ஒரு மைல்கல் உயிரியல் சாதனையாக, ஜப்பானைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்கள் CRISPR அடிப்படையிலான ஒரு இலக்கு அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்தி ஆண் எலி கருக்களைப் பெண் எலிகளாக வெற்றிகரமாக மாற்றியுள்ளனர். இந்த முன்னேற்றம் நீண்டகால இனப்பெருக்க நெறிமுறைகளுக்கு சவால் விடுவதோடு, மரபணு பொறியியல் மற்றும் வனவிலங்கு பாதுகாப்பிற்கான புதிய எல்லைகளைத் திறக்கிறது.

Y-CUT முறை: பாலின மாற்றப் பொறியியல்

யமனாஷி பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த தகாஷி இஷிஉச்சி மற்றும் ரிகன் பயோ-ரிசோர்ஸ் ஆராய்ச்சி மையத்தைச் சேர்ந்த ஷோகோ மடோபா தலைமையிலான ஒரு ஆராய்ச்சி குழு "Y-CUT" எனப்படும் ஒரு நுட்பத்தை உருவாக்கியுள்ளது. தொடர்ச்சியான பாலின மாற்றத் திறன் (sequential hermaphroditism) கொண்ட ஓகினாவா ரப்பிள் கோபி (Okinawa rubble goby) என்ற மீனை முன்மாதிரியாகக் கொண்டு, இனப்பெருக்கத்திற்கு ஆண் மற்றும் பெண் ஆகிய இருபாலரும் இருக்க வேண்டிய உயிரியல் அவசியத்தைத் தவிர்க்க விஞ்ஞானிகள் முயன்றனர்.

இந்த சாதனையின் தொழில்நுட்ப மையம் CRISPR தொழில்நுட்பத்தின் துல்லியத்தில் உள்ளது. பாலின விலங்குகளில், பாலினம் குரோமோசோம்களால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது: பெண்களுக்கு XX மற்றும் ஆண்களுக்கு XY. Y குரோமோசோம் ஆண் வளர்ச்சியைத் தீர்மானிக்கும் முக்கிய காரணியாகும். Y-CUT கருவி, செல் பிரிவின் போது அதன் மரபுரிமையை உறுதி செய்யும் Y குரோமோசோமின் ஒரு குறிப்பிட்ட பகுதியை இலக்கு வைக்கிறது. ஆரம்ப நிலை XY கருக்களில் இந்த குரோமோசோமை வெட்டி அகற்றுவதன் மூலம், ஆராய்ச்சியாளர்கள் "பாலின மாற்றத்தை" (sex reversal) அடைந்து, XO குரோமோசோம்களைக் கொண்ட (ஒற்றை X குரோமோசோம் மட்டும் கொண்ட) ஆரோக்கியமான, வளமான பெண் குட்டிகளைப் பெற்றனர்.

இயற்கையான எல்லைகளுக்கு அப்பால்: பெண் குளோன்களை உருவாக்குதல்

ஆராய்ச்சி குழு இந்தத் திறனை குளோனிங் (cloning) முறைக்கும் விரிவுபடுத்தியது. இதற்கு முன்பு, ஆண் மாதிரிகள் மட்டுமே இருக்கும்போது, குளோனிங் செயல்முறை இனப்பெருக்க ரீதியாக முட்டுக்கட்டையைச் சந்தித்தது. பாரம்பரியமாக, ஒரு ஆண் விலங்கை குளோனிங் செய்வது ஆண் சந்ததிகளை மட்டுமே உருவாக்கும், இது ஆண் விலங்குகள் குறைவாக உள்ள இனப்பெருக்கக் கூட்டங்களில் பெரிய அளவில் உதவாது.

SCNT (somatic cell nuclear transfer) முறையை Y-CUT உடன் இணைப்பதன் மூலம், மடோபாவும் அவரது குழுவினரும் ஒரு ஆண் செல்லின் உட்கருவை எடுத்து, அதில் உள்ள Y குரோமோசோமை நீக்கும் வகையில் சிகிச்சை அளித்து, அதை உட்கரு நீக்கப்பட்ட ஒரு முட்டை செல்லுக்குள் செலுத்த முடிந்தது. இதன் விளைவாக, Y குரோமோசோம் இல்லாத, அசல் ஆண் தானியங்கிக்கு மரபணு ரீதியாக ஒத்த பெண் குளோன் உருவானது. மிக முக்கியமாக, இந்த பெண் குளோன்களை உருவாக்க "உறைந்த விலங்கியல் பூங்காக்களில்" (frozen zoos) சேமிக்கப்படும் உறைநிலை ஆண் செல்களையும் (cryopreserved male cells) பயன்படுத்த முடியும் என்பதை இந்த குழு நிரூபித்தது, இது உயிரினப் பாதுகாப்பிற்கு ஒரு சாத்தியமான உயிர்நாடியாகும்.

பாதுகாப்பு மற்றும் மரபணு பொறியியலுக்கான தாக்கங்கள்

இந்த வளர்ச்சியின் தாக்கங்கள் சூழலியல் பாதுகாப்பு மற்றும் ஆய்வகத் திறன் ஆகிய இரண்டையும் உள்ளடக்கிய இரட்டைத் தன்மையைக் கொண்டுள்ளன.

பாதுகாப்பு ஆர்வலர்களைப் பொறுத்தவரை, வரையறுக்கப்பட்ட ஆண் மரபணுப் பொருட்களிலிருந்து பெண் விலங்குகளை உருவாக்கும் திறன், அழியும் நிலையில் உள்ள உயிரினங்களைக் காப்பாற்றுவதில் ஒரு முக்கிய மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும். ஒரு உயிரினத்தின் எண்ணிக்கை மிகக் குறைந்து, சில ஆண்கள் மட்டுமே எஞ்சியிருக்கும் நிலையில், Y-CUT கோட்பாட்டளவில் பெண் இனத்தைப் பெருக்குவதன் மூலம் அந்த உயிரினம் அழிவதைத் தடுக்க முடியும்.

உயிரித் தொழில்நுட்பத் துறையில், இந்த நுட்பம் குறிப்பிடத்தக்க தளவாட நன்மைகளை வழங்குகிறது. மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்குகளை உருவாக்குவது தற்போது அதிக நேரமும் செலவும் தேவைப்படும் ஒரு முயற்சியாகும். Y-CUT முறையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், விஞ்ஞானிகள் ஒரு தனி மரபணு மாற்றப்பட்ட ஆண் விலங்கை உருவாக்கி, பின்னர் அந்த விலங்கின் ஆண் மற்றும் பெண் ஆகிய இரு குளோன்களையும் விரைவாக உருவாக்க முடியும், இது ஆராய்ச்சியை எளிதாக்குவதோடு செலவுகளையும் குறைக்கும்.

முக்கியக் குறிப்புகள்

  • CRISPR-ஆல் இயக்கப்படும் பாலின மாற்றம்: Y-CUT நுட்பம் ஆண் கருக்களிலிருந்து Y குரோமோசோமை நீக்க CRISPR ஐப் பயன்படுத்துகிறது, இதன் மூலம் வளமான XO பெண் எலிகளை உருவாக்குகிறது.
  • குளோனிங்கில் புரட்சி: ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆண் DNA மூலம் பெண் குளோன்களை வெற்றிகரமாக உருவாக்கினர், இது ஒரு ஆண் தானியங்கி மூலம் இரு பாலினங்களையும் உற்பத்தி செய்ய அனுமதிக்கிறது.
  • பாதுகாப்புத் திறன்: பெண் விலங்குகள் இல்லாத இடங்களில் அழியும் நிலையில் உள்ள உயிரினங்களின் எண்ணிக்கையை மீண்டும் கட்டியெழுப்ப, உறைநிலை ஆண் செல்களைப் பயன்படுத்த இந்தத் தொழில்நுட்பம் விஞ்ஞானிகளுக்கு உதவும்.

Y-CUT நுட்பம் பாலின நிர்ணயத்தை எவ்வாறு மாற்றியமைக்கிறது

பாலின விலங்குகளில் பாலினம் என்பது Y குரோமோசோமின் இருப்பதைப் பொறுத்தது, இது ஆண் வளர்ச்சியைத் தூண்டும் Sry மரபணுவைக் கொண்டுள்ளது. ஆராய்ச்சியாளர்கள் செல் பிரிவின் போது அதன் பிரிப்பிற்கு (segregation) அவசியமான Y குரோமோசோமின் ஒரு பகுதியை இலக்கு வைக்கும் வகையில் “Y-CUT” என்று பெயரிடப்பட்ட CRISPR கருவியை வடிவமைத்தனர். கருத்தரித்தவுடன் இந்த மாற்றத்தை XY கருக்களுக்கு வழங்குவதன் மூலம், குரோமோசோம் அகற்றப்பட்டு, resulting cells-இல் ஒரு X (XO) மட்டுமே எஞ்சியிருக்கும். XO கருக்கள் பெண் விலங்குகளாக வளர்கின்றன மற்றும் எலி மாதிரியில், அவை இயல்பாக இனப்பெருக்கம் செய்யக்கூடிய வளமான பெரிய விலங்குகளாக முதிர்ச்சியடைகின்றன.

இந்த மாற்றம் மிகவும் துல்லியமானது: CRISPR-ன் guide RNA, நியூக்ளியேஸை (nuclease) தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட Y-தொடர்புடைய பகுதிக்கு வழிநடத்துகிறது, DNA வெட்டப்படுகிறது, மேலும் செல்லின் பழுதுபார்க்கும் இயந்திரம் அந்தத் துண்டுகளை அகற்றிவிடுகிறது. இதன் முடிவு ஒரு தற்செயலான பிறழ்வு (mutation) அல்ல, மாறாக முழு குரோமோசோமையும் சுத்தமாக அகற்றுவதாகும், இது மரபணுவின் மற்ற பகுதிகளைப் பாதுகாக்கும் அதே வேளையில் ஆண் நிர்ணய சிக்னலை நீக்குகிறது.

ஆண் DNA-வை பெண் குளோன்களாக மாற்றுதல்

பாலூட்டிகளில் குளோனிங் என்பது பாரம்பரியமாக உடலணுக்கரு மாற்றத்தைப் (somatic-cell nuclear transfer - SCNT) பொறுத்தே அமைகிறது: ஒரு கொடையணுவின் (donor cell) உட்கரு, உட்கரு நீக்கப்பட்ட ஒரு முட்டையினுள் வைக்கப்பட்டு, பின்னர் அது ஒரு கருவாக வளரத் தூண்டப்படுகிறது. கொடையணு ஒரு ஆண் செல்லிலிருந்து வரும்போது, உருவாகும் குளோன் Y குரோமோசோமைப் பெற்று ஆணாக அமைகிறது. புதிய ஆய்வு SCNT முறையை Y-CUT உடன் இணைத்தது. ஒரு ஆண் உடல செல்லிலிருந்து உட்கருவை எடுத்த பிறகு, அந்த உட்கரு முட்டையினுள் நுழைவதற்கு முன்பே, Y குரோமோசோமை நீக்குவதற்கு ஆராய்ச்சியாளர்கள் CRISPR திருத்தத்தைப் பயன்படுத்தினர். எனவே, மறுசீரமைக்கப்பட்ட கருவில் கொடையாளியின் X குரோமோசோம் மட்டுமே இருந்தது, மேலும் வளர்ச்சியடைந்த விலங்கு ஒரு பெண் குளோனாக இருந்தது.

முக்கியமாக, அழிந்து வரும் உயிரினங்களுக்காக "உறைந்த உயிரியல் பூங்காக்களில்" (frozen zoos) வழக்கமாகச் சேமித்து வைக்கப்படும், குளிரூட்டப்பட்ட நிலையில் பாதுகாக்கப்பட்ட (cryopreserved) ஆண் செல்களிலிருந்தும் கொடையணுக்களைப் பெற முடியும் என்பதை இந்தக் குழு நிரூபித்துள்ளது. இது, தேவைப்படும்போது பெண் உயிரினங்களை உருவாக்க ஏற்கனவே உள்ள ஆண் மரபணுப் பொருட்களைப் பயன்படுத்த முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது.

இந்த முன்னேற்றம் ஏன் முக்கியமானது

பாதுகாப்புத் திட்டங்களின் வாய்ப்புகள்

வேட்டையாடுதல், வாழ்விட இழப்பு அல்லது நோய்கள் காரணமாக பெண் உயிரினங்கள் விகிதாச்சாரமற்ற முறையில் குறையும் போது, பல அச்சுறுத்தலுக்குள்ளான உயிரினக் கூட்டங்கள் ஒரு குறிப்பிட்ட பாலினத்தை நோக்கிச் சாய்ந்து காணப்படுகின்றன. இத்தகைய சூழலில், ஒரு மரபணு சேமிப்பகத்தில் (genetic repository) உயிர் பிழைத்த சில ஆண் உயிரினங்கள் மட்டுமே எஞ்சியிருக்கக்கூடும். காடுகளில் புதிய பெண் உயிரினங்களைத் தேடாமலேயே, இனப்பெருக்கக் கூட்டத்தின் விடுபட்ட பாதியை மீண்டும் கட்டமைக்க Y-CUT ஒரு வழியை வழங்குகிறது. ஆண் மரபணுக்களை வளரக்கூடிய பெண் உயிரினங்களாக மாற்றுவதன் மூலம், உயிரினங்களின் எண்ணிக்கையை விரைவாக மீட்டெடுக்கவும், ஒரே சில உயிரினங்களை மீண்டும் மீண்டும் பயன்படுத்துவதால் ஏற்படும் இனச்சேர்க்கை (inbreeding) அபாயத்தைக் குறைக்கவும் மேலாளர்களால் முடியும்.

ஆய்வகம் மற்றும் உயிரித் தொழில்நுட்பத் திறன்

மரபணு மாற்றப்பட்ட ஒரு எலி இனத்தை உருவாக்குவது என்பது பொதுவாக ஒரு ஆண் எலியைத் திருத்துதல், பெண் எலிகளைப் பெற அதை இனப்பெருக்கம் செய்தல் மற்றும் அந்தப் பண்பைப் பரப்ப இரு பாலினங்களையும் இணைத்தல் ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. Y-CUT முறையானது, திருத்தப்பட்ட ஒரு ஆண் எலியின் மூலம் குளோனிங் வழியாக இரு பாலினங்களையும் உருவாக்க அனுமதிக்கும், இது இனப்பெருக்கத் தலைமுறைகளின் எண்ணிக்கையையும் அதனுடன் தொடர்புடைய விலங்கு பராமரிப்புச் செலவுகளையும் குறைக்கக்கூடும்.

தடைகள் மற்றும் மாறுபட்ட கருத்துக்கள்

இந்தத் தொழில்நுட்பம் இன்னும் எலிகளுடன் மட்டுமே மட்டுப்படுத்தப்பட்டுள்ளது; எலிகளின் கரு வளர்ச்சியும் குரோமோசோம் உயிரியலும் பெரிய பாலூட்டிகளிலிருந்து மாறுபட்டவை. அதிக சிக்கலான Y குரோமோசோம்களைக் கொண்ட அல்லது வேறுபட்ட பாலின நிர்ணய முறைகளைக் கொண்ட உயிரினங்களுக்கு Y-CUT முறையை விரிவுபடுத்துவதற்கு கணிசமான மறுபொறியியல் (re-engineering) தேவைப்படலாம்.

சுருக்கம்

CRISPR மூலம் Y குரோமோசோமை நீக்கி, அந்தத் திருத்தத்தை உட்கரு மாற்றத்துடன் இணைப்பதன் மூலம், ஒரு ஆண் மரபணுவை வளரக்கூடிய பெண் குளோனாக மாற்ற முடியும் என்பதை ஜப்பானிய விஞ்ஞானிகள் நிரூபித்துள்ளனர். இந்த அணுகுமுறை மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்குகளை உருவாக்குவதை எளிதாக்குவதாகவும், மேலும் சவாலான விஷயமாக, அழிவின் விளிம்பில் உள்ள உயிரினங்களுக்குத் தேவையான பெண் உயிரினங்களை வழங்குவதாகவும் அமையும். இந்த முறை எலி ஆய்வகத்திலிருந்து அழிந்து வரும் பாலூட்டிகளுக்குக் கடந்து செல்ல முடியுமா என்பதையும், சமூகங்கள் அதன் சுற்றுச்சூழல் மற்றும் நெறிமுறை தாக்கங்களை ஏற்றுக்கொள்வா என்பதையும் பொறுத்தே இந்த முன்னேற்றம் எவ்வளவு மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும் என்பது தீர்மானிக்கப்படும்.