DNA ने थाइमिन को क्यों चुना: अध्ययन UV ‘सनस्क्रीन’ की ओर संकेत करता है

DNA की एक पुरानी रासायनिक पहेली के लिए नई व्याख्या

जब अणु पराबैंगनी प्रकाश के प्रति संवेदनशील है, तो DNA थाइमिन का उपयोग क्यों करता है? Texas A&M University के नए शोध से एक संभावित उत्तर मिलता है: थाइमिन UV क्षति को ऐसे रूप में निर्देशित कर सकता है, जो अधिक आसानी से प्रतिवर्ती हो।

अध्ययन में नियंत्रित पराबैंगनी परिस्थितियों के तहत थाइमिन और यूरैसिल की तुलना की गई, जिनका उद्देश्य आदिम पृथ्वी के तीव्र विकिरण वातावरण जैसा प्रभाव पैदा करना था। शोधकर्ताओं का कहना है कि उनके निष्कर्ष यह समझाने में मदद कर सकते हैं कि जब जैविक प्रणालियाँ एकल-श्रृंखलित RNA से दूर विकसित हुईं, तब थाइमिन DNA के प्रमुख निर्माण खंडों में से एक क्यों बना।

यह कार्य Proceedings of the National Academy of Sciences में प्रकाशित हुआ। यह जीवन की रसायन-विज्ञान में लंबे समय से मौजूद एक स्पष्ट विरोधाभास को संबोधित करता है: थाइमिन UV क्षति के प्रति संवेदनशील है, फिर भी DNA के प्राथमिक जैविक कोड के रूप में उभरने पर इसने यूरैसिल का स्थान ले लिया।

ओजोन की सुरक्षात्मक परत से रहित प्रारंभिक पृथ्वी पर, सूर्य से आने वाला पराबैंगनी विकिरण उभरते जैविक अणुओं के लिए लगातार चुनौती रहा होगा। प्रकाश-प्रेरित क्षति के प्रति विशेष रूप से संवेदनशील कोई निर्माण खंड टिकाऊ आनुवंशिक प्रणाली के लिए एक असंभावित विकल्प लग सकता है।

क्षति से बचने के बजाय उसे नियंत्रित किया जा सकता है

Texas A&M की टीम ने प्रकाश-आधारित विधियों का उपयोग करके अध्ययन किया कि थाइमिन और यूरैसिल के UV विकिरण के संपर्क में आने पर क्या होता है। उनका दृष्टिकोण बायोफोटोनिक्स पर आधारित था, जो अणुओं का विश्लेषण करने के लिए अवशोषण, प्रतिदीप्ति और रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसी प्रकाशीय तकनीकों का उपयोग करने वाला क्षेत्र है।

शोधकर्ताओं की रिपोर्ट के अनुसार, थाइमिन UV क्षति को अधिक प्रतिवर्ती रूप की ओर निर्देशित करने की प्रवृत्ति रखता था। उनकी व्याख्या है कि प्रारंभिक आनुवंशिक अणु कठोर सूर्यप्रकाश में केवल प्रकाश-रासायनिक क्षति से बचकर नहीं, बल्कि क्षति के रूप को नियंत्रित करके और पुनर्प्राप्ति को अधिक संभव बनाकर जीवित रहे होंगे।

यह आणविक लचीलेपन को देखने का एक अलग तरीका है। यह पूछने के बजाय कि कोई अणु विकिरण के प्रति पूरी तरह प्रतिरोधी है या नहीं, यह कार्य पूछता है कि विकिरण के आणविक परिणामों को संभाला जा सकता है या नहीं। इस दृष्टिकोण में, थाइमिन का मूल्य क्षति के मार्ग और उसे उलटने की संभावनाओं से जुड़ा हो सकता है, न कि क्षति की पूर्ण अनुपस्थिति से।

अध्ययन में UV-प्रेरित थाइमिन फोटोप्रोडक्ट्स की जाँच की गई, जिनमें साइक्लोब्यूटेन पाइरिमिडीन डाइमर और तथाकथित 6-4 फोटोप्रोडक्ट्स शामिल हैं। ऐसे उत्पाद उस रसायन का हिस्सा हैं, जो पराबैंगनी प्रकाश के DNA बेस से संपर्क करने पर बनता है। शोध में थाइमिन और यूरैसिल के व्यवहार की तुलना की गई, ताकि समझा जा सके कि इनके बीच रासायनिक चयन ने प्रारंभिक आनुवंशिक पदार्थ के टिके रहने को कैसे प्रभावित किया होगा।

RNA से DNA तक

RNA और DNA कई महत्वपूर्ण तरीकों से अलग हैं, जिनमें एक परिचित रासायनिक प्रतिस्थापन भी शामिल है: RNA यूरैसिल का उपयोग करता है, जबकि DNA थाइमिन का। DNA में थाइमिन के स्थान का कारण दशकों से वैज्ञानिक चर्चा का विषय रहा है, खासकर प्रारंभिक पृथ्वी पर पराबैंगनी विकिरण से उत्पन्न समस्या को देखते हुए।

शोधकर्ताओं ने अपने परिणाम को आणविक विकास और जीवन की उत्पत्ति को समझने में योगदान बताया है। यह उस पूर्ण वातावरण को पुनःनिर्मित नहीं करता जिसमें DNA विकसित हुआ, और न ही यह RNA से DNA में संक्रमण का कोई एक निर्णायक कारण स्थापित करता है। लेकिन यह एक परीक्षण योग्य तंत्र प्रस्तुत करता है, जो UV विरोधाभास को सीधे संबोधित करता है।

प्रस्तावित तंत्र उल्लेखनीय है क्योंकि यह जीवित रहने को एक गतिशील रासायनिक गुण के रूप में देखता है। महत्वपूर्ण प्रश्न केवल यह नहीं है कि सूर्यप्रकाश किसी आनुवंशिक अणु में दोष पैदा करता है या नहीं; यह भी है कि क्या उन दोषों को ऐसे परिणामों की ओर मोड़ा जा सकता है जो कम स्थायी हों या जिन्हें उलटना आसान हो।

प्रकाश-आधारित माप प्रारंभिक रसायन-विज्ञान की झलक देते हैं

इस शोध का नेतृत्व Texas A&M के Department of Electrical and Computer Engineering के प्रोफेसर Peter Rentzepis ने किया, जिसमें शोध सहायक Keyvan Khosh Abady और Negar Karpourazar शामिल थे। उनके कार्य में नियंत्रित प्रकाश संपर्क के तहत आणविक व्यवहार का अध्ययन करने के लिए स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग किया गया।

बायोफोटोनिक्स इस प्रकार के प्रश्न के लिए उपयुक्त है, क्योंकि इससे यह जाँचा जा सकता है कि अणु प्रकाश को कैसे अवशोषित करते हैं, प्रकाश कैसे उत्सर्जित करते हैं और अपने कंपन संबंधी संकेतों को कैसे बदलते हैं। ये अवलोकन शोधकर्ताओं को UV विकिरण से शुरू होने वाली आणविक प्रक्रियाओं का अनुमान लगाने में मदद कर सकते हैं।

प्रारंभिक पृथ्वी के विकिरण वातावरण की नकल करने वाली नियंत्रित परिस्थितियों का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट विकासवादी दबाव को अलग करने का प्रयास किया: आधुनिक वायुमंडलीय सुरक्षा के अस्तित्व में आने से पहले आणविक पूर्वगामियों तक पहुँचने वाला तीव्र सूर्यप्रकाश। इसलिए यह अध्ययन केवल एक समकालीन जैविक अणु के बारे में नहीं है। यह इस बात से भी जुड़ा है कि रासायनिक प्रणालियाँ आज की पृथ्वी से बहुत अलग परिस्थितियों में कैसे टिक सकती थीं।

जीवन की उत्पत्ति के शोध के लिए निहितार्थ

जीवन की उत्पत्ति के शोध में निर्माण और टिकाऊपन, दोनों को समझना आवश्यक है। कोई अणु रासायनिक रूप से संभव हो सकता है, लेकिन एक उपयोगी आनुवंशिक प्रणाली को सूचना संग्रहीत करने और आगे के विकास में भाग लेने के लिए पर्याप्त समय तक जीवित भी रहना चाहिए। Texas A&M के निष्कर्ष इसी टिकाऊपन की समस्या पर प्रकाश डालते हैं।

रिपोर्ट किया गया “आणविक सनस्क्रीन” प्रभाव यह नहीं दर्शाता कि थाइमिन ने UV क्षति को पूरी तरह रोक दिया। इसके बजाय, यह संकेत देता है कि थाइमिन ने क्षति के मार्ग को इस तरह प्रभावित किया होगा जिससे प्रतिवर्तनीयता को बढ़ावा मिला। यह अंतर शोधकर्ताओं की उस व्याख्या का केंद्र है कि UV संवेदनशीलता वाले अणु को फिर भी DNA के लिए क्यों चुना जा सकता था।

यह अध्ययन एक बहुत बड़ी वैज्ञानिक पहेली में एक केंद्रित आणविक संकेत जोड़ता है। प्रारंभिक पृथ्वी की प्रतिकूल परिस्थितियों में जैविक प्रणालियाँ कैसे बनीं, टिकीं और विकसित हुईं? कोई एक प्रयोग उस इतिहास को पूरी तरह स्पष्ट नहीं कर सकता। फिर भी, UV संपर्क के तहत थाइमिन और यूरैसिल की तुलना करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसा रासायनिक तंत्र प्रस्तुत किया है जो DNA के सबसे महत्वपूर्ण विकल्पों में से एक को समझाने में मदद कर सकता है।

यह जानने के लिए आगे के शोध की आवश्यकता होगी कि यह तंत्र कितने व्यापक रूप से लागू होता है और आनुवंशिक अणुओं के विकास में शामिल अन्य कारकों के साथ यह कैसे परस्पर क्रिया करता है। फिलहाल, यह शोध थाइमिन की संवेदनशीलता को एक संभावित लाभ के रूप में प्रस्तुत करता है: महत्वपूर्ण बात सूर्य की क्षति से बचना नहीं, बल्कि उस क्षति को कम अंतिम बनाना हो सकती है।

यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।