एका महत्त्वपूर्ण जैविक कामगिरीमध्ये, जपानमधील संशोधकांनी CRISPR-आधारित पद्धतीचा वापर करून नर उंदरांच्या भ्रूणांचे यशस्वीरित्या मादीमध्ये रूपांतर केले आहे. हा शोध प्रस्थापित पुनरुत्पादन प्रारूपांना (paradigms) आव्हान देतो आणि जेनेटिक इंजिनीअरिंग आणि वन्यजीव संवर्धनासाठी नवीन क्षितिजे उघडतो.

Y-CUT पद्धत: लिंग परिवर्तन अभियांत्रिकी

यामानशी विद्यापीठातील ताकाशी इशिउची आणि रिकन बायो रिसोर्स रिसर्च सेंटरमधील शोगाो मातोबा यांच्या नेतृत्वाखालील संशोधन पथकाने "Y-CUT" नावाचे तंत्रज्ञान विकसित केले आहे. ओकिनावा रबल गोबी (Okinawa rubble goby) या माशातून प्रेरणा घेऊन—जो मासा क्रमिक उभयलिंगीत्व (sequential hermaphroditism) दर्शवू शकतो—शास्त्रज्ञांचे उद्दिष्ट पुनरुत्पादनासाठी नर आणि मादी या दोन्हीची जैविक आवश्यकता दूर करणे हे होते.

या कामगिरीचा तांत्रिक गाभा CRISPR तंत्रज्ञानाच्या अचूकतेमध्ये आहे. सस्तन प्राण्यांमध्ये, लिंग क्रोमोजोमद्वारे निर्धारित केले जाते: मादीसाठी XX आणि नरासाठी XY. Y क्रोमोजोम हा नर विकासाचा मुख्य घटक आहे. Y-CUT साधन Y क्रोमोजोमच्या अशा विशिष्ट भागाला लक्ष्य करते जो पेशी विभाजनादरम्यान त्याच्या वारसाहक्कासाठी जबाबदार असतो. सुरुवातीच्या टप्प्यातील XY भ्रूणांमधील हा क्रोमोजोम कापून काढून टाकल्यामुळे, संशोधकांना "लिंग परिवर्तन" (sex reversal) साध्य करता आले, ज्याचा परिणाम XO क्रोमोजोम असलेल्या (केवळ एक X क्रोमोजोम असलेले) निरोगी आणि सुपीक मादी पिलांमध्ये झाला.

नैसर्गिक मर्यादांच्या पलीकडे: मादी क्लोन तयार करणे

संशोधन पथकाने ही क्षमता क्लोनिंगपर्यंत विस्तारली, जी प्रक्रिया यापूर्वी केवळ नर विषय उपलब्ध असल्यास पुनरुत्पादनाच्या टोकाला पोहोचत असे. पारंपारिकपणे, नर प्राण्याचे क्लोनिंग केल्यास केवळ नर संतती जन्माला येते, ज्यामुळे नरांची संख्या कमी असलेल्या प्रजनन लोकसंख्येमध्ये फारसा उपयोग होत नाही.

सोमॅटिक सेल न्यूक्लियर ट्रान्सफर (SCNT) आणि Y-CUT यांचे संयोजन करून, मातोबा आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एका नर पेशीचे केंद्रक (nucleus) घेऊन, त्यातील Y क्रोमोजोम काढून टाकण्यासाठी त्यावर प्रक्रिया केली आणि ते केंद्रक केंद्रक काढलेल्या अंडी पेशीमध्ये (enucleated egg cell) प्रत्यारोपित केले. याचा परिणाम असा झाला की, मूळ नर देत्याशी जनुकीयदृष्ट्या समान, परंतु Y क्रोमोजोम नसलेली मादी क्लोन तयार झाली. महत्त्वाचे म्हणजे, संशोधकांनी हे देखील सिद्ध केले की ते या मादी क्लोन तयार करण्यासाठी "फ्रोजन झो" (frozen zoos) मध्ये साठवलेल्या क्रायोप्रिझर्व्हड (cryopreserved) नर पेशींचा देखील वापर करू शकतात, ज्यामुळे प्रजातींच्या संवर्धनासाठी एक संभाव्य जीवनरेखा उपलब्ध होऊ शकते.

संवर्धन आणि जेनेटिक इंजिनीअरिंगसाठी याचे महत्त्व

या विकासाचे परिणाम दोन प्रकारचे आहेत, जे पर्यावरणीय संवर्धन आणि प्रयोगशाळेतील कार्यक्षमता या दोन्ही क्षेत्रांशी संबंधित आहेत.

संवर्धन तज्ज्ञांसाठी, मर्यादित नर जनुकीय साहित्यातून मादी तयार करण्याची क्षमता नामशेष होत असलेल्या प्रजातींना वाचवण्यासाठी गेम-चेंजर ठरू शकते. जर एखाद्या प्रजातीची संख्या इतकी कमी झाली की फक्त काही नर उरले असतील, तर Y-CUT सैद्धांतिकदृष्ट्या मादीची संख्या पुन्हा वाढवू शकते, ज्यामुळे प्रजाती नष्ट होण्यापासून वाचवता येतील.

बायोटेक्नॉलॉजीच्या क्षेत्रात, हे तंत्रज्ञान महत्त्वपूर्ण लॉजिस्टिक फायदे देते. सध्या जनुकीय इंजिनीअरिंग केलेले प्राणी तयार करणे ही वेळखाऊ आणि खर्चिक प्रक्रिया आहे. Y-CUT वापरून, शास्त्रज्ञ एक जनुकीय सुधारित नर तयार करू शकतात आणि त्यानंतर त्या प्राण्याचे नर आणि मादी दोन्ही क्लोन वेगाने तयार करू शकतात, ज्यामुळे संशोधन सुलभ होईल आणि खर्च कमी होईल.

महत्त्वाचे मुद्दे

  • CRISPR-आधारित लिंग परिवर्तन: Y-CUT तंत्रज्ञान नर भ्रूणांमधून Y क्रोमोजोम काढून टाकण्यासाठी CRISPR चा वापर करते, ज्यामुळे सुपीक XO मादी उंदीर तयार होतात.
  • क्लोनिंगमध्ये क्रांती: संशोधकांनी नर DNA पासून यशस्वीरित्या मादी क्लोन तयार केल्या आहेत, ज्यामुळे एकाच नर देत्यापासून दोन्ही लिंगांच्या प्राण्यांचे उत्पादन करणे शक्य झाले आहे.
  • संवर्धनाची क्षमता: हे तंत्रज्ञान शास्त्रज्ञांना क्रायोप्रिझर्व्हड नर पेशी वापरून अशा नामशेष होत असलेल्या प्रजातींची लोकसंख्या पुन्हा उभारण्यास मदत करू शकते जिथे मादीची कमतरता आहे.

Y-CUT तंत्रज्ञान लिंग निर्धारण कसे बदलते

सस्तन प्राण्यांचे लिंग हे Y क्रोमोजोमच्या उपस्थितीवर अवलंबून असते, ज्यामध्ये Sry जीन असतो जो नर विकासाला चालना देतो. संशोधकांनी एक CRISPR साधन—ज्याला “Y-CUT” असे नाव दिले आहे—तयार केले जे पेशी विभाजनादरम्यान Y क्रोमोजोमच्या विलगिकरणासाठी आवश्यक असलेल्या भागाला लक्ष्य करते. फलन (fertilisation) झाल्यानंतर लगेचच XY भ्रूणांमध्ये हे बदल केल्यामुळे, क्रोमोजोम काढून टाकला जातो आणि परिणामी पेशींमध्ये एकच X (XO) उरतो. XO भ्रूणांचा विकास मादी म्हणून होतो आणि उंदीर मॉडेलमध्ये, ते सामान्यपणे पुनरुत्पादन करू शकणाऱ्या सुपीक प्रौढांमध्ये विकसित होतात.

ही प्रक्रिया अत्यंत अचूक आहे: CRISPR चे गाईड RNA न्यूक्लिअसला निवडलेल्या Y-लिंक्ड प्रदेशाकडे निर्देशित करते, DNA कापला जातो आणि पेशीची दुरुस्ती यंत्रणा तो तुकडा काढून टाकते. याचा परिणाम म्हणजे यादृच्छिक उत्परिवर्तन (random mutation) नसून संपूर्ण क्रोमोजोमचे स्वच्छ काढणे आहे, ज्यामुळे जनुकीय माहितीचे इतर भाग सुरक्षित ठेवून नर-निर्धारित सिग्नल नष्ट केला जातो.

नर DNA चे मादी क्लोनमध्ये रूपांतर करणे

सस्तन प्राण्यांमधील क्लोनिंग पारंपारिकपणे सोमॅटिक-सेल न्यूक्लियर ट्रान्सफर (SCNT) वर अवलंबून असते: यामध्ये दात्याच्या पेशीचे केंद्रक (nucleus) केंद्रक काढलेल्या अंड्यामध्ये (enucleated egg) ठेवले जाते, ज्याला नंतर भ्रूण म्हणून विकसित होण्यासाठी उत्तेजित केले जाते. जेव्हा दात्याची पेशी नरापासून येते, तेव्हा तयार होणारा क्लोन Y गुणसूत्र वारसा म्हणून प्राप्त करतो आणि तो नर असतो. नवीन अभ्यासात SCNT ला Y-CUT सोबत जोडले गेले आहे. नर सोमॅटिक पेशीमधून केंद्रक काढल्यानंतर, संशोधकांनी केंद्रक अंड्यामध्ये प्रवेश करण्यापूर्वी Y गुणसूत्र काढून टाकण्यासाठी CRISPR एडिटिंगचा वापर केला. त्यामुळे पुनर्रचित भ्रुणामध्ये केवळ दात्याचे X गुणसूत्र होते आणि विकसित झालेले प्राणी हे मादी क्लोन होते.

महत्त्वाचे म्हणजे, या टीमने हे सिद्ध केले की दात्याची केंद्रके क्रायोप्रिझर्व्हड (cryopreserved) नर पेशींमधून घेतली जाऊ शकतात—असे नमुने जे लुप्तप्राय प्रजातींसाठी नियमितपणे "फ्रोजन झू" (frozen zoos) मध्ये साठवले जातात. हे दर्शवते की आवश्यकतेनुसार मादी तयार करण्यासाठी अस्तित्वात असलेले नर जनुकीय साहित्य (genetic material) पुन्हा वापरले जाऊ शकते.

हा शोध का महत्त्वाचा आहे

संवर्धन शक्यता

अनेक धोक्यात आलेल्या लोकसंख्येमध्ये एका लिंगाचे प्रमाण जास्त असते, कारण अनेकदा शिकार, अधिवासाचा ऱ्हास किंवा आजारपणामुळे मादी प्राण्यांचे प्रमाण विषम प्रमाणात कमी होते. अशा परिस्थितीत, जनुकीय साठवणुकीमध्ये (genetic repository) केवळ काही मोजके जगलेले नरच उरले असू शकतात. Y-CUT जंगली भागात नवीन मादी शोधण्याशिवाय प्रजननासाठी आवश्यक असलेल्या लोकसंख्येचा हरवलेला अर्धा भाग पुन्हा तयार करण्याचा मार्ग प्रदान करते. नर जीनोमचे रूपांतर सुपीक मादीमध्ये करून, व्यवस्थापक लोकसंख्येची पुनर्रचना जलद करू शकतात आणि काही मोजक्याच व्यक्तींचा वारंवार वापर केल्यामुळे येणाऱ्या इनब्रीडिंगच्या (inbreeding) जोखमीला कमी करू शकतात.

प्रयोगशाळा आणि बायोटेक कार्यक्षमता

जनुकीयदृष्ट्या इंजिनिअर केलेली उंदराची प्रजाती तयार करण्यासाठी सहसा एका नराचे एडिटिंग करणे, मादी तयार करण्यासाठी त्याचे प्रजनन करणे आणि नंतर गुणधर्म प्रसारित करण्यासाठी दोन्ही लिंगांचे संकरीकरण करणे आवश्यक असते. Y-CUT मुळे क्लोनिंगद्वारे एकाच संपादित नरापासून दोन्ही लिंगे निर्माण होऊ शकतात, ज्यामुळे प्रजननाच्या पिढ्यांची संख्या आणि संबंधित प्राणी-देखभाल खर्च कमी होऊ शकतो.

अडथळे आणि भिन्न मते

हे तंत्रज्ञान अद्याप केवळ उंदरांपुरते मर्यादित आहे, ज्यांचा भ्रूण विकास आणि गुणसूत्र जीवशास्त्र मोठ्या सस्तन प्राण्यांपेक्षा वेगळे आहे. अधिक जटिल Y गुणसूत्र असलेल्या किंवा लिंग निर्धारण प्रक्रिया वेगळी असलेल्या प्रजातींमध्ये Y-CUT लागू करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर पुनर्रचनेची (re-engineering) आवश्यकता असू शकते.

सारांश

CRISPR द्वारे Y गुणसूत्र काढून टाकून आणि त्या संपादनाची केंद्रक हस्तांतरणाशी (nuclear transfer) जोडणी करून, जपानी शास्त्रज्ञांनी दाखवून दिले आहे की नर जीनोमचे रूपांतर सुपीक मादी क्लोनमध्ये केले जाऊ शकते. हा दृष्टिकोन जनुकीयदृष्ट्या इंजिनिअर केलेल्या प्राण्यांचे उत्पादन सुलभ करण्याचे आणि अधिक महत्त्वाचे म्हणजे, नामशेष होण्याच्या मार्गावर असलेल्या प्रजातींसाठी आवश्यक मादी उपलब्ध करून देण्याचे आश्वासन देतो. ही पद्धत उंदरांच्या प्रयोगशाळेतून लुप्तप्राय सस्तन प्राण्यांपर्यंत पोहोचू शकेल का आणि समाज त्याचे पर्यावरणीय आणि नैतिक परिणाम स्वीकारेल का, यावरून हा शोध खरोखर किती क्रांतिकारी ठरेल हे ठरवले जाईल.