भारतीय वैज्ञानिकों ने बनाया जीन-एडिटर, पेटेंट का लक्ष्य

• नई दिल्ली स्थित CSIR-इंस्टीट्यूट ऑफ जीनोमिक्स एंड इंटीग्रेटिव बायोलॉजी के वैज्ञानिकों ने एक उन्नत जीनोम-संपादन प्रणाली विकसित की है जो मौजूदा CRISPR-आधारित तकनीकों की तुलना में DNA को अधिक सटीक और अधिक कुशलता से संशोधित कर सकती है।
• CRISPR कुछ बैक्टीरिया में स्वाभाविक रूप से पाया जाता है, उनकी प्रतिरक्षा प्रणाली के एक भाग के रूप में जो वायरल DNA को पहचान कर और नष्ट करके संक्रमण को सीमित करता है। अपने नोबेल पुरस्कार विजेता कार्य में, वैज्ञानिकों ने उच्च-क्रम के जीवों के जीनोम को संपादित करने के लिए एक नया दृष्टिकोण विकसित करने के लिए इस जीवाणु रक्षा तंत्र का पुन: उपयोग किया।

CRISPR की ऑफ-टारगेट समस्या

• आज, CRISPR-Cas9 का उपयोग करके, शोधकर्ता जानवरों के जीनोम में विशिष्ट DNA अनुक्रमों को जोड़, हटा या बदल सकते हैं। इस प्रणाली का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में किया गया है, जिसमें कृषि भी शामिल है - पौधों के पोषण मूल्य में सुधार करने और उनकी उपज बढ़ाने के लिए और स्वास्थ्य सेवा में कई बीमारियों का निदान करने और आनुवंशिक विकारों का इलाज करने के लिए।
• CRISPR-Cas9 जीन संपादन उपकरण एक गाइड-RNA (gRNA) का उपयोग करता है, जिसे लक्ष्य जीनोम के एक विशिष्ट भाग को खोजने और उससे जुड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
• लेकिन CRISPR-Cas9 प्रणाली जीनोम के इच्छित भाग के अलावा अन्य भागों को भी पहचान सकती है और काट सकती है।
• स्ट्रेप्टोकोकस पायोजेन्स बैक्टीरिया से प्राप्त SpCas9 एंजाइम का उपयोग करते समय इस तरह के "ऑफ-टारगेट" प्रभाव अधिक आम हैं। वैज्ञानिक उच्च निष्ठा के साथ SpCas9 के संस्करणों को इंजीनियर करने में सक्षम हैं, लेकिन केवल संपादन दक्षता की कीमत पर है।

SpCas9 को FnCas9 से बदलना

• इन समस्याओं से निपटने के लिए शोधकर्ता फ्रांसिसेला नोविसिडा बैक्टीरिया से Cas9 एंजाइम की खोज कर रहे हैं। हालांकि यह Cas9, जिसे FnCas9 कहा जाता है, अत्यधिक सटीक है, लेकिन इसकी दक्षता भी कम है।
• इसकी विशिष्टता से समझौता किए बिना इसे बढ़ाने के लिए, CSIR-IGIB के शोधकर्ताओं ने FnCas9 के नए संस्करणों को संशोधित और इंजीनियर किया।
• शोधकर्ताओं ने FnCas9 में अमीनो एसिड के साथ संशोधन किया जाए जो मेजबान जीनोम पर PAM अनुक्रम को पहचानता है "ऐसा करके, हम PAM अनुक्रम के साथ Cas प्रोटीन की बंधन आत्मीयता को बढ़ाते हैं,"।
• "इसके बाद Cas9 अधिक मजबूत स्वरूप में DNA पर बैठ सकता है, और आपका जीन संपादन अधिक प्रभावी हो जाता है।"
• शोधकर्ताओं ने उन्नत FnCas9 को और अधिक लचीला बनाने के लिए भी इंजीनियर किया है और जीनोम के उन क्षेत्रों को संपादित कर सकता है, जिन तक पहुंचना अन्यथा कठिन होता है। "इससे जीन संपादन के लिए और अधिक रास्ते खुलते हैं,"

एंजाइम रस

• एंजाइम गतिविधि को मापने के प्रयोगों से पता चला कि संवर्धित FnCas9, असंशोधित FnCas9 की तुलना में लक्ष्य DNA को अधिक तेजी से काटता है।
• निदान और उपचार के लिए CRISPR-आधारित उपकरण DNA में विशिष्ट एकल-न्यूक्लियोटाइड परिवर्तनों को पहचानने की प्रणाली की क्षमता पर निर्भर करते हैं। न्यूक्लियोटाइड DNA और RNA के निर्माण खंड हैं। प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड में एक न्यूक्लियोबेस, एक फॉस्फेट समूह और एक शर्करा होती है। DNA में प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड में चार न्यूक्लियोबेस में से एक होता है: एडेनोसिन, थाइमिन, ग्वानिन और साइटोसिन। एकल-न्यूक्लियोटाइड परिवर्तन तब होता है जब जीनोम में केवल एक न्यूक्लियोटाइड को "मरम्मत" करने की आवश्यकता होती है।
• जब शोधकर्ताओं ने जीनोम में ऐसे बदलावों की पहचान करने के लिए उन्नत FnCas9 की क्षमता का परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि enFnCas9 ने असंशोधित FnCas9 से बेहतर प्रदर्शन किया। एक उन्नत FnCas9-आधारित निदान FnCas9 की तुलना में लगभग दोगुने बदलावों को लक्षित कर सकता है, जिससे अधिक रोग पैदा करने वाले आनुवंशिक परिवर्तनों का पता लगाने की गुंजाइश बढ़ जाती है।

आश्चर्यजनक दक्षता

• टीम संपादन की दक्षता से चकित थी। अधिकांश iPSCs ने संपादन किया, और जब शोधकर्ताओं ने अलग-अलग संपादित iPSCs से कॉलोनियाँ विकसित कीं, तो उन्होंने पाया कि दो कॉलोनियों में 100% उत्परिवर्तन सुधार हुआ।
• "हमने ऑफ-टारगेट इंटरैक्शन के लिए पूरे जीनोम की भी जांच की और केवल कुछ ही पाए, जो कोई बड़ी चिंता का विषय नहीं थे, जबकि अन्य Cas9 प्रोटीनों के साथ कई हिट देखे गए थे, जिनकी हमने जांच की थी।"