परिचय: जीवन गति के रूप में
वैज्ञानिक अक्सर जीवन को रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के रूप में वर्णित करते हैं। लेकिन पल्लव कोसुरी, पीएच.डी., जीवन को गति के रूप में वर्णित करते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाएं परमाणुओं, प्रोटीन, कोशिकाओं और शरीर की गति को संचालित करती हैं—गति के बिना, कोई जीवन नहीं है। 'यदि आप नहीं जानते कि कुछ कैसे चलता है, तो आप नहीं जानते कि यह क्या करता है,' कोसुरी कहते हैं। 'और यदि आप अणुओं के कार्य को समझना, हेरफेर करना और बदलना चाहते हैं, तो उनकी भौतिक गतिविधियों को समझना उनकी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को समझने जितना ही महत्वपूर्ण है। अंतर यह है: हमारे पास रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक व्यापक सूची है, जबकि यांत्रिक पक्ष अभी भी वाइल्ड वेस्ट है।'
साल्क इंस्टीट्यूट में कोसुरी की प्रयोगशाला इसे बदलने के लिए तैयार है। सेल रिपोर्ट्स मेथड्स में प्रकाशित एक नए अध्ययन में, वे ORBIT पेश करते हैं, जो आणविक गतिविधियों की कल्पना करने के लिए फ्लोरोसेंट नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए डीएनए ओरिगेमी का उपयोग करने वाली एक विधि है। यह अभिनव दृष्टिकोण लंबे समय से चली आ रही तकनीकी सीमाओं को दूर करता है, जिससे शोधकर्ता एकल RNA पोलीमरेज़ अणु के घूर्णन को ट्रैक कर सकते हैं क्योंकि यह घंटों तक आधार-जोड़ी रिज़ॉल्यूशन के साथ डीएनए पढ़ता है—यह उपलब्धि पहले असंभव थी।
आणविक गति को मापने की चुनौती
फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोपी एक शक्तिशाली तकनीक है, लेकिन इसकी अवलोकन अवधि फ्लोरोसेंट टैग के फोटोब्लीचिंग द्वारा सीमित है। समय के साथ, ये टैग अनिवार्य रूप से अंधेरे में चले जाते हैं, माप को केवल सेकंड तक सीमित कर देते हैं। इसने लंबे समय तक आणविक गतिविधियों का अध्ययन करना मुश्किल या असंभव बना दिया है, विशेष रूप से प्रतिलेखन जैसी प्रक्रियाएं जो मिनटों से घंटों तक होती हैं।
इसे संबोधित करने के लिए, कोसुरी और उनकी टीम ने ORBIT के लिए एक 'डाई-साइक्लिंग' रणनीति विकसित की। यह तकनीक लगातार फ्लोरोसेंट टैग को फिर से भरती है, माप विंडो को सेकंड से घंटों तक बढ़ाती है। ऐसा करके, वे अब अभूतपूर्व सटीकता के साथ वास्तविक समय में आणविक गतिशीलता का निरीक्षण कर सकते हैं।
ORBIT कैसे काम करता है
ORBIT डीएनए ओरिगेमी का लाभ उठाता है, एक विधि जो कस्टम, स्व-इकट्ठा नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए डीएनए बिल्डिंग ब्लॉक्स का उपयोग करती है। इन नैनोस्ट्रक्चर को विशिष्ट प्रोटीन से जुड़ने और उनकी गतिविधियों को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। इस मामले में, शोधकर्ताओं ने एक रोटर जैसी संरचना बनाई जिसमें एक कॉर्कस्क्रू स्टेम होता है जो RNA पोलीमरेज़ से जुड़ता है, एक एक्स-आकार का हैंडल, और एक फ्लोरोसेंट डाई जांच। जैसे ही पोलीमरेज़ डीएनए के साथ चलता है, रोटर गति को बढ़ाता है, जिससे यह माइक्रोस्कोप के नीचे पता लगाने योग्य हो जाता है।
मुख्य नवाचार डाई-साइक्लिंग तंत्र है। एक एकल फ्लोरोसेंट टैग पर निर्भर रहने के बजाय जो फीका पड़ जाता है, ORBIT लगातार ताजा डाई अणुओं को पेश करता है, सिग्नल को लंबे समय तक उज्ज्वल रखता है। यह टीम को जीन को ट्रांसक्राइब करते समय RNA पोलीमरेज़ के घूर्णन को ट्रैक करने की अनुमति देता है, आधार जोड़ी द्वारा आधार जोड़ी।
जीन प्रतिलेखन को समझने के लिए निहितार्थ
जीन प्रतिलेखन एक मौलिक प्रक्रिया है जिसमें RNA पोलीमरेज़ डीएनए पढ़ता है और RNA का उत्पादन करता है। जबकि प्रतिलेखन के रासायनिक चरण अच्छी तरह से समझे जाते हैं, यांत्रिक पहलू—पोलीमरेज़ कैसे चलता है, घूमता है, और डीएनए के साथ बातचीत करता है—काफी हद तक अज्ञात हैं। ORBIT इन गतिशीलताओं में एक खिड़की प्रदान करता है, जो अंतर्दृष्टि प्रदान करता है जो नई चिकित्सीय रणनीतियों को जन्म दे सकता है।
उदाहरण के लिए, यह समझना कि प्रतिलेखन मशीनरी कैसे चलती है, शोधकर्ताओं को प्रक्रिया में विशिष्ट चरणों को लक्षित करने वाली दवाओं को डिजाइन करने में मदद कर सकता है, संभावित रूप से प्रतिलेखन विकृति के कारण होने वाली बीमारियों का इलाज कर सकता है। इसके अलावा, वास्तविक समय में आणविक गतिविधियों का निरीक्षण करने की क्षमता अन्य प्रोटीन-डीएनए इंटरैक्शन पर लागू की जा सकती है, जो आणविक जीव विज्ञान में नए रास्ते खोलती है।
व्यापक अनुप्रयोग और भविष्य की दिशाएं
प्रतिलेखन से परे, ORBIT की डाई-साइक्लिंग रणनीति को आणविक इंटरैक्शन की एक विस्तृत श्रृंखला का अध्ययन करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। टीम दवा वितरण, लैब-ऑन-ए-चिप डिवाइस और मौलिक जैविक खोज में अनुप्रयोगों की कल्पना करती है। आणविक गति की कल्पना करने के लिए एक उपकरण प्रदान करके, ORBIT जीवन की रासायनिक और यांत्रिक समझ के बीच की खाई को पाटने में मदद कर सकता है।
कोसुरी की प्रयोगशाला पहले से ही ORBIT की क्षमताओं का विस्तार करने की योजना बना रही है। उनका लक्ष्य तकनीक के रिज़ॉल्यूशन और संवेदनशीलता को बढ़ाना है, साथ ही इसे अन्य आणविक मोटर्स और एंजाइमों पर लागू करना है। अंतिम लक्ष्य आणविक गतिविधियों का एक व्यापक एटलस बनाना है, जो पहले से मौजूद रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सूची के समान है।
निष्कर्ष
ORBIT का विकास आणविक बायोफिजिक्स के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण कदम है। लंबी अवधि, उच्च-रिज़ॉल्यूशन ट्रैकिंग को सक्षम करके, यह जीवन के यांत्रिक आधारों को देखने के लिए एक नया लेंस प्रदान करता है। जैसा कि कोसुरी कहते हैं, आंदोलन को समझना कार्य को समझने की कुंजी है। ORBIT के साथ, शोधकर्ता अब आणविक यांत्रिकी के 'वाइल्ड वेस्ट' का पता लगाने के लिए सुसज्जित हैं, संभावित रूप से जीव विज्ञान और चिकित्सा में नई अंतर्दृष्टि को अनलॉक कर रहे हैं।
यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
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