Emmanuelle Charpentier

साल दो हज़ार बारह में, एक प्रयोगशाला की शांत गहनता के भीतर, एक महत्वपूर्ण खोज आणविक जीव विज्ञान को नया आकार देने वाली थी। डॉ. इमैनुएल शार्पेंटियर, जो तब स्वीडन के उमिया विश्वविद्यालय में थीं, ने अपनी सहयोगी जेनिफर डौडना के साथ मिलकर एक ऐसी क्रियाविधि का अनावरण किया जो विज्ञान के लिए सबसे सटीक जीन-संपादन उपकरण बन जाएगी: सीआरआईएसपीआर-कैस नाइन। यह केवल एक क्रमिक कदम नहीं था; यह एक वैचारिक छलांग थी, जिसने यह खुलासा किया कि कैसे एक जीवाणु प्रतिरक्षा प्रणाली को जीवन के खाके को अभूतपूर्व सटीकता के साथ फिर से लिखने के लिए पुन: उपयोग किया जा सकता है। चिकित्सा और उससे आगे के लिए इसके निहितार्थ तात्कालिक और गहन थे।

अरबों सालों से, बैक्टीरिया हमलावर वायरसों, जिन्हें बैक्टीरियोफेज के नाम से जाना जाता है, के खिलाफ एक शांत, अथक युद्ध लड़ रहे हैं। ये वायरस बैक्टीरियल कोशिकाओं को हाईजैक कर लेते हैं, अपनी आनुवंशिक सामग्री को प्रतिकृति बनाने के लिए इंजेक्ट करते हैं, जिससे अक्सर मेजबान नष्ट हो जाता है। जीवित रहने के लिए, बैक्टीरिया ने चतुर रक्षा तंत्र विकसित किए। ऐसी ही एक प्रणाली, जिसे पहली बार उन्नीस सौ अस्सी के दशक के अंत में पहचाना गया था, ने वैज्ञानिकों को अपनी दोहराई जाने वाली डीएनए अनुक्रमों और संबंधित जीनों से हैरान कर दिया, जिसे अंततः क्लस्टर्ड रेगुलरली इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिंड्रोमिक रिपीट्स, या CRISPR नाम दिया गया, एक ऐसी घटना जो दशकों तक एक रहस्य बनी रही।

यह इक्कीसवीं सदी की शुरुआत में ही था जब शोधकर्ताओं ने समझना शुरू किया कि CRISPR सिर्फ रहस्यमय आनुवंशिक कबाड़ नहीं था। यह एक परिष्कृत अनुकूली प्रतिरक्षा प्रणाली थी, जो पिछली वायरल संक्रमणों को याद रखने में सक्षम थी। जब एक जीवाणु एक वायरल हमले से बच जाता था, तो वह वायरल डीएनए का एक टुकड़ा काटता था और उसे अपने CRISPR सरणी में डाल देता था, जिससे एक आनुवंशिक 'स्मृति' बन जाती थी। यह संग्रहीत अनुक्रम तब एक टेम्पलेट के रूप में कार्य करता था, जो विशिष्ट एंजाइमों—CRISPR-संबंधित (Cas) प्रोटीन—को भविष्य में हमला करने वाले वायरल डीएनए की पहचान करने और उसे नष्ट करने के लिए मार्गदर्शन करता था जो संग्रहीत स्मृति से मेल खाता था।

CRISPR से पहले, जेनेटिक इंजीनियरिंग डीएनए को संशोधित करने के लिए कम सटीक और अक्सर बोझिल तरीकों पर निर्भर करती थी। शोधकर्ता जिंक फिंगर न्यूक्लिएज या TALENs जैसी तकनीकों का इस्तेमाल करते थे, जो कस्टम-डिज़ाइन किए गए प्रोटीन थे जो विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों से जुड़ सकते थे और उन्हें काट सकते थे। हालाँकि, ये तरीके महंगे, समय लेने वाले और कई लक्ष्यों के लिए इंजीनियर करना मुश्किल थे। वैज्ञानिक समुदाय एक सरल, अधिक कुशल और सार्वभौमिक रूप से लागू आणविक उपकरण के लिए तरस रहा था - एक सच्ची 'जेनेटिक कैंची' जो प्रोग्राम करने योग्य सटीकता के साथ किसी भी डीएनए अनुक्रम को काट सके।

इमैनुएल शार्पेंटीयर की महत्वपूर्ण सफलता स्ट्रेप्टोकोकस पायोजीन्स के अध्ययन से मिली, जो गले के संक्रमण (स्ट्रेप थ्रोट) के लिए जिम्मेदार एक बैक्टीरिया है। उन्होंने बैक्टीरिया के सीआरआईएसपीआर (क्रिस्पर) सिस्टम पर ध्यान केंद्रित किया, विशेष रूप से एक पहले से अज्ञात अणु की पहचान की: टीआरएसीआरएनए (ट्रांस-एक्टिवेटिंग क्रिस्पर आरएनए)। उनकी टीम ने पाया कि यह टीआरएसीआरएनए, सीआरआईएसपीआर आरएनए के परिपक्वन और कार्य के लिए आवश्यक था, जो इसके और कैस-नौ प्रोटीन के साथ एक जटिल बनाता था। टीआरएसीआरएनए के बिना, कैस-नौ एंजाइम वायरल डीएनए को प्रभावी ढंग से लक्षित और खंडित नहीं कर सकता था, जिससे बैक्टीरियल रक्षा पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा सामने आया।

शार्पेंटियर ने महसूस किया कि यह दो-आरएनए प्रणाली—लक्ष्यीकरण के लिए crRNA और Cas9 को सक्रिय करने के लिए tracrRNA—बैक्टीरियाई रक्षा की कुंजी थी। उन्होंने 2011 में अपने निष्कर्ष प्रकाशित किए, जिसमें विस्तार से बताया गया कि कैसे ये दो आरएनए अणु, Cas9 प्रोटीन के साथ मिलकर, एक शक्तिशाली एंटीवायरल कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। यह सुरुचिपूर्ण, एकीकृत प्रणाली एक प्रोग्रामेबल गाइड के रूप में कार्य करती थी, जो Cas9 एंजाइम को विदेशी आनुवंशिक आक्रमणकारियों से ठीक से मेल खाने और उन्हें काटने के लिए निर्देशित करती थी। यह आश्चर्यजनक सादगी और दक्षता का एक तंत्र था, जो अनुकूलन के लिए परिपक्व था।

अगला महत्वपूर्ण कदम मानव अनुप्रयोगों के लिए इस दो-आरएनए प्रणाली को सरल बनाना था। चारपेंटियर और डौडना ने परिकल्पना की कि सीआरआरएनए और ट्रेसीरआरएनए को एक ही 'गाइड आरएनए' अणु में जोड़ा जा सकता है। अपने ऐतिहासिक दो हज़ार बारह के साइंस पेपर में, उन्होंने प्रदर्शित किया कि यह सिंथेटिक सिंगल गाइड आरएनए (एसजीआरएनए) वास्तव में कैस नाइन को एक टेस्ट ट्यूब में किसी भी लक्ष्य डीएनए अनुक्रम में सटीक कट लगाने के लिए निर्देशित कर सकता है। इस सफलता ने एक बैक्टीरियल प्रतिरक्षा प्रणाली को एक सार्वभौमिक रूप से प्रोग्राम करने योग्य जेनेटिक इंजीनियरिंग उपकरण, डीएनए के लिए एक आणविक स्केलपेल में बदल दिया।

प्रोग्रामेबल सीआरआईएसपीआर-कैसनाइन की खोज तेज़ी से दुनिया भर की प्रयोगशालाओं में फैल गई। वैज्ञानिकों ने अभूतपूर्व आसानी और दक्षता के साथ मानव कोशिकाओं, पौधों और जानवरों में जीनों को संपादित करने के लिए इस क्रांतिकारी उपकरण को तुरंत अपना लिया। इस सटीकता ने सिस्टिक फाइब्रोसिस और हंटिंगटन रोग से लेकर सिकल सेल एनीमिया तक, आनुवंशिक रोगों में अनुसंधान के लिए विशाल नए रास्ते खोल दिए। लक्षणों का केवल इलाज करने के बजाय, आनुवंशिक उत्परिवर्तन को उनके स्रोत पर ठीक करने की क्षमता ने चिकित्सा में एक नए युग की शुरुआत की, जिससे जीन थेरेपी का परिदृश्य बदल गया।

CRISPR-Cas9 की शक्ति अपने साथ महत्वपूर्ण नैतिक चर्चाएँ लेकर आई। जबकि दैहिक कोशिका जीन संपादन (गैर-प्रजनन कोशिकाओं का संपादन) रोग के इलाज के लिए अपार संभावनाएं रखता है, जर्मलाइन संपादन (प्रजनन कोशिकाओं या भ्रूणों का संपादन) भविष्य की पीढ़ियों के लिए मानव आनुवंशिक विरासत को बदलने के बारे में गहन प्रश्न उठाता है। दुनिया भर के वैज्ञानिकों, नीतिशास्त्रियों और नीति-निर्माताओं ने इसके परिवर्तनकारी क्षमता और इसके अंतर्निहित सामाजिक प्रभावों दोनों को स्वीकार करते हुए, इसके उपयोग के लिए जिम्मेदार दिशानिर्देश स्थापित करने के लिए गहन बहस में भाग लिया। यह तकनीक लगातार विकसित हो रही है, जो वैज्ञानिक और नैतिक जांच की सीमाओं को लगातार आगे बढ़ा रही है।

इमैनुएल शार्पेंटियर के मूलभूत शोध, जिसकी परिणति जीन-एडिटिंग उपकरण के रूप में CRISPR-Cas9 के सह-विकास में हुई, ने उन्हें, जेनिफर डोडना के साथ, साल दो हज़ार बीस में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार दिलाया। इस मान्यता ने उनके काम के अपार वैज्ञानिक और सामाजिक प्रभाव को रेखांकित किया। एक बैक्टीरियल रक्षा तंत्र से लेकर एक क्रांतिकारी आणविक उपकरण तक, CRISPR-Cas9 ने न केवल आनुवंशिक अनुसंधान और चिकित्सीय संभावनाओं को बदल दिया है, बल्कि इसने वैज्ञानिकों की एक नई पीढ़ी को सूक्ष्म जीव विज्ञान के छिपे हुए चमत्कारों का पता लगाने के लिए भी प्रेरित किया है, यह साबित करते हुए कि सबसे सरल जीवन रूपों में भी गहन वैज्ञानिक सफलताओं की कुंजी होती है।