Mario Capecchi

बीसवीं सदी के आखिर में, जैविक अनुसंधान में एक गहरा बदलाव शुरू हुआ, जिसमें जीवन का केवल अवलोकन करने से लेकर उसके आनुवंशिक कोड को सक्रिय रूप से फिर से लिखने तक का सफर तय किया गया। इस क्रांति के केंद्र में मारियो कैपेची का अभूतपूर्व काम था, जिनकी नवीन तकनीकों ने वैज्ञानिकों को स्तनधारी जीनोम में सटीक हेरफेर करने में सक्षम बनाया। उनकी 'जीन टारगेटिंग' की विधि ने विशिष्ट जीनों को निष्क्रिय करने की अभूतपूर्व क्षमता प्रदान की, जिससे ऐसे पशु मॉडल तैयार हुए जो मानव रोग के रहस्यों को उजागर करेंगे। यूटा विश्वविद्यालय में हुई यह महत्वपूर्ण खोज बायोमेडिकल अनुसंधान को मौलिक रूप से बदल देगी। तथ्य: वैज्ञानिक: मारियो कैपेची स्थान: यूटा विश्वविद्यालय युग: उन्नीस सौ अस्सी के दशक का अंत विषय: जीन टारगेटिंग उपशीर्षक: रोग मॉडल में क्रांति लाना

सदियों तक, अलग-अलग जीनों के कार्य को समझना एक बहुत बड़ी चुनौती बनी रही, जिसमें अक्सर अप्रत्याशित परिणामों वाले सहज उत्परिवर्तनों (स्पॉन्टेनियस म्यूटेशन्स) का अवलोकन करना पड़ता था। ग्रेगर मेंडल जैसे शुरुआती आनुवंशिकीविदों ने वंशानुक्रम के पैटर्न को सावधानीपूर्वक सूचीबद्ध किया था, लेकिन एक जटिल जीव में एक विशिष्ट जीन की सटीक भूमिका का पता लगाना, एक बहुत बड़े विद्युत परिपथ में एक ही, महत्वपूर्ण तार को खोजने जैसा था। कैपेची के काम से पहले, शोधकर्ताओं के पास यह व्यवस्थित रूप से जांचने के लिए सटीक उपकरण नहीं थे कि किसी जीन की अनुपस्थिति या परिवर्तन ने किसी जीव के विकास या बीमारी के प्रति संवेदनशीलता को कैसे प्रभावित किया।

केपेची के नवाचार का वैचारिक आधार प्राकृतिक कोशिकीय प्रक्रिया थी जिसे समरूप पुनर्संयोजन (homologous recombination) के नाम से जाना जाता है। यह एक मूलभूत क्रियाविधि है जिसका उपयोग कोशिकाएँ क्षतिग्रस्त डीएनए की मरम्मत के लिए करती हैं। बैक्टीरिया में खोजी गई और बाद में यूकेरियोट्स में देखी गई यह प्रक्रिया एक कोशिका को समान अनुक्रम साझा करने वाले दो डीएनए अणुओं के बीच आनुवंशिक सामग्री का सटीक आदान-प्रदान करने की अनुमति देती है। केपेची ने महसूस किया कि यदि इस प्राकृतिक मशीनरी का उपयोग किया जा सके, तो वैज्ञानिक यादृच्छिक रूप से एकीकृत करने के बजाय, एक कोशिका के अपने डीएनए के भीतर एक विशिष्ट स्थान पर जानबूझकर एक वांछित आनुवंशिक परिवर्तन ला सकते हैं।

केपेची की विधि का दूसरा महत्वपूर्ण घटक भ्रूणीय स्टेम (ईएस) कोशिकाएँ थीं, जिनकी खोज मार्टिन इवांस और मैथ्यू कॉफ़मैन ने उन्नीस सौ अस्सी के दशक की शुरुआत में की थी। इन उल्लेखनीय कोशिकाओं में पूर्णशक्तता होती है, जिसका अर्थ है कि वे किसी जीव के किसी भी कोशिका प्रकार में अंतर कर सकती हैं, जिसमें जनन कोशिकाएँ भी शामिल हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि इन्हें प्रयोगशाला में अनिश्चित काल तक संवर्धित किया जा सकता है, जो आनुवंशिक हेरफेर के लिए एक 'अमर' कोशिकीय कैनवास प्रदान करता है। इन बहुशक्तिशाली ईएस कोशिकाओं में जीन लक्ष्यीकरण करके, वैज्ञानिक सटीक आनुवंशिक परिवर्तन पेश कर सकते थे और फिर इन संशोधित कोशिकाओं का उपयोग नए आनुवंशिक लक्षण वाले पूरे जानवर को उत्पन्न करने के लिए कर सकते थे।

पहले प्रायोगिक चरण में 'टारगेटिंग वेक्टर' को डिज़ाइन करना शामिल था, जो डीएनए का एक सावधानीपूर्वक इंजीनियर किया गया टुकड़ा था। इस वेक्टर में लक्ष्य जीन के समरूप अनुक्रम थे, जो एक चयन योग्य मार्कर जीन और वांछित आनुवंशिक संशोधन, जैसे कि एक बाधित जीन, को फ़्लैंक करते थे। उद्देश्य कोशिका की प्राकृतिक पुनर्संयोजन मशीनरी को लक्ष्य जीन को संशोधित खंड से बदलने के लिए निर्देशित करना था। इस जटिल डिज़ाइन ने यह सुनिश्चित किया कि केवल वे कोशिकाएँ जिन्होंने सटीक स्थान पर वेक्टर को सफलतापूर्वक एकीकृत किया था, वे बाद के चयन दबावों से बचेंगी।

लाखों भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं में लक्ष्यीकरण वेक्टर डालने के बाद, महत्वपूर्ण चुनौती उन दुर्लभ कोशिकाओं की पहचान करना था जहाँ समरूप पुनर्संयोजन सफलतापूर्वक हुआ था। कैपेची ने, ओलिवर स्मिथ्स और मार्टिन इवांस (जो शुरुआती काम में भी सहायक थे) के साथ मिलकर, चयन रणनीतियों को परिष्कृत किया। लक्ष्यीकरण वेक्टर में विशिष्ट 'चयन योग्य मार्कर' जीन - ऐसे जीन जो कुछ एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध प्रदान करते हैं - को शामिल करके, शोधकर्ता ईएस कोशिकाओं को चयनात्मक माध्यम में डुबो सकते थे। केवल वे कोशिकाएँ जहाँ वेक्टर सही ढंग से एकीकृत हुआ था, जीवित रहतीं और बढ़तीं, जिससे आगे के विश्लेषण के लिए तैयार कॉलोनियाँ बनतीं।

सफलतापूर्वक लक्षित भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं को अलग करने के बाद, अगला सरल कदम उन्हें ब्लास्टोसिस्ट नामक प्रारंभिक चरण के माउस भ्रूण में डालना था। इन हेरफेर किए गए ब्लास्टोसिस्ट को तब सरोगेट माँ चूहों में प्रत्यारोपित किया गया था। परिणामस्वरूप उत्पन्न संतान 'काइमेरिक' थी - मूल ब्लास्टोसिस्ट और आनुवंशिक रूप से संशोधित ईएस कोशिकाओं से कोशिकाओं का मिश्रण। इन काइमेरिक चूहों को सावधानीपूर्वक प्रजनन करके, वैज्ञानिक अंततः ऐसी संतान पैदा कर सके, जिनमें उनकी सभी कोशिकाओं में वांछित आनुवंशिक संशोधन था, जो एक विशिष्ट जीन की कमी वाला एक सच्चा 'नॉकआउट माउस' बन गया।

नॉकआउट चूहों के आगमन ने मानव रोगों के लिए अभूतपूर्व मॉडल प्रदान करके बायोमेडिकल अनुसंधान को बदल दिया। शोधकर्ता अब सिस्टिक फाइब्रोसिस, मधुमेह, या विभिन्न कैंसर जैसे आनुवंशिक विकारों की सटीक नकल चूहों में उनके समरूप जीनों को निष्क्रिय करके कर सकते थे। इसने रोग की प्रगति के विस्तृत अध्ययन, आणविक मार्गों की पहचान और, महत्वपूर्ण रूप से, मानव परीक्षणों से पहले एक जीवित प्रणाली में उपन्यास चिकित्सीय हस्तक्षेपों के परीक्षण की अनुमति दी। जीनों और बीमारी के बीच के एक बार के अमूर्त संबंध अचानक ठोस और प्रयोगात्मक रूप से सत्यापन योग्य हो गए।

रोगों के मॉडल तैयार करने के अलावा, नॉकआउट चूहे दवा की खोज और सत्यापन के लिए भी अनिवार्य उपकरण बन गए। दवा कंपनियाँ अब सटीक रूप से इंजीनियर किए गए रोग मॉडलों के खिलाफ संभावित दवा यौगिकों की जाँच कर सकती थीं, और उनकी प्रभावकारिता और दुष्प्रभावों को शरीर के अंदर देख सकती थीं। इसने नए उपचारों के विकास में तेज़ी लाई और मौजूदा उपचारों में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि प्रदान की, अक्सर अप्रत्याशित आनुवंशिक अंतःक्रियाओं या ऑफ-टारगेट प्रभावों का खुलासा किया। जीन फ़ंक्शन का व्यवस्थित रूप से पता लगाने की क्षमता ने एक परीक्षण और त्रुटि दृष्टिकोण को अधिक लक्षित और तर्कसंगत डिज़ाइन प्रक्रिया में बदल दिया।

मारियो कैपेची द्वारा जीन टारगेटिंग के विकास ने उन्हें शरीर विज्ञान या चिकित्सा में दो हज़ार सात के नोबेल पुरस्कार का एक हिस्सा दिलाया, जिसने जीव विज्ञान और चिकित्सा पर इसके गहरे और स्थायी प्रभाव को मान्यता दी। उनके अग्रणी कार्य ने बाद की जीन एडिटिंग तकनीकों का मार्ग प्रशस्त किया, जिसमें सीआरआईएसपीआर-कैस नाइन भी शामिल है, जिसने, हालांकि और भी अधिक सटीकता और आसानी प्रदान की, पर मौलिक रूप से उनके द्वारा स्थापित वैचारिक औरB methodological नींव पर आधारित थी। स्तनधारी जीनोम को सटीक रूप से संशोधित करने की क्षमता आधुनिक अनुसंधान की आधारशिला बनी हुई है, जटिल आनुवंशिक विकारों को सुलझाने से लेकर नई चिकित्सीय रणनीतियों को इंजीनियर करने तक, जीवन के ब्लूप्रिंट के साथ हमारी बातचीत को हमेशा के लिए बदल रही है।