Identification and applicability of azg1 as counter-selectable marker in Trichoderma species

कवक (फंगी) हमारी दुनिया के अदृश्य इंजीनियर हैं, जो मृत पदार्थों को तोड़ते हैं, पौधों को पोषण देते हैं, और कभी-कभी बीमारियों से लड़ते भी हैं। इनमें से, ट्राइकोडर्मा (Trichoderma) नामक एक समूह ने एक विशेष प्रतिष्ठा अर्जित की है। ये सूक्ष्म जीव अन्य कवक के प्राकृतिक शिकारी हैं, जो उन्हें उन किसानों के लिए मूल्यवान उपकरण बनाते हैं जो कठोर रसायनों का उपयोग किए बिना फसलों की रक्षा करना चाहते हैं। वे औद्योगिक शक्ति केंद्र भी हैं, जो ऐसे एंजाइमों का उत्पादन करते हैं जो लकड़ी को कागज या जैव ईंधन में बदलने में मदद करते हैं। इन लाभकारी कवकों का अधिकतम लाभ उठाने के लिए, वैज्ञानिकों को उनके जीव विज्ञान को गहराई से समझने की आवश्यकता होती है, जिसके लिए अक्सर उनके जेनेटिक कोड को फिर से लिखना पड़ता है। हालाँकि, ट्राइकोडर्मा के डीएनए को संपादित करना आश्चर्यजनक रूप से कठिन रहा है। अन्य अच्छी तरह से अध्ययन किए गए कवकों के विपरीत, ट्राइकोडर्मा की प्रजातियां स्वाभाविक रूप से सख्त होती हैं। वे कृषि रसायनों से सोंधी मिट्टी में जीवित रहने के लिए विकसित हुई हैं, जिसका अर्थ है कि वे अक्सर प्रयोगशाला में उन्हें नियंत्रित करने के लिए वैज्ञानिकों द्वारा उपयोग किए जाने वाले मानक "स्टॉप" संकेतों को अनदेखा कर देती हैं। यह प्रतिरोध नए जीन डालने या पुराने हटाने को कठिन बना देता है, जिससे शोधकर्ताओं के पास इन जीवों का अध्ययन करने या उन्हें सुधारने के लिए सीमित उपकरणों का सेट रह जाता है।

ऑस्ट्रिया के इनसब्रुक विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस हठ को दरकिनार करने का एक तरीका खोज लिया है। उन्होंने ट्राइकोडर्मा के भीतर एक विशिष्ट जेनेटिक स्विच की खोज की जिसे बंद किया जा सकता है ताकि कवक को एक हानिरहित रसायन के प्रति संवेदनशील बनाया जा सके, और फिर सटीक जेनेटिक एडिटिंग के लिए इसे वापस चालू किया जा सके। उनकी सफलता की कुंजी 8-एज़ाग्वानिन (8-azaguanine) नामक एक यौगिक थी। अपनी प्राकृतिक अवस्था में, कवक इस पदार्थ के प्रति प्रतिरोधी होता है। लेकिन शोधकर्ताओं ने एक जीन की पहचान की, जिसे उन्होंने azg1 नाम दिया, जो एक दरवाजे की तरह कार्य करता है, जो रसायन को कोशिका के अंदर जाने देता है। जब यह दरवाजा खुला होता है, तो रसायन अंदर आता है और कवक की वृद्धि को रोक देता है। टीम ने एक आधुनिक जीन-एडिटिंग टूल का उपयोग करके इस दरवाजे को बंद करने के लिए azg1 जीन को हटा दिया। परिणाम स्वरूप एक ऐसा कवक प्राप्त हुआ जो इस रसायन को अंदर नहीं ले जा सकता था, जिससे वह इस जहर के प्रति पूरी तरह से प्रतिरक्षित हो गया। यह प्रतिरक्षा उनके नए चयन उपकरण (selection tool) के रूप में काम आई। कवक को इस रसायन वाले प्लेट पर उगाकर, वे निश्चित हो सकते थे कि जीवित बचा हुआ कोई भी कवक वास्तव में अपने azg1 जीन को सफलतापूर्वक हटा चुका है।

इस नई विधि के साथ, वैज्ञानिकों ने प्रदर्शित किया कि वे कैसे हटाए गए जीन द्वारा छोड़ी गई खाली जगह का उपयोग नए जेनेटिक निर्देशों के लिए एक सटीक डॉकिंग स्टेशन के रूप में कर सकते हैं। उन्होंने इस स्थान पर एक चमकता हुआ हरा प्रोटीन डाला, और कवक चमक उठा, जिससे सिद्ध हुआ कि नया जीन ठीक वहीं पहुँचा जहाँ वे चाहते थे। यह दृष्टिकोण पिछले तरीकों की तुलना में कहीं अधिक लचीला है, जो अक्सर एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन पर निर्भर करते थे जिन्हें केवल एक बार ही उपयोग किया जा सकता था। यहाँ, शोधकर्ता azg1 जीन को हटा सकते हैं, एक नया टूल डाल सकते हैं, और फिर संभावित रूप से उसी स्थान का उपयोग किसी अन्य प्रयोग के लिए कर सकते हैं। उन्होंने इस प्रणाली का परीक्षण न केवल अपने प्राथमिक मॉडल, ट्राइकोडरमा एट्रोविरिड (Trichoderma atroviride) पर किया, बल्कि ट्राइकोडरमा रीसी (Trichoderma reesei) सहित कई अन्य संबंधित प्रजातियों पर भी किया, जो अपने औद्योगिक उपयोग के लिए प्रसिद्ध है। हर मामले में, रणनीति सफल रही, जिससे पता चलता है कि यह जेनेटिक "डॉकिंग पोर्ट" इस वंश (genus) में एक सार्वभौमिक विशेषता है।

टीम ने केवल यह सिद्ध करने तक ही नहीं रुक गई कि विधि काम करती है; उन्होंने इस कवक की नई क्षमताओं के निर्माण के लिए इसका उपयोग किया। सबसे पहले, उन्होंने कवक को एक अलग रसायन, 5-फ्लोरोसाइटोसिन (5-fluorocytosine) के प्रति संवेदनशील बनाने का प्रयास किया, जिसे वह सामान्यतः अनदेखा कर देता है। उन्होंने एक अलग प्रकार के कवक से एक जीन डाला जो एक चाबी की तरह कार्य करता है, जो इस रसायन को संसाधित करने की क्षमता को अनलॉक करता है। एक बार जब यह नया जीन स्थापित हो गया, तो ट्राइकोडर्मा इस रसायन के प्रति असुरक्षित हो गया, जिससे दूसरे प्रकार के जेनेटिक चयन का मार्ग खुल गया। इसके बाद, उन्होंने एक ऐसी प्रणाली का परीक्षण किया जो वैज्ञानिकों को डॉक्सीसाइक्लिन (doxycycline) नामक एक सामान्य एंटीबायोटिक का उपयोग करके जीन को लाइट स्विच की तरह चालू और बंद करने की अनुमति देती है। अपने नए जेनेटिक डॉकिंग स्टेशन में इस स्विच को रखकर, उन्होंने सफलतापूर्वक एक ऐसा कवक बनाया जो इस बात पर निर्भर करता है कि उसके भोजन में कितना एंटीबायोटिक मिलाया गया है—वह अधिक या कम चमकता है। अंत में, उन्होंने कई अलग-अलग रंगों के चमकते हुए प्रोटीन स्थापित किए, जिससे शोधकर्ताओं को सूक्ष्मदर्शी के नीचे कवक की गतिविधियों और संरचनाओं को ट्रैक करने के लिए रंगों का एक नया पैलेट मिला।

यह कार्य लाभकारी कवकों के अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण प्रगति है। कवक की रक्षा प्रणाली में एक प्राकृतिक कमजोरी की पहचान करके और उसे एक उपकरण में बदलकर, शोधकर्ताओं ने ट्राइकोडरमा के जीनोम को संपादित करने का एक विश्वसनीय, पुन: प्रयोज्य और सौम्य तरीका प्रदान किया है। निष्कर्ष बताते हैं कि azg1 जीन न केवल चयन के लिए एक लक्ष्य है, बल्कि जीनोम में एक तटस्थ स्थान है जहाँ कवक की प्राकृतिक क्षमताओं को नुकसान पहुँचाए बिना नए गुण जोड़े जा सकते हैं। कवक ने अपनी प्राकृतिक क्षमताओं में बदलाव के बिना वैसे ही बढ़ना, अन्य सूक्ष्मजीवों से लड़ना और पर्यावरण के प्रति प्रतिक्रिया करना जारी रखा। यह स्थिरता कृषि या उद्योग में उपयोग किए जाने वाले किसी भी जीव के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि यह प्रणाली कई प्रजातियों में काम करती है, जो इन जीवों को इंजीनियर करने के लिए एक मानकीकृत तरीका प्रदान करती है जो पहले गायब था। हालांकि यह देखने के लिए कि यह जटिल वास्तविक दुनिया के वातावरण में कितनी अच्छी तरह टिकता है, और अधिक परीक्षण की आवश्यकता है, यह अध्ययन भविष्य के जेनेटिक इंजीनियरिंग के लिए एक ठोस आधार स्थापित करता है, जो संभावित रूप से फसलों के लिए बेहतर जैविक नियंत्रण और अधिक कुशल औद्योगिक प्रक्रियाओं की ओर ले जा सकता है।