विधि तब भी कार्यात्मक रहती है जब इसे सीधे कोशिका में इंजेक्ट नहीं किया जाता है, हालांकि इसकी दक्षता प्रत्यक्ष इंजेक्शन की तुलना में थोड़ी कम थी।
हालाँकि नई विधि बहुत आशाजनक दिखती है, शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि यह हर स्थिति में सभी मौजूदा उपकरणों का पूर्ण विकल्प नहीं है। जीनोम के कुछ विशिष्ट स्थानों में, यह प्रणाली अन्य विधियों की तुलना में कम कुशल थी, और संपादन के प्रकार के आधार पर इसका प्रदर्शन भिन्न था। अध्ययन सुझाव देता है कि इस पद्धति की सफलता काफी हद तक गाइड अणु के विशिष्ट डिजाइन और गाइड तथा कोशिका के प्राकृतिक एंजाइमों के बीच की अंतःक्रिया पर निर्भर करती है। शोधकर्ताओं ने यह भी बताया कि गाइड अणु की स्थिरता में सुधार किया जा सकता है ताकि प्रणाली को और भी अधिक प्रभावी बनाया जा सके। कुल मिलाकर, यह कार्य सटीक जीनोम संपादन के लिए एक नया मार्ग स्थापित करता है जो कोशिका की अपनी जीव विज्ञान के विरुद्ध लड़ने के बजाय उसका लाभ उठाता है। यह सिद्ध करके कि एंडोजेनस डीएनए पॉलीमरेज़ को सटीक टेम्पलेटेड संपादन करने के लिए निर्देशित किया जा सकता है, यह अध्ययन सटीक आनुवंशिक त्रुटियों को ठीक करने के लिए सरल, अधिक बहुमुखी उपकरणों के द्वार खोलता है, जिससे भविष्य में इन उपचारों को विकसित करना और पहुँचाना आसान हो सकता है।
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