लखनऊ विश्वविद्यालय के उन्नत आणविक आनुवंशिकी और संक्रामक रोग संस्थान (IAMGID) की स्थापना 2020 में हुई थी। यहाँ छात्र डी एन ए ट्रांसफ़र और संक्रामक बीमारियों के लिए डी एन ए परीक्षण के बारे में सीखते हैं।
अगर बात करें, डी एन ए ट्रांसफ़र, इलेक्ट्रोजीन ट्रांसफ़र (EGT) या इलेक्ट्रोपोरेशन की, तो सरल भाषा में, यह वो विधुत तरंगें हैं, जिनका उपयोग करके आनुवंशिक सामग्री को कोशिकाओं में डाला जाता है। यह प्रक्रिया आनुवंशिक सामग्री (जैसे डी एन ए, आर एन ए) और लक्ष्य ऊतक (जैसे त्वचा, मांसपेशी, ट्यूमर गाँठ) की विशेषताओं पर निर्भर करती है।
तो आज हम इस तकनीक के रहस्यों को जानेंगे, जिसमें ई जी टी (EGT) की प्रक्रियाएँ, इसके फ़ायदे और नुक़सान शामिल हैं। हम यह भी देखेंगे कि विधुत मछलियाँ (electric eels) जीन कैसे ट्रांसफ़र करती हैं और जानवरों के लिए अन्य जीन ट्रांसफ़र तकनीकों पर नज़र डालेंगे।
इलेक्ट्रो जीन स्थानांतरण में शामिल चरण
1.) पहला चरण, सेल मेम्ब्रेन का इलेक्ट्रोपर्मेबलाइजेशन है, जहाँ विधुत तरंगें लागू की जाती हैं और मैक्सवेल-वाग्नर ध्रुवीकरण के कारण ट्रांसमेम्ब्रेन वोल्टेज उत्पन्न होता है। जब ट्रांसमेम्ब्रेन पोटेंशियल (0.2–1 V के बीच) एक महत्वपूर्ण (थ्रेशोल्ड) स्तर से ऊपर जाता है, तो उच्च विधुत क्षेत्र हाइड्रोफ़िलिक छिद्रों का निर्माण करता है, जिससे कोशिकाओं में अणुओं का ट्रांसफ़र संभव हो जाता है।
2.) दूसरा चरण, डी एन ए का पारगम्य कोशिका के साथ संपर्क है। शोध से पता चला है कि डी एन ए को पल्स मेमोरी के समय सेल मेम्ब्रेन के निकट होना चाहिए, ताकि डी एन ए और इलेक्ट्रोपर्मिएबिलाइज़्ड मेम्ब्रेन के बीच संपर्क हो सके। डी एन ए-मेम्ब्रेन आकृति का निर्माण तब होता है, जब डाइवेलेंट कैशन के प्रभाव का अध्ययन किया गया। यह आकृति मेम्ब्रेन से बंधन या डी एन ए का आंशिक रूप से मेम्ब्रेन में समावेशन प्रस्तुत करती है।
3.) तीसरा चरण, कोशिकाओं में डी एन ए का ट्रांसफ़र है। हालाँकि, इस प्रक्रिया को सीधे तौर पर नहीं देखा गया है। डी एन ए पल्स के कई मिनट बाद, साइटो प्लांट में प्रवेश होता है; पहले डी एन ए का पर्मानल सेल मेम्ब्रेन से संपर्क होता है, डी एन ए या फिर एक अज्ञात तंत्र द्वारा सेल मेम्ब्रेन के पार स्थानांतरण होता है, या विधुत क्षेत्र से प्रेरित एंडोसाइटोसिस द्वारा समुद्र में प्रवेश होता है। हाल ही में, यह सुझाव दिया गया है कि एंडोसाइटोसिस जीन इलेक्ट्रोट्रांसफ़र एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है।
4.) इलेक्ट्रिक इलेक्ट्रोट्रांसफ़र के अंतिम चरण में, डी एन ए का परिवहन होता है। साइटो प्लाज़्मा की कुछ संरचनाएं डी एन ए की गतिशीलता में रुकावट डालती हैं, जिससे बाहरी डी एन ए प्रभावित होता है। प्लास्मिड डी एन ए सक्रिय रूप से ट्यूबुलिन नेटवर्क के माध्यम से चलता है। माइटोसिस के दौरान, फैक्टर एन्वेलप के टूटने से सुप्रीम इलेक्ट्रोट्रांसफ़र होता है। न्यूक्लियर- लोकलाइज़ेशन -सीक्वेंस (NLS) वाले प्लास्मिड न्यूक्लियर छिद्रों के पार डी एन ए के सक्रिय परिवहन में मदद करते हैं, जिससे जीन इलेक्ट्रोट्रांसफ़र बेहतर होता है।
इलेक्ट्रोपोरेशन के फ़ायदे और नुकसान क्या हैं?
इलेक्ट्रोपोरेशन एक ऐसी प्रक्रिया है जिसका उपयोग कोशिकाओं में आनुवंशिक सामग्री जैसे डी एन ए या आर एन ऐ को प्रवेश कराने के लिए किया जाता है। इसके कई फ़ायदे और नुकसान हैं।
इलेक्ट्रोपोरेशन के फ़ायदे
इलेक्ट्रोपोरेशन सभी प्रकार की कोशिकाओं में अस्थायी (कुछ समय के लिए) और स्थायी (लंबे समय तक) आनुवंशिक सामग्री को सफलतापूर्वक ट्रांसफ़ेक्ट करने में सक्षम है। यह तकनीक विभिन्न शोधो और चिकित्साओं की तुलना में, बहुत जटिल नहीं है।
कुछ कोशिकाएं, जिन्हें अन्य तरीकों से ट्रांसफ़ेक्ट करना मुश्किल होता है, उनके लिए इलेक्ट्रोपोरेशन बहुत अच्छा काम कर सकता है।
इस प्रक्रिया से मिलने वाले परिणाम लगातार और विश्वसनीय होते हैं, जिसका मतलब है कि आप हर बार समान परिणाम की उम्मीद कर सकते हैं।
इसमें किसी वैक्टर की आवश्यकता नहीं होती, जो इसे सरल बनाता है।
यह कोशिका के प्रकार पर कम निर्भर करता है, यानी यह विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में काम कर सकता है।
एक बार जब आप सही स्थिति निर्धारित कर लेते हैं, तो आप बड़ी संख्या में कोशिकाओं को जल्दी से ट्रांसफ़ेक्ट कर सकते हैं।
इलेक्ट्रोपोरेशन के नुकसान
इस प्रक्रिया के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है, जो हर प्रयोगशाला में उपलब्ध नहीं होते।
प्रक्रिया के दौरान, मानकों को सावधानी से अनुकूलित करना आवश्यक है, अन्यथा परिणाम प्रभावित हो सकते हैं।
उच्च वोल्टेज का उपयोग करने के कारण, कोशिकाओं में विषाक्तता, क्षति और मृत्यु का ख़तरा होता है।
हाल के उपकरण, कोशिका मृत्यु को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, लेकिन फिर भी ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता और कोशिका जीवितता के बीच संतुलन बनाना आवश्यक है।
इलेक्ट्रोपोरेशन के चिकित्सा अनुप्रयोग
इलेक्ट्रोपोरेशन एक नई तकनीक है जिसने चिकित्सा में नई संभावनाएं खोली हैं। इसका पहला उपयोग कैंसर के ट्यूमर में एंटी-कैंसर दवाओं को डालने के लिए किया गया। जीन इलेक्ट्रोट्रांसफ़र ने कम लागत और सुरक्षा के कारण रुचि प्राप्त की, जबकि वायरल वेक्टर की सीमाएं चुनौती प्रस्तुत करती हैं।
अप्रतिवर्ती इलेक्ट्रोपोरेशन अब हृदय एब्लेशन थेरेपी में उपयोग हो रही है, जो अनियमित हृदय धड़कनों का इलाज करती है, तथा उच्च वोल्टेज के पल्स का उपयोग कर लक्षित कोशिकाओं को नष्ट करती है।
यह तकनीक कैंसर, हृदय रोग और अन्य बीमारियों के लिए एक आशाजनक विकल्प बन रही है, ख़ासकर उन मरीजों के लिए जो पारंपरिक उपचारों से राहत नहीं पा रहे हैं। वैज्ञानिक इसके दीर्घकालिक प्रभावों का अध्ययन कर रहे हैं ताकि इसकी सुरक्षा और प्रभावशीलता को मज़बूत किया जा सके। इलेक्ट्रोपोरेशन चिकित्सा विज्ञान में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर बनता जा रहा है, जो रोगियों को नई उम्मीद और बेहतर जीवन गुणवत्ता प्रदान कर रहा है।
कैसे अपने आसपास के जानवरों में जीन स्थानांतरित करते हैं?
जापान के नागोया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पाया कि इलेक्ट्रिक ईल्स इलेक्ट्रोपोरेशन के ज़रिए, छोटे मछली के लार्वा में जीन स्थानांतरित कर सकते हैं। यह तकनीक विधुत पल्स के माध्यम से डी एन ए को लक्षित कोशिकाओं में प्रवेश कराती है।
शोध में ज़ेब्राफ़िश पर चमकने वाले मार्कर का उपयोग किया गया, जिसमें 5% लार्वा में ऐसे मार्कर पाए गए, जो जीन स्थानांतरण का संकेत देते हैं।
सहायक प्रोफेसर अत्सुओ आईडा का मानना है कि इलेक्ट्रोपोरेशन प्राकृतिक रूप से भी हो सकता है। उन्होंने कहा कि अमेज़न नदी में इलेक्ट्रिक ईल पावर स्रोत के रूप में कार्य कर सकते हैं, और जल में छोड़े गए पर्यावरणीय डी एन ए से आनुवंशिक पुनः संयोजन हो सकता है।
जानवरों में जीन ट्रांसफ़र तकनीकों के अन्य लोकप्रिय विकल्प
रासायनिक ट्रांसफ़ेक्शन: यह विधि सक्रिय डी एन ए को कोशिका के नाभिक में पहुंचाने के लिए कई बाधाओं को पार करती है। सबसे पहले, कोशिका की झिल्ली, जो हाइड्रोफ़ोबिक और नकारात्मक चार्ज वाली होती है, को पार करना होता है। डी एन ए खुद हाइड्रोफ़िलिक और नकारात्मक चार्ज वाला होता है। डी एन ए केवल तब कोशिका की झिल्ली के साथ बातचीत कर सकता है जब इसे सकारात्मक चार्ज वाले जटिलों के साथ मिलाया जाता है या इसे फ्यूज़ोनिक कैप्सूल में रखा जाता है।
कैल्शियम फ़ॉस्फ़ेट ट्रांसफ़ेक्शन: इस तकनीक में, डी एन ए को बफ़र किए हुए फ़ॉस्फ़ेट समाधान में कैल्शियम क्लोराइड के साथ मिलाया जाता है। इससे एक बारीक मिश्रण बनता है, जो कोशिकाओं पर बैठता है। कुछ कण अंतोसाइटोसिस के माध्यम से कोशिकाओं में प्रवेश करते हैं। यह विधि उन कोशिकाओं में सबसे अच्छी काम करती है जो एकल परत में बढ़ती हैं।
भौतिक ट्रांसफ़ेक्शन: इस विधि में, डी एन ए को सीधे कोशिका के साइटोप्लाज़्म या नाभिक में भौतिक शक्ति के माध्यम से पहुंचाया जाता है। इसमें कोशिका की झिल्ली के साथ बातचीत की आवश्यकता नहीं होती, जिससे डी एन ए को कम नुकसान होता है। यह विधि महंगी होती है क्योंकि इसके लिए विशेष उपकरण की ज़रुरत होती है। डी एन ए को सुरक्षित रखने के लिए इसे रासायनिक जटिलताओं के साथ मिलाना लाभकारी हो सकता है।
सूक्ष्म इंजेक्शन: इस विधि में डी एन ए को सीधे कोशिकाओं के साइटोप्लाज़्म या नाभिक में इंजेक्ट किया जाता है। यह विधि व्यक्तिगत कोशिकाओं के लिए बहुत प्रभावी होती है, ख़ासकर अंडों और भ्रूण में। हालांकि, यह समय लेने वाली होती है और केवल कुछ कोशिकाओं पर ही लागू की जा सकती है। स्थायी ट्रांसफ़ेक्शन की दक्षता 20% तक हो सकती है, और बहुत छोटी मात्रा में डी एन ए भी पर्याप्त होती है।

संदर्भ
https://tinyurl.com/45a438kk
https://tinyurl.com/2sff7zwz
https://tinyurl.com/bddy8d7w
https://tinyurl.com/mr43cpr3
https://tinyurl.com/4jrtpmyu

चित्र संदर्भ
1. इन-विट्रो इलेक्ट्रोपोरेशन के लिए क्यूवेट्स (cuvettes) और कोशिका को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)
2. हाइड्रोफ़ोबिक (hydropobic) छिद्र (ऊपर) और हाइड्रोफ़िलिक (hydrophilic) छिद्र (नीचे) में लिपिड की सैद्धांतिक व्यवस्था को दर्शाने वाले योजनाबद्ध क्रॉस-सेक्शन को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)
4. प्रयोगशाला में चूहे को संदर्भित करता एक चित्रण (wikimedia)