Wednesday, August 3, 2022
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सीआरआईएसपीआर के दस साल | वैज्ञानिक पत्रिका®

टीen साल पहले, इमैनुएल चार्पेंटियर और जेनिफर डौडना ने अध्ययन प्रकाशित किया जिसने एक नए प्रकार के जीनोम संपादन का मार्ग प्रशस्त किया: प्रौद्योगिकियों का सूट जिसे अब CRISPR के रूप में जाना जाता है। में लिखना विज्ञान, उन्होंने आरएनए-मध्यस्थ जीवाणु प्रतिरक्षा रक्षा को लक्षित डीएनए-परिवर्तन प्रणाली में अनुकूलित किया। “हमारा अध्ययन। . . आरएनए-प्रोग्राम करने योग्य जीनोम संपादन के लिए सिस्टम का दोहन करने की क्षमता पर प्रकाश डाला गया है, “वे अपने पेपर के सार में निष्कर्ष निकालते हैं-एक संभावित, जिसने बीच के वर्षों में, जीवन विज्ञान को बदल दिया।

जेनिफर डौडना (बाएं) और इमैनुएल चारपेंटियर (दाएं) अपने नोबेल पुरस्कारों के साथ

© नोबेल पुरस्कार आउटरीच। बाएं: ब्रिटनी होसे-स्मॉल; दाएं: बर्नहार्ड लुडविग

जीन ड्राइव से लेकर स्क्रीन और डायग्नोस्टिक्स से लेकर चिकित्सीय, CRISPR न्यूक्लिक एसिड और कैस एंजाइम जिनके साथ उन्हें अक्सर जोड़ा जाता है, ने क्रांति ला दी है कि कैसे वैज्ञानिक डीएनए और आरएनए के साथ छेड़छाड़ करते हैं। दरअसल, 2020 में डौडना और चारपेंटियर को सम्मानित किया गया था रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार एक ऐसी तकनीक विकसित करने के लिए जो “जीवन के कोड को फिर से लिखने” की अनुमति देता है, जैसा कि रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज के महासचिव ने अपनी घोषणा में वर्णित किया है। हालांकि, सीआरआईएसपीआर के साथ जीवन संहिता में बदलाव नैतिक चिंताओं से प्रभावित हुआ है। शायद सबसे प्रमुख उदाहरण था जब चीनी वैज्ञानिक हे जियानकुई ने CRISPR/Cas9 जीनोम एडिटिंग का उपयोग करके पहला जीन संपादित शिशुओं का निर्माण किया। दौडना निंदा की जियानकुई का काम, जिसके लिए उन्हें जेल भेजा गया था, “जोखिम भरा और चिकित्सकीय रूप से अनावश्यक” और “इस शक्तिशाली तकनीक द्वारा उठाए गए वैज्ञानिक और नैतिक चुनौतियों का चौंकाने वाला अनुस्मारक” था।

एक तथ्य यह भी है कि सिस्टम के कई अनुप्रयोगों के स्वामित्व का दावा करने के लिए कानूनी लड़ाई लगभग तब तक जारी है जब तक कि तकनीक आसपास रही है। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, और विएना विश्वविद्यालय से डौडना और चार्पेंटियर की दोनों टीमें और ब्रॉड इंस्टीट्यूट के फेंग झांग के नेतृत्व वाली एक टीम ने जटिल कोशिकाओं (यूकेरियोट्स) में जीन संपादन के लिए CRISPR-Cas9 को अनुकूलित करने वाले पहले व्यक्ति होने का दावा किया है। विभिन्न देशों में पेटेंट कार्यालय अलग-अलग निर्णयों पर पहुंचे हैं, लेकिन अमेरिका मेंनवीनतम फैसलों में कहा गया है कि एमआईटी और हार्वर्ड के ब्रॉड इंस्टीट्यूट यूकेरियोट्स में सीआरआईएसपीआर-कैस 9 का उपयोग करने की बौद्धिक संपदा को बरकरार रखते हैं, जबकि इमैनुएल चार्पेंटियर, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और विएना विश्वविद्यालय संपादन के लिए सीआरआईएसपीआर-कैस 9 का उपयोग करने पर अपना मूल पेटेंट बनाए रखते हैं। इन विट्रो और प्रोकैरियोट्स में।

फिर भी, विवादों के बावजूद, जीन थेरेपी से लेकर फसल सुधार तक हर चीज के लिए तकनीक को अकादमिक और व्यावसायिक रूप से खोजा जा रहा है। वैज्ञानिकों ने CRISPR का उपयोग करने के सात अलग-अलग तरीकों पर एक नज़र डाली है।

जीन ड्राइव

जीन ड्राइव वंश को सामान्य से अधिक बार एक एलील प्राप्त करने के लिए प्रेरित करते हैं, जिससे एक विशेषता आबादी में तेजी से फैलती है। इस तरह के एलील-फैलाने से वैज्ञानिकों को आनुवंशिक रूप से आक्रामक प्रजातियों को नियंत्रित करने या रोग वैक्टर में प्रतिरोध का परिचय देने की अनुमति मिल सकती है। लेकिन जीन ड्राइव पैदा करना मुश्किल साबित हुआ। सीआरआईएसपीआर के साथ आने से पहले उनका प्रयास किया गया था, लेकिन ट्रांसजेनिक उपभेदों को उत्पन्न करना एक कठिन प्रक्रिया थी। सीआरआईएसपीआर ने अपने विकास को गति दी, और तकनीक के लिए धन्यवाद, शोधकर्ताओं ने आखिरकार सफल जीन ड्राइव बनाए हैं। उदाहरण के लिए, 2015 में, वैज्ञानिक बनाया था मच्छरों की एक बड़ी आबादी मलेरिया परजीवी के लिए प्रतिरोधी है। इसके अलावा, स्तनधारियों में पहला सफल जीन ड्राइव 2019 में महसूस किया गया था, जब शोधकर्ताओं ने चूहों का निर्माण किया था, जिनकी संतानों में न होने की तुलना में अधिक संभावना थी लाल चमक उनके सफेद फर के नीचे।

आनुवंशिक स्क्रीन

सीआरआईएसपीआर के आगमन तक, आरएनए हस्तक्षेप (आरएनएआई) प्राथमिक तकनीक थी जिसका उपयोग बीमारियों से संबंधित उत्परिवर्तन की पहचान करने या कोशिकाओं में संभावित दवा लक्ष्यों का आकलन करने के लिए किया जाता था। अनिवार्य रूप से, आरएनएआई में आरएनए के स्ट्रैंड्स को डिजाइन करना शामिल है जो मैसेंजर आरएनए से जुड़ते हैं और इसलिए किसी दिए गए जीन से प्रोटीन के उत्पादन को रोकते हैं। लेकिन CRISPR अधिक कुशल और विशिष्ट लक्ष्यीकरण और अवरोध की अनुमति देता है, इसलिए CRISPR/Cas9 तेजी से उपयोग में आया बड़े पैमाने पर आनुवंशिक स्क्रीन.

एकल-कोशिका CRISPR स्क्रीन को दर्शाने वाला इन्फोग्राफिक
सिंगल-सेल स्क्रीन: गाइड आरएनए की एक लाइब्रेरी- प्रत्येक सीआरआईएसपीआर-आधारित हस्तक्षेप के लिए एक अद्वितीय जीन को लक्षित करता है और एक अद्वितीय बारकोड अनुक्रम ले जाता है-कोशिकाओं की आबादी में एक एकाग्रता पर पेश किया जाता है जिसके परिणामस्वरूप एक गाइड आरएनए औसतन एक सेल में प्रवेश करता है। अलग-अलग कोशिकाओं को तब विशिष्ट बारकोडेड पॉलीटी प्राइमरों वाली बूंदों में क्रमबद्ध किया जाता है, जिनका उपयोग सेल के एमआरएनए को निकालने के लिए किया जाता है। आरएनए को सीक्वेंस करने के बाद दोनों पेश किए गए आनुवंशिक उत्परिवर्तन- गाइड आरएनए द्वारा निर्धारित- और उस गड़बड़ी के ट्रांसक्रिप्शनल प्रभाव-को सेल-विशिष्ट बारकोड (पॉलीटी प्राइमर से) वाले एमआरएनए के संग्रह द्वारा निर्धारित किया जाता है।

© जॉर्ज रेटसेक

उदाहरण के लिए, CRISPR स्क्रीन को ऑर्गेनोइड्स और बारकोडिंग तकनीकों के साथ मिलाने से किसकी पहचान हुई है? माइक्रोसेफली के नए नियामकएक ऐसी स्थिति जिसमें 2021 में बच्चे असामान्य रूप से छोटे सिर के साथ पैदा होते हैं। अन्य शोधकर्ताओं ने 2016 में CRISPR स्क्रीन का उपयोग उन जीनों को खोजने के लिए किया जो कैंसर के लिए प्रभावी प्रतिरक्षा चिकित्सा विकसित करने के लिए आवश्यक हैं, या बढ़ाने वालों की पहचान करें गैर-कोडिंग डीएनए में। सिंगल-सेल CRISPR स्क्रीन2016 में प्रस्तुत किया गया, यहां तक ​​कि शोधकर्ताओं को बड़ी संख्या में व्यक्तिगत कोशिकाओं में आनुवंशिक परिवर्तनों की प्रतिक्रियाओं को ट्रैक करने की अनुमति देता है।

निदान, जिसमें COVID-19 परीक्षण शामिल हैं

चूंकि CRISPR को विशिष्ट आनुवंशिक अनुक्रमों को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, इसलिए CRISPR-आधारित प्लेटफ़ॉर्म को विकसित किया जा रहा है विकसित जीका, एचपीवी और इबोला सहित रोगजनकों का जल्दी और सस्ते में पता लगाने के लिए। DETECTR, जेनिफर डौडना की प्रयोगशाला में विकसित एक नैदानिक ​​प्रणाली और पहली बार 2018 में प्रस्तुत की गई, न्यूक्लिक एसिड अनुक्रमों का पता लगाकर ऐसा करती है। DETECTR एक अलग कैस एंजाइम, Cas12a का उपयोग करता है, जो अपने लक्ष्य अनुक्रम के लिए बाध्य होने के बाद एकल-फंसे डीएनए को काट देता है। प्रारंभ में, टीम ने मानव पेपिलोमावायरस के अनुक्रमों के लिए सीआरआईएसपीआर/कैस12ए को लक्षित किया, जिसमें एक रिपोर्टर डीएनए अणु भी शामिल है जो इसे काटने पर चमकता है, जिससे किसी भी सकारात्मक नमूने को खोजना आसान हो जाता है। एमआईटी के फेंग झांग द्वारा एक समान उपकरण, जिसे शेरलॉक कहा जाता है, ने अनुक्रमों के बीच अंतर करने की क्षमता का प्रदर्शन किया है जो एक बिंदु उत्परिवर्तन से भिन्न होता है, यह सुझाव देता है कि इसका उपयोग डीएनए जीनोटाइपिंग के साथ-साथ रोगजनक रूपों और कैंसर उत्परिवर्तनों की पहचान के लिए किया जा सकता है।

चमकते नमूने के साथ 3D-मुद्रित miSHERLOCK उपकरण

अगर लार के नमूने में SARS-CoV-2 RNA होता है, तो miSHERLOCK डिवाइस चमकने लगता है।

हार्वर्ड विश्वविद्यालय में WYSS संस्थान

बेशक, शरलॉक और डीईटीईसीटीआर दोनों को संक्रामक रोग के निदान के लिए अनुकूलित किया गया है: COVID-19। मिशरलॉक एक स्व-निहित COVID-19 परीक्षण है, जो एक 3D-मुद्रित डिवाइस के भीतर शुरू से अंत तक पता लगाने की प्रक्रिया को चलाता है। शोधकर्ताओं ने भी जोड़ा है दीपक के साथ डिटेक्टर, पीसीआर के बिना न्यूक्लिक एसिड अनुक्रमों को बढ़ाने की एक विधि। सकारात्मक परीक्षणों में, Cas12 एंजाइम अपने लक्ष्य अनुक्रम में रहता है और न्यूक्लिक एसिड के बीच एक चॉपिंग उन्माद का कारण बनता है। एंजाइम एक रिपोर्टर अणु को भी काट देता है, जो सकारात्मक परीक्षणों में पेपर स्ट्रिप्स पर पाया जाता है। एक अन्य सीआरआईएसपीआर-आधारित परीक्षण, जिसे शुरू में सिकल सेल एनीमिया के लिए एक परख के रूप में विकसित किया गया था, वह भी था पुनरुद्देशित COVID के लिए एक और परीक्षण में।

सीआरआईएसपीआर की लक्ष्य विशिष्टता न्यूक्लिक एसिड से आगे बढ़ सकती है। एक और CRISPR-आधारित सिस्टम, जिसे CAMERA कहा जाता है, कर सकता है अभिलेख मानव और जीवाणु कोशिकाओं से डेटा। CAMERA में, गाइड अणु केवल कुछ शर्तों के तहत निर्मित होता है, जैसे कि एंटीबायोटिक दवाओं की उपस्थिति। एक बार इसके उत्पादन के बाद, सीआरआईएसपीआर सिस्टम कुछ डीएनए प्लास्मिड को छीन लेता है लेकिन अन्य को नहीं। जबकि लक्षित प्लास्मिड कोशिका द्वारा नष्ट हो जाते हैं, अलक्षित नहीं होते हैं। इन दो प्रकार के प्लास्मिडों के बीच के अनुपात को मापकर, शोधकर्ता यह स्थापित कर सकते हैं कि कोशिका एक निश्चित स्थिति के संपर्क में थी या नहीं। CRISPR उपकरण, जैसे CAMERA, की जैविक सेंसरों के लिए भी जांच की जा रही है ताकि एंटीबायोटिक्स, पोषक तत्वों या विषाक्त पदार्थों जैसे यौगिकों का पता लगाया जा सके।

जीन थेरेपी

जीन संपादन जीन थेरेपी के लिए भी द्वार खोलता है: किसी स्थिति के इलाज या रोकथाम के लिए जीनोम का सटीक परिवर्तन। जीन थेरेपी को पहली बार 2017 में जिंक फिंगर न्यूक्लीज का उपयोग करके मनुष्यों में प्राप्त किया गया था, एक जीन संपादन तकनीक जो सीआरआईएसपीआर-कैस के विकास से पहले लोकप्रिय थी, जो जीन को अधिक सटीक रूप से सम्मिलित करती है और इसलिए इस तरह के उपचारों के लिए एक आकर्षक उपकरण है। CRISPR था पहले इस्तेमाल किया गया 2020 में एक जीवित रोगी के अंदर एक जीन को संपादित करने के लिए, जब पोर्टलैंड में डॉक्टरों ने अंधेपन के वंशानुगत रूप का इलाज करने के लिए एक मरीज की रेटिना के पीछे एक CRISPR-आधारित चिकित्सा इंजेक्ट की। सीआरआईएसपीआर-आधारित जीन थेरेपी के अन्य परीक्षण चल रहे हैं, जिनमें से कुछ का इलाज करना है ट्रान्सथायरेटिन अमाइलॉइडोसिस तथा बी-थैलेसीमियाके बीच अन्य रोग.

चिकित्साविधान

CRISPR संपादन के चिकित्सीय उपयोग के लिए रोगी के जीनोम को सीधे लक्षित करना आवश्यक नहीं है। उपचार के अन्य तरीकों में CRISPR का उपयोग करने के लिए कई प्रयास चल रहे हैं। उदाहरण के लिए, बायोटेक कंपनी एलिगो बायोसाइंस है विकसित होना लक्षित करने के लिए CRISPR-आधारित तरीके क्यूटीबैक्टीरियम एक्ने जीवाणु मुँहासे वल्गरिस से जुड़े जीन ले जाना। अन्य शोधकर्ता CRISPR का उपयोग कर रहे हैं कार टी कोशिकाओं को संशोधित करें, एक कैंसर इम्यूनोथेरेपी जिसमें एक मरीज की टी कोशिकाओं को नष्ट करने के लिए कैंसर कोशिकाओं को चिह्नित करने के लिए पुन: प्रोग्राम किया जाता है। हालाँकि, 2020 में प्रस्तुत ये CRISPR-इंजीनियर CAR T सेल अभी तक क्लिनिक तक नहीं पहुंचे हैं।

फसल और पशुधन सुधार

दो सुअर

PPRS वायरस के लिए प्रतिरोधी होने के लिए CRISPR का उपयोग करके बनाए गए सूअर

नोरी रसेल

जब तक इंसानों ने खेती की है, तब तक इसे बेहतर बनाने के प्रयास होते रहे हैं पौधे तथा जानवरों लोग भोजन के लिए उठाते हैं। सबसे पहले, ये प्रयास वांछनीय, अंतर्निहित विशेषताओं का उत्पादन करने के लिए कृत्रिम चयन और उत्परिवर्तजन प्रक्रियाओं पर निर्भर थे। लेकिन अब, वैज्ञानिक जीनोम एडिटिंग की बदौलत अधिक पैदावार, बढ़ी हुई रोग प्रतिरोधक क्षमता, बेहतर पोषक तत्वों और अन्य लाभकारी लक्षणों के साथ जीवों को उत्पन्न कर सकते हैं। और जबकि जिंक फिंगर न्यूक्लियस जैसी प्रौद्योगिकियां और टैलेन्स (न्युक्लिअस जो लक्ष्य स्थलों पर डबल-स्ट्रैंड डीएनए ब्रेक पेश करते हैं), फसलों और पशुधन को आनुवंशिक रूप से सुधारने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और ये तकनीक सीआरआईएसपीआर की तुलना में अधिक महंगी और कम सटीक हैं। गैर-भूरा मशरूम, रोग प्रतिरोधी केले और सूअरोंऔर बढ़ी हुई उत्पादकता के साथ मकई, एग्रीटेक उद्योग द्वारा सीआरआईएसपीआर-आधारित कुछ प्रयास चल रहे हैं।

बुनियादी अनुसंधान

अन्य जीन संपादन तकनीकों की तुलना में CRISPR की कम लागत, सटीकता और उपयोग में आसानी ने इसे विभिन्न अनुसंधान क्षेत्रों में एक उपयोगी तकनीक बना दिया है। उदाहरण के लिए, CRISPR संपादन ने वैज्ञानिकों को एक सुराग दिया कि जिराफ के शरीर का अजीब आकार कहाँ से आता है। 2021 के एक अध्ययन मेंउन्होंने जीन डाला एफजीएफआरएल1अन्य जुगाली करने वालों की तुलना में जिराफ का सबसे अलग जीन, चूहों में, उन्होंने सूक्ष्म परिवर्तन पाए, जो दर्शाता है कि जिराफ का एफजीएफआरएल1 हड्डियों और रक्त वाहिकाओं को उनकी अनूठी जीवन शैली से निपटने के लिए मजबूत करता है। शोधकर्ताओं ने CRISPR-संपादित . का भी उपयोग किया है एडीस इजिप्ती उजागर करने के लिए मच्छर विशिष्ट यौगिक मानव सेबम में जो मनुष्यों को कीड़ों के लिए आकर्षक के रूप में चिह्नित करता है। और 2022 के एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं उलट एपिजेनेटिक मार्कर CRISPR-d/Cas9 नामक एक बहन प्रणाली का उपयोग करना और चूहों में चिंता और शराब की मांग को कम करना, यह सुझाव देता है कि स्वदेशी पर ध्यान केंद्रित करने से शराब के उपयोग के विकार से जूझ रहे लोगों का इलाज करने में मदद मिल सकती है।

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