त्रिमितीय 'डीएनए'तून आरोग्याचा वेध!

डॉ. रमेश महाजन
शुक्रवार, 14 ऑक्टोबर 2016

केंद्रकात विशिष्ट वेळेस डीएनए कसा गुंडाळलेला असतो, हे पाहण्यासाठीचे तंत्र 1990 च्या सुमारासच व्हॅंडरबिल्ट विद्यापीठाच्या कलेन आणि सहकाऱ्यांनी विकसित केले. त्यात नवीन भर पडून ते आता अधिक अचूक झाले आहे. या तंत्रात केंद्रकातील डीएनए फार्मालडिहाइडसारख्या रसायनाने अचल केला जातो. मग त्याचे अक्षरशः लक्षावधी तुकडे करून त्यातील प्रत्येक तुकड्याचा डीएनएक्रम निश्‍चित केला जातो.

अनुवांशिक माहितीचा तसेच शरीराच्या सर्व क्रिया चालवणारा खजिना म्हणजे आपल्या शरीराच्या प्रत्येक पेशीच्या केंद्रकात असणारा डीएनए (डीऑक्‍सी रायबो न्यूक्‍लिक ऍसिड). विसाव्या शतकाच्या अखेरपर्यंत ‘मानवी जिनोम‘चा म्हणजे केंद्रकातील संपूर्ण डीएनएचा क्रम (जनुकीय आराखडा) शोधण्याचा प्रकल्प पुरा झाला. त्याबरोबरच त्यात सामावलेल्या वीस हजार जनुकांची माहितीही झाली. असे असले तरी ‘डीएनए‘ क्रमाचा निदानासाठी उपयोग मात्र सीमित होता. उदाहरणार्थ, एखादे जनुक सक्रिय किंवा निष्क्रिय का होते? तसेच जनुकांना नियंत्रित करणारे डीएनएचे भाग दूरवर असून, नियंत्रण कसे साधतात? एखादेवेळेस एक जनुक सक्रिय झाले, की त्याबरोबर इतर काही दूरवर आणि निरनिराळ्या गुणसूत्रावर असलेली जनुकेही सक्रिय कशी होतात. थोडक्‍यात हे जनुकांचे चक्र का निर्माण होते? एखाद्या जनुकापासून प्रथिन निर्मितीचा वेग कमी-जास्त कशाने होतो? अशा अनेक प्रश्‍नांची उत्तरे केवळ जनुकीय आराखड्यातून मिळत नव्हती. 

डीएनएचा केवळ क्रम पहाण्यापेक्षा तो केंद्रकात कुठे आणि कशा पद्धतीने गुंडाळला गेला आहे, थोडक्‍यात, ‘डीएनएची भूमिका‘ लांबी - रुंदी - उंची यांच्या परिमाणात मोजता आली तर ती अधिक माहिती देईल, असा अंदाज वैज्ञानिकांनी बांधला. आधुनिक भौतिकी तंत्रांनी डीएनएच्या संशोधनांत रेण्वीय जीवशास्त्रज्ञांखेरीज भौतिकी, गणिती, संगणकी आणि स्थापत्य शास्त्रज्ञांचा सहभागही वाढला. त्यातून डीएनचे वेगवेगळे पैलू उजेडात येऊन आरोग्य निदानाची नवी दारे खुली झाली आहेत. 

हिस्टोन प्रथिनांभोवती डीएनए गुंडाळला गेल्याने तो मण्यासारखा गोलाकार धारण करतो. काही डीएनए या मण्यांना जोडतात. पूर्ण डीएनए म्हणजे मण्यांची मोठी माळ असते. केंद्रकाच्या ‘नगण्य‘ आकारात ही जवळ जवळ दोन मीटर लांबीची माळ गुंडाळलेली असते. पिळाप्रमाणे डीएनएची वेटोळी (लूप्स) वाढतात आणि डीएनए केंद्रकांत चफखल बसतो! 

डीएनएच्या रचनेची क्षणचित्रे 

केंद्रकात विशिष्ट वेळेस डीएनए कसा गुंडाळलेला असतो, हे पाहण्यासाठीचे तंत्र 1990 च्या सुमारासच व्हॅंडरबिल्ट विद्यापीठाच्या कलेन आणि सहकाऱ्यांनी विकसित केले. त्यात नवीन भर पडून ते आता अधिक अचूक झाले आहे. या तंत्रात केंद्रकातील डीएनए फार्मालडिहाइडसारख्या रसायनाने अचल केला जातो. मग त्याचे अक्षरशः लक्षावधी तुकडे करून त्यातील प्रत्येक तुकड्याचा डीएनएक्रम निश्‍चित केला जातो. या तुकड्यांची जुळणी अखंड जिनोममधील डीएनए क्रम माहिती असल्याने गणिती सूत्राने आणि संगणकाच्या साह्याने परत केली जाते. एरवी अशक्‍यप्राय वाटणारी ही गोष्ट अचूक ‘अल्गोरिदम‘ गणिते आणि संगणक शक्‍य करून दाखवत आहेत. आपण लहान मुलांना एखाद्या चित्राचे तुकडे देऊन जसे अखंड चित्र बनवून घेतो, जवळ जवळ तसाच हा प्रकार. 

कर्करोग पेशींचा शोध 

या तंत्राखेरीज दुसऱ्या एका तंत्राने केंद्रकातील प्रत्येक गुणसूत्र विशिष्ट फ्ल्युरोसंट रसायनाने ‘रंगवता‘ येते. अशा गुणसूत्रांची छायाचित्रे काढून फ्ल्युरोसंट रंगांच्या कमी-जास्त तीव्रतेची मोजणी करूनही त्रिमितीय चित्र उभे करता येते. या तंत्रात मुख्य म्हणजे गुणसूत्रांचा मागोवा प्रत्यक्ष डोळ्यांनीच घेता येतो! कॅलिफोर्नियातील सॅन दिएगो स्कूल ऑफ मेडिसीनमधील बिंग रेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी हे करून दाखवलंय. 

पहिले वर्णन केलेले क्रोमॅटिन कन्फॉर्मेशन कॅप्चर (थ्री सी) वापरून टेक्‍सासमधील बेलर कॉलेज ऑफ मेडिसीन सेंडर फॉर जिनॉमिक आर्किटेक्‍चरचे संचालक एरेझ एडेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी पेशीतील अखंड डीएनएचे कुठले भाग कुणाला जोडलेले असतात, याचा एक तक्ताच तयार केला आहे. याचाच उपयोग विशिष्ट उतींच्या डीएनए रचनेची तुलना करून नऊ उती कशा वेगळ्या ओळखता येतात, तेही दाखवले आहे. त्यात कर्करोगी पेशी कशा वेगळ्या ओळखता येतात, हेही नमूद केले आहे. या संशोधकामध्ये भारतीय संशोधक सुहास राव यांचाही समावेश आहे. 

त्रिमितीय डीएनए कर्करोग पेशी ओळखण्यात आणि त्यातील फरक दाखविण्यात मोलाची मदत करीत आहे. कर्करोगात ‘हॉक्‍स‘सारखी जनुके डीएनएच्या पृष्ठभागावर येतात. त्यांची ही बदललेली जागाच कर्करोगाची सुरवात झाल्याचे दर्शवते. कॅनडातील मॅक्‌गिल विद्यापीठातील जोसे दोस्ती आणि सहकाऱ्यांनी रक्ताच्या कर्करोगाच्या पेशी या तंत्राने अचूक ओळखल्या. मात्र ते तंत्र कर्करोगी रुग्णांच्या पेशी ओळखण्यासाठी जास्तीत जास्त वापरून त्याची खातरजमा केली जात आहे. 

त्रिमितीय तत्त्वांचा अभ्यास 

केंद्रकातील डीएनएचे चित्र तयार झाल्यानंतर त्यात डीएनएची जवळ जवळ दहा हजार वेटोळी क्रमबद्ध केले आहेत. पूर्वीच्या डीएनए क्रमाची जागा आता डीएनए वेटोळ्यांनी घेतली आहे. यातील निम्म्या वेटोळ्यांची खास वैशिष्ट्ये नसतात. मात्र इतर वेटोळ्यांमध्ये मात्र उतींची वैशिष्ट्ये सामावलेली असतात. आपल्या शरीरात दोनशेपर्यंत वेगवेगळ्या उती आहेत. त्या आता त्यांच्या डीएनए रचनाही ओळखता येईल. जनुकांचा परस्पर समन्वय याआधी इतका स्पष्ट कधीच झाला नव्हता. मूळपेशींचे विशिष्ट उतीतील परिवर्तन ही जटील क्रिया त्यांच्या डीएनए रचनेतील फरकांमुळे समजायला सोपी होणार आहे. 

त्रिमितीय डीएनएचे आरोग्यातील महत्त्व लक्षात घेऊन अमेरिकेच्या नॅशनल इन्स्टिट्यूट ऑफ हेल्थने गेल्या वर्षी 12 कोटी डॉलरचा ‘फोर डी न्यूक्‍लिओज‘चा महत्त्वाकांक्षी प्रकल्प चालू केला. हा प्रकल्प पाच वर्षे चालणार आहे. या प्रकल्पातून डीएनएच्या त्रिमितीय रचनेची नक्की तत्त्वे काय आहेत आणि ती कालानुरूप (चौथी मिती) कशी बदलतात. त्याचबरोबर जनुकांपासून होणारी प्रथिननिर्मिती आणि अनुषंगाने पेशीतील क्रिया कशा चालतात, याचा समग्र अभ्यास होणार आहे. 

डीएनए भौतिकीची तंत्रे ज्या वेगाने अद्ययावत होत आहेत, ते पहाता ‘पिंडी ते ब्रह्मांडी‘ या उक्तीप्रमाणेच ‘पेशी ते प्रकृती‘ हा प्रवासही तितकाच महत्त्वाचा ठरणार आहे!

संपादकिय

गेल्या शैक्षणिक वर्षापासून पदवी आणि पदव्युत्तर अभ्यासक्रमांत "निवडप्रधान...

02.24 AM

सर्वप्रथम आमच्या सर्व रसिक वाचकांस आषाढाच्या प्रथम दिवसाच्या शुभेच्छा. आज आषाढ...

01.24 AM

देशात वेगाने होत असलेल्या शहरीकरणामुळे समोर येणाऱ्या नागरी समस्या दिवसेंदिवस बिकट...

01.24 AM