AI द्वारा डिजाइन किया गया वायरल जीनोम

संदर्भ

‘स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी’ और ‘आर्क इंस्टिट्यूट’ के शोधकर्ताओं ने पूर्ण रूप से कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) द्वारा डिजाइन किया गया विश्व का पहला कार्यशील वायरस जीनोम सफलतापूर्वक निर्मित किया है।

संबंधित तथ्य 

• यह जैव प्रौद्योगिकी में एक नवीन उपलब्धि है, जो DNA अनुक्रमण (Sequencing) और DNA संश्लेषण (Synthesis) से लेकर अब इसे डिजाइन करने तक की प्रक्रिया है।

इस सफलता का महत्त्व

• जीव विज्ञान में AI के पिछले अनुप्रयोग ‘इंडीविजुअल प्रोटीन’ या छोटे ‘मल्टी-जीन’ तंत्रों के डिजाइन तक सीमित थे।
• संपूर्ण वायरल जीनोम का निर्माण करना कहीं अधिक जटिल है, जिसमें प्रतिकृति, होस्ट कोशिका की विशिष्टता और विकासात्मक अनुकूलता सुनिश्चित करने के लिए अनेक परस्पर क्रियाशील जीनों और नियामक तत्त्वों के समन्वय की आवश्यकता होती है।

विधि

• टेस्ट केस वायरस: शोधकर्ताओं ने बैक्टीरियोफेज ΦX174 नामक एक सूक्ष्म वायरस का चयन किया, जो ई. कोलाई बैक्टीरिया को संक्रमित करता है।
  • यह वायरस पहला जीनोम था, जिसका पूर्ण अनुक्रमण (वर्ष 1977) हुआ था और पहला जीनोम जिसे स्क्रैच (Scratch)  से संश्लेषित किया गया था (2003)।
• AI मॉडल: ‘ईवो’ (Evo) नाम का एक जीनोमिक लैंग्वेज मॉडल उपयोग किया गया।
  • इसे वायरस फैमिली के हजारों जीनोम पर ‘फाइन-ट्यून’ किया गया था, जिससे यह ΦX174 के विशेष ‘डायलैक्ट’ को समझने और नए जीनोम उत्पन्न करने में सक्षम हो गया।
• निर्माण: संकेतों का उपयोग करते हुए, AI ने हजारों संभावित जीनोम उत्पन्न किए।
• स्क्रीनिंग: इसके बाद टीम ने गुणवत्ता जाँच के लिए कस्टम सॉफ्टवेयर का उपयोग किया और यह सुनिश्चित किया कि प्रत्येक डिजाइन में ई. कोलाई को संक्रमित करने के लिए आवश्यक जीन और प्रोटीन मौजूद हों।
• संश्लेषण और परीक्षण: AI द्वारा डिजाइन किए गए सैकड़ों जीनोम प्रयोगशाला में संश्लेषित किए गए और बैक्टीरिया में क्षेपित किए गए।
  • इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप 302 प्रयासों के अंतर्गत 16 नए, कार्यात्मक वायरस सामने आए।

जीनोम के बारे में जीनोम किसी जीव के DNA का संपूर्ण समूह है, जिसमें उसके सभी जीन और अनुक्रम शामिल होते हैं, जो वृद्धि, विकास और कार्यप्रणाली के लिए निर्देश प्रदान करता है। बैक्टीरियोफेज (Bacteriophage) के बारे में यह एक प्रकार का विषाणु है, जो जीवाणुओं को संक्रमित करता है। सभी बैक्टीरियोफेज एक न्यूक्लिक अम्ल अणु द्वारा निर्मित होते हैं, जो एक प्रोटीन संरचना से युक्त होता है। एक बैक्टीरियोफेज स्वयं को एक अतिसंवेदनशील जीवाणु से संबद्ध करता है और ‘होस्ट’ कोशिका को संक्रमित करता है। संक्रमण के बाद, बैक्टीरियोफेज जीवाणु की कोशिकीय मशीनरी पर नियंत्रण कर लेता है ताकि वह जीवाणु घटकों का उत्पादन न कर सके और इसके बजाय कोशिका को विषाणु घटकों का उत्पादन करने के लिए मजबूर करता है। अंततः, नए बैक्टीरियोफेज एकत्रित होते हैं और लाइसिस (Lysis) नामक प्रक्रिया में जीवाणु से बाहर निकल आते हैं। बैक्टीरियोफेज कभी-कभी संक्रमण प्रक्रिया के दौरान अपने मेजबान कोशिकाओं के जीवाणु DNA का एक हिस्सा हटा देते हैं और फिर इस DNA को नई ‘होस्ट’ कोशिकाओं के जीनोम में स्थानांतरित कर देते हैं। इस प्रक्रिया को ट्रांसडक्शन (Transduction) कहते हैं।

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