அறிவியல்

வேதியலுக்கான நோபல் பரிசு 2020 – விஜயன்

74views
Spread the love

வேதியலின் ஒரு பிரிவான உயிர் வேதியல் கண்டுபிடிப்பு ஒன்று இந்தாண்டுக்கான‘நோபல்பரிசு பெற்றிருக்கிறது. சென்ற ஆண்டு மின்வேதியல் என்ற பிரிவில் நடைபெற்ற கண்டுபிடிப்பு நோபல் பரிசைப் பெற்றது. இந்தாண்டு வேதியல் நோபல் பரிசுக்கான கண்டுபிடிப்பானது எளிதில் மரபணுக்களை கத்தரித்தும் மாற்றவும் உதவும். இதன்மூலம் பரம்பரம்பரையாக பரவிவரும் சர்க்கரை வியாதி. இருதய நோய் போன்றவைகளுக்கு காரணமான மரபணுக்களை கத்தரித்து மாற்றியமைத்து இதுபோன்ற மரபணு பிழைகள் சார்ந்த நோய்களை குணப்படுத்த வாய்ப்புகள் உள்ளது.

அத்துடன்  தாவரத்திலும் உயிரினத்திலும் உள்ள மரபணுக்களை கத்தரித்து மாற்றம் செய்து அதிக பயனுள்ளவைகாளக மாற்ற வாய்ப்புளது. இந்த கண்டுபிடிப்பை பயன்படுத்த தேவையான சமூகக்கட்டுப்பாடுகள் வேண்டும் என்று அதன் கண்டுபிடிப்பாளர்களே கூறியுள்ளனர். இதன் அறிவியல் அம்சத்திற்குள் மட்டும் நாம் இப்போது செல்வோம். இந்தக் கண்டுபிடிப்புக்கான நோபல் பரிசை ஃபிரான்ஸைச் சேர்ந்த இம்மானுவேல் கார்பென்டியர், அமெரிக்காவைச் சேர்ந்த ஜெனிஃபர் டோட்னா ஆகிய இரு பெண்மணிகள் பகிர்ந்து கொள்கின்றனர்.

நோபல் பரிசுப் பெற்றவர்களின் பணிகள்

நாம் நோபல் பரிசு பெற்ற இம்மானுவேல் கார்பென்டியர், ஜெனிஃபர் டோட்னா ஆகிய இரு பெண்மணிகளின் பணிகளுக்குள் செல்வோம். கார்பென்டியர் பாரிசிலுள்ள பாஸ்டர் ஆய்வு நிறுவனத்தில் முனைவர் பட்டம் பெற்றதன் பின்னணியில் தனது ஆய்வுப்பணியைத் துவங்கியவர். இவர் ஐந்து நாடுகளில் உள்ள ஏழு நகரங்களில் வசித்தவர் பத்து ஆய்வு நிறுவனங்களில் பணியாற்றியிருப்பவர்.

கடைசியாக இவர் வியன்னா பல்கலைக் கழகத்தில் தனக்கென ஒரு குழுவை அமைத்து ஆய்வுகளைத் தொடர்ந்தார். மனிதர்களுக்கு அதிகத் தீங்கை விளைவிக்கும் Streptococcus pyogenes என்ற பாக்டீரியாவின் மீது கவனம் செலுத்தினார். 2009ம் ஆண்டு வட ஸ்வீடனில் உள்ள யூமி பல்கலைக்கழகத்திற்கு ஆய்வுப்பணிகளை தொடர்வதற்காக சென்றுவிட்டார். அங்கு சென்றும் Streptococcus pyogenes பற்றிய ஆய்வை தொடர்ந்து மேற்கொண்டார்.

அங்கிருந்து பெர்லினுள்ள ஒரு ஆய்வாளரின் பணிகளில் ஆர்வம் காட்டினார். அந்த ஆய்வாளர் மரபணுக்களை கட்டுப்படுத்தும் சிறிய ஆர்என்ஏ மூலக்கூறுகள் பற்றிய ஆய்வை நடத்தி வந்தவர். இந்த ஆர்வம் கார்பென்டியருக்கு ஏற்பட்டதற்கு காரணம் இவர் ஆய்வு செய்த பாக்டீரியாவில் சிறு ஆர்என்ஏ மூலக்கூறுகள் அதிகளவில் இருந்தன. இந்த ஆர்என்ஏக்களில் குறிப்பிட்ட ஒரு ஆர்என்ஏயின் மரபணுச் செய்திகள் அதன் கிரிஸ்பர் தொடரில் உள்ள மரபணுச் செய்திகளுடன் கிட்டத்தட்ட நெருக்கமாக ஒத்திருந்தன. 

அமெரிக்காவின் ஹவாய்த் தீவில் சிறுவயதைக் கழித்தவர் டோட்னா. சிறுவயதிலேயே இவர் வாட்சன் எழுதிய எஎன்ஏயின் இரட்டைச் சுழலேணி அமைப்பை கண்டுபிடித்த கதையைப் படித்தவர். இதன் மூலம் இளம் வயதிலேயே விஞ்ஞானியாக வேண்டும் என்று தீர்மானித்தவர். இவர் கலிஃபோர்னியா பல்கலைக்கழகத்தின் பெர்க்லி வளாகத்தில் அமைந்த ஒரு ஆய்வுக் கூடத்தில் ஒரு குழுவை அமைத்து ஆய்வுகளை நடத்தி வந்தார். ஒரு வெற்றிகரமான ஆய்வாளர் என்ற பெயரெடுத்து உடைப்பை உண்டாக்கும் ஒரு ஆய்வை நடத்துவதற்கான தயார் நிலையில் இருந்தவர்.

இவர் தெரிவு செய்த ஆய்வுப் பொருள் ஆர்என்ஏ ஊடுறுவல் (RNA Interference). 2006ம் ஆண்டில் கிரிஸ்பர் பற்றி அறிகிறார். அந்த நேரத்தில் கிரிஸ்பர் பற்றி அதிகம் ஆய்வு செய்யப்படவில்லை. எனினும் ஆரம்பகால பாக்டீரியாக்களின் நோயெதிர்ப்பு சக்திக்கும் அவைகளின் கிரிஸ்பர்களுக்கும் தொடர்புண்டு என்பது மட்டும் அறியப்பட்டிருந்தது. இவரது ஆய்வுப்பொருளான ஆர்என்ஏ ஊடுறுவலுக்கும் இதற்கும் நெருங்கிய தொடர்புடையதால் கிரிஸ்பர் பற்றி ஆழமாக படிக்க ஆரம்பித்தார்.

இதனைத் தொடர்ந்து தன்னுடைய ஆயவுக்குழுவை கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்புகளில் பணியாற்றுவதற்காக திருப்பினார். இவர்கள் பல்வேறு கேஸ் புரேட்டீன்களின் செயல்பாடுகளை கண்டறிந்தனர். இதே நேரத்தில் இன்னும் பல ஆய்வுக்குழுக்கள் கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்புகள் பற்றி ஆய்வுகளைச் செய்து வந்தனர். பாக்டீரியாவின் நோயெதிர்ப்பமைபபானது வெவ்வேறு வடிவங்களை மேற்கொள்ளும் தன்மை கொண்டவை என்பதையும் கண்டறிந்துவிட்டனர். இதற்குள் கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்புகள் இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கப்பட்டன. டோட்னா முதலாம் வகை கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்பில் ஆய்வை நடத்திவந்தார். கார்பென்டியர் இரண்டாம்வகை கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்புகள் மீது ஆய்வைத் தொடர்ந்தார்.

கார்பென்டியர் குழுவானது S.Pyogenes பாக்டீரியாவின் கிரிஸ்பர் அமைப்புகளை தொகுத்துவிட்டனர். இவற்றை வைத்து உருவாக்கப்படட்ட கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்பானது இரண்டாம்வகை அமைப்பைச் சார்ந்தது. இவற்றில் கேஸ்9 என்ற கேஸ் புரோட்டீன் பற்றி மட்டும் அறியவேண்டியதிருந்தது. இதுதான் வைரஸ் டிஎன்ஏக்குள் ஊடுறுவி இடைவெளியை ஏற்படுத்தும் ஆற்றல் படைத்தது. இந்த ஆய்வுகளில் ஒரு கட்டத்தில் அறியப்படாத ஒரு ஆர்என்ஏ மூலக்கூறானது சில வித்தியாசமான செயல்களுக்கு காரணமாகிறது என்று அறிந்தனர்.

இந்த அறியப்படாத ஆர்என்ஏ மூலக்கூறிற்கு ட்ரான்ஸ் ஆக்டிவேட்டிங் கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏ (trcrRNA) என்று பெயரிட்டார். பாக்டீரியாவின் கிரிஸ்பர் தொடர் கொண்டு தயாரிக்கப்பட்ட நீண்ட ஆர்என்ஏ மூலக்கூறு ஒரு கட்டத்தில் பக்குவமைடைந்து செயலூக்கத்தன்மை பெறுகிறது என்பதையும், அதுதான் trcrRNA என்பதையும் அறிந்தார். இது இவரது ஆய்வில் ஒரு மைல்கல் எனலாம். இந்த ஆய்வு முடிவை அவர் 2011ம் ஆண்டு அறிவித்தார்.

பரபரப்பூட்டும் இந்த முடிவினைத் பின்பற்றி ஆய்வை மேற்கொள்ளத் தீர்மானித்தார். கிரிஸ்பர்கேஸ்9 அமைப்புமுறையின் மீதான ஆய்வை ஒரு உயிர்வேதியலாளருடன் இணைந்து நடத்த முடிவுசெய்தார். இந்தக் கட்டத்தில் அவர் டோட்னாவுடன் கூட்டுச் சேர்ந்து ஆய்வைத் தொடருவது என்ற முடிவுக்கு வந்தார். இருவரும் சந்திக்கும் வாய்ப்பு அமெரிக்காவின் போர்டோ ரீகோவில் நடைபெற்ற ஒரு அறிவியல் ஆய்வரங்கத்தின் வாயிலாக கிட்டியது. இருவரும் இணைந்து பணியாற்றுவது என்ற முடிவுக்கு வந்தனர்.

வைரஸ் டிஎன்ஏஐ அடையாளம் காண கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏ தேவைப்படுகிறது. கேஸ்9 ஒரு கத்திரிக்கோல்போல் செயல்பட்டு வைரஸ் டிஎன்ஏயை துண்டுபோடுகிறது என்ற அனுமானத்தின் அடிப்படையில் இவர்கள் ஆய்வைத் தொடர்ந்தனர். இவர்கள் அனுமானத்தை ஆய்வகத்தில் செயலுக்குக் கொண்டு வந்தபொழுது எதிர்பார்த்தபடி வைரஸ் டிஎன்ஏ துண்டுபடவில்லை. இவர்கள் ஆய்வில் trcrRNAஐச் சேர்க்கவில்லை. காரணம், கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏ உருவாக்கப்பட்டவுடன் அது சுருங்கி செயலூக்கம் பெறுவதால் trcrRNAஐச் சேர்க்கவில்லை.

இப்பொழுது trcrRNAஐச் சேர்த்தவுடன் அவர்கள் எதிர்பார்த்தபடி வைரஸ் டிஎன்ஏ இரு துண்டானது ஏனென்றால் கேஸ்9 அமைப்பானது trcrRNAஐ தொடர்பு கொண்டதால் சாத்தியப்பட்டது. ஆய்வுகளில் மேற்கொள்ளப்படும் படிப்படியான மாற்றங்கள் சிலநேரங்களில் ஆச்சர்யங்களை ஏற்படுத்திவிடுகின்றன. மனிதர்களுக்கு தீங்கு விளைவிக்கும் ஒரு பாக்டீரியாவிற்குள் செயல்படும் அடிப்படை அமைப்புமுறைகளை ஆய்வுசெய்யப் புகுந்த இந்த ஆய்வாளர்கள் ஒரு மரபணுக் கத்திரிக்கோலை உருவாக்கும் அளவிற்கு முன்னேறிச் சென்றுவிட்டனர். விஷயம் இத்துடன் நிறைவு பெறவில்லை.

இந்த ஆய்வின் மூலமாக அவர்கள் கற்றுக்கொண்ட விஷயங்கள் அதாவது trcrRNA, கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏக்களைப் பற்றி கற்றுக் கொண்ட விஷயங்கள் இந்த இரண்டு மூலக்கூறுகளையும் ஒன்றிணைத்து ஒரே மூலக்கூறாக மாற்ற பயன்பட்டது. ஒன்றிணைந்த மூலக்கூறிற்கு கைடு ஆர்என்ஏ என்று பெயரிட்டனர். கைடு ஆர்என்ஏஐ வைத்து இந்த மரபணு ஆயுதத்தை கட்டுப்படுத்தி நாம் விரும்பிய இடத்தில் டிஎன்ஏஐ துண்டு போட முடியுமா என்று ஆய்ந்தறிந்து வெற்றியும் கண்டனர்.

இதன்மூலம் இன்னொரு மாபெரும் உடைப்பை ஏற்படுத்தும் கண்டுபிடிப்பை நிகழ்த்தவுள்ளனர் என்பதை அறிந்து கொண்டனர். டோட்னா ஆய்வகத்தின் உறைவிப்பானில் வைக்கப்பட்டிருந்த மரபணுவை எடுத்து அவர்கள் நினைத்த ஐந்து இடங்களில் இடைவெளிகளை உண்டாக்க முடியுமா என்று ஆய்வு செய்தனர். இந்த ஆய்வும் வெற்றி பெற்றது. மாற்றம் செய்யவிருக்கும் மரபணுவில் எந்தப் பகுதியை மாற்ற வேண்டுமோ அந்தப்பகுதியின் மரபணுத்தொடருடன் இணையான மரபணுப் தொடர்புடைய கிரஸ்பர் பகுதியை இந்த மரபணுக் கத்தரிக்கோலில் மாற்றினால் அந்தப் பகுதியை மாற்றம் செய்யமுடியும் என்று நிறுவினர்.

நோபல் பரிசுப் பணிகளுக்கு பின் நடைபெற்ற பணிகள்

கார்பென்டியர், டோட்னா இணையர்களின் மகத்தான கண்டுபிடிப்பு 2012ல் வெளியிடப்பட்டவுடன் பல்வேறு ஆய்வுக்குழுக்கள் களத்தில் இறங்கின. இந்த மரபணுமாற்ற ஆயுதத்தைப் பயன்படுத்தி எலிகள் மனிதர்கள் ஆகியவற்றின் மரபணுத் தொகுப்பையே மாற்ற முடியும் என்று நிறுவினர். இதற்கு முன்பு மரபணுக்களில் மாற்றம் செய்வது என்பது நீண்ட காலம் எடுக்கும் நெடிய போக்காகும்.

அத்துடன் சிலவகை மாற்றங்களை செய்யவே முடியாது. இந்த ஆயுதம் கண்டுபிடிக்கப்பட்டவுடன் குறுகிய நேரத்திலேயே மரபணுத் தொகுப்பில் நினைத்த இடத்தில் நினைத்த மாதிரியான மாற்றத்தை நிகழ்த்துவது சாத்தியம் என்பது நிறுவப்பட்டுவிட்டது. இதைப் பயன்படுத்தி செல்களில் இயல்பான அமைப்பான டிஎன்ஏக்களில் ஏற்படும் கோளாறுகளை பழுதுபார்க்க முடியும். ஏன் நாம் தலையெழுத்து என்று கூறும் உயிரின் அடிப்படை வரைபடத்தையே மாற்றமுடியும். எனினும் இதனை மனிதகுலத்திற்கு நன்மை விளைவிக்கும் வகையில் பயன்படுத்தவும் முடியும்.

தீமைவிளைவிக்கும் வகையில் பயன்படுத்தவும் முடியும். இது சம்பந்தமாக ஒரு ஒருமித்த கருத்து சர்வதேச சமூகத்திற்கு ஏற்படும்வரை இதன் பயன்பாட்டை நிறுத்தி வைக்க வேண்டும் என்ற கோரிக்கையும் எழுந்துள்ளது. இன்னொருபுறம் நீண்டகாலமாக தீர்க்க முடியாத நோய்களுக்கான சிகிக்சைகளை இந்த முடிவு தாமதப்படுத்தும் என்ற நெருக்குதலும் ஏற்பட்டுள்ளது. சர்வதேச சமூகம் இதற்கான வழிமுறைகளை விரைவில் கண்டறிந்துவிடும் என்பதில் ஐயமில்லை.

இது குறிப்பிட்ட நோய்களுக்கு சிகிச்சையளிப்பதற்கு அனுமதிக்கப்பட்டால் மரபுவழி நோய்கள் பலவற்றை கட்டுப்படுத்த முடியும். கருமுட்டைக்குள்ளே இருக்கும் மரபணுத் தொகுப்பை ஆய்வு செய்து பிறவிக் கோளாறுகளை நிவர்த்தி செய்ய முடியும். இத்தகைய மகத்தான பணிகளுக்கு அடித்தளமிட்ட கார்பென்டியர் டோட்னா ஆகிய இரு பெண்மணிகளை மனிதகுலம் என்றென்றும் நினைவில் வைத்திருக்கும்.

தகவல்:

தொடர்ந்து படிக்க…

உயிர்வேதியல், உயிரியலின் அடிப்படை அம்சங்களையும், கார்பென்டியர், டோட்னாவிற்கு முன்பு, அதாவது இவர்கள் நடத்திய ஆய்வுக்கு முன்பு நடைபெற்ற பணிகளையும் தெரிந்து கொள்ள வேண்டுமானால் தொடர்ந்து படியுங்கள் 

உயிர்வேதியல்

தனிமங்களின் குணாம்சங்களையும் அவற்றிற்கிடையிலான வினைகளையும் பற்றிய பயிலலே அடிப்படையில் வேதியல் ஆகும். உயிர் வேதியலிருந்து உயிரியல் துவங்குகிறது எனலாம். உயிரியலின் அடிப்படைகளுக்குள் மூலக்கூறு உயிரியல், செல் உயிரியல், மரபணுவியல், நுண்ணுயிரியல் போன்றவைகள் அடங்கும். இவ்வொவ்வொன்றின் தலைப்புகளின் கீழும் பல்வேறு உபதலைப்புகளில் இவ்வறிப்புலம் வளர்ந்திருக்கிறது.  ஆயினும் இவ்வொவ்வொரு உபபிரிவுகளுக்கும் இடையில் நெருக்கமான உறவு உள்ளது.

இந்த நோபல் பரிசுக்கான கண்டுபிடிப்பை புரிந்து கொள்ள செல்களைப் பற்றிய அடிப்படை அம்சங்களிலிருந்து துவங்க வேண்டும். அதாவது செல் உயிரியலிருந்து துவங்க வேண்டும். உயிர்கள் செல்களால் ஆனது என்ற உண்மையை 1665ம் ஆண்டே ராபர் ஹூக் என்ற அறிஞர் கண்டுபிடித்து அறிவித்தார். உயிர்கள் செல்களால் கட்டமைக்கப்பட்டுள்ளதால் செல்தான் உயிரின் அடிப்படை அலகு எனலாம். செல்களைப் பற்றிய ஆய்வு வளர்ச்சியடைந்து இன்று அது பல்வேறு பரிமாணங்களில் ஆய்வுகள் மேலும் நடைபெற்று வருகிறது.

செல்கள் ஒரு உறையால் மூடப்பட்ட நுண்ணிய அடிப்படை உயிர்ப்பொருள் ஆகும். இந்த உறையைத் திறந்து உள்ளே சென்றால் அதில் சைட்டோபிளாசம் என்ற நீர்த்தன்மையுள்ள பாய்மம் இருக்கும். தாவரங்கள், மிருகங்கள் செல்களின் மையத்தில் செல்கரு உள்ளது. செல்கருவும் ஒரு உறையால் மூடப்பட்டுள்ளது. சைட்டோபிளாசம் பாய்மத்தில் இன்னும் சில உயிர்வேதிப் பொருட்கள் உள்ளன. குறிப்பாக புரோட்டீன், அமினோ அமிலங்கள், ரைபோசோம், மிட்டோகான்டிரியா போன்றவைகள் உள்ளன.

இவையெல்லாம் பற்றி நாம் இப்போதைக்கு அக்கறைப்பட வேண்டாம். செல்களுக்குள் மரபணுக்கள் உள்ளன. அவை டிஎன்ஏ என்ற மூலக்கூறால் ஆனது. டிஎன்ஏ  இரட்டை சுழலேணி அமைப்பு கொண்டவை என்று நோபல் பரிசு பெற்ற வாட்சன் கிரீக் ஆகியோர் நிலைநாட்டினர். இந்தச் சுழலேணியில் உள்ள படிகள் இரு வேதிப் பொருட்களின் கூட்டாகும். இதை நாம் ஜோடிப்படி (Base Pair) என்கிறோம். இப்படிகள் A, T, C, G (Adenine, Thymine, Cytosine, Guanine) என்ற நான்கு வகை வேதிப் பொருட்களில் இரண்டு வகைப் பொருட்களின் கூட்டாகும். இதில் Aயும் Tயும் மட்டுமே ஜோடி சேரும். அதே போல் Cயும் Gயும் மட்டுமே ஜோடி சேரும். இந்த சுழலேணியை குறுக்கே அறுத்துப் பார்த்தால் அறுபட்ட படியில், அதாவது அறுபட்ட ஜோடியில் எஞ்சி நமக்கு தென்படுவது A, T, C, G ஆகியவற்றில் ஒரு எழுத்து மட்டுமே. இப்படி மூன்று படிகளில் ஒருபுறம் மட்டும் இருக்கும் இவ்வெழுத்துக்களின் சேர்க்கையை ஒரு கோடான் என்கிறோம்.

இதுவே ஜெனடிக் கோட் எனப்படும் மரபணுத் தகவல் துண்டு. ஒரு சில கோடான்களின் சேர்க்கைகளை ஒரு மரபணு (Gene) என்கிறோம்.  இவ்வாறு ஆயிரக்கணக்கான கோடான்கள் சங்கிலிகளாக அடுக்கப்ட்டுள்ளன. இச்சங்கிலித் தொடர் குரோமோசோம் என்று அழைக்கப்படுகிறது. ஒவ்வொரு உயிரினத்தின் செல் கருவிற்குள்ளும் வெவ்வேறு அளவுகளில் சங்கிலித் தொடர்கள் உள்ளன. வெவ்வேறு எண்ணிக்கையில் சங்கிலித் தொடர்கள் மடிக்கப்பட்டு சுருட்டி அடைக்கப்பட்டுள்ளது. குரோமோசோம்களின் எண்ணிக்ககைகளைப் பற்றி இப்போதைக்கு கவலைப்பட வேண்டாம். ஒரு குரோமோசோம் தொடரில் உள்ள மரபணுக்களே நமது ஆர்வத்துக்குரியவை. 

இது ஒருபுறமிருக்க இந்த செல்கள் என்று தோன்றின? எப்படித் தோன்றின? இன்றைய செல்வடிவம் ஒரே படியில் உருவாகிவிட்டதா? படிப்படியாக மாற்றமடைந்து உருவாகியதா? போன்ற கேள்விகள் உள்ளன. இவை படிப்படியாகத்தான் தோன்றின என்பது உறுதி செய்யப்பட்டுவிட்டது. ஆரம்பத்தில் தோன்றிய செல்கள் 270 கோடி வருடங்களுக்கு முன்பு உருவானவை என்பதும் உறுதி செய்யப்பட்டுவிட்டது.

அதற்கு முன்பு 100-120 கோடி வருடங்களுக்கு கரு இல்லாத  புரோக்கிரையாட்கள் உருவானது. இவை பாக்டீரியா, ஆர்க்கேயா ஆகிய இருவகைகளில் இருந்து வந்தன. இவற்றில் மாற்றம் கண்டு செல்கரு தோன்றியவுடன் அவை யூக்ரையாட் என்று வகைப்படுத்தப்பட்டன. விலங்குகள் யூக்ரையாட் இனத்தைச் சேர்ந்தவை. இது அல்லாமல் செல் அமைப்பே இல்லாத வைரஸ்கள் உள்ளன. ஆர்என்ஏ அல்லது டிஎன்ஏ மற்றும் புரதமும் 

கொண்டவை. இன்னொரு உயிருக்குள் புகுந்து அதன் செல்லுக்குள் சென்று அதிலுள்ள மூலக்கூறுகளை பயன்படுத்தி தன்னுருவாக்கம் பெறும் தன்மை கொண்டவை.  எனினும் இப்போதைக்கு நமது அக்கறை டிஎன்ஏ சங்கிலித்தொடர் மீதுதான் இருக்கிறது அது செல்கருவிற்குள் இருந்தாலும் சரி, கரு இல்லாத கட்டத்தில் சைட்டோபிளாசத்தில் மிதந்து கொண்டிருந்தாலும் சரி, செல்களுக்குள் இருக்கும் டிஎன்ஏ சங்கிலித்தொடர் மேல்தான் நாம் கவனம் செலுத்தப் போகிறோம்.

ஏனென்றால் இந்த சங்கிலித்தொடரில் உட்பொதிந்திருக்கும் அம்சங்களே ஒரு உயிரினத்தின் உடற்கூறுகளையும் மற்ற முக்கியமான அம்சங்களையும் தீர்மானிக்கின்றன. எனவே இச்சங்கித்தொடரை அவ்வுயிரினத்தின் வரைபடம் எனலாம். இச்சங்கிலித் தொடரின் ஒவ்வொரு கண்ணியையும் ஆய்வு செய்து தொகுப்பதையே நாம் மரபணுத் தொகுப்பு (Genome Sequencing) என்கிறோம். ஒவ்வொரு உயிரினத்தின் மரபணுத் தொகுப்பை உருவாக்கும் வேலை கடந்த நூற்றாண்டின் பிற்பாதியின் பின்பகுதியில் துவங்கப்பட்டது. மனிதனின் மரபணுத் தொகுப்பு சென்ற நூற்றாண்டு இறுதியில் கண்டரியபட்டது. 

கிரிஸ்பர்

இவ்வாறு தொகுக்கப்பட்ட தொகுப்பில் இருக்கும் மரபணுச் சங்கிலியில் அமைந்திருக்கும் டிஎன்ஏக்கள் எந்த வரிசையில் அடுக்கப்பட்டுள்ளன அவைகள் எந்தச் செய்தியை தாங்கி நிற்கின்றன என்பது பற்றிய ஆய்வு நடைபெற ஆரம்பித்தது. இவற்றில் முக்கியமானது எதாவது சில சங்கிலிக் கண்ணிகள் மீண்டும் மீண்டும் குறிப்பிட்ட இடைவெளியில் தென்படுகின்றனவா என்பதைப் பற்றிய ஆய்வும் ஆகும். இன்னும் குறிப்பாக சொல்லவேண்டுமானால் அடுக்கப்பட்ட கண்ணிகள் முந்தைய கண்ணியை படிக்கும் போது எதிர்த்திசையில் இருக்கிறதா என்பதும் தேடப்பட்டது.

தமிழில் இருவழிச்சொல் (Palindrone) பற்றி கேள்விப்பட்டிருக்கிறோம். உதாரணமாக விகடகவி என்ற சொல்லை இடதுபக்கத்திலிருந்து வலது பக்கமாக படித்தாலும் சரி வலது பக்கத்திலிருந்து இடது பக்கமாக படித்தாலும் சரி ஒரே சொல் வருகிறதே அதுபோல டிஎன்ஏ சங்கிலித் தொடரில் உள்ள இருவழிகளில் படித்தால் ஒரே செய்திதான் வருகிறதா என்றும் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. இவற்றை இருவழிஜோடிப்படிகள் என்று கூறலாம். இந்த ஆய்வுகள் பாக்டீரியாக்களிலும் ஆர்க்கேயாக்களிலும் நடத்தப்பட்டன. 

1987ம் ஆண்டில் எஸ்ச்சரீக்கிய கோலய் (Escherichia coli. E.Coli நாம் இதை ஈகோலி என்போம்) என்ற பாக்டீரியாவின் மரபணுத் தொகுப்பை ஆய்வு செய்தபோது, அதாவது சங்கிலித் தொடரைப் படித்த போது, 29 ஜோடிப் படிகள் ஐந்து முறை 32 ஜோடிபடிகளின் இடைவெளிக்குப் பிறகு மீண்டும் மீண்டும் தென்பட்டன. இந்த 29 ஜோடிப் படிகளில் 14 ஜோடிப்படிகள் இருவழி ஜோடிப்படிகள் ஆகும். சில ஆண்டுகள் கழித்து Haloferax mediterranei என்ற ஹேலோஃபிலிக் ஆர்க்கேயாவை ஆய்வு செய்கையில் முப்பது ஜோடிப்படிகள் சம இடைவெளிகளில் 14 முறை தென்பட்டது. இது விஞ்ஞானிகளின் ஆர்வத்தை தூண்டியதால் இதுபோன்ற ஆய்வுகள் மீண்டும் மீண்டும் நடத்தப்பட்டு இறுதியில் புரோக்ரையாட் வகை உயிரினங்களில் இதுபோல் தென்படுவது சர்வசாதாரணம் என்று உறுதி செய்யப்பட்டது. 

அடுத்தடுத்த உயிரி தகவலியல்  பகுப்பாய்வுகள் புரோகாரியோட்களில் பொதுவானவை மற்றும் அனைத்தும் ஒரே விசித்திரமான அம்சங்களைக் கொண்டிருந்தன: ஒரு குறுகிய, ஓரளவு பாலிண்ட்ரோமிக் உறுப்பு கொத்துக்களில் நிகழ்கிறது மற்றும் நிலையான நீளத்தின் தனித்துவமான குறுக்கீடு வரிசைகளால் (spacers) (ஸ்பேஸர்கள்) பிரிக்கப்பட்டு இருந்தது. இது  ஒரு மூதாதையர் தோற்றம் மற்றும் முக்கிய உயிரியல் பயன்பாட்டை  பரிந்துரைத்தது. சம இடைவெளிகளில் மீண்டும் தென்படும் குறுகிய இருவழி ஜோடிப்படிக் கொத்துக்கள் என்று இவற்றிற்கு பெயர் கூறி அழைக்கப்பட்டது.

ஆங்கிலத்தில் Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats என்பதன் சுருக்கமான CRISPR என்ற பெயரால் அழைக்கப்படுகிறது. நாமும் இதை கிரிஸ்பர் என்றே கூறுவோம். கிரிஸ்பர்கள் பக்கத்தில் இருக்கும் மரபணுக்களை கிரஸ்பர் சார்ந்த மரபணு என்ன்றனர் (CRISPER Associate Gene என்பதை சுருக்கமாக cas என்று அழைக்கிறார்கள். நாமும் இதை கேஸ் என்போம்). இந்த கேஸ் மரபணுக்களில் இருந்து உருவாகும் புரதங்கள் கேஸ் புரதங்கள். ஆய்வுகள் முன்னேறிச் சென்று கேஸ் புரதங்களின்  குடும்பங்களும் வகைப்படுத்தப்பட்டு அடையாளப்படுத்தப்பட்டுவிட்டன. இவை என்ன முக்கியப் பணிகள் ஆற்றுகின்றன என்ற கேள்விக்கு 2005வரை விடை தெரியவில்லை. 

கிரிஸ்பரின் ஆற்றல்கள்

கிரஸ்பர் செயல்பாட்டு முக்கியத்துவம் 2005 வரை மழுப்பலாக இருந்தது. தனித்துவமான கிரஸ்பர் தொடர் வரிசைகள் பாக்டீரியோபேஜ்கள் மற்றும் பிளாஸ்மிடுகள் போன்ற பரவும் மரபணு கூறுகளிலிருந்து பெறப்பட்டவை என்று அறியப்பட்டது. இந்த குறிப்பிட்ட தொடர் வரிசைகளைக் கொண்ட புரோகாரியோட்டுகள் தொற்றுநோயிலிருந்து பாதுகாக்கப்படுவதாகத் தோன்றியது.

ஏனெனில் ஸ்பேஸருடன் பொருந்தக்கூடிய ஒரு வரிசையைக் கொண்ட பிளாஸ்மிட்கள் அல்லது வைரஸ்கள் (புரோட்டோஸ்பேஸர்கள் என பெயரிடப்பட்டவை) வழக்கமாக ஸ்பேசரைச் சுமக்கும் புரோகாரியோட்டில் இல்லை. இந்த தொடர்பு கண்டுபிடிப்புகள் கிரிஸ்பர்களுக்கு அந்நியமான டி.என்.ஏ மீது படையெடுப்பதற்கு எதிரான புரோகாரியோடிக் பாதுகாப்பில் ஒரு செயல்பாட்டை பரிந்துரைத்தன. மேலும் ஸ்பேசர் சங்கிலித்தொடர்  ‘கடந்தகால மரபணு ஆக்கிரமிப்புகளின் நினைவகம்’ என்ற புரிதல்வந்தது.

ஆர்என்ஏ மூலக்கூறு பற்றி கேள்விப்பட்டிருக்கிறோம். டிஎன்ஏயில் உள்ள T (Thymine) என்ற எழுத்து கிடையாது அதற்கு பதில் U (Uracil) என்ற எழுத்து வரும. டிஆக்சிரிபாஸ் (deoxyribose) சர்க்கரை மூலக்கூறுக்கு பதில் ரிபாஸ் (ribose) அடங்கியுள்ளது. கிரிஸ்பர்கள் நீண்ட ஆர்.என்.ஏ  மூலக்கூறுகளாக (pre-crRNA) படியெடுக்கப்பட்டன (transcribed) என்பது ஏற்கனவே காட்டப்பட்டிருந்தது. இவை மீண்டும் பிளவுபட்டு சிறிய கிரிஸ்பர் ஆர்.என்.ஏ க்களாக (crRNAs) மாற்றப்படுகின்றன. கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏ உருவாக்கத்தில் கேஸ்புரோட்டீன்கள் முக்கிய பங்காற்றின. இந்த கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏக்களை வைத்து தொற்றை அகற்ற முடியுமா என்ற ஆய்வு நடத்தப்பட்டது.

இறுதியில் இந்த ஆய்வுகள் கேஸ்புரோட்டீன்களை வைத்து ஊடுறுவும் தொற்று மரபணுக்களை கட்டுப்படுத்த முடியும் என்ற முடிவுக்கு வந்தன. இதனைத் தொடர்ந்து கேஸ் புரோட்டீன்கள் பற்றிய ஆய்வுகள் ஆழப்படுத்தப்பட்டன. கேஸ் புரோட்டீன்கள் மற்றும் கிரிஸ்பர்களின் கூட்டிணைவில் உருவானவற்றை கிரிஸ்பர்-கேஸ் அமைப்புகள் என்று அழைக்கப்பட்டது. ஏராளமான கிரிஸ்பர்-கேஸ் அமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டன.

இவை இரண்டு வகைகளாக அடையாளப்படுத்தப்பட்டன. வகை-1: பிரத்யேகமான கேஸ் புரோட்டீன்களை இணைத்து வைரஸ் எதிர்ப்புக்காக உருவாக்கப்பட்ட கிரிஸ்பர் உள்ளடக்கிய பெரிய பெரிய பல பாகங்களை கொண்ட கூட்டுப்பொருட்கள். வகை-2: எளிமையான ஆனால் பல்தள கிரிஸ்பர் ஆர்என்ஏக்களை இணைக்கும் புரோட்டீன்கள் (எ.கா. கேஸ்-9). இவைகளால் தூண்டப்படும் நடவடிக்கைகளே வைரஸ் தொற்றில் தலையிடும் ஆற்றல் படைத்தவை.  

கிரிஸ்பர்-கேஸ் அமைப்புகளை வைத்து ஏராளமான ஆய்வுகள் நடத்தப்பட்டன. அவற்றில் முக்கியமானது 2007ம் ஆண்டு நடைபெற்ற ஒரு ஆய்வு. இந்த ஆய்வில் Streptococcus thermophilus என்ற பாக்டீரியாவில் ஒரு வைரஸ் தொற்றைப் புகுத்தினர். இயல்பாகவே இந்த பாக்டீரியாவிற்கு தொற்றெதிர்ப்பு உருவானது. தொற்றெதிர்ப்பு உருவான இந்த பாக்டீரியாவின் கிரிஸ்பர்களை ஆய்வு செய்தனர்.

கிரிஸ்பர்களுக்கு இடையிலான இடைவெளிகளின் சங்கிலித்தொடரில் (ஸ்பேஸர்) மாற்றம் நிகழ்ந்திருப்பது கண்டுபிடிக்கப்பட்டது. இந்த இடைவெளிச் சங்கிலித் தொடரை (ஸ்பேஸர் ) நீக்கினால் தொற்று மீண்டும் ஏற்பட்டதையும் விஞ்ஞானிகள் கண்டறிந்தனர். மேலும், கேஸ் மரபணுக்களில் ஒன்றான கேஸ்-5 என்ற மரபணுவே இத்தகைய மாற்றங்களுக்கு காரணம் என்று குறிப்பிட்ட மரபணுபவை அடையாளம் கண்டனர். கிரிஸ்பர்-கேஸ் ஊடாக ஏற்படுத்தப்படும் நோயெதிர்ப்பானது கிரிஸ்பர்களுக்கு இடையிலான சங்கிலித்தொடரைச் (ஸ்பேஸர்) சார்ந்தது என்பதும் மற்றொரு முடிவாக இந்த ஆய்வில் வெளிப்பட்டது.

மீண்டும் ஈகோலி பாக்டீரியா. இதன் கிரிஸ்பர்களிலிருந்து தயாரிக்கப்பட்டது 1ம்வகை கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்பு. வெறும் எட்டுவகையான புரோட்டீன்களைக் கொண்டு இது தயாரிக்கப்பட்து. இவற்றில் ஐந்துவகை மரபணுக்களை வைத்தும் பல புரோட்டீன்களை வைத்தும் ஒரு கூட்டுப்பொருள் தயாரிக்கப்பட்டது. இதற்கு Cascade (CRISPR Associated Complex for Antivirul Defence) என்று பெயரிடப்பட்டது. இந்த Cascadeஐ வைத்து மேலும் நடத்தப்பட்ட ஆய்வுகள் pre-crRNA  செயலாக்கத்தில் Cascade செயல்படுவதாகக் காட்டப்பட்டது. தொடர்ச்சியான பகுதிகளில் நீண்ட டிரான்ஸ்கிரிப்ட்களைத் துண்டித்து அதன் மூலம் வைரஸ்-பெறப்பட்ட வரிசையைக் கொண்ட குறுகிய crRNA மூலக்கூறுகளை உருவாக்குகிறது.

பிளவுக்குப் பிறகு, crRNA மூலக்கூறுகள் Cascade மூலம் தக்கவைக்கப்பட்டன, மேலும், கேஸ் குறியாக்கம் செய்யப்பட்ட ஹெலிகேஸ், கேஸ்-3 உதவியுடன், அவை வழிகாட்டி மூலக்கூறுகளாக பணியாற்றின, அவை Cascadeஐ  பேஜ் வைரஸ் (phage) பெருக்கத்தில் தலையிட உதவியது. ஆக, கிரஸ்பர் செயல்பாட்டில் இரண்டு வெவ்வேறு படிகளை பரிந்துரைத்தன: முதலாவதாக, கிரஸ்பர் வெளிப்பாடு மற்றும் crRNA முதிர்வு, இரண்டாவதாக, கேஸ்-3 புரதம் தேவைப்படும் தலையிடுதல். ஈகோலி கிரஸ்பர் அமைப்பு பேஜ் டி.என்.ஏவை இலக்காகக் கொண்டுள்ளது ஆர்என்ஏ வை அல்ல என்பதற்கான ஆதாரங்களையும் இந்த முடிவுகள் அளித்தன.

Staphylococcus epidermidis என்ற பாக்டீரியாவை எடுத்துக் கொண்டார்கள். இதன் செல்லுக்குள் மரபுச் செய்திகளை தாங்கி நிற்கும் டிஎன்ஏ தொடரல்லாது துணை அமைப்பான பிளாஸ்மிட் என்ற பொருட்களும் உள்ளது. இவைகளும் செய்திகளைத் தாங்கி நிற்பவைதான். இந்த பாக்டீரியாவின் கிரிஸ்பர் தொடர்களுக்கு இடையிலான இடைவெளித் தொடரானது குறிப்பிட்ட ஒரு பிளாஸ்மிட் தாங்கி நிற்கும் குறிப்பிட்டதொரு மரபணுச் செய்தித் தொடரை ஒத்திருந்தது. இந்த பாக்டீரியாவின் டிஎன்ஏஐ வைத்து ஒரு சோதனைத் தொடரை (Strain) உருவாக்கினார்கள். இப்பொழுது குறிப்பிட்ட பிளாஸ்மிட் தொடரை அந்த சோதனைத் தொடருக்குள் செலுத்த முயன்றார்கள். இது நடக்கவில்லை. அந்த பாக்டீரியாவின் கிரிஸ்பர் இடைவெளித்தொடரை நீக்கியபிறகுதான் இது சாத்தியப்பட்டது.

யூக்ரையாட் வகை உயரினங்களில் டிஎன்ஏத் தொடரில் சில சமயம் எந்த செய்தியும் இல்லாத பகுதியும் இருக்கும். இப்பகுதிகளை இன்ட்ரான் என்று அழைக்கிறார்கள். இப்படி ஒரு இன்ட்ரான் துண்டை எடுத்து அதன் பிளாஸ்மிட் டிஎன்ஏத் தொடருக்குள் புகுத்தி கிரிஸ்பர் இடைவெளித் தொடருக்கும் பிளாஸ்மிட் தொடருக்கும் உள்ள ஒப்புமையைக் குலைத்தார்கள். இப்பொழுது மீண்டும் இதே சோதனையைச் செய்தார்கள். தற்போது இது சாத்தியப்பட்டது. எனவே அந்நிய செய்தித் தொடர் ஊடுறுவதை தடுக்க டி.என்.ஏ தான் முதன்மை இலக்கு என வலுவாகக் காட்டியது. எஸ். தெர்மோபிலஸின் (S.thermolphilus) ஆய்வுகளிலிருந்து இந்த முடிவுக்கு மேலும் துணைபுரிந்தது. இதில் கிரிஸ்பர்-கேஸ் அமைப்பு பாக்டீரியோபேஜ் (bacteriophage )மற்றும் பிளாஸ்மிட் (plasmid )டி.என்.ஏ இரண்டையும் பிளவுபடுத்துவதாகக் காட்டப்பட்டது.

தொடர்ச்சியாக நடைபெற்ற ஆய்வுகளில் 2011 ஆண்டிற்குள்  புரோக்கிரையாட்களுக்குள் ஊடுறுவும் தொற்றுக்கிருமிகளின் டிஎன்ஏ தொடரையும் பிளாஸ்மிட்களையும் தடுக்கும் ஆற்றல் கொண்ட தகவமை நோயெதிர்ப்பு அமைப்பை (Adaptive Immune System) உருவாக்குவதற்கு முக்கிய பங்காற்றுவது அவற்றில் உள்ள கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்புகளே என்று உறுதி செய்யப்பட்டது. Streptococcus thermophilus, மனிதர்களைத் தாக்கும் Streptococcus pyogenes ஆகிய இருஉயிர்களில் உள்ள இரண்டாம் வகை கிரிஸ்பர்கேஸ் அமைப்புகளில் ஒன்றான கிரிஸ்பர்கேஸ்9 என்ற அமைப்பானது மரபணு தொகுப்பை திருத்தும் ஆயுதமாக பயன்படுத்த முடியும் என்பதை அடையாளம் கண்டனர்.

விஜயன்

25.10.20

Source: https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-chemistryprize2020.pdf

https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/popular-chemistryprize2020.pdf

Leave a Response