लगभग 5,000-10,000 साल पहले, डेयरी खेती ने कुछ लोगों के डीएनए को बदल दिया था। जब वे दूध पीना शुरू करते हैं, तो मानव वयस्क जीन उत्परिवर्तन जमा करना शुरू कर देते हैं जो उन्हें इसे पचाने में मदद करेंगे।

इस तरह के उत्परिवर्तन किसी जीव को विकसित होने में मदद करते हैं। मनुष्य जैसे जटिल जीवों में हजारों जीन होते हैं, जिनमें से अधिकांश जीवित रहने के लिए आवश्यक नहीं हैं। इस जीन में उत्परिवर्तन घातक नहीं हैं। परिणामस्वरूप, विकासवादी शक्तियां इन जीनों पर कार्य कर सकती हैं और कोई भी लाभकारी उत्परिवर्तन समय के साथ अधिक प्रचुर हो जाता है।

लेकिन क्या होगा यदि एक साधारण जीव में जीवित रहने के लिए आवश्यक जीन हों? ऐसे जीव में कोई भी उत्परिवर्तन उसके सेलुलर कार्य को घातक रूप से बाधित कर सकता है। विकासवादी शक्तियों को किसी जीव के जीनोम पर कैसे कार्य करना चाहिए जब उसके पास बहुत कम लक्ष्य हों जिन पर चयन कार्य कर सके?

2,000 पीढ़ियों के माध्यम से

इंडियाना यूनिवर्सिटी, ब्लूमिंगटन के शोधकर्ताओं ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए कृत्रिम रूप से डिज़ाइन की गई न्यूनतम कोशिका का उपयोग किया जिसमें जीवित रहने के लिए आवश्यक जीन शामिल थे। उनके निष्कर्ष हाल ही में जर्नल में प्रकाशित हुए थे प्रकृतिदिखाया गया कि ऐसी कोशिकाएँ सामान्य कोशिकाओं की तरह ही तेजी से बढ़ सकती हैं।

इंडियाना यूनिवर्सिटी के प्रोफेसर जे लेनन, जिनकी टीम ने यह खोज की है, ने कहा कि यह “जीवों की अप्राकृतिक जीनोम के प्रति भी अनुकूलन करने की क्षमता को प्रदर्शित करता है जो प्रतीत होता है कि थोड़ा लचीलापन प्रदान करते हैं।”

डॉ. लेनन की टीम ने इसका सिंथेटिक संस्करण इस्तेमाल किया माइकोप्लाज्मा मायकोइड्स, एक जीवाणु जो आमतौर पर बकरियों और मवेशियों की आंतों में पाया जाता है। उन्होंने गैर-न्यूनतम स्ट्रेन (JCVI-syn1.0) के 901 जीनों से नीचे, केवल 493 जीनों के साथ एक स्ट्रिप-डाउन न्यूनतम सेल (JCVI-syn3.B) बनाया। हालाँकि न्यूनतम कोशिकाएँ जीवित थीं और पुनरुत्पादन कर सकती थीं, जीनोम न्यूनीकरण ने उन्हें बीमार बना दिया, जिससे उनकी फिटनेस 50% से अधिक कम हो गई।

यह जांचने के लिए कि क्या ये न्यूनतम कोशिकाएं गैर-न्यूनतम कोशिकाओं की तुलना में विकास की शक्तियों के प्रति अलग-अलग प्रतिक्रिया करती हैं, टीम ने उन्हें एक तरल माध्यम में अलग से विकसित किया, प्रत्येक दिन आबादी की एक छोटी, निश्चित मात्रा को ताजा माध्यम में स्थानांतरित किया। उन्होंने ऐसा 300 दिनों तक किया, जिससे जीवाणु वंश को 2,000 पीढ़ियों (मानव विकास के लगभग 40,000 वर्षों के बराबर) तक चलने की अनुमति मिली।

‘यह अपरिहार्य है’

इस बार, उन्होंने पाया कि न्यूनतम कोशिकाओं ने गैर-न्यूनतम कोशिकाओं द्वारा प्रदर्शित उत्परिवर्तन दर की तुलना में उत्परिवर्तन दर प्रदर्शित की। (वास्तव में, माइकोप्लाज्मा मायकोइड्स किसी भी सेलुलर जीव के लिए उच्चतम दर्ज की गई उत्परिवर्तन दर है।)

“यह आश्चर्य की बात नहीं है कि न्यूनतम कोशिकाओं में उत्परिवर्तन उत्पन्न हुआ। यह अपरिहार्य है,” डॉ. लेनन ने कहा। “अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि कृत्रिम रूप से कम किए गए जीनोम के कारण अनुकूलन की दर में बाधा नहीं आई।”

300 दिनों में, उन्होंने पाया कि न्यूनतम कोशिका ने जीनोम न्यूनीकरण के कारण खोई हुई सभी फिटनेस को प्रभावी ढंग से पुनः प्राप्त कर लिया और एक गैर-न्यूनतम कोशिका की तरह कार्य कर सकती है – यह सुझाव देते हुए कि ‘न्यूनतम’ जीनोम एक स्थायी अभिशाप नहीं है।

जैसा कि कहा गया है, न्यूनतम कोशिका गैर-न्यूनतम कोशिका से छोटी हो गई: गैर-न्यूनतम कोशिका का आकार 300 दिनों में 80% बढ़ गया जबकि न्यूनतम कोशिका का आकार समान रहा। जब टीम ने अनुकूलित कोशिकाओं के जीनोम की जांच की, तो उन्होंने पाया कि न्यूनतम और गैर-न्यूनतम कोशिकाओं ने अपनी फिटनेस में सुधार किया है और अलग-अलग आनुवंशिक मार्गों के माध्यम से विकसित हुई हैं।

अद्भुत फिटनेस

“यह पूछना एक दिलचस्प सवाल है – एक गैर-न्यूनतम कोशिका की तुलना में विकास के दौरान एक न्यूनतम कोशिका किस तरह से अलग व्यवहार करेगी? लेकिन यह आश्चर्य की बात नहीं है कि एक न्यूनतम कोशिका विकसित हुई है,” बेंगलुरु के नेशनल सेंटर फॉर बायोलॉजिकल साइंसेज (एनसीबीएस) में एसोसिएट प्रोफेसर और विकासवादी जीवविज्ञान पर शोध करने वाली दीपा अगाशे कहती हैं।

“कोई भी चीज़ जो जीवित रहने और प्रजनन करने में सक्षम है वह विकसित हो सकती है।”

डॉ. अगाशे ने कहा कि उच्च उत्परिवर्तन दर, प्रयोगों में उपयोग किए गए बड़े जनसंख्या आकार और पोषक तत्वों से भरपूर तरल माध्यम में प्रदान किए गए पर्याप्त विकास कारकों के कारण, कोशिकाओं को विकसित होने में मदद करने के लिए पर्याप्त आनुवंशिक विविधता बनाई जाएगी।

“उत्परिवर्तन अपरिहार्य है,” बैंगलोर में भारतीय विज्ञान संस्थान में सहायक प्रोफेसर समा पांडे ने कहा, जो जीवाणु शिकारियों की विकासवादी गतिशीलता का अध्ययन करते हैं। उन्होंने कहा कि उच्च उत्परिवर्तन दर आश्चर्यजनक नहीं थी – इन उत्परिवर्तनों को ठीक करने के लिए जिम्मेदार तंत्र न्यूनतम कोशिकाओं में समझौता किए गए थे। इसके बजाय, उन्होंने कहा, “मैं इस तरह की कोशिकाओं के विकसित होने से होने वाले फिटनेस लाभ की मात्रा से अधिक आश्चर्यचकित था।”

डॉ. अगाशे के अनुसार यह देखना एक दिलचस्प कदम होगा कि क्या कम आंतरिक उत्परिवर्तन दर वाला जीव भी अनुकूलन करता है – जैसा कि कुछ लेखकों ने भी नोट किया है। उन्होंने यह भी नोट किया कि अधिक स्वतंत्र सेल आबादी का उपयोग करना (प्रयोग में चार हैं) या मीडिया का उपयोग करना जो माइक्रोबियल विकास को प्रोत्साहित नहीं करता है, जिस तरह से कोशिकाएं न्यूनतम रूप से विकसित होती हैं उस पर प्रकाश डाला जा सकता है। अलग ढंग से.

डॉ. लेनन ने सहमति व्यक्त करते हुए कहा कि वे शायद यह देखना चाहेंगे कि “क्या एक न्यूनतम कोशिका एक अलग, शायद अधिक तनावपूर्ण वातावरण में बनाए रखने पर आसानी से अनुकूल हो जाती है।”

‘विकास के बारे में कुछ मौलिक’

फिर भी, डॉ. पांडे के अनुसार, जीवों की विकासवादी क्षमता उनके अलग-अलग विकासवादी प्रक्षेप पथों के बावजूद ऊंची बनी हुई है, जो “सूक्ष्मजीव विकास की हमारी समझ में बहुत महत्वपूर्ण योगदान” है।

डॉ. लेनन ने कहा, “वैज्ञानिक साधारण स्थितियों से सीखते हैं। हम एक न्यूनतम कोशिका का अध्ययन करके विकास और इसकी सीमाओं (या इसकी कमी) के बारे में कुछ मौलिक सीखने में सक्षम थे।”

उन्होंने कहा कि उनकी टीम के निष्कर्ष सिंथेटिक जीव विज्ञान के लिए प्रासंगिक थे, जहां शोधकर्ता दवा और ईंधन उत्पादन में उपयोग के लिए जीवों को डिजाइन करने के लिए इंजीनियरिंग सिद्धांतों को लागू करते हैं। उन्होंने कहा, “इंजीनियर्ड कोशिकाएं स्थिर नहीं हैं। वे विकसित होती हैं। हमारा अध्ययन इस बात पर कुछ प्रकाश डालता है कि विकास की अपरिहार्य शक्तियों का सामना करने पर सिंथेटिक जीव कैसे बदल सकते हैं।”

डॉ. अगाश सहमत हुए। उन्होंने सिंथेटिक जीव विज्ञान में न्यूनतम कोशिकाओं के महत्व पर ध्यान दिया क्योंकि सरल जीवाणु कोशिकाओं के बड़े जीनोम कोशिका की वह करने की क्षमता में हस्तक्षेप कर सकते हैं जिसके लिए उसे डिज़ाइन किया गया था। उस परिप्रेक्ष्य से, “न्यूनतम कोशिकाओं को अधिक समझना अच्छा है, और यह जानना अच्छा है कि आप उन सिंथेटिक कोशिकाओं को दिलचस्प तरीकों से विकसित कर सकते हैं,” उन्होंने कहा।

“मुझे लगता है कि इससे भविष्य में बहुत सारे दिलचस्प काम होंगे।”

स्नेहा खेडकर बेंगलुरु स्थित एक जीवविज्ञानी से स्वतंत्र विज्ञान पत्रकार बनी हैं।