नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के सिंथेटिक जीवविज्ञानी जोशुआ लियोनार्ड जब बच्चे थे तब इलेक्ट्रॉनिक किट का उपयोग करके उपकरण बनाते थे। अब उन्होंने और उनकी टीम ने एक डिज़ाइन-संचालित प्रक्रिया विकसित की है जो सेलुलर इंजीनियरिंग के लिए जटिल आनुवंशिक सर्किट बनाने के लिए एक बहुत ही अलग प्रकार के टूलकिट के हिस्सों का उपयोग करती है।
चिकित्सा के क्षेत्र में सबसे रोमांचक क्षेत्रों में से एक उपचार के रूप में जीवित कोशिकाओं का उपयोग है। उदाहरण के लिए, कैंसर के इलाज के लिए इस दृष्टिकोण का उपयोग करके, कई मरीज़ पहले से इलाज योग्य बीमारी से ठीक हो गए हैं। ये प्रगति सिंथेटिक जीव विज्ञान के दृष्टिकोण को नियोजित करती है, एक बढ़ता हुआ क्षेत्र जो जीव विज्ञान और इंजीनियरिंग के उपकरणों और अवधारणाओं को मिश्रित करता है।
नई नॉर्थवेस्टर्न तकनीक प्रयोगशाला में निर्माण से पहले उपयोगी आनुवंशिक डिजाइनों की अधिक कुशलता से पहचान करने के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग का उपयोग करती है। असंख्य संभावनाओं का सामना करते हुए, मॉडलिंग शोधकर्ताओं को ऐसे डिज़ाइन की ओर इशारा करती है जो वास्तविक अवसर प्रदान करते हैं।
“एक कोशिका को इंजीनियर करने के लिए, हम पहले डीएनए के एक टुकड़े में एक वांछित जैविक कार्य को एन्कोड करते हैं, और फिर उस डीएनए प्रोग्राम को वांछित कार्य के निष्पादन का मार्गदर्शन करने के लिए मानव कोशिका में पहुंचाया जाता है, जैसे कि केवल कुछ संकेतों के जवाब में जीन को सक्रिय करना कोशिका के वातावरण में," लियोनार्ड ने कहा। उन्होंने इस अध्ययन के लिए वाशिंगटन विश्वविद्यालय की नेदा बघेरी के सहयोग से नॉर्थवेस्टर्न के शोधकर्ताओं की एक टीम का नेतृत्व किया।
लियोनार्ड मैककॉर्मिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में केमिकल और बायोलॉजिकल इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर और नॉर्थवेस्टर्न सेंटर फॉर सिंथेटिक बायोलॉजी के एक प्रमुख संकाय सदस्य हैं। उनकी प्रयोगशाला इस तरह की प्रोग्रामिंग क्षमता का उपयोग करके कैंसर के इलाज के लिए प्रतिरक्षा प्रणाली को सक्रिय करने वाली इंजीनियर कोशिकाओं जैसी थेरेपी बनाने पर केंद्रित है।
बाघेरी जीव विज्ञान और रसायन इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर और वाशिंगटन सिएटल विश्वविद्यालय में वाशिंगटन रिसर्च फाउंडेशन अन्वेषक हैं। उसकी प्रयोगशाला सेल निर्णयों को बेहतर ढंग से समझने और बाद में नियंत्रित करने के लिए कम्प्यूटेशनल मॉडल का उपयोग करती है। लियोनार्ड और बघेरी ने हाल ही में डॉक्टरेट छात्र और पेपर के पहले लेखक जोसेफ मुलदून को सह-सलाह दी।
मुलदून ने कहा, "बैक्टीरिया और यीस्ट जैसे कोशिका प्रकारों में मॉडल-निर्देशित डिज़ाइन का पता लगाया गया है, लेकिन यह दृष्टिकोण स्तनधारी कोशिकाओं में अपेक्षाकृत नया है।"
अध्ययन, जिसमें दर्जनों आनुवंशिक सर्किट डिजाइन और परीक्षण किए गए, 19 फरवरी को जर्नल में प्रकाशित किया जाएगा विज्ञान अग्रिम. अन्य सिंथेटिक जीव विज्ञान प्रौद्योगिकियों की तरह, इस दृष्टिकोण की एक प्रमुख विशेषता यह है कि इसे अन्य बायोइंजीनियरिंग समूहों द्वारा आसानी से अपनाया जाना है।
आज तक, परीक्षण और त्रुटि पर भरोसा करते हुए आनुवंशिक कार्यक्रम विकसित करना कठिन और समय लेने वाला बना हुआ है। अपेक्षाकृत सरल कार्यों से परे जैविक कार्यों को लागू करना भी चुनौतीपूर्ण है। शोध दल ने लियोनार्ड की प्रयोगशाला में आविष्कार किए गए आनुवंशिक भागों के "टूलकिट" का उपयोग किया और प्रयोग करने से पहले कई संभावित आनुवंशिक कार्यक्रमों का अनुकरण करने के लिए इन भागों को कम्प्यूटेशनल टूल के साथ जोड़ा। उन्होंने पाया कि विभिन्न प्रकार के आनुवंशिक कार्यक्रम, जिनमें से प्रत्येक मानव कोशिका में एक वांछित और उपयोगी कार्य करता है, का निर्माण इस तरह किया जा सकता है कि प्रत्येक कार्यक्रम भविष्यवाणी के अनुसार काम करे। इतना ही नहीं, बल्कि डिज़ाइनों ने पहली बार काम किया।
“मेरे अनुभव में, विज्ञान में कुछ भी उस तरह से काम नहीं करता है; पहली बार में कुछ भी काम नहीं करता. लियोनार्ड ने कहा, हम आम तौर पर किसी भी नए आनुवंशिक डिजाइन को इच्छानुसार काम करने से पहले डिबगिंग और परिष्कृत करने में बहुत समय बिताते हैं। “यदि प्रत्येक डिज़ाइन अपेक्षा के अनुरूप काम करता है, तो हम अब परीक्षण और त्रुटि द्वारा निर्माण तक सीमित नहीं हैं। इसके बजाय, हम अपना समय उन विचारों का मूल्यांकन करने में बिता सकते हैं जो वास्तव में महान विचारों को निखारने के लिए उपयोगी हो सकते हैं।
बाघेरी ने कहा, "मजबूत प्रतिनिधि मॉडल विघटनकारी वैज्ञानिक और अनुवादात्मक प्रभाव डाल सकते हैं।" "यह विकास हिमशैल का सिरा मात्र है।"
इस अध्ययन में विकसित और कार्यान्वित आनुवंशिक सर्किट भी पिछली अत्याधुनिक स्थिति की तुलना में अधिक जटिल हैं। यह प्रगति इंजीनियर कोशिकाओं को अधिक परिष्कृत कार्य करने और उपचारों को सुरक्षित और अधिक प्रभावी बनाने का अवसर पैदा करती है।
लियोनार्ड ने कहा, "इस नई क्षमता के साथ, हमने वास्तव में जीव विज्ञान को इंजीनियर करने में सक्षम होने की दिशा में एक बड़ा कदम उठाया है।"
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शोध को नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ बायोमेडिकल इमेजिंग एंड बायोइंजीनियरिंग (पुरस्कार संख्या 1R01EB026510), नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ जनरल मेडिकल साइंसेज (पुरस्कार संख्या T32GM008152) और नेशनल कैंसर इंस्टीट्यूट (पुरस्कार संख्या F30CA203325) द्वारा समर्थित किया गया था।
पेपर का शीर्षक है "स्तनधारी आनुवंशिक कार्यक्रमों का मॉडल-निर्देशित डिज़ाइन।"
स्रोत: https://bioengineer.org/new-technology-enables-predictive-design-of-engineered- human- Cells/
