‘डीएनए ओरिगामी’चे नवे अंतरंग

डॉ. रमेश महाजन
गुरुवार, 30 मार्च 2017

‘डीएनए’तील (डीऑक्सीरायबो न्यूक्लिक ॲसिड) नव्या संशोधनाचे स्वरूप सोप्या तऱ्हेने व्यक्त करायचे असेल तर त्याला ‘ओरिगामी’ कलेची मदत घ्यावी लागते. ‘ओरिगामी’त एकमितीय कागदाच्या तुकड्यापासून द्विमितीय तसेच त्रिमितीय आकृती बनवल्या जातात आणि त्यामागचे गुपित असते कागदाला घातलेल्या शिस्तबद्ध घड्या! आधुनिक डीएनए संशोधन करणाऱ्यांना हा समान धागा वाटतो. डीएनए ओरिगामीला एक आधारभूत डीएनएचा तुकडा (टेंप्लेट) आणि त्याला ठिकठिकाणी जोडण्यासाठी डीएनएचे छोटे तुकडे (स्टेपल्स) यांची आवश्‍यकता असते. डीएनएचे छोटे तुकडे जोडता जोडता मधल्या तुकड्याभोवती घड्या पडून नावीन्यपूर्ण आकृती तयार होते.

‘डीएनए’तील (डीऑक्सीरायबो न्यूक्लिक ॲसिड) नव्या संशोधनाचे स्वरूप सोप्या तऱ्हेने व्यक्त करायचे असेल तर त्याला ‘ओरिगामी’ कलेची मदत घ्यावी लागते. ‘ओरिगामी’त एकमितीय कागदाच्या तुकड्यापासून द्विमितीय तसेच त्रिमितीय आकृती बनवल्या जातात आणि त्यामागचे गुपित असते कागदाला घातलेल्या शिस्तबद्ध घड्या! आधुनिक डीएनए संशोधन करणाऱ्यांना हा समान धागा वाटतो. डीएनए ओरिगामीला एक आधारभूत डीएनएचा तुकडा (टेंप्लेट) आणि त्याला ठिकठिकाणी जोडण्यासाठी डीएनएचे छोटे तुकडे (स्टेपल्स) यांची आवश्‍यकता असते. डीएनएचे छोटे तुकडे जोडता जोडता मधल्या तुकड्याभोवती घड्या पडून नावीन्यपूर्ण आकृती तयार होते.

डीएनएच्या आतापर्यंतच्या संशोधनांत त्याचे पेशीवरील क्रियांवर कसे नियंत्रण असते हे बघितले जायचे. पण नव्या संशोधनात डीएनएची फायदेशीर भौतिक वैशिष्ट्ये पाहून जैविक पदार्थ म्हणून वापर केला गेला आहे. त्यातले पहिले वैशिष्ट्य म्हणजे डीएनएचे कुठलेही दोन तुकडे योग्य त्या ‘न्यूक्‍लिओटाइड बेस’शीच जोडले जातात. जसे ॲडेनीन बेसला थायामिन तर ग्वानिनला सायटोसिनच लागते. याखेरीज दुसरी शक्‍यता नाही. दुसरे भौतिक वैशिष्ट्य म्हणजे डीएनए तुकड्यांचे द्रवातील मिश्रण उच्च तापमानाला (९० ते ९५ अंश सेल्सिअस) तापवून ते थंड करत असताना विशिष्ट जोडण्या आपोआप होतात. वरील दोन्ही गोष्टींना ‘एनझाइम्स’ किंवा कुठल्या जैविक घटकाची गरज नसते.

विसाव्या शतकाच्या शेवटापर्यंत ‘ह्यूमन जिनोम’ प्रकल्पालाच प्राधान्य असल्याने डीएनएच्या भौतिक गुणांना दुय्यम महत्त्व होते. पण गेल्या दहा वर्षांत या गुणांचा पाठपुरावा करून संशोधनाला नवा बहर आला आहे. न्यूयॉर्क विद्यापीठाच्या डॉ. एन. सिमन यांनी १९८० मध्येच नव्या संशोधनाची सुरवात केली. तरी खऱ्या रीतीने संशोधनाची सुरवात कॅलिफोर्निया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्‍नॉलॉजीच्या डॉ. पॉल रोथेमुंड यांनी २००६ मध्ये ‘नेचर’ संशोधन पत्रिकेत प्रसिद्ध केलेल्या सखोल संशोधनाने झाली. त्यांनी सात हजार ‘बेसपेअर’च्या ‘एम १३’ विषाणूंच्या ‘डीएनए’ला शंभर ‘बेसपेअर’चे तुकडे जोडून ‘स्माईली’ आकाराच्या ५४ अब्ज डीएनए आकृती बनवल्या! त्यासाठी त्यांनी ‘कॅडनॅनो’ ही संगणक आज्ञावली (अल्गोरिदम) वापरली. त्यामुळे ‘स्माईली’ हे ‘डीएनए ओरिगामी’चे प्रतीक चिन्ह बनले! डीएनएच्या आकृती बनवण्यासाठी निरनिराळ्या संगणक आज्ञावली सध्या प्रचारात आहेत. त्यातली अत्याधुनिक ‘डेडॅलस’ आहे. आज्ञावलीचे नामकरण एका प्राचीन ग्रीक कारागीराच्या नावे करण्यात आले आहे.

डीएनएच्या केवळ विविध आकृती न बनवता त्यांचा काही दैनंदिन जीवनात वापर व्हावा या उद्देशाने मापन क्षेत्रात आणि वैद्यकीय क्षेत्रात उपयोगी पडतील, असे आकार बनवण्यात आले आहेत. जर्मनीच्या म्युनिक टेक्‍निकल युनिर्व्हसिटीच्या फ्रेडरिक सिमेल यांनी डीएनए तुकडे जोडून त्याचा एक ‘डीएनए रुलर’ बनवला आहे. त्याच्या साह्याने एखाद्या रेणूच्या घटक अणूमधील अंतर मोजता येऊ शकते. ॲटॉमिक फोर्स मायक्रोस्कोपी या नवीन सूक्ष्मदर्शकाद्वारे हा रेणू व रुलर पाहता येतो. आधुनिक रेणूंपासून बनवलेल्या मॉलेक्‍युलर मोटर्सची गतीही या रुलरमुळे मोजता येईल! डीएमए ओरिगामीच्या साह्याने प्रकाशसंश्‍लेषण करणारे ‘पान’ही तयार होत आहे. प्रकाशसंश्‍लेषणाने ऊर्जानिर्मिती करण्यासाठी जवळजवळ वीस प्रथिनांची एकत्रित कामगिरी आवश्‍यक असते. त्यासाठी डीएनएचा पिंजऱ्यासारखा सांगाडा करून त्याच्या आतील भागास ही प्रथिने जोडून हा समन्वय शक्‍य होणार आहे. अरिझोना विद्यापीठातील संशोधक हाओ यान केवळ याच भागावर प्रयत्न करीत आहेत. डीएनए ओरिगामीचा उपयोग कर्करोगाची औषधे योग्य त्या ठिकाणी पोचवण्यासाठी केला जात आहे. प्रयोगशाळेत कर्करोगपेशीमध्ये अशा रीतीने औषध दिल्यास त्याचे शोषण चांगले झाले आणि कमी मात्रेत प्रभावी ठरले. त्याखेरीज त्या औषधांचा प्रतिरोधही झाला नाही. या संशोधनात अमेरिकेचे अरिझोना आणि चीनच्या बीजिंग विद्यापीठांचा सहभाग होता.

डीएनए ओरिगामीचा उपयोग वेगवान संगणकासाठीही होणार आहे. आधुनिक युगात काही रेणू हे ट्रान्झिस्टर्स किंवा डायोडचे काम करतात असे दिसून आले आहे. यांची पद्धतशीर जोडणी डीएनएवर करून वेगवान संगणकाचा मार्ग खुला होणार आहे. डीएनए ओरिगामीने दोन रेणूंमधील संयोग क्रिया प्रत्यक्ष पहाता येणार आहे. आत्तापर्यंत शुद्ध प्रथिनाची रचना कळण्यासाठी त्यांचे प्रथम स्फटिकीकरण करावे लागायचे. अनेक वेळा ते अशक्‍य होई. आता मात्र अशा प्रथिनांना डीएनएशी ‘टांगून’ तुम्ही त्याची ‘क्ष’ किरण चित्रे घेता येतील. कॅलिफोर्निया विद्यापीठांतील फॉर्माकोलॉजीचे प्राध्यापक शॉन डग्लस हे त्यावर संशोधन करीत आहेत. डीएनएच्या आकृती रक्तद्रावणात फार वेळ टिकू शकत नाहीत. कारण विकारांद्वारे त्यांचा खात्मा होतो. ती अधिक काळ टिकून त्यातील घटक औषधांचा परिणाम चांगला व्हावा म्हणून डीएनए आकृतींना फॉस्फोलिपिड जातीच्या स्निग्ध पदार्थाचे आवरण घालून त्यांना प्राण्यांच्या रक्तप्रवाहात सोडले गेले. त्यामुळे त्याचा रक्तातील कालावधी वाढला. डीएनएच्या विविध आकृती बनवत असताना संशोधकांतील कलावंतांना एक नवीन पर्वणी मिळाली आहे. निसर्गातील विविध आकार डीएनए ओरिगामीने साकार करण्याची जणू शर्यत लागली आहे. आऱ्हस विद्यापीठाच्या अँडरसन आणि सहकाऱ्यांनी या तंत्रातून डॉल्फिन माशाची आकृती बनवली आहे. आत्तापर्यंत इंग्रजी मुळाक्षरे आणि आकडे, ससा, मांजर, बॅट धरलेला क्रिकेटर, स्टार मासा, जगाचा नकाशा, पान व त्यावरील शिरा आणि व्हॅन गॉगने चितारल्यासारखे तारांमडित आकाश असे सारे काही साध्य झाले आहे. सध्या डीएनए ओरिगामी तंत्राचा वापर बाल्यावस्थेत आहे. निसर्गाच्याच हिकमती वापरून त्याचा वापर आपल्या दैनंदिन जीवनात व्हायला थोडा उशीर होणार असला, तरी संशोधकांच्या आकांक्षांपुढे गगन ठेंगणेच राहणार आहे.