परिचय: जीवन म्हणजे हालचाल
शास्त्रज्ञ अनेकदा जीवनाचे वर्णन रासायनिक अभिक्रियांच्या मालिकेप्रमाणे करतात. परंतु पल्लव कोसुरी, पीएच.डी., जीवनाचे वर्णन हालचाल म्हणून करतात. रासायनिक अभिक्रिया अणू, प्रथिने, पेशी आणि शरीरांच्या हालचाली चालवतात—हालचालीशिवाय जीवन नाही. 'जर तुम्हाला एखादी गोष्ट कशी हलते हे माहित नसेल, तर तुम्हाला ती काय करते हे माहित नसते,' असे कोसुरी म्हणतात. 'आणि जर तुम्हाला रेणूंचे कार्य समजून घ्यायचे, हाताळायचे आणि बदलायचे असेल, तर त्यांच्या रासायनिक अभिक्रिया समजून घेण्याइतकेच त्यांच्या भौतिक हालचाली समजून घेणे महत्त्वाचे आहे. फरक असा आहे: आपल्याकडे रासायनिक अभिक्रियांची सर्वसमावेशक यादी आहे, तर यांत्रिक बाजू अजूनही 'वाइल्ड वेस्ट' आहे.'
सॉक इन्स्टिट्यूटमधील कोसुरीची प्रयोगशाळा हे बदलण्यासाठी निघाली आहे. सेल रिपोर्ट्स मेथड्स मध्ये प्रकाशित झालेल्या नवीन अभ्यासात, त्यांनी ORBIT सादर केले आहे, जे आण्विक हालचालींचे दृश्यमानीकरण करण्यासाठी DNA ओरिगामी वापरून फ्लोरोसेंट नॅनोस्ट्रक्चर्स तयार करण्याची पद्धत आहे. हा नाविन्यपूर्ण दृष्टीकोन दीर्घकालीन तांत्रिक मर्यादांवर मात करतो, ज्यामुळे संशोधकांना RNA पॉलिमरेझच्या एकाच रेणूचे फिरणे तासन्तास बेस-पेअर रिझोल्यूशनसह ट्रॅक करता येते—हे पूर्वी अशक्य होते.
आण्विक हालचाल मोजण्याचे आव्हान
फ्लोरोसेन्स मायक्रोस्कोपी हे एक शक्तिशाली तंत्रज्ञान आहे, परंतु त्याच्या निरीक्षणाची वेळ फ्लोरोसेंट टॅग्सच्या फोटोब्लीचिंगमुळे मर्यादित आहे. कालांतराने, या टॅग्स अपरिहार्यपणे अंधुक होतात, ज्यामुळे मोजमाप फक्त काही सेकंदांपुरते मर्यादित राहते. यामुळे दीर्घ कालावधीत आण्विक हालचालींचा अभ्यास करणे कठीण किंवा अशक्य झाले आहे, विशेषतः प्रतिलेखनासारख्या प्रक्रिया ज्या मिनिटांपासून तासांपर्यंत घडतात.
याचे निराकरण करण्यासाठी, कोसुरी आणि त्यांच्या टीमने ORBIT साठी 'डाई-सायकलिंग' धोरण विकसित केले. हे तंत्र सतत फ्लोरोसेंट टॅग्सची भरपाई करते, ज्यामुळे मोजमापाची वेळ सेकंदांपासून तासांपर्यंत वाढते. असे करून, ते आता अभूतपूर्व अचूकतेसह रिअल टाइममध्ये आण्विक गतिशीलता पाहू शकतात.
ORBIT कसे कार्य करते
ORBIT DNA ओरिगामीचा वापर करते, जी DNA बिल्डिंग ब्लॉक्स वापरून सानुकूल, स्वयं-एकत्रित नॅनोस्ट्रक्चर्स तयार करण्याची पद्धत आहे. ही नॅनोस्ट्रक्चर्स विशिष्ट प्रथिनांना जोडण्यासाठी आणि त्यांच्या हालचाली वाढवण्यासाठी डिझाइन केली जाऊ शकतात. या प्रकरणात, संशोधकांनी कॉर्कस्क्रू स्टेमसह रोटरसारखी रचना तयार केली जी RNA पॉलिमरेझला जोडते, X-आकाराचे हँडल आणि फ्लोरोसेंट डाई प्रोब. पॉलिमरेझ DNA च्या बाजूने सरकत असताना, रोटर गती वाढवतो, ज्यामुळे ती सूक्ष्मदर्शकाखाली शोधता येते.
मुख्य नवीनता म्हणजे डाई-सायकलिंग यंत्रणा. एकाच फ्लोरोसेंट टॅगवर अवलंबून राहण्याऐवजी जो फिका पडतो, ORBIT सतत ताजे डाई रेणू आणते, ज्यामुळे सिग्नल दीर्घ काळ तेजस्वी राहतो. यामुळे टीमला RNA पॉलिमरेझचे फिरणे ट्रॅक करता येते, जसे ते जनुकांचे प्रतिलेखन करते, बेस पेअर बाय बेस पेअर.
जनुक प्रतिलेखन समजून घेण्यासाठी परिणाम
जनुक प्रतिलेखन ही एक मूलभूत प्रक्रिया आहे ज्यामध्ये RNA पॉलिमरेझ DNA वाचते आणि RNA तयार करते. प्रतिलेखनाच्या रासायनिक पायऱ्या चांगल्या प्रकारे समजल्या गेल्या असल्या तरी, यांत्रिक पैलू—पॉलिमरेझ कसे हलते, फिरते आणि DNA शी संवाद साधते—हे मोठ्या प्रमाणात अन्वेषित नाहीत. ORBIT या गतिशीलतेची एक खिडकी प्रदान करते, ज्यामुळे नवीन उपचारात्मक धोरणे तयार होऊ शकतात.
उदाहरणार्थ, प्रतिलेखन यंत्रणा कशी हलते हे समजून घेतल्यास संशोधकांना प्रक्रियेतील विशिष्ट पायऱ्यांना लक्ष्य करणारी औषधे डिझाइन करण्यात मदत होऊ शकते, ज्यामुळे प्रतिलेखनाच्या विकृतीमुळे होणाऱ्या रोगांवर उपचार करणे शक्य होईल. शिवाय, रिअल टाइममध्ये आण्विक हालचाली पाहण्याची क्षमता इतर प्रथिन-DNA परस्परसंवादांवर लागू केली जाऊ शकते, ज्यामुळे आण्विक जीवशास्त्रात नवीन मार्ग खुलतात.
व्यापक अनुप्रयोग आणि भविष्यातील दिशा
प्रतिलेखनाच्या पलीकडे, ORBIT ची डाई-सायकलिंग धोरण आण्विक परस्परसंवादांच्या विस्तृत श्रेणीचा अभ्यास करण्यासाठी अनुकूलित केली जाऊ शकते. टीम औषध वितरण, लॅब-ऑन-ए-चिप उपकरणे आणि मूलभूत जैविक शोधांमध्ये अनुप्रयोगांची कल्पना करते. आण्विक हालचालीचे दृश्यमानीकरण करण्यासाठी एक साधन प्रदान करून, ORBIT जीवनाच्या रासायनिक आणि यांत्रिक समजामधील अंतर भरून काढण्यास मदत करू शकते.
कोसुरीची प्रयोगशाळा आधीच ORBIT च्या क्षमतांचा विस्तार करण्याची योजना आखत आहे. त्यांचे उद्दिष्ट तंत्राचे रिझोल्यूशन आणि संवेदनशीलता वाढवणे तसेच इतर आण्विक मोटर्स आणि एन्झाइम्सवर लागू करणे आहे. अंतिम ध्येय म्हणजे आण्विक हालचालींचा एक सर्वसमावेशक नकाशा तयार करणे, जसे रासायनिक अभिक्रियांची यादी आधीपासून अस्तित्वात आहे.
निष्कर्ष
ORBIT चा विकास आण्विक बायोफिजिक्सच्या क्षेत्रात एक महत्त्वपूर्ण पाऊल आहे. दीर्घ-कालावधी, उच्च-रिझोल्यूशन आण्विक हालचालींचा मागोवा घेण्यास सक्षम करून, ते जीवनाच्या यांत्रिक पायाभूत गोष्टी पाहण्यासाठी एक नवीन भिंग प्रदान करते. कोसुरी म्हणतात त्याप्रमाणे, कार्य समजून घेण्यासाठी हालचाल समजून घेणे महत्त्वाचे आहे. ORBIT सह, संशोधक आता आण्विक यांत्रिकीच्या 'वाइल्ड वेस्ट'चा शोध घेण्यास सज्ज आहेत, ज्यामुळे जीवशास्त्र आणि औषधांमध्ये नवीन अंतर्दृष्टी मिळू शकते.
हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org
