भारतीय वैज्ञानिक द्वारा निर्मित जीन-एडिटिंग उपकरण

संदर्भ

CSIR-इंस्टिट्यूट ऑफ जीनोमिक्स एंड इंटीग्रेटिव बायोलॉजी, नई दिल्ली और एल. वी. प्रसाद आई इंस्टिट्यूट के शोधकर्ताओं ने एक एंजाइम का नया संस्करण तैयार किया है, जो CRISPR आधारित तकनीक को और अधिक सटीक बना सकता है। 

शोध के बारे में

• शोधकर्ता फ्रांसिसेला नोविसिडा बैक्टीरिया (Francisella novicida bacteria- FnCas9) से Cas9 एंजाइमों की खोज कर रहे हैं और FnCas9 के नए संस्करणों को संशोधित एवं इंजीनियर कर रहे हैं। 
• उद्देश्य: CRISPR-Cas9 प्रणाली के ‘ऑफ-टारगेट’ प्रभावों की समस्या पर नियंत्रण पाना, जिससे यह इच्छित भाग के अलावा जीनोम के अन्य भागों को भी पहचान सके एवं काट सके। 
  • स्ट्रेप्टोकोकस पायोजेन्स बैक्टीरिया से प्राप्त SpCas9 एंजाइम का उपयोग करते समय ऐसे “ऑफ-टारगेट” प्रभाव अधिक आम हैं।
• प्रक्रिया: शोधकर्ताओं ने FnCas9 में अमीनो एसिड के साथ प्रयोग किया, जो मेजबान जीनोम पर PAM अनुक्रम को पहचानता है और उसके साथ अंतःक्रिया करता है, ताकि PAM अनुक्रम के साथ Cas प्रोटीन बंधुता को बढ़ाया जा सके। 
  • इसके बाद Cas9 अधिक मजबूत स्वरूप में DNA पर स्थित होता है, और जीन एडिटिंग अधिक प्रभावी हो जाता है। 
• प्रयोग
• • जीन एडिटिंग में सटीकता: शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में निर्मित मानव गुर्दे और आँख की कोशिकाओं के जीनोम को संपादित करने के लिए उन्नत FnCas9 का उपयोग किया। एंजाइम ने न केवल इन कोशिकाओं में जीन को SpCas9 की तुलना में बेहतर दर पर संपादित किया, बल्कि इसने नगण्य ऑफ-टारगेट प्रभाव भी दिखाया। 
  • आनुवंशिक विकारों का उपचार: शोधकर्ताओं ने एक आनुवंशिक उत्परिवर्तन को ठीक करने में एंजाइम की दक्षता का परीक्षण किया, जो लेबर जन्मजात अमोरोसिस टाइप 2 (LCA2) का कारण बनता है, जो वंशानुगत अंधेपन का एक रूप है। 
    • लेबर जन्मजात अमोरोसिस टाइप 2: RPE65 जीन में एक एकल उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप रेटिनल पिगमेंट एपिथीलियल-स्पेसिफिक (RPE65) नामक प्रोटीन की अभिव्यक्ति की हानि होती है, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर दृष्टि हानि होती है।
  • भविष्य का दायरा: टीम का अगला कार्य प्रणाली को विभिन्न वितरण विधियों के अनुकूल बनाने के साथ-साथ enFnCas9 के आकार को कम करने पर काम करना है। 
    • प्रौद्योगिकी का विस्तार (Scaling up the Technology): टीम की योजना भारतीय कंपनियों को प्रौद्योगिकी का लाइसेंस देकर विभिन्न आनुवंशिक विकारों के लिए चिकित्सीय समाधान का विस्तार और निर्माण करने की है। 

महत्त्व

• जीन एडिटिंग के लिए विस्तारित दायरा (Enlarged Scope for Gene Editing): शोधकर्ताओं ने उन्नत FnCas9 को और अधिक लचीला बनाया तथा जीनोम के अन्यथा कठिन क्षेत्रों को संपादित किया, जिससे जीन एडिटिंग के लिए और अधिक रास्ते खुल गए। 
• पहचान एवं सटीकता: एक उन्नत FnCas9 आधारित निदान, FnCas9 की तुलना में लगभग दोगुने परिवर्तनों को लक्षित कर सकता है, जिससे अधिक रोग पैदा करने वाले आनुवंशिक परिवर्तनों का पता लगाने की गुंजाइश बढ़ जाती है। 
• आनुवंशिक अंधेपन की स्थिति के उपचार में प्रभावी उपकरण: शोधकर्ताओं ने RPE65 प्रोटीन के निम्न स्तर के लिए जिम्मेदार उत्परिवर्तन को ठीक करने के लिए उन्नत FnCas9 एंजाइम के साथ एक CRISPR प्रणाली प्रदान की। 
  • जब संपादित कोशिकाओं को अनुक्रमित किया गया तो पाया गया कि CRISPR उपकरण ने उत्परिवर्तन को ठीक कर दिया था तथा RPE65 प्रोटीन का स्तर सामान्य दिखा। 
  • कुछ रिपोर्टों से पता चलता है कि ऐसी व्यक्ति-विशिष्ट रेटिना कोशिकाओं को LCA2 जैसी वंशानुगत अंधेपन की स्थिति के इलाज के लिए किसी व्यक्ति में वापस प्रत्यारोपित किया जा सकता है।
• सस्ती चिकित्सा पद्धति के लिए अवसर (Avenues for Affordable Therapeutics): इस तरह के उच्च परिशुद्धता संपादक के लिए स्वदेशी बौद्धिक संपदा, भारत को निम्न और मध्यम आय वाले देशों के लोगों के लिए सस्ती लागत पर नई चिकित्सा पद्धति विकसित करने के लिए बेहतर स्थिति में रखती है। 

जीन (Genes) के बारे में जीन आनुवंशिकता की मूलभूत भौतिक और कार्यात्मक इकाई है, जो माता-पिता से बच्चे में स्थानांतरित होती है। जीन DNA के अनुक्रमों से बने होते हैं और कोशिकाओं के केंद्रक में गुणसूत्रों पर विशिष्ट स्थानों पर एक के बाद एक व्यवस्थित होते हैं। बेस पेयर: DNA में मौजूद जानकारी जेनेटिक बिल्डिंग ब्लॉक में एनकोड होती है, जिसे बेस पेयर कहते हैं। मनुष्यों में, जीन का आकार कुछ सौ DNA बेस पेयर से लेकर 2 मिलियन से अधिक बेस पेयर तक होता है।  कार्य: इनमें विशिष्ट प्रोटीन बनाने के लिए जानकारी होती है, जो किसी विशेष शारीरिक विशेषता या गुण की अभिव्यक्ति को जन्म देती है, जैसे बालों का रंग या आँखों का रंग, या किसी कोशिका में कोई विशेष कार्य। कुछ जीन प्रोटीन नामक अणु बनाने के लिए निर्देश के रूप में कार्य करते हैं। हालाँकि, कई जीन प्रोटीन के लिए कोड नहीं बनाते हैं, बल्कि वे अन्य जीन को नियंत्रित करने में मदद करते हैं।

क्लस्टर्ड रेगुलरली इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिंड्रोमिक रिपीट्स (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-CRISPR Cas9): यह एक जीन एडिटिंग टूल है और DNA में बदलाव करने का एक सटीक तरीका है। यह DNA के विशिष्ट स्ट्रैंड को काटता है और उन्हें नए स्ट्रैंड से बदल देता है। CRISPR: यह प्रणाली का DNA-लक्ष्यीकरण भाग है, जिसमें एक RNA अणु या ‘मार्गदर्शक’ होता है, जिसे पूरक आधार-युग्मन के माध्यम से विशिष्ट DNA आधारों से बँधने के लिए डिजाइन किया गया है।  Cas9: इसका तात्पर्य CRISPR-संबंधित प्रोटीन 9 से है, और यह न्यूक्लिऐज भाग है, जो DNA को काटता है। CRISPR-Cas9 प्रणाली: यह प्रौद्योगिकी प्राकृतिक रूप से उत्पन्न होने वाली जीनोम एडिटिंग प्रणाली से अनुकूलित की गई है, जिसका उपयोग बैक्टीरिया द्वारा प्रतिरक्षा रक्षा के रूप में किया जाता है, जो जीवों को प्रतिरक्षा प्रणाली की तरह कार्य करके भविष्य में समान वायरस को पहचानने और उनसे लड़ने में मदद करती है।  प्रक्रिया: CRISPR-Cas9 जीन एडिटिंग उपकरण एक गाइड-आरएनए (gRNA) का उपयोग करता है, जिसे लक्ष्य जीनोम के एक विशिष्ट भाग को खोजने और उससे जुड़ने के लिए डिजाइन किया गया है। GRNA एक एंजाइम, Cas9 को लक्ष्य स्थल की ओर निर्देशित करता है, जिसके बाद एक छोटा DNA अनुक्रम आता है, जिसे प्रोटोस्पेसर एड्जेन्ट मोटिफ (Protospacer Adjacent Motif- PAM) कहा जाता है।  Cas9, PAM अनुक्रम को पहचानता है और उससे जुड़ता है तथा एक आणविक कैंची की तरह कार्य करता है, जो कुछ क्षतिग्रस्त DNA को काट देता है, जिससे कोशिका की DNA मरम्मत प्रणाली सक्रिय हो जाती है, जो सही DNA अनुक्रम को सम्मिलित करने के लिए कटे हुए भाग की मरम्मत करती है।  मान्यता: वर्ष 2020 में, इमैनुएल चार्पेंटियर (Emmanuelle Charpentier) और जेनिफर ए. डूडना (Jennifer A. Doudna) को CRISPR-Cas9 की खोज के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार दिया गया।  अनुप्रयोग: शोधकर्ता DNA को सटीक रूप से संपादित करने के लिए CRISPR का उपयोग करते हैं और इसका उपयोग विभिन्न उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।  आनुवंशिक रोगों का उपचार; सूखा प्रतिरोधी पौधों का निर्माण; खाद्य फसलों में संशोधन; विलुप्तीकरण परियोजनाएँ।

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