अंटार्कटिक आर्किया में एक नए आनुवंशिक कोड की खोज

संदर्भ

जर्नल साइंस में प्रकाशित एक अध्ययन ने आणविक जीवविज्ञान में एक बड़ी सफलता प्राप्त की है, जिसमें कुछ आर्किया (Archaea) में पहले से निहित एक अज्ञात आनुवंशिक कोड की उपस्थिति को प्रदर्शित किया गया है।

आर्किया (Archaea) क्या हैं?

• परिभाषा: आर्किया एक-कोशिकीय सूक्ष्मजीव होते हैं, जो अपने आकार और आकृति में बैक्टीरिया के समान होते हैं।
• आर्किया प्रायः चरम पर्यावरणीय परिस्थितियों में पाए जाते हैं, इसी कारण इनमें से कई को ‘एक्स्ट्रीमोफाइल्स’ के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।
  • कुछ प्रजातियाँ मध्यम वातावरणों में भी निवास करती हैं, जिनमें मानव आँत्र भी शामिल है।
    • उदाहरण के लिए- इनके पर्यावरण में अत्यंत निम्न तापमान वाली अंटार्कटिक झीलें तथा मानव पाचन तंत्र जैसे मानव आँत्र शामिल हैं।
• महत्त्व: अत्यधिक भौतिक और रासायनिक परिस्थितियों में जीवित रहने की इनकी क्षमता, आर्किया को आणविक स्तर पर विकासात्मक अनुकूलन के अध्ययन के लिए महत्त्वपूर्ण मॉडल बनाती है।

विशेषताएँ

• आर्किया (सिंगुलर: आर्किऑन) एक-कोशिकीय सूक्ष्मजीव होते हैं।
• इनमें न्यूक्लीयस और मेम्ब्रेन युक्त कोशिकांग नहीं होते तथा ये आकार और आकृति में बैक्टीरिया के समान होते हैं।
• भौतिक समानताओं के बावजूद, ये जैव-रासायनिक और आनुवंशिक रूप से बैक्टीरिया से भिन्न होते हैं।
• इनकी ‘सेल मेम्ब्रेन’ में विशिष्ट लिपिड होते हैं और अधिकांश प्रजातियों में कोशिका भित्ति पाई जाती है।
• विकास और संवर्धन: सामान्यतः ये धीमी गति से बढ़ने वाले जीव होते हैं।
  • प्रयोगशालाओं में इनका संवर्द्धन अत्यंत कठिन होता है, क्योंकि इनके प्राकृतिक आवास की पुनर्रचना करना चुनौतीपूर्ण होता है।

आनुवंशिक कोड के बारे में

• आनुवंशिक कोड उन नियमों के समूह को संदर्भित करता है, जिनके माध्यम से DNA न्यूक्लियोटाइड्स के अनुक्रम को प्रोटीन संश्लेषण के दौरान अमीनो अम्लों के अनुक्रम में परिवर्तित किया जाता है।
  • DNA चार नाइट्रोजन-युक्त बेस द्वारा निर्मित होता है: एडिनीन (A), ग्वानिन (G), साइटोसिन (C) और थाइमिन (T)।
  • ट्राई कोडॉन: प्रत्येक अमीनो अम्ल एक ‘ट्राई कोडॉन’ द्वारा कूटबद्ध होता है, जो तीन DNA बेस का अनुक्रम होता है।
    • उदाहरण के लिए, कोडॉन TTT अमीनो अम्ल फिनाइलएलानिन के लिए कूटबद्ध करता है, जबकि TTA ल्यूसीन के लिए।
  • कुल मिलाकर, आनुवंशिक कोड में 64 कोडॉन होते हैं।
• कोडॉन के प्रकार
  • सेंस कोडॉन: 61 कोडॉन, 20 सामान्य रूप से पाए जाने वाले अमीनो अम्लों को कूटबद्ध करते हैं।
  • स्टॉप कोडॉन: तीन कोडॉन प्रोटीन संश्लेषण की समाप्ति का संकेत देते हैं।

मानक आनुवंशिक कोड के ज्ञात अपवाद

• यद्यपि आनुवंशिक कोड लगभग सार्वभौमिक है, फिर भी कुछ जीवों में इसके कुछ अपवाद पाए गए हैं।
  • बैक्टीरिया माइकोप्लाज्मा में, कोडॉन TGA, जो सामान्यतः ‘स्टॉप कोडॉन’ के रूप में कार्य करता है, अमीनो अम्ल ट्रिप्टोफैन को कूटबद्ध करता है।
  • मनुष्यों में, TGA एक दुर्लभ अमीनो अम्ल सेलेनोसिस्टीन के लिए कूटबद्ध कर सकता है, जिसका उपयोग सीमित संख्या में विशिष्ट प्रोटीनों में होता है।
  • कुछ आर्किया में, स्टॉप कोडॉन TAG कभी-कभी पायरोलाइसिन (Pyl) के लिए कूटबद्ध करता है।

अध्ययन की प्रमुख खोज

• अध्ययन में यह पाया गया कि कुछ आर्किया में TAG कोडॉन का पूर्ण रूप से पुनः उपयोग किया गया है।
• इन जीवों में, TAG कोडॉन को हमेशा बढ़ती प्रोटीन शृंखला में पायरोलाइसिन को जोड़ने के संकेत के रूप में समझा जाता है।
• मानक आनुवंशिक कोड के विपरीत, इसका उपयोग स्टॉप कोडॉन के रूप में कभी नहीं किया जाता।
• ‘पाइल कोड’: इन निष्कर्षों के आधार पर, शोधकर्ताओं ने ‘पाइल कोड’ नामक एक नए आनुवंशिक कोड के अस्तित्व का प्रस्ताव रखा।
• ‘पाइल कोड’ की विशेषताएँ
  • मानक कोड की तुलना में इसमें 61 के स्थान पर 62 सेंस कोडॉन होते हैं।
  • यह 20 के स्थान पर 21 अमीनो अम्लों के लिए कूटबद्ध करता है।
  • केवल दो कोडॉन स्टॉप कोडॉन के रूप में कार्य करते हैं।
• यह खोज इस लंबे समय से चली आ रही धारणा को चुनौती देती है कि आनुवंशिक कोड सभी जीवों में लगभग सार्वभौमिक होता है।

अध्ययन में पहचाने गए आर्किया

• संगणनात्मक विधियों का उपयोग करते हुए, शोधकर्ताओं ने नौ प्रकार के आर्किया की पहचान की, जिनमें TAG कोडॉन पूर्ण रूप से पुनः निर्धारित पाया गया।
• विस्तृत प्रायोगिक विश्लेषण के लिए दो प्रजातियों का चयन किया गया:
  • मेथेनोकोकोइड्स बर्टोनी – जो अत्यंत ठंडी अंटार्कटिक झीलों में निवास करती है।
  • मेथेनोमेथाइलोफिलस एल्वी – जो मानव आँत्र में पाई जाती है।
• अत्यधिक और अल्प दोनों प्रकार के पर्यावरणों में समान गैर-मानक आनुवंशिक कोड की उपस्थिति यह संकेत देती है कि पाइल कोड स्थिर और क्रियात्मक रूप से महत्त्वपूर्ण है, न कि कोई अस्थायी विसंगति।

प्रायोगिक साक्ष्य

• अपने निष्कर्षों की पुष्टि के लिए, शोधकर्ताओं ने चयनित आर्किया से प्रोटीन निष्कासित किया और उनका विश्लेषण मास स्पेक्ट्रोमेट्री तकनीक के माध्यम से किया, जो प्रोटीनों की परिशुद्ध अमीनो अम्ल संरचना की पहचान करती है।
  • उन्होंने 54 ऐसे प्रोटीनों की पहचान की, जिनमें पहले पायरोलाइसिन की उपस्थिति ज्ञात नहीं थी।
  • ये प्रोटीन DNA प्रतिकृति और ऊर्जा चयापचय सहित आवश्यक कोशिकीय प्रक्रियाओं में शामिल हैं।
• संगणनात्मक जीनोमिक्स और प्रायोगिक सत्यापन का संयोजन यह दर्शाता है कि आधुनिक जीव विज्ञान किस प्रकार डेटा विज्ञान को प्रयोगशाला तकनीकों के साथ एकीकृत करता है।

खोज का महत्त्व

• यह प्रदर्शित करता है कि आनुवंशिक कोड विकासात्मक रूप से पहले की अपेक्षा अधिक लचीला है।
• यह दर्शाता है कि जीव पर्यावरणीय दबावों के अनुकूल होने के लिए वैकल्पिक आणविक रणनीतियाँ अपना सकता है।
• यह सभी जीवन को नियंत्रित करने वाले एकल, कठोर जैविक नियम की धारणा को चुनौती देता है।
• विकासवादी निहितार्थ
  • ये निष्कर्ष संकेत देते हैं कि आनुवंशिक कोड पारिस्थितिक और चयापचयी आवश्यकताओं के प्रत्युत्तर में विकसित हो सकते हैं।
  • यह इस परिकल्पना का समर्थन करता है कि पृथ्वी पर प्रारंभिक जीवन ने अनेक आनुवंशिक प्रणालियों के साथ प्रयोग किया होगा।
  • यह इस विचार को भी सुदृढ़ करता है कि विकास न केवल जीव स्तर पर, बल्कि आणविक और सूचना स्तर पर भी संचालित होता है।
• खगोल जीवविज्ञान और जैव-प्रौद्योगिकी के लिए निहितार्थ
  • यह अध्ययन पृथ्वी से परे जीवन के पहचान संबंधी मानदंडों का विस्तार करता है, यह दर्शाते हुए कि जीव को किसी ‘सिंगल आनुवंशिक कोड’ का पालन करना आवश्यक नहीं है।
  • यह बर्फीले उपग्रहों और बाह्य ग्रहों जैसे बाह्य-ग्रहीय वातावरणों में जीवन की संभावना को सुदृढ़ करता है।
  • यह सिंथेटिक जीवविज्ञान, प्रोटीन अभियांत्रिकी और जैव-प्रौद्योगिकी में नए मार्ग खोलता है, क्योंकि यह विस्तारित आनुवंशिक कोड वाले जीवों की रूपरेखा तैयार करने की संभावना प्रदान करता है।

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