सूत्र डीएनएच्या ‘संपादना’चं (आनंद घैसास)

आनंद घैसास anandghaisas@gmail.com
रविवार, 30 एप्रिल 2017

 

डीएनएची साखळी म्हणजे तुमच्या शरीराचा जणू आराखडाच असतो. या साखळीत काही बदल करून डीएनएचं ‘संपादन’ करता येईल का, यावर शास्त्रज्ञ बऱ्याच काळापासून विचार आणि संशोधन करत आहेत. ‘क्रिस्पर-कास ९’ नावाचं एक तंत्र त्यासाठी अतिशय परिणामकारक आहे, असंही समोर आलं आहे. डीएनए ‘संपादना’च्या या गुंतागुंतीच्या तंत्रावर एक नजर.

 

 

डीएनएची साखळी म्हणजे तुमच्या शरीराचा जणू आराखडाच असतो. या साखळीत काही बदल करून डीएनएचं ‘संपादन’ करता येईल का, यावर शास्त्रज्ञ बऱ्याच काळापासून विचार आणि संशोधन करत आहेत. ‘क्रिस्पर-कास ९’ नावाचं एक तंत्र त्यासाठी अतिशय परिणामकारक आहे, असंही समोर आलं आहे. डीएनए ‘संपादना’च्या या गुंतागुंतीच्या तंत्रावर एक नजर.

 

‘क्रिस्पर-कास ९’ ही एक प्रथिनांची साखळी आहे असते. ‘डीएनए’च्या (डीऑक्‍झिरायबो न्युक्‍लिक ॲसिड) रेण्वीय मालिकेत ती ठिकठिकाणी परत परत दिसून येते. ‘क्रिस्पर-कास ९’ हे दोन मोठ्या रेणूंनी बनलेलं एक रसायन आहे. हे रसायन जणू काही दोन पाती असलेल्या एखाद्या कात्रीप्रमाणं काम करतं. या प्रथिनांचा वापर करून डीएनएचा गुणसूत्रक्रम आपल्याला हवा तसा बदलता येईल काय, तो पाहिजे त्या ठिकाणी तोडून योग्य ठिकाणी, आपल्याला हव्या असलेल्या जागी, हवे असलेले नवीन जनुकीय भाग त्याला जोडून, ती संपूर्ण डीएनएची साखळी ज्यात नव्या अनुक्रमात सारे न्युक्‍लीओटाइड असतील अशी ‘संपादित’ करता येईल का आणि तसे करणे योग्य की अयोग्य यावर नुकतीच एक चर्चा झाली. शास्त्रज्ञांचा आणि तंत्रज्ञांचा या चर्चासत्रात सहभाग होता. अशा बाबतीत काय करावं आणि काय करू नये, जैवतांत्रिक बदलांवर उपाय शोधून, मार्ग काढून काही नियम घालता येतील काय अशा विविध विषयांवर चर्चा झाली. त्या अनुषंगानं अमेरिकेतल्या ‘ॲकॅडमी ऑफ सायन्सेस आणि मेडिसिन’नं नुकतीच एक नियमावली प्रसिद्ध केली आहे. मानवी डीएनएमधले बदल हे जर काही असाध्य व्याधींशी संबंधित असतील आणि त्यावर ‘संपादना’शिवाय नक्की दुसरा काहीही उपाय नसेल तरच हे जैवतंत्रज्ञान वापरावं, पण आधी त्याची सर्वार्थानं कल्पना देऊनच असं करणं योग्य, असा एक संदेश पुढं आला. पण मुळात हे डीएनए ‘संपादन’ तंत्र नक्की असतं काय, हे आपण बघूया.

‘क्‍लस्टर ऑफ रेग्युलरली इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पॅलेंड्रॉमिक रिपिट्‌स’चं ‘क्रिस्पर’ (Crispr) हे संक्षिप्त रूप आहे. हा डीएनएतल्या न्युक्‍लिओटाईडचा एक ठराविक क्रम असतो. ज्यामध्ये न्युक्‍लिओटाइडची ठराविक प्रकारानं पुनरावृत्ती आणि त्यासोबत एक ‘स्पेसर’ म्हणजे ‘अंतरक’ म्हणून ओळखले जाणारे काही ठराविक क्रमाने येणारे न्युक्‍लिओटाइड अशी ती रचना असते. तर ‘कास ९’ (Cas९) हे एक प्रथिन आहे. ते एक विकरही (एन्झाइम) आहे. ते नेहमी दोन प्रकारच्या आरएनएंना (आरएनए म्हणजे डीएनएसारखीच रेणूंची साखळी असते; पण डीएनएच्या द्वीसर्पिल माळेच्या रचनेतली एकच उभी शृंखला यात असते आणि यांच्या टोकाला वेगळा क्रियाशील भाग असतो) जोडलेलं असतं. ‘टॅलेन्स’ (TALENS) या जुन्या डीएनए संपादनतंत्रापेक्षा हे नवं ‘क्रिस्पर- कास ९’ हे तंत्र अधिक सोपं आणि सुमारे चौपट अधिक परिणामकारक आहे, असं २००७ मध्ये प्रथम समोर आलं.

हे तंत्रज्ञान खरं तर जिवाणू आणि एका जातीचे एकपेशीय जीवाणू ज्यांना ‘आर्किया’ म्हणतात, त्यांच्या नैसर्गिक रोगप्रतिकार पद्धतीतून आपण उचललं आहे. या पद्धतीचं निरीक्षण करून त्या तंत्राचा आपल्याला कसा वापर करता येईल, अशा प्रकारे ते विकसित करण्यात आलं आहे. ‘आर्किया’ हा शब्द ‘जुन्या प्राचीन गोष्टी’ या अर्थानं असलेल्या ग्रीक शब्दावरून घेतलेला आहे. विशेष म्हणजे या प्रकारातल्या जिवाणूंचं अस्तित्व प्राचीन काळी, अगदी सजीवांच्या पहिल्या विकसनशील टप्प्यापासून, ज्वालामुखींच्या, ऊन पाण्याच्या झऱ्यांच्या आसपासही आढळलं आहे. अतिशय प्रतिकूल परिस्थितीत टिकून राहण्याचे त्यांचे गुणधर्म सर्वश्रुत आहेत. असो! तर या जिवाणूंच्या रोगप्रतिकार पद्धतीत या ‘क्रिस्पर-कास ९’ तंत्राचा वापर होतो. या तंत्रातून तयार झालेले आरएनएचे जे तुकडे तयार होतात, ते या जिवाणूंवर हल्ला करणाऱ्या विषाणूंच्या डीएनएचे तुकडे पाडतात. एवढंच नाही तर त्यातल्या छोट्या तुकड्यांना आपल्याच डीएनएमध्ये सामावून जणू काही त्याचा एक नमुनाच जवळ बाळगतात. तो या परक्‍या जनुकांना लक्षात ठेवतो आणि मग परत येणाऱ्या हल्ल्यांच्या वेळी त्यांचा प्रतिकार करणं सहजपणे शक्‍य होतं. या वेळी ‘क्रिस्पर-कास ९’ हा जनुकीय गट ‘घुसखोर’ डीएनएचे जणू कात्री चालवल्याप्रमाणं तुकडे पाडतो. हीच पद्धत अधिक सावधपणे विकसित केली, तर डीएनएचं संपादन शक्‍य होईल. अशा प्रकारे जैवतंत्रज्ञानानं संपादित केलेल्या डीएनएमध्ये ठराविक विषाणूंना समर्थपणे प्रतिकार करण्याची क्षमता मूलत:च असेल आणि ती आपोआपच पुढच्या पिढीतही संक्रमित होईल. त्यामुळं पिकांच्या विकासात, त्यांच्या विषाणूविरोधाला हातभार लागेल, जनुकीय दोषांवर मात करता येईल, काही जनुकीय व्याधींवरही उपचारात्मक बाबी करता येतील; पण याचबरोबर ते करणं हे निसर्गाच्या नियमांना बाधक तर ठरणार नाही ना, किंवा अशा संपादनानं तयार होणारी पुढची पिढी आणखी काही अचानक बदलांना (म्युटेशन) तर सामोरी जाणार नाही ना, असे काही प्रश्नही निर्माण झाले आहेत.

दह्यात नेहमी आढळणाऱ्या ‘स्ट्रिप्टोकोकस थर्मोफिलस’ या जिवाणूंचा नमुना म्हणून वापर करून ‘डॅनिस्को’ या खाद्यपदार्थनिर्मिती करणाऱ्या एका आस्थापनाच्या संशोधन विभागानं रोडोल्फ बरांग्यू यांच्या नेतृत्वाखाली काम करणाऱ्या सहकाऱ्यांच्या संशोधन अहवालात २००७ मध्ये प्रथम ‘का क्रिस्पर’ तंत्राचा वापर करून डीएनएचं संपादन करता येतं, हे दाखवून दिलं होतं. त्यांच्या निरीक्षणात असं दिसून आलं, की जेव्हा विषाणूचा हल्ला या एकपेशीय जिवाणूवर होतो, तेव्हा त्यांच्या जनुकसाखळीतील ‘क्रिस्पर’मध्ये एखाद-दोन अंतरकांची भर पडलेली दिसते. तसंच त्यांची ठिकाणंही विषाणूंच्या जनुकसाखळीतील स्थानांसारखीच (रेणूंची क्रमवारी) बनलेली दिसतात. या चमूनं विषाणूंचे ‘क्रिस्पर’ वेगळे काढून ते वेगळ्या डीएनएमध्ये बसवण्याचाही प्रयोग केला. त्यातून असं लक्षात आलं, की त्या-त्या ठराविक रोगांशी यशस्वी सामना करणारी रोगप्रतिकारशक्ती (इम्युनिटी) त्या नवीन डीएनएच्या आवृत्तीला प्राप्त झाली आहे. या नव्या संपादित डीएनएतल्या ‘क्रिस्पर’सोबत अंतरकांची स्थानंही विषाणूंच्या डीएनएमधील स्थानांच्या क्रमवारीसमान बनलेली दिसली.

क्रिस्पर आरएनए
अशा नव्यानं बनलेल्या पेशींवर विषाणूंचा पुनर्हल्ला होतो, तेव्हा या ‘क्रिस्पर डीएनए’मधले अंतरक तुटतात आणि त्यातून ‘क्रिस्पर आरएनए’ बनतो. तो आगंतुक डीएनएचे तुकडे पाडून त्याला स्वत:शी जोडून घेतो. त्यातून जणू पहिल्या नमुन्याची पारख केल्याप्रमाणं होतं. मग जणू कात्री चालवल्याप्रमाणं आगंतुक डीएनएच्या साखळीचे भराभर तुकडे होत जातात, ज्यातून मूळ विषाणूंना नष्ट केलं जातं- कारण त्यातून मूळ साखळीतल्या द्वीसर्पिल रचनेपैकी एकाच बाजूचा; पण दोन्ही क्रियाशील टोकं बंद असलेला धागा निर्माण होतो. जो विषाणूंचं पुनरुत्पादन करण्याच्या क्षमतेचा राहत नाही. कोणत्याही प्रकारची क्रियाशीलता त्यात राहत नाही. ते एक निव्वळ टाकाऊ रसायन बनतं. ही निरीक्षणे २०१४ मध्ये जेनिफर दौडना आणि इमान्युएल कारपेंटिअर यांनी ‘जरनल सायन्स’ नियतकालिकात प्रसिद्ध केली होती.

‘कास ९’ हे विकर-प्रथिन दोन आरएनएंशी जोडलेलं असतं. ज्यांना सीआर आरएनए आणि ट्रॅकर आरएनए (ट्रान्स ॲक्‍टिव्हेटिंग) असं म्हणतात. हे दोन आरएनए कोणत्या जागी डीएनएचा तुकडा पाडायचा त्या जागी या विकराला जणू घेऊन जातात. तुकडा पाडायची ही जागा म्हणजे या दोन आरएनएंची जणू पूरक न्युक्‍लीओटाइड क्रमवारी असणारी जागा असते. साधारणत: यात वीस न्युक्‍लिओटाइडची समान पूरक मालिका असते. तिथंच डीएनएचा तुकडा पडतो. असं हे दोन ठिकाणी दोन प्रकारे होतं, असे या २०१४ च्या अभ्यासात म्हटलं आहे. तसंच या प्रकारात एक प्रकारे सुरक्षितता आहे, कारण ‘कास ९’ विकर हे डीएनएचे कुठेही कसेही तुकडे पाडत नाही, तर ठराविक जागीच ही क्रिया घडते. डीएनएच्या एका छोट्या भागाला ‘पाम’ (PAM) म्हणजे ‘प्रोटोस्पेसर ॲडजेसंट मोटिफ’ असं म्हणतात. ही जागा म्हणजे अंतरकाच्या अलीकडची एक परत परत येणारी जागा असते. नेमक्‍या याच जागी ‘कास’ विकर डीएनए तोडण्याचं काम करतं. या ‘पाम’सोबत डीएनए असेल, तरच तुकडा पडतो; पण जिवाणूमध्ये मात्र या ‘पाम’सोबत ‘क्रिस्पर’ जोडलेला असतो, तिथं डीएनएचा बंध नसतो, त्यामुळं जिवाणूच्या डीएनएचा मात्र तुकडा पडत नाही. हेसुद्धा २०१४ च्या निरीक्षणात दिसून आलं आहे.

शरीराचं ‘ग्रंथालय’
डीएनएमध्ये असणाऱ्या न्युक्‍लिओटाइडची क्रमवारी त्या-त्या सजीवांच्या जडणघडणीशी संबंधित असते. शरीरातल्या प्रत्येक पेशीत एकसमान डीएनए बंध असतात; पण प्रत्येक सजीवाचाच नव्हे, तर प्रत्येकाचा डीएनए आणि त्यातल्या न्युक्‍लिओटाइडच्या क्रमवारीची रचना वेगळी असते. त्या-त्या सजीवाच्या आयुष्याचे टप्पे, त्याचे अवयव, आकार, रंग, रूप आणि शरीरात होणारे चयापचय, रोगनिवारण प्रवृत्ती हे सर्व त्याच्या डीएनएच्या या घटकांवर अवलंबून असतं. डीएनए म्हणजे या संदर्भातल्या माहितीचं एक मोठं भांडारच म्हणायला हवं. नुसती माहितीच नव्हे, तर कोणती क्रिया कधी कशी होईल, त्याची आखणीही त्यात आहे, असं दिसतं. मी तर याला एक प्रचंड ‘ग्रंथालय’च मानतो. ग्रंथालयात विशिष्ट पुस्तकात विशिष्ट पानावर जशी ठराविक माहिती आधीच छापलेली असते. वेळ आल्यावरच ती उघडून वाचली जाते, त्याप्रमाणे काम केलं जातं, ती उपयोगात आणली जाते आणि नंतर ते पुस्तक परत जागेवर ठेवलं जातं. मात्र, या जनुकीय पुस्तकातल्या माहितीचं संपादन करायचे, म्हणजे यातल्या ठराविक पुस्तकातली ठराविक पानं वेगळी करून, परत लिहून, पानं मूळ जागेवर लावून, पुस्तकाची पुनर्बांधणी करून ते जागच्या जागी ठेवण्यासारखं आहे. हे काम साध्य होईल, असं २०१२ मध्ये केलेल्या एका प्रकल्पातून सिद्ध झालं आहे. ‘सायन्स’ आणि ‘पॅन्स’ (प्रोसिडिंग्ज ऑफ नॅशनल ॲकॅडमी ऑफ सायन्सेस ऑफ युनायटेड स्टेट्‌स ऑफ अमेरिका) या दोन्ही ठिकाणांहून ही माहिती प्रसिद्ध झाली आहे. जिवाणूंमधून तयार केलेल्या ‘क्रिस्पर-कास ९’ चा वापर करून आपल्याला हव्या असलेल्या डीएनएची काटछाट करता येईल, ही त्यात प्रमुख बाब आहे. त्यावर आधारित दोन निरनिराळ्या गटांनी केलेल्या संशोधनातून आता कळलं आहे, की या ‘कास ९’ या विकराला आता मुद्दाम ठराविक जागांवर हे काटछाटीचं काम करण्यासाठी कार्यरत करणं शक्‍य आहे. यात फक्त त्याच्यासोबत असणाऱ्या ‘क्रिस्पर’च्या न्युक्‍लिओटाइडच्या क्रमवारीत हवा तसा बदल आधी करावा लागेल, जो येणाऱ्या डीएनएला पूरक ठरेल. मार्टिन जिनेक आणि सहकाऱ्यांनी तर सीआर आरएनए आणि ट्रॅकर आरएनए या दोन्हींचा मिलाफ करून एकच गाइड आरएनए म्हणजे मार्गदर्शक आरएनए तयार केला आहे. ज्या डीएनएला तोडायचं आहे, त्यातल्या सुमारे वीस न्युक्‍लिओटाइडच्या विशिष्ट क्रमवारीला पूरक अशी एक न्युक्‍लिओटाइडची साखळी किंवा बंध तयार करायचा आणि तो आपल्या ‘क्रिस्पर’ आणि ‘कास ९’ला द्यायचा. अर्थात त्या नमुन्याबरहुकूम ही कात्री खात्रीशीर तोडकाम करत जाईल. हीच गोष्ट नंतरच्या संपादनासाठी उपयुक्त ठरेल.

उपयुक्तता आणि मर्यादा
डीएनएचा जेव्हा असा तुकडा पडतो, तेव्हा अर्थातच नैसर्गिकपणे तो जोडण्याची, सांधण्याची क्रिया कार्यान्वित होते. मात्रं, इथं ती न्युक्‍लिओटाइडची साखळी जुळताना पहिल्यासारखा अनुक्रम तसाच कायम राहील, असं होत नाही. बदल नक्कीच होतो. त्यातून ‘उत्परिवर्तित’ (म्युटंट) बंध तयार होण्याची शक्‍यता असते. यातल्या जनुकांच्या क्रमात, जागेत बदल होतो. कधी जिथं तुकडे पडले, तिथं ते तसेच पुन्हा जोडण्याचीही शक्‍यता असते; पण मूळ बंधासारखे ते जसेच्या तसेच होऊ शकत नाहीत, जोडकामाची काही रसायनं मध्ये गडबड करतातच. दुसऱ्या प्रकारात मात्र जिथं तुकडा पडणार, तिथं जर आधीच ते मध्ये पडणारा अंतर सांधणारा एक क्रियाशील जनुकीय तुकडा (ज्याची टोकं उघडी आणि कार्यरत असतील असा) तिथं उपलब्ध करून ठेवलेला असेल, तर ती पेशी तो पटकन जोडकामासाठी वापरते. यात संदर्भरहित ‘म्युटेशन’ टाळता येतंच, शिवाय आपल्याला हवं ते डीएनएचं संपादन साध्य होतं.
प्रत्यक्ष मानवांवर असे प्रयोग अजून करता आलेले नाहीत. मात्र, प्रयोगशाळेत मानवी पेशींची वाढ करून त्यात बदल शक्‍य आहे काय हे पाहण्यात आलं आहे. त्यात मोतिबिंदू तयार होऊ न देणारी दुरुस्ती, ‘सिस्टिक फायब्रोसिस’ या व्याधीवर उपाय, आणि ‘फॅनकोनी ॲनिमिया’ या व्याधीवर उपचार आदींबाबतचं डीएनए संपादन करणं यशस्वी ठरलं आहे. काही प्राण्यांवरही असे जनुकीय संपादित डीएनएचे प्रयोग करण्यात आले आहेत. त्याची निरीक्षणं आता हाती येऊ लागली आहेत. त्यामुळे आता ‘क्रिस्पर-कास ९’ तंत्राचा वापर जैवतंत्रज्ञानातलं एक प्रभावी साधन म्हणून पुढं येत आहे.

असं तंत्रज्ञान वापरून आपल्याला व्याधीमुक्त होणं शक्‍य आहे काय, हा विचार मनात येणं साहजिक आहे; पण धर्म, परंपरा आणि त्याचसोबत आपण आता केलेला बदल हा पुढच्या पिढीत तसाच संक्रमित होत राहणार की नाही हाही एक प्रश्न आहे. हा बदल गर्भधारणेदरम्यान पुरुषांच्या शुक्रजंतूमध्ये करायचा की स्त्रीच्या बीजांडामधे, की एकाच वेळी दोन्हींमध्ये करावा लागेल, हे अजून पाहावे लागेल. काही पिकांच्या वनस्पतींमध्ये असे जनुकीय बदल आज आपण पाहत आहोत; पण त्यातून पुढची पिढी तशीच हाती येते, असं काही दिसून आलेलं नाही. तसेही प्रयत्न चालू आहेत. भाज्या, फळे आणि काही मिश्र खाद्यपदार्थांसाठी सध्या हे तंत्रज्ञान ‘विषाणूविरोधी’ म्हणून जरी वापरात असलं, तरी त्याचा टिकाऊपणा वाढवणं एवढाच सध्या तरी उद्देश आहे. शिवाय अजूनही हे तंत्र म्हणजे काही अंतिम उपाय नाही. कारण काही ठिकाणी ऐंशी टक्के यशस्वी होणारं हे तंत्र तांदळाचा विषाणूरोधकपणा वाढवण्यात मात्र कधी यशस्वी तर कधी अयशस्वी झाल्याचे, म्हणजेच पन्नास टक्केच यशस्वी ठरल्याचं दाखवतो...

निसर्गाचे नियम काय आहेत हे जाणून त्याचा आपल्या उपयोगासाठी वापर असा जरी विज्ञानाचा अर्थ असला, तरी ते नेहमीच सहजसाध्य असेल, असंही नाही. आपण आपले प्रयत्न करत राहायचे...

Web Title: anand ghaisas's article in saptarang