Home கட்டுரைகள் விஞ்ஞானம் மரபணு திருத்தங்களும் அதனால் ஏற்படும் மனமாற்றங்களும் (1)
மரபணு திருத்தங்களும் அதனால் ஏற்படும் மனமாற்றங்களும் (1) PDF Print E-mail
Friday, 12 February 2010 08:45
Share

சுவேக்

மரபணு (Genomic DNA):

பெரும்பாலான உயிருள்ள செல்களினுள் (cells) இருக்கின்ற டீஆக்சி ரைபோநியூக்ளிக் அமிலங்களே (DNA) (சில வைரஸ்கள் ரைபோநியூக்ளிக் அமிலங்களையும் (RNA), Prion எனப்படும் நுண்ணுயிரிகள் இரட்டிப்பாகும் தன்மையுடைய புரதங்களையும் கூட மரபணுக்களாக வைத்துக்கொள்ளுகின்றன) மரபணுக்களாக (Genomic DNA) செயல்படுகின்றன.

இந்த மரபணுக்களின் அமைப்பும் அவற்றின் தன்மையும் (எவ்வளவு பெரிய அல்லது சிறிய புரதங்களை, எத்தகைய வரிசையில்) ஒவ்வோர் உயிருக்கும் மிக மிகத் தனித்தன்மையுடைவை. இத்தனித்தன்மை மட்டுமே வைரஸ்களையும், வாத்துகளையும், மனிதனையும், மாங்காயையும் பிரிக்கின்றது.

மரபணுக்களின் அமைப்பு:

மீத்தேனை உருவாக்கும் திறனுடைய (methanogenic) ஒரு பாக்டீரியம் உதாரணமாக 99 மரபணுக்களை, 123456..99 என்று வரிசைக்கிரமம் மாறாமல் வைத்திருக்கும் எனக் கொண்டால், உதாரணத்துக்கு அதே மீத்தேனை ஆற்றலாக மாற்றி வளர்க்கும் திறனுடைய மற்றொரு பாக்டீரியத்தின் (metholotrophs) மரபணு 321456879....99 என்று சிறு மாறுதலுடன் அமைந்திருக்கலாம். இந்த மரபணுக்கள் செல்களினுள் எந்த இடத்தில் அமைந்துள்ளன என்பதை பொருத்தும்கூட அந்த உயிரினம் பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்துள்ள நிலை நிர்ணயிக்கப்படுகிறது. Box நுழைவுச்சீட்டுடன் தனி பாக்ஸில் அமர்ந்து படம் பார்ப்பது ஏதோ ஒரு விதத்தில் வளர்ச்சி என்பது போல, பரிணாம வளர்ச்சி அடைந்துள்ள அமீபா, பூச்சிகள், தவளைகள், மனிதன், தாவரங்களில் - தாலோபைட்டா, டெரிடோபைட்டா, ஜிம்னோஸ்பெர்ம், பூக்கும் தாவரங்கள் இவை அனைத்திலும் மரபணுக்கள் க்ரோமோசோம்களில் வைக்கப்பெற்று அந்த க்ரோமோசோம்கள் செல்லின் மற்ற பகுதிகளிலிருந்து ஒரு சவ்வினால் (Nucleoli membrane) பிரிக்கப் பெற்றுள்ளன, அப்பகுதி நியுக்லியஸ் (Nucleus).

க்ரோமோசோம்:

M. jannaschill (1,700), E.coli (4,700), S.cerevisiae (13,500) A.thaliana (100,000), Trillium(100,000,000), D. melanogaster (165,000), H. sapiens (3,000,000) எண்களெல்லாம் அவை கொண்டுள்ள மரபணுக்களின் எண்ணிக்கையினை (KB – kilo base) குறிப்பவை. பணம் அதிகமானவுடன் பாதுகாப்பாக வைப்பது போன்று, எண்ணிக்கை (No of Nucleotides) அதிகமாக அதிகமாக, அவை தனியே இல்லாமல் குரோமோசோம்களினுல் (அவை நியுக்ளியசினுள்)வைக்கப்படுகின்றன. உயிர் இரட்டிப்பாகும்போது சில அமைப்புச் செயலாளர்களான(!) குறிப்பிடத்தகுந்த சில புரதங்களின் மூலம் (eg. DNA polymerase) மரபணுக்களின் அமைப்பு மாறாமல் பிரதியெடுத்தல் நடைபெறுகிறது. அதன் அமைப்பும் எண்ணிக்கையும் பரிணாமத்தால் வந்தது/வரும் என்பது விஞ்ஞானபூர்வமான விளக்கம்.

DNA-யும், அதன் தயாரிப்பான புரதங்களும், இத்தயாரிப்பை வழிநடத்தும் mRNA (messangerRNA) போன்ற அனைத்து macro molecule-களும் அமைவதற்கு எந்தக் காரணங்களும் வேண்டியதில்லை. அவற்றின் அடிப்படைக் கட்டுமானமான எலக்ட்ரான்களின் (electronic configuration of structure) பண்புதான் அவை அப்படி அமையக் காரணம். ஒரு மனிதனோ, பாக்டீரியமோ எல்லாமே ஒரு மாலிக்யூலார் கட்டமைப்புதான். நான் தண்ணியடிக்கிறதோ, டாவடிக்கிறதோ, பதிவரசியலோ, பாழும் கிணற்றில் விழுவதோ என்னுடைய எலக்ட்ரான்களைச் சார்ந்தது, அதற்கெல்லாம் எந்த purpose-ம் கிடையாது. மனிதன் தோன்றியதற்கே ஒரு பெரிய காரணம் (Purpose) இல்லை என்றுரைத்து இந்திய தத்துவ மரபுகளைக்கூட வம்பிழுக்கலாம்.

Plasmids (Plasmid DNA):

மரபணு திருத்தத்தினைச் சரியாக புரிந்துகொள்ள, முக்கியத்துவம் வாய்ந்த பாக்டீரியம்களின் மற்றொரு மரபணுவினைப் பற்றித் தெரிந்துகொள்ள வேண்டும். சில பாக்டீரியம்களில் (as usual some exceptions) மட்டும் கூடுதலாக செல்லினுள் இருக்கின்ற, அளவில் சிறிய மரபணுவான Plasmids என்பது. இந்த Plasmids உதவியால்தான் இன்றைக்குத் தூணிலும் துரும்பிலும் (Ubiquitous nature), இன்னும் சொன்னால் Nuclear Radio reactor மற்றும் இரண்டரை கிலோ மீட்டர் ஆழமுள்ள பூமி, அழுத்தம் அதிகமான ஆழ்கடல் என்று நீக்கமற (2&3) சில பாக்டீரியம்களால் வாழ முடிகிறது.

Plasmids மூன்று வகைப்படும்:

(1) Anitbiotic-க்கு எதிராக வாழ R-plasmids (Resistance-plasmid)

(2) இந்த எதிர் பண்பினை, அது இல்லாத இன்னொரு பாக்டீரியத்துக்குக் கொடுக்க F-plasmid (Fertility)

(3) கடைசியாக Col-plasmid (இது பற்றி இன்னொரு முறை).

இந்த பிளாஸ்மிட்கள்தான் சில நேரங்களில் அவற்றை பெட்ரோலில் வளர உதவுகின்றன. Steroids போன்ற விஷத்தன்மை உடையவற்றிலிருந்துகூட ஆற்றலை உருவாக்கி கொண்டு பேக்டீரியம் வளர உதவி செய்கின்றன. Plasmids DNA எவ்வாறு தோன்றியது, ஏன் இதன் பிரதியெடுப்பு, அடுத்த தலைமுறைக்கு கடத்தல் போன்ற பண்புகள் தனியாக நிர்வகிக்கப்படுகின்றன (independent from Genomic DNA) என்பதற்கு இதுவரையில் வரையறுக்கப்பெற்ற காரணங்கள் கண்டறியப்படவில்லை.பாக்டீரீயங்களின் சூழ்நிலை, வளரும் சூழல் என்பது நிமிடத்துக்கு ஒருமுறை மாறிக்கொண்டேயிருப்பது. அந்த மாற்றத்துக்கு ஏற்றாற்போல் தகவமைத்து பரிணாம வளர்ச்சி

(adaptive evolution) அடைவதில் இந்த plasmid-கள் பெரும் பங்கு வகிக்கின்றன. (இந்த இடத்தில், கட்சிகளின் கூட்டணி மாற்றப் பரிணாம வளர்ச்சி கூட, அறிவியல்பூர்வமானதுதான் என்று யோசனை செய்கிற மக்கள் - தொடந்து படிப்பது உங்கள் மனநலனுக்குக் கேடானது).

Plasmid DNA-விலோ அல்லது மரபணு (genomic DNA)-விலோ ஏற்படுகின்ற திடீர் மாற்றம் (mutation) மூலம், சூழ்நிலையில் குளுக்கோஸ் இல்லையென்றால் சுக்ரோஸ் சர்க்கரை வைத்துகொண்டு வாழ்கின்றன. (ஒல்ட்மங்க் இல்லாமல், 5000 குடிக்கிறதுக்கும் இதுக்கும் சம்பந்தமேயில்லை) இந்த plasmid தவிர்த்து Genomic islands, Transposons என்று மேலும் சில (Extra genetic elements) மரபணுக்கள் பற்றி இன்னொரு சந்தர்ப்பத்தில்.

தீடீர் (சிறு) மாற்றத்தின் மூலம் தகவமைப்பு எப்படிச் சாத்தியம்?

கண்ணுக்குத் தெரியாத பாக்டீரியத்தின் அடிப்படை உடற்கூறு செயலியலானது (Basal metabolicrate), அதனுடைய உடலின் அளவு மற்றும் பருமன் சார்ந்து (Surface to volume ratio), ஒரு யானையின் BMR-ஐவிட அதிகம். நமது ஊரின் வெப்பநிலை தீடீரென்று 60* C தொடும் பட்சத்தில் யானைகளால் வாழமுடியாது. ஆனால் பாக்டீரியம்கள் ஒரு சிறிய மாற்றத்தினை அதன் மரபணுக்களில் ஏற்படுத்திக்கொண்டு வாழ ஆரம்பிக்கும். இவ்வாறு மரபணுவில் இயற்கையாகவே ஏற்படும் சிறு மாற்றம் (spontaneous mutation) ஆய்வகத்தில் பல வழிமுறைகளில் செயற்கையாக ஏற்படுத்தப்பட்டு அதன் விளைவுகள் ஆராயப்படும்.

குளுக்கோஸை கொண்டு உயிர் வாழ மரபணு அமைப்பு அதனுள் எப்படி இருக்க வேண்டும், சுக்ரோஸுடன் சுபிட்சமடைய எத்தகைய மாற்றம் தேவைப்படுகிறது, அதனால் எந்த புரத(ம்)ங்கள் மாற்றப்படுகிறது என்பதெல்லாம் அடிப்படை ஆராய்ச்சி. நாம் கவனம் கொள்ளவேண்டியது இத்தகைய மாற்றம் அவைதன் சூழ்நிலையிலேயே இயற்கையாகவே நடைபெறுகிறது என்பதுதான்.

ஆய்வகத்தில் நாம் சுக்ரோஸ் கொடுப்பது எவை எவை ஏற்கெனவே மாறியுள்ளன என்பதனைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்காகத்தான் (Selection pressure). நாம் சுக்ரோஸ் கொடுப்பதால் மாறவில்லை. மற்றும் இந்த தகவமைப்புக்கு மொத்த மரபணுக்களும் மாற்றப்படவில்லை (changing genome), சில மரபணுக்கள் மட்டுமே திருத்தப்படுகின்றன. அத்திருத்தம் ஜீனோமிக் DNA-விலோ அல்லது பிளாஸ்மிட் DNA-விலோ நிகழ்த்தப்படலாம் (Genetic modification).

பாக்டீரியாவில் எந்த மரபணு திருத்தப்படுகிறது? Genomic DNA or plasmid DNA? தாவரங்களில் எது? விலங்குகளில் எது? இயற்கையாக மரபணு மாற்றம் நடைபெறுகிறதா? அல்லது BT-cotton-ல் மட்டும் நடைபெற்றதா? பார்க்கலாம்.

மரபணு திருத்தங்கள் - பாக்டீரீயாவில் (Genetic modification in bacteria)

Genetic modification என்றவுடன் பெரும்பாலும் Genomic DNA-வில் செய்யப்படும் மாற்றம்தான் எனப் புரிந்து கொள்ளப்படுகிறது. எல்லா நேரங்களிலும் அப்படியன்று.

(except commercial vectors) 3 நாட்களில் வளர்ச்சியடைந்து, வைட்டமின் B12 தரும் ஒரு பாக்டீரியத்தின் (A) மரபணுக்களின் சிறு பகுதி (GAAATCAACTTAA - இது போல) மற்றொரு பாக்டீரியத்தின் (B) plasmid DNA-வுடன் ஒட்டப்பெற்று (now this plasmid DNA of B becomes recombinant DNA, and B known as genetically modified), இந்த B-யின் plasmid DNA, 8 மணி நேரத்தில் அதே அளவு B12 தரும் வல்லமையுடைய C - என்ற மற்றொரு பாக்டீரியத்தினுள் செலுத்தப்பட்டு அதன் மரபணு பகுதியாகவோ அல்லது plasmid DNA-வாகவோ திருத்தப்படுகிறது.

மற்றொரு உதாரணம். 30% ஆல்கஹால் தயாரிக்கப் பயன்படும் பாக்டீரியத்தின் (அ) genomic DNA 12345,,,99 என்று அமைந்திருக்குமானால், அதன் plasmid DNA atctttgcgaaa என்று அமைந்திருக்கும். இந்த அமைப்பினை atatttgcgaaa என்று திருத்தி (modification) மீண்டும் அதனை அந்த (அ) செல்லினுள் செலுத்தும்போது அதன் ஆல்கஹால் தயாரிக்கும் பண்பானது 40%-ஆக அதிகரிக்கும் (ஏன் அதிகரிக்கிறது என்பதையும் சேர்த்து ஒரு PhD). இந்த முறையில்தான் 1980-லிருந்து ஆல்கஹால் தயாரிக்கப்படுகின்றது.

இந்த recombinant strain தருகின்ற ஆல்கஹாலினால் எந்த பிரச்சனைகளும் இல்லை. ஆனால் அதனைக் குடித்துவிட்டு ''கருத்துகளை கக்குவதும், எலக்கியம் படைப்பதும்'' பிரச்சனைக்குரியதாக அறியப்படுகிறது. சில பாக்டீரீயம்களில் (உதாரணம்: Antibiotic தருகின்ற Streptomycetes. Sp) Genomic DNA கூட அதிக உற்பத்திக்காக அங்காங்கே மாற்றப்பட்டுள்ளன.மீண்டும் புரிந்து கொள்ளவேண்டியது, எந்த ஒரு பாக்டீரீயத்தின் முழு மரபணுக்களையும் (Genomic DNA) மாற்ற இயலாது.

அவ்வாறு மாற்ற முயன்றாலும் ஒரு பாக்டீரியத்தின் எதிர்ப்புத்தன்மை காரணமாக (due to restriction endonucleases), செலுத்தப்படும் மரபணுக்கள் சென்று சேராது. ஆனால், சில மரபணுக்களை மட்டும் திருத்தமுடியும். இந்த மாற்றங்கள் ஏதோ திடீரென்று ஆய்வகத்தில் மட்டுமே உருவாக்கப்படுபவை அல்ல.

இரு வெவ்வேறான பேரினத்தினை (Genus) சார்ந்த பாக்டீரியம்கள் (Pseudomonas. Sp &E.coli) அவற்றின் சூழ்நிலையில் வளரும்போது அவற்றுக்கிடையே மரபணுக்கள் பரிமாற்றம் (through transposable elements) நடந்து கொண்டேதான் உள்ளது (Horizontal gene transfer - transformation, conjugation & transduction). அ-விலிருந்து ஆ-க்கும், அங்கேயிருந்து உ-என்ற மற்றொரு பாக்டீரீயத்துக்கும், அங்கேயிருந்து மீண்டும் அ-வுக்கும் தொடர்ந்து நடைபெறும். ஆய்வகத்தில் அதற்கேற்றாற்போல் சூழல் (conditional existence) உருவாக்கப்பட்டு மரபணு திருத்தம் செய்யப்பட்ட பாக்டீரியம் அதன் மாற்றத்தினை இழந்துவிடாவண்ணம் கையாளப்படுகிறது, அவ்வளவுதான். 

தொடரும்...