કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન: અવલોકનથી હસ્તક્ષેપ સુધી. વિજ્ઞાનમાં શું થઈ રહ્યું છે: સિન્થેટિક બાયોલોજી

સૂચક બેક્ટેરિયા, જે ચોક્કસ પદાર્થોની હાજરીમાં રંગ બદલે છે, 2010 માં દેખાયા હતા. શરૂઆતમાં, "જીવંત સેન્સર" નો ઉપયોગ પાણીમાં પારાના દૂષણને શોધવા માટે કરવામાં આવતો હતો, પરંતુ ટૂંક સમયમાં તેનો ઉપયોગ દરેક જગ્યાએ થવા લાગ્યો. 2015 થી, રંગદ્રવ્ય શિકારીનો વ્યવસાય માંગમાં આવી ગયો છે, વિદેશી છોડ અને પ્રાણીઓમાં દુર્લભ પેઇન્ટ અને તેમના જનીનો શોધે છે. 2040 ની આસપાસ, જીએમ લેક્ટિક એસિડ બેક્ટેરિયા E. ક્રોમી સાથેના દહીં ફેશનમાં આવ્યા, જે સ્રાવના રંગ દ્વારા આંતરડાના રોગોનું નિદાન કરવામાં મદદ કરે છે. દસ વર્ષ પછી, ઓરેન્જ લિબરેશન ફ્રન્ટ (OLF) રાજકીય દ્રશ્ય પર ઉભરી આવ્યું, એક આતંકવાદી સંગઠન જે ફળના કુદરતી નારંગી રંગની જાળવણી માટે ઝુંબેશ ચલાવે છે. 2070 ના દાયકાના અંતમાં, Google ના આબોહવા વિભાગે વાતાવરણને સૂક્ષ્મજીવાણુઓથી ભરી દીધું હતું જે કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું સ્તર ખતરનાક સ્તરે પહોંચે ત્યારે હવાને રંગ આપે છે. “જ્યારે સવાર લાલ થાય છે, ત્યારે ગૂગલ કહે છે, 'ડેન્જર!'” એક લોકપ્રિય નર્સરી કવિતા સમજાવે છે. અને તેમ છતાં ડેઇઝી ગિન્સબર્ગની પ્રથમ આગાહીઓ સાચી પડી ન હતી, આ બરાબર ભવિષ્ય છે કે કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન અને જીવનના નવા સ્વરૂપો બનાવવાની ક્ષમતા આપણા માટે તૈયાર કરી રહી છે.

સામૂહિક લુપ્તતાના યુગમાં કુદરતી ઇકોસિસ્ટમના સંતુલનને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે કૃત્રિમ જીવો. આ ચિત્ર સ્વ-પ્રતિકૃતિ કરતી બાયોફિલ્મ બતાવે છે જે હવાના પ્રદૂષકોને દૂર કરે છે.

આધુનિક જીવવિજ્ઞાન, ખાસ કરીને સિન્થેટિક બાયોલોજી જેવા જટિલ ક્ષેત્ર, ડિઝાઇનર અને આર્કિટેક્ટ માટે યોગ્ય શોખ જેવું લાગતું નથી. પરંતુ આની પાછળ એક સ્પષ્ટ ખ્યાલ છે: ડેઝી ગિન્સબર્ગ અનુસાર, ડિઝાઇનનો ખૂબ જ મૂળભૂત સિદ્ધાંત લોકો માટે અને તેમના માટે કુદરતી વાતાવરણમાં ફેરફાર કરવાનો છે. તેથી, ઓછામાં ઓછું 18મી સદીની ઔદ્યોગિક ક્રાંતિ પછીથી, ડિઝાઇન નવા તકનીકી ઉકેલો અને વૈજ્ઞાનિક ખ્યાલોની ભાષામાંથી વસ્તુઓની ભાષામાં "અનુવાદ" કરવામાં વ્યસ્ત છે, સામૂહિક રીતે ઉત્પાદિત ઉત્પાદનો કે જે આપણને દરેક જગ્યાએ ઘેરાયેલા છે. આંતરિક કમ્બશન એન્જિન એન્જિનિયરિંગ છે, કાર પહેલેથી જ ડિઝાઇન છે; પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વ - ભૌતિકશાસ્ત્ર, હળવા - ડિઝાઇન.

ગિન્સબર્ગ માટે, ડિઝાઇન એ છે કે જે કુદરતીને સાંસ્કૃતિક, માનવ દ્વારા બનાવેલ કુદરતી વસ્તુઓથી અલગ પાડે છે; જે અનિયંત્રિત છે તેનાથી આપણે શું નિયંત્રિત કરીએ છીએ. આ અર્થમાં, બ્રિટિશ કંપની ઓક્સિટેક દ્વારા વિકસિત જીએમ મચ્છર પણ એક ડિઝાઇનર ઉત્પાદન છે. તેમ છતાં તેઓ સક્ષમ સંતાન પેદા કરતા નથી, પ્રકૃતિમાં તેઓ તેમના જંગલી સમકક્ષો સાથે સમાગમ માટે સફળતાપૂર્વક સ્પર્ધા કરે છે અને મેલેરિયા અને અન્ય ખતરનાક ચેપના વાહકોની સંખ્યામાં ઘટાડો કરે છે. "ગોલ્ડન રાઇસ" ને ડિઝાઇનર ઉત્પાદન પણ કહેવા જોઈએ, જેમાં નોંધપાત્ર માત્રામાં બીટા-કેરોટીન હોય છે અને ત્રીજા વિશ્વના કેટલાક દેશોમાં વિટામિન Aની ઉણપની સમસ્યાને હલ કરવામાં સક્ષમ હોય છે. અને ચોક્કસપણે ડિઝાઇનનું પરિણામ એ કૃત્રિમ રીતે મેળવેલ જીનોમ સાથે માયકોપ્લાઝ્મા લેબોરેટરીયમનું કૃત્રિમ તાણ છે. નવા કાર્યો સાથેના નવા સજીવો એ ડિઝાઇન વિચારસરણીના ઉપયોગનું પરિણામ છે, ફક્ત કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનના ક્ષેત્રમાં.

કૃત્રિમ રોગવિજ્ઞાન (2009–2010) એક ભયજનક વિકલ્પ: કૃત્રિમ જનીનો સામાન્ય જીવાણુઓમાં સમાપ્ત થાય છે અને નવા વિચિત્ર રોગોના ઉદભવ તરફ દોરી જાય છે. ડેઇઝી ગિન્સબર્ગ: "આ નવી પ્રજાતિ ફાઇબરગ્લાસ ઉત્પન્ન કરતા બેક્ટેરિયા અને બેક્ટેરિયાનો સંકર છે જે વાયુ પ્રદૂષણને પ્રતિભાવ આપે છે."

ઉત્ક્રાંતિ વિરુદ્ધ પ્રગતિ

જો ડિઝાઇન કુદરતી અને સાંસ્કૃતિકને અલગ કરતી સીમા છે, તો આપણે એમ ન માનવું જોઈએ કે બંને બાજુના વિસ્તારો સંઘર્ષમાં છે. સાંસ્કૃતિક કુદરતી રીતે વધે છે અને તેને સુધારે છે - ઓછામાં ઓછા માનવ દૃષ્ટિકોણથી. કુદરતી એ ઉત્ક્રાંતિનું ઉત્પાદન છે, જે હંમેશા ક્ષણના પડકારોનો જવાબ આપે છે અને બુદ્ધિશાળી આયોજન અથવા ડિઝાઇન માટે અસમર્થ છે. ઉત્ક્રાંતિ "વધુ સારી" ની વિભાવનાથી અજાણ છે; આધુનિક રીંછ ડાયનાસોર કરતાં વધુ સારા નથી, તેઓ ફક્ત આજની પરિસ્થિતિઓમાં વધુ સારી રીતે અનુકૂળ છે. સાંસ્કૃતિક વિશ્વ વિકાસશીલ છે, માનવ પ્રગતિના નિયમોનું પાલન કરે છે: અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવો મીણબત્તીઓ અને મશાલો કરતાં વધુ સારી છે, એલઇડી ટંગસ્ટન ફિલામેન્ટ કરતાં વધુ સારી છે.

ઇલેક્ટ્રોસિન્થેટિક સજીવોની વૃદ્ધિ માટે કન્ટેનર: વૃદ્ધિના વિવિધ તબક્કામાં કૃત્રિમ કોષો.

જો કે, જીવંત પ્રાણીઓની રચનાના ક્ષેત્રમાં, તાજેતરમાં સુધી, વ્યક્તિ ફક્ત ઉત્ક્રાંતિમાં ભાગ લઈ શકે છે, કૃત્રિમ પસંદગીની ક્રિયાને દિશામાન કરી શકે છે, જ્યાં સુધી આપણા હાથમાં જિનોમ, પ્રગતિના શક્તિશાળી સાધનો સાથે ચાલાકી કરવાના માધ્યમો ન હોય, જે હોઈ શકે છે. ચોકસાઇ મશીન ઉત્પાદન ઉદભવ સાથે સરખામણી. આજે, આ તકનીકો ખૂબ જ "પ્રકૃતિની પ્રકૃતિ" ને બદલવા માટે તૈયાર છે, ફરી એકવાર વિશ્વને પરિવર્તિત કરવા - અને તે દરમિયાન ડેઇઝી ગિન્સબર્ગ તે કેવું દેખાશે તે સમજવાનો પ્રયાસ કરી રહી છે.

ઘણા જીવવિજ્ઞાનીઓની જેમ, કલાકાર આ ક્ષેત્રમાં જે થઈ રહ્યું છે તેને નવી ક્રાંતિ માને છે: “ડીએનએ સિક્વન્સિંગ અને સિન્થેસિસની કિંમત ઝડપથી ઘટી રહી છે. CRISPR આનુવંશિક ફેરફારની તકનીકોએ ઉપલબ્ધ શક્યતાઓની શ્રેણીમાં વધારો કર્યો છે. દર વર્ષે કંઈક બદલાય છે,” ડેઝીએ પોપટેક ફોરમમાં લેક્ચર આપતાં કહ્યું. - ચોક્કસ, જીએમ સૂક્ષ્મજીવાણુઓ તેલ પ્રદૂષણને સાફ કરવા અથવા જમીનની એસિડિટીને સામાન્ય બનાવતા દેખાશે. સુધારેલા મચ્છરોનો ઉપયોગ પહેલાથી જ વાસ્તવિકતા છે.

એલેક્ઝાન્ડ્રા ડેઝી ગિન્સબર્ગ, સાશા પોહફ્લેપ, એન્ડ્રુ સ્ટેલિટાનો લાંબા-અંતરના અવકાશ મિશન માટે બનાવવામાં આવેલ જીએમ સજીવો અને અવકાશયાત્રીઓને સ્વાદિષ્ટ વાનગીઓ પ્રદાન કરવામાં સક્ષમ છે. ડેઝી ગિન્સબર્ગ: "કૃત્રિમ ફળના સ્તર પછીનું સ્તર બેક્ટેરિયા દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે જે સૂર્યપ્રકાશને બદલે વીજળીની ઊર્જાનો ઉપયોગ કરી શકે છે."

કૃત્રિમ રાજ્ય

સંપૂર્ણપણે કૃત્રિમ સજીવો એ તકનીકી પ્રગતિના ઉત્પાદનો છે, જૈવિક ઉત્ક્રાંતિના નહીં, અને કુદરતી પ્રાણીઓનું અનુકરણ કરવા માટે બિલકુલ બંધાયેલા નથી. તેમની સાથે માત્ર એક સામાન્ય બાયોકેમિકલ આધાર હોવાથી, તેઓ ટૂંક સમયમાં જીવનના વૃક્ષ પર તેમની પોતાની શાખામાં અલગ થવા માટે તૈયાર છે. સુપર કિંગડમ બેક્ટેરિયા, આર્કિઆ અને યુકેરીયોટ્સની સમકક્ષ છે, જે તેના પોતાના કાયદાઓ અનુસાર વિકાસ પામે છે, જે પ્રકૃતિ અને લોકો બંને દ્વારા નિર્ધારિત છે. આ કાયદાઓનું સંચાલન ડેઝી ગિન્સબર્ગ માટે રસનો મુખ્ય વિષય છે. જ્યારે છોડ જીવંત કારખાનામાં ફેરવાય ત્યારે કેવો દેખાશે? વાજબી ડિઝાઇન આનો જવાબ આપશે: બાયોપોલિમરમાંથી ભાગ ઉત્પન્ન કરતી વિશિષ્ટ વર્કશોપની જેમ. જ્યારે પાકે છે, ત્યારે તે ખુલ્લા ફળમાંથી પડી જાય છે અને સંપૂર્ણ ઉપયોગી ઉપકરણ બનાવવા માટે કૃત્રિમ છોડના અન્ય ફળો સાથે એસેમ્બલ કરવા માટે તૈયાર છે.

તે નોંધપાત્ર છે કે 2009 માં બનાવવામાં આવેલ ગ્રોથ એસેમ્બલી દ્વારા સ્કેચની શ્રેણીમાં, આવા ઉપકરણ હર્બિસાઇડ સ્પ્રેયર તરીકે બહાર આવ્યું છે - એક સાધન જે બાયોટેકનોલોજીની સંપૂર્ણ સ્વતંત્રતાની દુનિયામાં રહેતા વ્યક્તિ માટે મહત્વપૂર્ણ છે. કલાકાર આવા ભવિષ્યના સંભવિત જોખમો તરફ આંખ આડા કાન કરતા નથી, અને સિન્થેટિક કિંગડમ પ્રોજેક્ટમાં તેણીએ ઘણા ભયાનક પરિણામો રજૂ કર્યા, જેની નિવારણ અગાઉથી કાળજી લેવી જોઈએ. ગિન્સબર્ગના મતે, કૃત્રિમ અને કુદરતી સજીવો વચ્ચેના આડા જનીન ટ્રાન્સફરથી દાંત પર સૂક્ષ્મજીવાણુઓ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, રંગદ્રવ્ય, તેમને તેજસ્વી રંગોમાં રંગવા અને બાયોઈલેક્ટ્રોનિક્સ ફેક્ટરીમાંથી "આનુવંશિક લિકેજ" ફોસ્ફોરેસન્ટના વિકાસની મહામારી તરફ દોરી શકે છે. કિડની પત્થરો.

ઉપકરણ, હર્બિસાઇડ સ્પ્રેયર, જીએમ છોડમાં વ્યક્તિગત ભાગોના સ્વરૂપમાં ઉગાડવામાં આવે છે. ડેઇઝી ગિન્સબર્ગ: "ઉત્પાદનોને હવે વિશ્વભરમાં મોકલવાની જરૂર નથી, ફક્ત બીજ પહોંચાડવાની જરૂર છે."

જો કે, આનાથી પણ માનવીય સિદ્ધિઓમાં બાયોટેકનોલોજીને વધુ પડતી દેખાતી નથી: અગાઉની કે હાલની કોઈપણ ટેકનોલોજી નકારાત્મક આડઅસર વિનાની નથી. આધુનિક સંસ્કૃતિના વિકાસથી જૈવવિવિધતામાં આટલો ઝડપી ઘટાડો થયો છે કે વૈજ્ઞાનિકો વિશ્વાસપૂર્વક પૃથ્વી પરના જીવનના ઇતિહાસમાં છઠ્ઠું વૈશ્વિક લુપ્તતા કહે છે. પરંતુ જેમ વિકાસના પાછલા પગલાઓએ અગાઉની તકનીકો દ્વારા પેદા થતી ઘણી સમસ્યાઓનું નિરાકરણ શક્ય બનાવ્યું છે, તેમ સિન્થેટિક બાયોલોજી ગ્રહના જીવમંડળને "ઇલાજ" કરવા માટે તૈયાર છે. જમીનના એસિડ-બેઝ સંતુલનને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે કૃત્રિમ ગોકળગાય, બીજ વિખેરવા માટે કૃત્રિમ હેજહોગ્સ, અને વિચિત્ર અર્ધપારદર્શક જીવો કે જે છોડને ચેપ લગાડે છે અને પેથોજેન્સને દૂર કરવા માટે તેમના રસને ફિલ્ટર કરે છે - ડેઇઝી ગિન્સબર્ગનો બીજો પ્રોજેક્ટ અને બાયોટેક ભવિષ્યનો બીજો સ્પર્શ. જો આપણે માનીએ છીએ કે પ્રગતિ ખરેખર સારામાંથી વધુ સારા તરફ દોરી જાય છે, તો આપણે સંમત થઈ શકીએ છીએ કે આ તે જ હશે.

એલેક્ઝાન્ડ્રા ડેઝી ગિન્સબર્ગ, લંડન

શિક્ષણ: કેમ્બ્રિજ યુનિવર્સિટી (આર્કિટેક્ચર), સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટી (ડિઝાઇન), રોયલ કોલેજ ઓફ આર્ટ (ઇન્ટરએક્શન ડિઝાઇન)

જીવંત જીવમાં થતી પ્રક્રિયાઓને નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા ફક્ત આપણી કલ્પના દ્વારા મર્યાદિત છે. ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં, સંશોધકો નવીનીકરણીય સ્ત્રોતોમાંથી બાયોફ્યુઅલ બનાવવા માટે જીવંત કોષોને "પ્રોગ્રામ" કરી શકશે, તેમને પર્યાવરણમાં ઝેરની હાજરીનું મૂલ્યાંકન કરશે અથવા શરીરને જરૂરી માત્રામાં ઇન્સ્યુલિન ઉત્પન્ન કરશે... એવું લાગે છે કે ખૂબ જ ટૂંક સમયમાં આનુવંશિક ઇજનેરી પરંપરાગત ઇજનેરી કરતાં વધુ જટિલ બનશે નહીં, અને જીવંત કોષો સાથે કામ કરવું નિયમિત કમ્પ્યુટર સાથે કામ કરવા જેટલું સરળ હશે. કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન માટેનું એક સરળ સૂત્ર નીચે પ્રમાણે વ્યક્ત કરી શકાય છે: "વિશિષ્ટ કાર્યો કરતા પ્રોટીનના આનુવંશિક ક્રમ વાંચો, બધા જરૂરી "ભાગો" મેળવો, તેમને જટિલ પ્રોટીન માળખામાં ભેગા કરો, અને પછી આ રચનાઓને જીવંત કોષમાં મૂકો અને બનાવો. તેઓ કામ કરે છે. જીવન સાર્વત્રિક આનુવંશિક કોડ પર આધારિત છે, અને કૃત્રિમ બાયોલોજી, હકીકતમાં, "સાર્વત્રિક ભાગો અને સાધનો સાથેનું બોક્સ" બનાવવાની દરખાસ્ત કરે છે, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ટ્રાન્ઝિસ્ટર અને સ્વીચોના સમૂહનું જૈવિક સંસ્કરણ જે, જો જરૂરી હોય તો કરી શકે છે. , કોષમાં થતી બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓની સાંકળમાં યોગ્ય સ્થાને દાખલ કરો.

જો કે, આવી સામ્યતાઓ જીવંત પ્રણાલીઓ વિશે આપણે જે જાણીએ છીએ અને તેઓ ખરેખર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે વચ્ચેના અંતરને દૂર કરતા નથી. "અમે સ્ક્રુડ્રાઈવર અથવા ટ્રાન્ઝિસ્ટરના ઓપરેશનની સાથે સાથે સમજીએ છીએ તેવી થોડી બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ છે.", રોબ કાર્લસન કહે છે, બાયોટેક્નોલોજી કંપની બાયોડેસિક (યુએસએ) ના નેતાઓમાંના એક. જો કે, સિસ્ટમની ગૂંચવણ સાથે મુશ્કેલીઓ દેખાય છે, અને અમુક સમયે આપણે આ અથવા તે પ્રક્રિયાને મોડલ કરી શકતા નથી, કારણ કે તે ઘણી વધુ સમાન જટિલ પ્રક્રિયાઓ સાથે સંકળાયેલ હોવાનું બહાર આવ્યું છે. 2009 માં, વૈજ્ઞાનિકોએ એક રસપ્રદ પેટર્નનો સામનો કર્યો: હકીકત એ છે કે તાજેતરના વર્ષોમાં નવા બાયોકેમિકલ માર્ગોના વર્ણન માટે સમર્પિત વૈજ્ઞાનિક પ્રકાશનોની સંખ્યામાં નોંધપાત્ર વધારો થયો હોવા છતાં, આ નવા વર્ણવેલ માર્ગોની જટિલતા, અથવા, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સંખ્યા. આ માર્ગોમાં નિયમનકારી એકમો, તેનાથી વિપરીત, ઘટવા લાગ્યા.

જીવંત પ્રણાલીઓમાં મોડેલિંગ પ્રક્રિયાઓના દરેક પગલા પર અવરોધો ઉભા થાય છે: ઘટકોના ભાગોને પાત્ર બનાવવાથી લઈને સમગ્ર સિસ્ટમને એસેમ્બલ કરવા સુધી. "આજે જીવવિજ્ઞાન એન્જિનિયરિંગ પાસેથી ઘણું ઉધાર લે છે", ક્રિસ્ટીના અગાપાકિસ કહે છે, બોસ્ટનની હાર્વર્ડ મેડિકલ સ્કૂલમાં સિન્થેટિક બાયોલોજીમાં ડોક્ટરલ વિદ્યાર્થી. જો કે, સમસ્યાઓ સંશોધકોને રોકતી નથી, અને આજે તેમાંના મોટા ભાગના કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનની પાંચ મુખ્ય સમસ્યાઓને ઓળખે છે જેને આ વિસ્તારના વધુ વિકાસ માટે હલ કરવાની જરૂર છે.

જૈવિક પ્રણાલીઓની ઘણી વિગતો અજાણ છે

જૈવિક બંધારણના ભાગો ખૂબ જ વૈવિધ્યસભર છે: તેમાં ચોક્કસ પ્રોટીનને એન્કોડ કરતી ચોક્કસ ડીએનએ સિક્વન્સ, જનીનોના નિયમનકારી પ્રદેશો અને પ્રોટીનની વિશાળ વિવિધતા અને બાયોકેમિકલ માર્ગોના અન્ય ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે. દુર્ભાગ્યવશ, આમાંના મોટાભાગના ભાગો હજુ પણ અપૂરતી રીતે લાક્ષણિકતા ધરાવે છે અથવા બિલકુલ લાક્ષણિકતા ધરાવતા નથી, તેથી જ, જ્યારે સંપૂર્ણ રચનાનું મોડેલ બનાવવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા હોય, ત્યારે સંશોધકને મોટી સંખ્યામાં અજાણ્યાઓનો સામનો કરવો પડે છે, જેમાંથી દરેક તેના ગુણધર્મો અને વર્તનને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરી શકે છે. મોડેલ કરેલ સિસ્ટમ. તદુપરાંત, જ્યારે એક અથવા બીજા "ભાગ" ના કાર્યોને સ્પષ્ટ કરવાનો પ્રયાસ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સંશોધકોને એ હકીકતનો સામનો કરવો પડે છે કે જ્યારે વિવિધ પ્રયોગશાળાઓમાં પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સમાન પ્રોટીન, ઉદાહરણ તરીકે, અલગ રીતે વર્તે છે, અને તે માત્ર અલગ જ નહીં, પણ સીધી રીતે પણ કરી શકે છે. વિવિધ પ્રકારના કોષોમાં વિરોધી કાર્યો.

યુએસએમાં, મેસેચ્યુસેટ્સ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીમાં, સ્ટાન્ડર્ડ જૈવિક ભાગોની રજિસ્ટ્રી બનાવવામાં આવી હતી, અથવા, વધુ સારી રીતે કહીએ તો, પ્રમાણભૂત જૈવિક ભાગોનું રજિસ્ટર, જ્યાં તમે 5,000 કરતાં વધુ પ્રમાણભૂત લાક્ષણિકતા ધરાવતા "ભાગો" શોધી અને ઓર્ડર કરી શકો છો: જનીનો, પ્રમોટર્સ , રાઇબોઝોમ બંધનકર્તા સાઇટ્સ, ટ્રાન્સક્રિપ્શન ટર્મિનેટર, પ્લાઝમિડ્સ, પ્રાઇમર્સ, વગેરે. જો કે, રજિસ્ટર ડિરેક્ટર રેન્ડી રેટબર્ગ ખાતરી આપતા નથી કે આ તમામ ભાગો સારી રીતે કામ કરશે. તેમાંથી મોટાભાગના iGEM (ઇન્ટરનેશનલ જિનેટિકલી એન્જીનિયરેડ મશીન) સ્પર્ધામાં ભાગ લેનાર વિદ્યાર્થીઓ દ્વારા સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા હતા. આ સ્પર્ધા 2004 થી દર વર્ષે યોજાય છે. સહભાગીઓ તૈયાર "ભાગો" ના સેટનો ઉપયોગ કરીને અથવા નવાને સંશ્લેષણ કરીને નવી કૃત્રિમ જૈવિક પ્રણાલીઓ બનાવે છે. કમનસીબે, મોટાભાગના સહભાગીઓ પાસે દરેકનું વિગતવાર વર્ણન આપવા માટે પૂરતો સમય અને જ્ઞાન નથી. નવોસંશ્લેષિત "ભાગ".

ચોખા. 2. જૈવિક પ્રણાલીઓના "ભાગો" LEGO ઇંટો તરીકે રજૂ થાય છે. સામયિકોમાં સમાન ફોટોગ્રાફ્સ મળી શકે છે ધ ન્યૂ યોર્કર(ડાબે) અને વાયર્ડ. સામયિકોના લેખકો આધુનિક જીવવિજ્ઞાનને જાણીતા "ક્યુબ્સ" માંથી સરળ બાંધકામ તરીકે રજૂ કરે છે. સત્ય એ છે કે આપણે જાણતા નથી કે આમાંથી કેટલા સમઘન કામ કરે છે, અને જે સારી રીતે સમજાય છે તે અન્ય ક્યુબ્સ સાથે જોડવામાં આવે ત્યારે અથવા જ્યારે પરિસ્થિતિઓ બદલાય ત્યારે અણધારી રીતે વર્તે છે (ફોટો: જે. સ્વાર્ટ; એમ. નોલ્સ).

બેક્ટેરિયામાં લેક્ટોઝ ચયાપચયને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાના પ્રયાસરૂપે, ઇટાલીની પાવિયા યુનિવર્સિટીની iGEM ટીમે બેક્ટેરિયાના DNAમાં દાખલ કરીને રજિસ્ટ્રીમાંથી ઘણા પ્રમોટરોનું પરીક્ષણ કર્યું. એસ્ચેરીચીયા કોલી. મોટાભાગના પ્રમોટરો કામ કરતા હતા (માત્ર એક નિષ્ક્રિય હોવાનું બહાર આવ્યું હતું), પરંતુ તેમાંથી ઘણા વિશે વ્યવહારીક રીતે કશું જ જાણીતું ન હતું. રેટબર્ગ કહે છે કે આજની તારીખે, સ્વતંત્ર નિષ્ણાતોએ બતાવ્યું છે કે રજિસ્ટરમાં એકત્રિત કરાયેલા “ભાગો”માંથી 1,500 તેમના સર્જકોની આગાહી મુજબ કામ કરે છે, 50 બિલકુલ કામ કરતા નથી અથવા અગાઉના વિચાર કરતાં સંપૂર્ણપણે અલગ રીતે વર્તે છે, જ્યારે બાકીના બિન-પરીક્ષણ કરેલા રહે છે.

રજિસ્ટરના નિર્માતાઓ તેમના કાર્યમાં સ્વતંત્ર નિષ્ણાતોને સામેલ કરીને અને વિવિધ જૈવિક પ્રણાલીઓમાં ચોક્કસ "ભાગ" ની કામગીરી પર તેમનો ડેટા મોકલવા માટે આદેશિત "ભાગો" સાથે કામ કરતા સંશોધકોને આમંત્રિત કરીને તેમના સંગ્રહની ગુણવત્તા સુધારવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે. દરેક નવા "ભાગ" ના ન્યુક્લિયોટાઇડ ક્રમ રજીસ્ટર ક્રમ માટે "ભાગો" ની પસંદગીમાં સામેલ નિષ્ણાતો. હાલમાં પણ, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, બર્કલેના પ્રોફેસર એડમ આર્કીન અને જય કેસલિંગ, સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર ડ્રુ એન્ડી સાથે મળીને, BIOFAB પ્રોગ્રામ વિકસાવી રહ્યા છે જેનો હેતુ જીવનની નવી અને હાલની "વિગતો"નું સંશ્લેષણ અને અભ્યાસ છે સિસ્ટમો ગયા વર્ષના અંતે, યુએસ નેશનલ સાયન્સ ફાઉન્ડેશને આ સંશોધન માટે $1.4 મિલિયન ફાળવ્યા હતા. અન્ય વસ્તુઓની સાથે, પ્રોજેક્ટમાં એવી પદ્ધતિઓનો વિકાસ સામેલ છે કે જેની મદદથી વિવિધ પ્રયોગશાળાઓમાં કામનું પ્રમાણીકરણ કરવું અને વિવિધ સંશોધકો દ્વારા મેળવેલા ડેટાની તુલના કરવી શક્ય બનશે. BIOFAB ના વિચારધારાઓ માને છે કે તેઓ વિવિધ પ્રયોગશાળાઓમાંથી ડેટાની પરિવર્તનશીલતાને ઘટાડવામાં સક્ષમ હશે, જે બાયોસિસ્ટમ સાથે કામ કરવા માટે પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓના અભાવને કારણે ઊભી થાય છે, ઓછામાં ઓછા અડધાથી.

BIOFAB ના ધ્યેયો સરળ લાગે છે, પરંતુ જીવન પ્રણાલીઓ સાથે કામ કરવા માટેના ધોરણો વિકસાવવા એ ખૂબ જ મુશ્કેલ કાર્ય છે. ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે આનુવંશિક રચનાને સસ્તન કોષમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે કોષના ડીએનએમાં આ રચનાના એકીકરણને નિયંત્રિત કરવું અશક્ય છે - બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, પરિચયિત જનીનો જીનોમમાં ગમે ત્યાં સમાપ્ત થાય છે અને અભિવ્યક્તિને અસર કરી શકે છે. નજીકમાં સ્થિત જનીનો, જે અણધારી અસરોનું કારણ બનશે. સ્વિસ ફેડરલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીમાં બાયોટેક્નોલોજી અને બાયોએન્જિનિયરિંગના પ્રોફેસર માર્ટિન ફ્યુસેનેગર માને છે કે જૈવિક પ્રણાલીઓ એટલી જટિલ છે કે તેના માટે કોઈપણ સામાન્ય ધોરણો દાખલ કરવા સિદ્ધાંતમાં શક્ય નથી.

જૈવિક પ્રણાલીઓની કામગીરી અણધારી છે

જો સિસ્ટમના દરેક ઘટક ભાગનું કાર્ય જાણીતું હોય તો પણ, તેઓ એકસાથે અણધારી રીતે કામ કરી શકે છે, અને જીવવિજ્ઞાનીઓને ઘણીવાર અજમાયશ અને ભૂલ દ્વારા કામ કરવું પડે છે. "અમે હજી પણ, રાઈટ બંધુઓની જેમ, લાકડાના ટુકડાઓ અને કાગળના ટુકડાઓમાંથી વિમાનને એકસાથે ગુંદર કરવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છીએ.", બાર્સેલોનામાં સેન્ટર ફોર જીનોમિક રેગ્યુલેશનના સંશોધક લુઈસ સેરાનો કહે છે. "તમે એક માળખું હવામાં લોંચ કરો છો, પરંતુ તે પડીને તૂટી જાય છે. તમે બીજું લોંચ કરો અને તે કદાચ થોડું સારું ઉડે છે.".

ચોખા. 3. "કોષો પુનઃપ્રોગ્રામ કરવા માટે ખૂબ જ સરળ છે." સામયિકો વૈજ્ઞાનિક અમેરિકનઅને IEEE સ્પેક્ટ્રમકૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનને માઇક્રોચિપ્સ અથવા માઇક્રોસિર્કિટ્સની ડિઝાઇન જેટલું સરળ ચિત્રિત કર્યું. પરંતુ જ્યારે કોમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન્સ સંશોધકોને કોષની વર્તણૂકની આગાહી કરવામાં મદદ કરી શકે છે, ત્યારે કોષ એ એક જટિલ, ચલ અને સતત વિકસતી સિસ્ટમ છે, અને તેમાં જે થાય છે તે કમ્પ્યુટરમાં શું થાય છે તેના કરતાં વધુ જટિલ છે (તસવીરો: સ્લિમ ફિલ્મ્સ, એચ. કેમ્પબેલ) .

મેસેચ્યુસેટ્સની બોસ્ટન યુનિવર્સિટીમાં બાયોએન્જિનિયર જિમ કોલિન્સ અને તેમના સાથીદારો યીસ્ટમાં કહેવાતી ટૉગલ સ્વિચ સિસ્ટમને કામ કરવા માટેના તેમના પ્રયાસમાં નિષ્ફળ ગયા. લગભગ દસ વર્ષ પહેલાં, તેમની પ્રયોગશાળામાં, બેક્ટેરિયાના કોષમાં આવી સિસ્ટમ બનાવવામાં આવી હતી ઇ. કોલી: સંશોધકોએ કોષમાં આનુવંશિક રચના રજૂ કરી, જે, કોષની આરામની સ્થિતિમાં, એક જનીન (ચાલો તેને જનીન A કહીએ) વ્યક્ત કરે છે અને ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રભાવ હેઠળ બીજા જનીનની અભિવ્યક્તિ તરફ સ્વિચ કરે છે (ચાલો તેને જનીન B કહીએ. ). જો કે, શરૂઆતમાં, કોષોએ જનીન B ના ઉત્પાદનને સતત સંશ્લેષણ કરવાનો ઇનકાર કર્યો - રાસાયણિક ઉપચાર દૂર કર્યા પછી, તેઓ અનિવાર્યપણે જનીન A ના ઉત્પાદનના સંશ્લેષણમાં પાછા ફર્યા. સમસ્યા, જેમ કે કોલિન્સે સમજાવ્યું, તે હતી કે પ્રમોટર બે જનીનો અસંતુલિત રીતે કામ કરતા હતા, તેથી જ જનીન A એ જનીન B કરતા હંમેશા વધુ સક્રિય રીતે વ્યક્ત થતો હતો. સિસ્ટમને યોગ્ય રીતે કામ કરવા માટે વૈજ્ઞાનિકોને લગભગ 3 વર્ષ પસાર કરવા પડ્યા હતા.

કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન સિન્થેટીક બાયોલોજીમાં સતત "અનુમાન લગાવવા" ની સમસ્યાને ઉકેલવામાં મદદ કરી શકે છે. 2009માં, કોલિન્સ અને તેમના સાથીઓએ બે પ્રમોટરોની થોડી અલગ આવૃત્તિઓ બનાવી. એક સંસ્કરણમાં, બંને પ્રમોટર્સનો ઉપયોગ "આનુવંશિક ટાઈમર" બનાવવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો - એક એવી સિસ્ટમ જે કોષને ચોક્કસ સમય પછી એક જનીનને વ્યક્ત કરવાથી બીજાને વ્યક્ત કરવા માટે સ્વિચ કરે છે. આવી સિસ્ટમ બનાવવામાં અને પરીક્ષણ કર્યા પછી, તેના પરિમાણો ખાસ વિકસિત કમ્પ્યુટર પ્રોગ્રામમાં દાખલ કરવામાં આવ્યા હતા, જે તેના આધારે, સમાન પ્રમોટર્સના અન્ય પ્રકારોનો ઉપયોગ કરવાના કિસ્સામાં સિસ્ટમના વર્તનની ગણતરી કરી શકે છે. આમ, પ્રયોગ દર્શાવે છે કે, સૈદ્ધાંતિક રીતે, કોમ્પ્યુટર મોડેલિંગ જીવંત પ્રણાલીઓના વર્તનનો અભ્યાસ કરવા માટે વિતાવેલા સમયને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડી શકે છે, કારણ કે પ્રયોગશાળામાં દરેક સિસ્ટમને ચકાસવાની જરૂર રહેશે નહીં; પ્રોગ્રામ અને તેના વર્તનનું મોડેલ મેળવો.

તમામ બાયોકેમિકલ સિસ્ટમ્સ કોષમાં પૂરતી સારી રીતે કામ કરતી નથી: કહેવાતા નિર્દેશિત ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા અપૂર્ણ પ્રણાલીઓને સુધારી શકાય છે, જેમાં કોષના ડીએનએમાં પરિવર્તનનો સમાવેશ થાય છે, પરિણામી સિસ્ટમોના પ્રભાવનું મૂલ્યાંકન "વ્યવહારમાં," શ્રેષ્ઠ પ્રદર્શનની પસંદગી. વિકલ્પો અને તેમની જાળવણી. પાસાડેનામાં કેલિફોર્નિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીના ફ્રાન્સિસ આર્નોલ્ડના જણાવ્યા અનુસાર, ઉત્સેચકો અને અન્ય પ્રોટીનના નિર્દેશિત ઉત્ક્રાંતિની પ્રક્રિયાને પણ મોડેલ કરી શકાય છે, જેઓ જૈવ ઇંધણના ઉત્પાદનમાં સામેલ ઉત્સેચકો મેળવવા માટે તેમની પ્રયોગશાળામાં આ તકનીકનો ઉપયોગ કરે છે.

સિસ્ટમોની જટિલતા ખૂબ મોટી છે

જૈવિક પ્રણાલીઓ જેટલી જટિલ બને છે, તેમનું કૃત્રિમ બાંધકામ અને પરીક્ષણ ઓછું વાસ્તવિક બને છે. કિસલિંગ અને તેના સાથીદારોએ એન્ટિમેલેરિયલ સંયોજન, આર્ટેમિસિનિનના પરમાણુ પુરોગામીના સંશ્લેષણ માટે એક કૃત્રિમ સિસ્ટમ વિકસાવી છે. આ પ્રણાલીમાં બાર જુદા જુદા જનીનોનો સમાવેશ થાય છે અને તે સિન્થેટિક બાયોલોજીના ક્ષેત્રમાં અત્યાર સુધીનું સૌથી સફળ અને સૌથી વધુ ટાંકવામાં આવેલ કાર્ય છે. અભ્યાસના નેતાએ અંદાજ લગાવ્યો હતો કે પ્રક્રિયામાં સામેલ તમામ જનીનોને શોધવામાં અને એક કૃત્રિમ સિસ્ટમ વિકસાવવામાં લગભગ 150 વ્યક્તિ-વર્ષનો સમય લાગ્યો હતો જેમાં દરેક જનીનની અભિવ્યક્તિ નિયંત્રિત હતી. ઉદાહરણ તરીકે, સંશોધકોએ સિસ્ટમના ઘટકોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે ઘણા વિકલ્પોનું પરીક્ષણ કરવું પડ્યું જેથી અંતિમ ઉત્પાદનના સંશ્લેષણથી ઝેરી મધ્યવર્તી ઉત્પાદન ન બને.

"લોકો આ પ્રકારના પ્રોજેક્ટ્સ શરૂ કરવા વિશે વિચારતા પણ નથી કારણ કે આ પ્રોજેક્ટ્સ માટે ઘણો સમય અને પૈસાની જરૂર હોય છે.", યુ.એસ.માં જીંકગો બાયોવર્ક્સના સહ-સ્થાપક રેશ્મા શેટ્ટી કહે છે. કંપની આનુવંશિક "ભાગો" (ડીએનએ ટુકડાઓ એન્કોડિંગ પ્રોટીન, પ્રમોટર્સ, વગેરે) ને નિર્દિષ્ટ ગુણધર્મોવાળી સિસ્ટમમાં જોડવા માટે સ્વયંસંચાલિત યોજનાઓ વિકસાવે છે. મૂળ ડીએનએ ટુકડાઓ એવી રીતે સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે કે તેમને રોબોટ દ્વારા જોડી શકાય છે. ટુકડાઓનું સંશ્લેષણ કરવા માટેના નિયમો કે જેથી તેઓને એક સંપૂર્ણમાં એસેમ્બલ કરી શકાય, કહેવાતા બાયોબ્રિક સ્ટાન્ડર્ડમાં વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યા છે.

બર્કલે ખાતે, જે. ક્રિસ્ટોફર એન્ડરસનની આગેવાની હેઠળના વૈજ્ઞાનિકોનું એક જૂથ એવી સિસ્ટમ વિકસાવી રહ્યું છે જેમાં "ભાગો" ભેગા કરવાનું તમામ કામ રોબોટ દ્વારા નહીં, પરંતુ બેક્ટેરિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે. કોષોમાં આનુવંશિક ઇજનેરી તકનીકોનો ઉપયોગ ઇ. કોલીતેઓ ઉત્સેચકો માટે જનીનો મૂકે છે જે ચોક્કસ રીતે ડીએનએ અણુઓને કાપી અને ગુંદર કરી શકે છે. આ કોષોને "એસેમ્બલર કોષો" કહેવામાં આવે છે. અન્ય બેક્ટેરિયલ કોષોને એવી રીતે સંશોધિત કરવામાં આવે છે કે તેઓ ઘણા સંશ્લેષણમાંથી જરૂરી પરમાણુઓ પસંદ કરી શકે. આ કોષોને "પસંદગી કોષો" કહેવામાં આવે છે. "કલેક્ટર કોશિકાઓ" માંથી "પસંદગી" કોષોમાં ડીએનએ સ્થાનાંતરિત કરવા માટે, સંશોધકોએ ફેજેમિડ્સ - બેક્ટેરિયોફેજ વાયરસમાંથી મેળવેલા પ્લાઝમિડ્સનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો છે. એન્ડરસન માને છે કે બેક્ટેરિયલ સિસ્ટમ માત્ર ત્રણ કલાકમાં બે દિવસમાં રોબોટ દ્વારા કરવામાં આવેલા કામનો સામનો કરશે.

ઘણી કૃત્રિમ રચનાઓ જીવન સાથે અસંગત છે

બનાવ્યું ઇન વિટ્રોઅને કોષોમાં મૂકવામાં આવેલ કૃત્રિમ આનુવંશિક રચનાઓ અણધારી અસરો કરી શકે છે. યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ફ્રાન્સિસ્કોના ક્રિસ વોઇગ્ટ 2003 થી આ સમસ્યા પર કામ કરી રહ્યા છે. વોઇગ્ટે બેક્ટેરિયલ ડીએનએના ટુકડાઓ પર આધારિત આનુવંશિક રચનાઓનો ઉપયોગ કર્યો બેસિલસ સબટિલિસ, રાસાયણિક ઉત્તેજનાના પ્રતિભાવમાં ચોક્કસ જનીનોને વ્યક્ત કરવા માટે સિસ્ટમ બનાવવા માટે. તે કોષની બહાર પરિણામી આનુવંશિક રચનાનો અભ્યાસ કરવા માંગતો હતો B. સબટાઈલિસ, તેથી મેં તેને કોષોમાં સ્થાનાંતરિત કર્યું ઇ. કોલીજોકે, અન્ય બેક્ટેરિયામાં સિસ્ટમે કામ કરવાનું બંધ કરી દીધું હતું.

“માઈક્રોસ્કોપ હેઠળ બેક્ટેરિયલ સંસ્કૃતિની તપાસ કર્યા પછી, અમે જોયું કે કોષો બીમાર હતા, વોઇગ્ટ કહે છે, એક દિવસ સિસ્ટમ એક રીતે વર્તે છે, બીજી - બીજી" તે કોષોમાં પરિચય કે બહાર આવ્યું છે ઇ. કોલીવિદેશી આનુવંશિક રચનાએ મહત્વપૂર્ણ પ્રોટીનની અભિવ્યક્તિમાં વિક્ષેપ તરફ દોરી. “આનુવંશિક ડિઝાઇનમાં જ બધું બરાબર હતું, - વૈજ્ઞાનિક આશ્ચર્યચકિત છે, - તે માત્ર એટલું જ છે કે તેનો એક ભાગ બેક્ટેરિયમના જીવન સાથે અસંગત હોવાનું બહાર આવ્યું છે..

યુ.એસ.ની ડ્યુક યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર લિંગચોંગ યુની આગેવાની હેઠળના સંશોધકોએ શોધી કાઢ્યું છે કે એક જનીન ધરાવતી સરળ અભિવ્યક્તિ પદ્ધતિ પણ જેનું ઉત્પાદન તેના પોતાના સંશ્લેષણને ઉત્તેજિત કરે છે તે યજમાન કોષમાં મોટા ફેરફારો તરફ દોરી શકે છે. કોષોમાં સક્રિય ઇ. કોલી, કૃત્રિમ આનુવંશિક રચનાએ બેક્ટેરિયાના વિકાસને અવરોધે છે, જે બદલામાં, કોષ સંસ્કૃતિમાં કૃત્રિમ પ્રોટીનની સાંદ્રતામાં વધારો થવાનું કારણ બને છે. પરિણામે, સંસ્કૃતિમાં કહેવાતી બિસ્ટેબિલિટીની ઘટના જોવા મળી હતી: કેટલાક કોષોએ રસનું પ્રોટીન ઉત્પન્ન કર્યું હતું, જ્યારે અન્ય કોષોમાં તેનું ઉત્પાદન અવરોધિત હતું.

અણધારી અસરોની સંભાવનાને ઘટાડવા માટે, સંશોધકો "ઓર્થોગોનલ" સિસ્ટમ્સ વિકસાવી રહ્યા છે જે કોષમાં કુદરતી પ્રક્રિયાઓથી સ્વતંત્ર રીતે કાર્ય કરે છે. કેમ્બ્રિજમાં મેડિકલ રિસર્ચ કાઉન્સિલ લેબોરેટરી ઓફ મોલેક્યુલર બાયોલોજીના જીવવિજ્ઞાની જેસન ચિન અને તેમના સાથીઓએ પ્રોટીન ઉત્પન્ન કરતી સિસ્ટમ બનાવી ઇ. કોલી, કોષમાં કુદરતી બાયોકેમિકલ પ્રક્રિયાઓથી સંપૂર્ણપણે સ્વતંત્ર રીતે કામ કરે છે. આ સિસ્ટમમાં, ડીએનએ-આધારિત મેસેન્જર આરએનએનું સંશ્લેષણ ચોક્કસ આરએનએ પોલિમરેઝ દ્વારા કરવામાં આવે છે જે ચોક્કસ જનીન પ્રમોટરને ઓળખે છે, જે તેના ન્યુક્લિયોટાઇડ ક્રમમાં કોષના પોતાના પ્રમોટર્સથી અલગ પડે છે. પરિણામી મેસેન્જર RNA (mRNA), જેને O-mRNA ("ઓર્થોગોનલ mRNA") કહેવાય છે, તે O-રાઈબોઝોમ સાથે જોડાય છે, જે કૃત્રિમ પ્રણાલીનો પણ એક ઘટક છે અને માત્ર O-mRNA ના આધારે પ્રોટીનનું સંશ્લેષણ કરવામાં સક્ષમ છે, કોષના પોતાના mRNAs સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કર્યા વિના.

આમ, કોષમાં એક સમાંતર સિસ્ટમ ઊભી થાય છે જે મહત્વપૂર્ણ પ્રક્રિયાઓને નષ્ટ કરતી નથી, અને આ સિસ્ટમના ઘટકોને સુધારી શકાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેમની સિસ્ટમ સાથે પ્રયોગ કરતી વખતે, સંશોધકોએ O-ribosome ના DNA એન્કોડિંગ ભાગને દૂર કર્યો, જેના પરિણામે પ્રોટીન ઉત્પાદન ઝડપી બન્યું.

બીજો ઉકેલ એ છે કે કોષના આંતરિક ભાગમાં સિન્થેટીક મોલેક્યુલર સ્ટ્રક્ચરને ભૌતિક રીતે અલગ કરવું. યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ફ્રાન્સિસ્કોના વેન્ડેલ લિમ મેમ્બ્રેન સ્ટ્રક્ચર્સ બનાવવાનો પ્રયોગ કરી રહ્યા છે જેમાં સિન્થેટિક આનુવંશિક રચનાઓ કામ કરી શકે છે. સંશોધકો બેકરના યીસ્ટ કોષો પર કામ કરી રહ્યા છે, પરંતુ માને છે કે સમાન સિદ્ધાંતો બેક્ટેરિયા પર લાગુ થઈ શકે છે.

પરિવર્તનશીલતા સિસ્ટમનો નાશ કરે છે

વૈજ્ઞાનિકો ખાતરી કરવા માંગે છે કે તેઓ બનાવેલી કૃત્રિમ પ્રણાલીઓ સમય જતાં સ્થિર છે, પરંતુ કોષમાં મોલેક્યુલર પ્રક્રિયાઓ રેન્ડમ વધઘટને આધિન છે. આ વધઘટ આંતરિક અને બાહ્ય બંને કારણોસર થઈ શકે છે - ઉદાહરણ તરીકે, ખેતીની સ્થિતિમાં ફેરફાર. કમનસીબે, કોષના પોતાના જીનોમમાં અવ્યવસ્થિત રીતે થતા પરિવર્તનો કૃત્રિમ સિસ્ટમના વિનાશ તરફ દોરી શકે છે.

માઈકલ એલોવિટ્ઝ અને તેમના સાથીઓએ દસ વર્ષ પહેલાં પાસાડેનામાં કેલિફોર્નિયા ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીમાં પ્રથમ આનુવંશિક ઓસિલેટર બનાવ્યું હતું અને તેના પરના કોષમાં થતા રેન્ડમ ફેરફારોના પ્રભાવનું મૂલ્યાંકન કર્યું હતું. આનુવંશિક ઓસિલેટર એ ત્રણ જનીનોની સિસ્ટમ હતી, જેના ઉત્પાદનોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીનના સંશ્લેષણ તરફ દોરી જાય છે, અને આ સંશ્લેષણ સતત થતું ન હતું, પરંતુ સમયગાળામાં, જેના પરિણામે કોષો ઝબકવા લાગ્યા. જો કે, આ પ્રક્રિયા તમામ કોષોમાં સમાન રીતે થઈ નથી. કેટલાક તેજસ્વી હતા, કેટલાક ઘાટા હતા, કેટલાક વારંવાર ઝબકતા હતા, અન્ય ભાગ્યે જ, અને કેટલાકમાં, ફ્લિકરિંગની પ્રકૃતિ અને ગ્લોની તીવ્રતા સમય સાથે બદલાતી હતી.

ચોખા. 4. સિન્થેટિક બાયોલોજી મેગેઝિન ડિઝાઇનર્સમાં અવિશ્વસનીય શોધોની અપેક્ષા કુદરતમાનવીએ કેવી રીતે કૃત્રિમ જીવન (જમણે) બનાવવાની ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરી તેનું નિરૂપણ કર્યું અને ETC જૂથના તેમના સાથીઓએ વૈજ્ઞાનિકોની પ્રવૃત્તિઓને "ભગવાન રમવા" સાથે સરખાવી. જો કે, વાસ્તવિકતા એ છે કે આ ક્ષેત્રમાં હજુ પણ ઘણી વણઉકેલાયેલી સમસ્યાઓ છે, અને તેની સિદ્ધિઓ હજુ પણ વ્યવહારિક ઉપયોગથી ઘણી દૂર છે (તસવીરો: આર. પેજ/ETC ગ્રુપ; સિન્થેટિક બાયોલોજીમાં એડવેન્ચર્સનો અંક 1. વાર્તા: ડ્રૂ એન્ડી અને ઇસાડોરા ડીઝ આર્ટ: ચક વેડે).

એલોવિટ્ઝ માને છે કે આ તફાવતો વિવિધ કારણોસર ઊભી થઈ શકે છે. કોષ સતત અથવા તૂટક તૂટક જનીનો વ્યક્ત કરી શકે છે. આ અન્ય બાબતોની સાથે, તેમાં mRNA ની કુલ માત્રા અને પ્રોટીન-ઉત્પાદક પ્રણાલીઓના વર્કલોડને કારણે છે, જેમ કે પોલિમરેસિસ અને રિબોઝોમ.

યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ડિએગો ખાતે જેફ હેસ્ટી અને તેમની સિન્થેટિક બાયોલોજી ટીમે 2008માં વધુ સ્થિર આનુવંશિક ઓસિલેટરનું વર્ણન કર્યું હતું. એક અલગ આનુવંશિક રચનાનો ઉપયોગ કરીને અને ખેતીની સ્થિતિને સંપૂર્ણપણે નિયંત્રિત કરીને, વૈજ્ઞાનિકોએ ખાતરી કરી કે સંસ્કૃતિના તમામ કોષો સમાન ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીન અભિવ્યક્તિ પેટર્ન ધરાવે છે અને તે મુજબ, ઝબકવાની પેટર્ન છે. તાજેતરમાં જ, સંશોધકોએ બતાવ્યું છે કે સેલ-સેલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને ફ્લિકર સિંક્રનાઇઝેશન પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. કાર્યના નેતા માને છે કે, કૃત્રિમ સિસ્ટમ પર સેલ્યુલર પ્રક્રિયાઓના પ્રભાવથી છુટકારો મેળવવાનો પ્રયાસ કરવાને બદલે, તમે કુદરતી બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરી શકો છો, તેમને તમારી પોતાની જરૂરિયાતો અનુસાર સ્વીકારી શકો છો. તે ભાર મૂકે છે કે ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ઉદાહરણ તરીકે, અવાજ ક્યારેક દખલ કરતું નથી, પરંતુ, તેનાથી વિપરીત, ઉપયોગી સંકેત શોધવામાં મદદ કરે છે. "જો તમે તેને હરાવી શકતા નથી, તો તમારે તેનો ઉપયોગ કરવાનું શીખવું પડશે.", હેસ્ટી સમજાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, "અવાજ" કોષોને કૃત્રિમ રચનાની રજૂઆતને થોડો અલગ રીતે પ્રતિસાદ આપવા દે છે, જે સંસ્કૃતિને બાહ્ય પરિસ્થિતિઓમાં થતા ફેરફારો માટે વધુ પ્રતિરોધક બનાવે છે.

બોસ્ટનમાં હાર્વર્ડ મેડિકલ સ્કૂલના જ્યોર્જ ચર્ચની આગેવાની હેઠળના સંશોધનની બીજી લાઇન, સ્થિર બેક્ટેરિયલ રેખાઓ ઉત્પન્ન કરવાની રીતો શોધી રહી છે. ચર્ચ માને છે કે કોષના જિનોમમાં કૃત્રિમ રીતે ફેરફાર કરીને, તેમાં વધુ સચોટ DNA પ્રતિકૃતિ પ્રણાલી દાખલ કરીને, જિનોમ પ્રદેશોમાં ફેરફાર કરીને અને કોષમાં તેના જિનોમની નકલોની સંખ્યામાં વધારો કરીને કુદરતી પરમાણુ પ્રક્રિયાઓની પરિવર્તનશીલતા ઘટાડી શકાય છે. . આ દિશા પણ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે જીવંત કોષની સ્થિરતા, જે સરળ કૃત્રિમ પ્રણાલીઓ માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ નથી, જટિલ સિસ્ટમો બનાવતી વખતે અત્યંત મહત્વપૂર્ણ બની જાય છે.

શું પ્રેક્ટિસ કરવાનો સમય છે?

બધી મુશ્કેલીઓ હોવા છતાં, કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન સક્રિયપણે વિકાસશીલ છે. સંશોધકો પહેલાથી જ લીટીઓ મેળવવા માટે વ્યવસ્થાપિત છે ઇ. કોલી, જેના કોષો ઘટનાઓની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ છે - ઉદાહરણ તરીકે, તેમના પોતાના વિભાગોની સંખ્યા, અને પર્યાવરણમાં પ્રકાશિત અને અંધારાવાળા વિસ્તારોને ઓળખે છે. કૃત્રિમ રચનાઓ મેળવવામાં આવી છે જે માત્ર બેક્ટેરિયલ કોષોમાં જ નહીં, પણ વધુ જટિલ કોષોમાં પણ કામ કરે છે. સિન્થેટિક બાયોલોજીના અભ્યાસ માટે નવા કેન્દ્રો અને યુનિવર્સિટીઓમાં નવા કાર્યક્રમો ઉભરી રહ્યા છે.

કિસલિંગના જૂથ દ્વારા મેળવેલા આર્ટેમિસિનિન પુરોગામી ઉત્પાદન માટેની પ્રણાલીને લગભગ તેની વ્યાવસાયિક એપ્લિકેશન મળી ગઈ છે. ફ્રેન્ચ કંપની સનોફી-એવેન્ટિસને તેમાં રસ પડ્યો, તેણે 2012 સુધીમાં આનુવંશિક રચનાને બજારમાં લાવવાની યોજના બનાવી. અન્ય કેટલીક કંપનીઓ સિન્થેટિક બાયોફ્યુઅલના ઉત્પાદનમાં રસ ધરાવે છે. સંશોધકો માને છે કે આ માત્ર શરૂઆત છે.

સિન્થેટિક બાયોલોજી એ વિજ્ઞાનનું એક નવું ક્ષેત્ર છે જે બાયોમોલેક્યુલર ઘટકો: જનીનો, પ્રોટીન અને અન્ય ઘટકોને નવી રચનાઓ અને નેટવર્ક્સમાં જોડવા માટે એન્જિનિયરિંગ સિદ્ધાંતોનો ઉપયોગ કરવા માટે એન્જિનિયરો, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ, મોલેક્યુલર બાયોલોજીસ્ટ અને રસાયણશાસ્ત્રીઓને એકસાથે લાવે છે. આ અપડેટેડ સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ સજીવ સજીવોને પુનઃપ્રોગ્રામ કરવા માટે કરવામાં આવે તેવી અપેક્ષા છે, જે તેમને સ્વાસ્થ્ય, ઉર્જા સુરક્ષા, ખાદ્ય ઉત્પાદન અને પર્યાવરણીય વિકાસના ક્ષેત્રમાં સમસ્યાઓ હલ કરવા માટે જરૂરી નવા ગુણધર્મો આપે છે. વિજ્ઞાનની આ આંતરશાખાકીય શાખા માનવ જીનોમમાં રસને કારણે ઉભરી આવી. 1990 ના દાયકાના મધ્યમાં. હ્યુમન જીનોમ પ્રોજેક્ટે વિવિધ જીવોના જીનોમના ભાગો પર ડેટા પ્રકાશિત કરવાનું શરૂ કર્યું. આ ક્ષેત્રના અગ્રણી વૈજ્ઞાનિકોએ તારણ કાઢ્યું છે કે હવે પછીનો પડકાર એ નક્કી કરવાનો રહેશે કે જીનોમના આ ભાગો કેવી રીતે કાર્ય કરે છે, એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને નેટવર્ક અને પાથવેમાં એસેમ્બલ થાય છે. આ માર્ગો જૈવિક પ્રક્રિયાઓ અને રોગોને કેવી રીતે નક્કી કરે છે તેની સમજ આપી શકે છે.

આ સંશોધનની મુખ્ય સમસ્યા કહેવાતા રિવર્સ એન્જિનિયરિંગ અને કુદરતી નેટવર્કની રચનાના પ્રજનન માટે જરૂરી ડેટા અને યોગ્ય તકનીકોનો અભાવ હતો. આ હોવા છતાં, મારા અને મારા પ્રયોગશાળાના સાથીદારો સહિત ઘણા એન્જિનિયરો જીનોમિક્સ અને મોલેક્યુલર બાયોલોજીના ક્ષેત્રમાં કામ કરવામાં અત્યંત રસ ધરાવતા હતા. પરંતુ રિવર્સ એન્જિનિયરિંગ માટેની પદ્ધતિઓ વિકસાવવા અને કુદરતી નેટવર્કની રચનાને પુનઃઉત્પાદન કરવાને બદલે, અમે ઇજનેરોની સામાન્ય રીતે વિચાર્યું, એટલે કે: શું આપણે આ કિસ્સામાં "ભીનું" અને "ભીનું" ન હોય તેવા માળખાને જોડીને, કંઈક જાતે બનાવી શકીએ? શુષ્ક" અર્થમાં જેનો ઉપયોગ ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં થાય છે. ટિમ ગાર્ડનર સાથે, તે સમયે મારા વિદ્યાર્થીઓમાંના એક, અમે આ અભિગમ રજૂ કરીને એક નવા ક્ષેત્રની સ્થાપના કરી. તેથી અમે બેઠા અને વિચાર્યું કે શું આપણે એન્જિનિયરિંગ સર્કિટ બનાવી શકીએ, તે કેવી રીતે કાર્ય કરશે તે સમજવા માટે તેને ગાણિતિક રીતે મોડેલ બનાવી શકીએ અને પછી ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટના ઘટકોના જૈવિક સમકક્ષ એવા કણો શોધી શકીએ. આગળ, મોલેક્યુલર બાયોલોજી પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરીને કણોને એક સંપૂર્ણમાં પ્લાઝમિડ અથવા ડીએનએમાં ભેગા કરો, તેમને કોષમાં દાખલ કરો અને જુઓ કે શું આ ડિઝાઇન જોઈએ તે પ્રમાણે કાર્ય કરશે.

ટિમ અને મેં જુદા જુદા અભિગમો વિકસાવ્યા અને 9 મહિના દરમિયાન અલગ-અલગ સર્કિટ એકસાથે મૂક્યા, અને પછી અમે ટૉગલ સ્વીચ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાનું નક્કી કર્યું. આ વિચાર ઈલેક્ટ્રોનિક ઈજનેરીમાં ટૉગલ સ્વીચો અથવા ટૉગલ સ્વીચોને સંડોવતા કામ દ્વારા પ્રેરિત કરવામાં આવ્યો હતો. ઈલેક્ટ્રોનિક ઈજનેરીમાં ટૉગલ સ્વિચ એ મેમરીનું એક સ્વરૂપ છે, એક ખૂબ જ સરળ સર્કિટ જેમાં બે પોઝિશન હોય છે: 0 અને 1, અથવા ઑન-ઑફ સ્ટેટ્સ, પલ્સ દ્વારા સ્વિચ કરવામાં આવે છે, જેમ કે ઇલેક્ટ્રિકલ પલ્સ અથવા લાઇટ પલ્સ. જે ગેજેટ્સનો આપણે સતત ઉપયોગ કરીએ છીએ: iPhone, iPad, પર્સનલ કોમ્પ્યુટર્સ - આવા ટૉગલ સ્વીચોના લાખો, જો અબજો નહીં, તો સમાવેશ થાય છે. ટિમ અને મેં વિચાર્યું, આપણે કોષમાં, બેક્ટેરિયમમાં સમાન ડિઝાઇન કેવી રીતે બનાવી શકીએ? અમે જે અંતિમ યોજના લઈને આવ્યા છીએ તે અત્યંત સરળ હતી. અમારી પાસે 2 પરસ્પર જોડાયેલા જનીનો હતા, જે એવી રીતે ગોઠવાયેલા હતા કે તે બંને "ચાલુ" હોવાનું વલણ ધરાવે છે. તેમનું વર્તન કહેવાતા બંધારણીય પ્રમોટરો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવ્યું હતું, જે જનીનો માટે સ્વિચ તરીકે કામ કરે છે અને ડીએનએના વિભાગો છે. અમે તેમને સાંકળમાં ગોઠવ્યા, પ્રોટીન A માટે ઉત્પાદિત પ્રોટીન પ્રોટીન B ના ટૉગલ સ્વિચ સાથે જોડાય છે, તેને બંધ કરે છે. જનીન B દ્વારા ઉત્પાદિત પ્રોટીન જનીન A ના ટોગલ સ્વીચ સાથે જોડાય છે, તેને બંધ કરે છે. આમ, દરેક વ્યક્તિ ચાલુ કરવા માંગે છે, અને બીજાને બંધ કરવાનો પ્રયાસ કરે છે. પરિણામ પરસ્પર અવરોધક નેટવર્ક છે.

સૈદ્ધાંતિક રીતે, તમે આ સર્કિટને રૂપરેખાંકિત કરી શકો છો જેથી કરીને તે બે સ્થિર સ્થિતિમાંથી એકમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે - કાં તો રાજ્ય A (જનીન A ચાલુ છે, જનીન B બંધ છે) અથવા રાજ્ય B (જીન બી ચાલુ છે, જનીન A બંધ છે). રાસાયણિક ઉત્તેજના અથવા પર્યાવરણીય ફેરફાર કે જે સક્રિય જનીનને બંધ કરે છે તે વિતરિત કરીને રાજ્યને બદલવાનું પણ શક્ય છે. ચાલો કહીએ કે સાંકળ A ની સ્થિતિમાં છે. જો તમે એવું રસાયણ દાખલ કરી શકો કે જે અસ્થાયી રૂપે જનીન A અથવા તેના પ્રોટીનને નિષ્ક્રિય કરશે, અને ખાતરી કરો કે રસાયણ ત્યાં લાંબા સમય સુધી રહે છે, તો જનીન B, જે ચાલુ થવાનું વલણ ધરાવે છે, પરંતુ તેને બંધ રાખવામાં આવે છે. પ્રવૃત્તિ જનીન A, તેનું પ્રોટીન ઉત્પન્ન કરવામાં સક્ષમ હશે, અને જ્યારે તેની સાંદ્રતા પૂરતી ઊંચી થઈ જશે, ત્યારે તે જનીન Aને બંધ કરી દેશે, અને તમે જનીન Aને નિષ્ક્રિય કરનાર રસાયણને સિસ્ટમમાંથી દૂર કરી શકો છો. આ રીતે, તમે સ્થિતિ બદલી શકો છો. રાજ્ય A થી રાજ્ય B સુધીની સાંકળ, અને તેથી વધુ. આ ઓપરેશનનો મૂળભૂત સિદ્ધાંત છે.

ટિમ અને મેં 1999 માં પ્રક્રિયાના ગાણિતિક મોડેલિંગ સાથે કામ કરવાનું શરૂ કર્યું, જેણે અમને તેના સંભવિત પ્રદર્શન વિશે વાત કરવાની મંજૂરી આપી. પછી ચાર્લ્સ કેન્ટર, બોસ્ટન યુનિવર્સિટીના અમારા સાથીદાર, બાયોએન્જિનિયર, સામેલ થયા અને અમને તેમની પ્રયોગશાળામાં કામ કરવાની મંજૂરી આપી. તે સમયે ટિમ ઇ. કોલી બેક્ટેરિયમ બનાવવા માટે મોલેક્યુલર બાયોલોજી અને આનુવંશિક ઇજનેરી વિશે પૂરતો સમજતો હતો. તેણે ઘણા સમાન બેક્ટેરિયા બનાવ્યા, એક કે જે બે અલગ-અલગ રસાયણોના સંપર્કમાં આવવાનો પ્રતિભાવ આપે છે અને બીજો એક રાસાયણિક અને ગરમીના આંચકાના સંપર્કમાં આવવાનો પ્રતિભાવ આપે છે. ટિમ એટલો પ્રતિભાશાળી બાયોએન્જિનિયર હતો કે 9 મહિનાની અંદર તે E. coli ની અંદર અર્ધ-સ્થિર સ્થિતિમાં ટૉગલ-સ્વીચ જેવી વર્તણૂકને સક્રિય કરવામાં સક્ષમ હતો. અમારા કાર્યની સમાંતર, માઇક એલોવિટ્ઝ અને સ્ટેન લિબલર સમાન સમસ્યા પર કામ કરી રહ્યા હતા, જેમણે ત્રણ જનીનો સાથે દમનકારી ઓસિલેટર સર્કિટ બનાવ્યું: જનીન A એ જનીન B ને બંધ કરવાનો પ્રયાસ કર્યો, જનીન B એ જનીન C ને બંધ કરવાનો પ્રયાસ કર્યો, અને જનીન C એ પ્રયાસ કર્યો. જનીન A બંધ કરવા માટે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, આ એક રિંગ ઓસિલેટર છે, જેમાં ફ્લેશિંગ સર્કિટ હોવી જોઈએ. માઈક અને સ્ટેને ઈ. કોલી બેક્ટેરિયમની અંદર તેમનું સર્કિટ પણ બનાવ્યું હતું. આ કાર્ય જાન્યુઆરી 2000 માં નેચર જર્નલમાં પ્રકાશિત થયું હતું અને સિન્થેટિક બાયોલોજીના ક્ષેત્રના વિકાસની શરૂઆત તરીકે ચિહ્નિત કરવામાં આવ્યું હતું.

હવે કલ્પના કરવી શક્ય છે કે એક સર્કિટ બનાવવી શક્ય છે જે મેમરી સાથે સેલ પ્રદાન કરે છે, અને આનાથી બાયોપ્રોગ્રામિંગ ક્ષેત્રે લોકોને પ્રેરણા મળી છે. તેઓએ સૂચવ્યું કે સર્કિટની જેમ સેલને પ્રોગ્રામ કરવાનું શક્ય છે. અને તેમ છતાં બાયોપ્રોગ્રામિંગમાં ખૂબ જ રસ છે, આ કાર્યને આપણા કમ્પ્યુટર્સમાં ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટને બદલવાનું વિચારવું ખોટું હશે. સેલ પ્રોગ્રામિંગને કોષોને વિવિધ કાર્યો અને કાર્યો સોંપવાની ક્ષમતા તરીકે વિચારવું વધુ યોગ્ય છે. અને આ સિન્થેટિક બાયોલોજીની મુખ્ય થીમ છે. ઉદાહરણ તરીકે, અમે સંપૂર્ણ-સેલ બાયોસેન્સર્સ બનાવવા માટે ટૉગલ સ્વિચનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છીએ જે જીવતંત્રને ભારે ધાતુઓ જેમ કે લીડ અથવા જોખમી રસાયણો જેમ કે DNA-નુકસાન કરતા રસાયણો અથવા પેથોજેન્સની હાજરી શોધવા માટે પ્રોગ્રામ કરી શકે છે. આ સજીવોને પર્યાવરણમાં છોડવું અથવા તેને કોઈના શરીરની અંદર મૂકવું અથવા આયાતી રમકડા પરના પેઇન્ટમાં લીડ છે કે કેમ તે જોવા માટે આયાતી માલની તપાસ કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કરવો શક્ય બનશે; શું સરકારી મકાનમાં એન્થ્રેક્સ ફાટી નીકળ્યો છે? ટૉગલ સ્વીચોની સુંદરતા એ છે કે તમે યાદોને યાદ કરી શકો છો, ઘટનાઓ વિશેની માહિતી સંગ્રહિત કરી શકો છો કે કેમ તે ચકાસવા માટે કે સમાન ઘટનાઓ પહેલા બની છે કે નહીં.

અમે પહેલાથી જ સમાન આરએનએ-આધારિત સ્વીચોનો પણ ઉપયોગ કર્યો છે, જે મેટાબોલિક પ્રક્રિયાને ફરીથી ગોઠવવા માટે કોષની અંદર બહુવિધ જનીનોને ગતિશીલ રીતે ચાલુ અને બંધ કરવાની મંજૂરી આપે છે. અમે હવે કેટલીક બાયોટેકનોલોજી કંપનીઓ સાથે પણ કામ કરી રહ્યા છીએ તે નક્કી કરવા માટે કે અમે અમારા તારણોને કેવી રીતે વ્યવહારમાં મૂકી શકીએ અને બનાવેલા સજીવોના ઉપયોગની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરી શકીએ. ઉદાહરણ તરીકે, બાયોમાસને ઊર્જા સંસાધનોમાં રૂપાંતરિત કરો, બળતણ - સંભવતઃ, ડીઝલ, ઇથેનોલ, બ્યુટેનોલ સહિત.

તે પણ ખૂબ જ રસપ્રદ છે કે આપણે આરોગ્યસંભાળના ક્ષેત્રમાં સમસ્યાઓ ઉકેલવા માટે સિન્થેટિક બાયોલોજી પદ્ધતિઓ અને પ્રોગ્રામ ઓર્ગેનિઝમનો ઉપયોગ કેવી રીતે કરી શકીએ. ઉદાહરણ તરીકે, અમે એક બેક્ટેરિયોફેજ બનાવ્યું છે જે બેક્ટેરિયલ બાયોફિલ્મ સામે લડશે. બાયોફિલ્મ્સ સપાટી સાથે જોડાયેલા બેક્ટેરિયાની વસાહતો છે. આ દાંત પરની તકતી, શેલ પરની તકતી, જહાજોના પાણીની અંદરના ભાગો પરની તકતી છે. અમને બાયોફિલ્મ્સ સામે લડવામાં રસ છે, કારણ કે આવી વસાહતોની અંદરના બેક્ટેરિયા એક બેક્ટેરિયા કરતાં એન્ટિબાયોટિક્સ માટે અનેક ગણા વધુ પ્રતિરોધક છે. જ્યારે કૃત્રિમ અંગોના પ્રત્યારોપણ માટે ઓપરેશન કરવામાં આવે છે - અસ્થિ દાખલ, હૃદયના વાલ્વ, મગજ ઉત્તેજક, વગેરે. મુખ્ય જોખમ ઓપરેશન પોતે જ નથી, પરંતુ બાયોફિલ્મ ચેપથી ચેપ થવાની સંભાવના છે. અમે આ પડકાર સ્વીકાર્યો અને બેક્ટેરિયોફેજનો ઉપયોગ કરીને સમસ્યાને ઉકેલવાનો પ્રયાસ કરવાનું નક્કી કર્યું. બેક્ટેરિયોફેજ એ વાયરસ છે જે ફક્ત બેક્ટેરિયા પર હુમલો કરે છે; તેઓ લિટિક તબક્કામાંથી પસાર થશે, પોતાની અસંખ્ય નકલો બનાવશે, પ્રક્રિયાઓ શરૂ કરશે જે કોષની અખંડિતતામાં વિક્ષેપ તરફ દોરી જશે, અને પછી લાખો ડુપ્લિકેટ્સ અન્ય બેક્ટેરિયાનો શિકાર કરશે. મુખ્ય મુશ્કેલી એ છે કે તમે બાયોફિલ્મના મુખ્ય સ્તર હેઠળ પ્રવેશ કરી શકતા નથી, તેથી અમે બેક્ટેરિયોફેજ બનાવીએ છીએ જે ધીમે ધીમે બાયોફિલ્મના સ્તરોને નષ્ટ કરી શકે છે, વધુને વધુ બેક્ટેરિયા સપાટી પર લાવે છે. આ રીતે, અમે કૃત્રિમ પ્રત્યારોપણ અને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓ બંને પર હાલની પદ્ધતિઓની તુલનામાં બાયોફિલ્મ્સનો સામનો કરવાની પ્રક્રિયાને 99.99% વધુ અસરકારક બનાવવામાં સક્ષમ હતા.

મારા વિદ્યાર્થી ટિમ લુ, જેમણે સંશોધનનું નેતૃત્વ કર્યું, અન્ય વિદ્યાર્થી માઇક કારાસ સાથે, આરોગ્ય સંભાળના ક્ષેત્રમાં શરૂ કરીને, આ વિકાસ માટે વ્યવસાયિક એપ્લિકેશનો શોધવા માંગતો હતો. પરંતુ પછી તેઓને ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રમાં ટેક્નોલોજીનો ઉપયોગ કરવામાં રસ પડ્યો. છેવટે, આવી બાયોફિલ્મ્સ કોઈપણ મિકેનિઝમ્સ પર દેખાય છે જે લાંબા સમય સુધી ભેજના સંપર્કમાં હોય છે. બાયોફિલ્મ્સ એર કન્ડીશનીંગ સિસ્ટમ્સ, પાઇપલાઇન્સ અને પેપર મિલો પર દેખાય છે. ટિમ અને માઇકે ઔદ્યોગિક સુવિધાઓમાં બાયોફિલ્મ્સનો સામનો કરવા માટે બેક્ટેરિયોફેજ બનાવવાનું શરૂ કર્યું. પરંતુ આ ક્ષેત્રમાં મુશ્કેલીઓ ઊભી થઈ અને તેમના સંશોધનનું ધ્યાન હોસ્પિટલો અને ખાદ્ય ઉત્પાદનમાં પેથોજેન્સની શોધ અને માન્યતા તરફ વળ્યું. તેઓએ લગભગ હાંસલ કરેલ ધ્યેય એ છે કે આવા કાર્ય માટે એક કલાક કરતા ઓછા સમયગાળામાં માત્ર 10 બેક્ટેરિયા બનાવવા જરૂરી છે, પ્રક્રિયા પર $10 કરતા ઓછો ખર્ચ કરવો.

અમે ત્યાં રોકવા માંગતા નથી અને ચેપી રોગો સામે લડવા માટે અમારી તકનીકોનો ઉપયોગ કરવા માટે અન્ય માર્ગો શોધવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છીએ. હવે, ગેટ્સ ફાઉન્ડેશનની નાણાકીય સહાયથી, અમે પ્રોબાયોટીક્સ બનાવી રહ્યા છીએ જે વિવિધ પ્રકારના ચેપને ઓળખે છે અને લડે છે. ઉદાહરણ તરીકે, અમે ચેપી કોલેરાનો સામનો કરવા માટે લેક્ટોબેસિલી વિકસાવી રહ્યા છીએ. અમે તેમને કોલેરા પેથોજેનમાંથી બે અલગ-અલગ સિગ્નલોનો પ્રતિસાદ આપવા અને કોલેરા-વિશિષ્ટ એન્ટિમાઇક્રોબાયલ પેપ્ટાઇડ્સ ઉત્પન્ન કરવા માટે એન્જીનિયર કર્યા છે. આ સોલ્યુશનની સુંદરતા એ છે કે કોલેરાની દવાઓ ખૂબ ખર્ચાળ છે અને તે તદ્દન ઝેરી હોઈ શકે છે. હવે, અનિવાર્યપણે, અમે ધરતીકંપ પછી હૈતીની જેમ કોલેરા ઉછાળાનો સામનો કરવા માટે દહીંમાં અમારા એન્ટિ-કોલેરા જીવતંત્ર ઉમેરી શકીએ છીએ, અથવા અમે આ સજીવને ગોળીમાં પેક કરી શકીએ છીએ. કોઈપણ પદ્ધતિ દવા વિકસાવવા કરતાં ઘણી સસ્તી અને ઓછી ઝેરી હશે. આ દવાની અસરનો અનુભવ કરનારા લોકોનું એકમાત્ર જૂથ એવા લોકો હશે જેઓ કોલેરા બેક્ટેરિયાના સંપર્કમાં આવ્યા હોય.

હું માનું છું કે આવનારા દાયકાઓમાં આપણે સિન્થેટીક બાયોલોજી વિવિધ ક્ષેત્રોમાં આપણા જીવનને બદલતા જોઈશું: ઊર્જા અથવા ખાદ્ય ઉત્પાદન, આરોગ્યસંભાળ અથવા તો પર્યાવરણીય સમસ્યાઓનું નિરાકરણ. સૌથી વધુ રસપ્રદ વૈજ્ઞાનિક પ્રશ્નો પૈકી એક એ છે કે કુદરતી સર્કિટ કેવી રીતે બનાવવામાં આવે છે અને કુદરતી પ્રક્રિયાઓ કાર્ય કરે છે. આપણે કુદરતી સજીવો પાસેથી ઘણું શીખી શકીએ છીએ જેઓ લાખો, અને કેટલાક કિસ્સાઓમાં અબજો વર્ષોથી, કાર્યકારી સર્કિટ અને નેટવર્ક બનાવે છે, અને ઘણી જટિલ ક્રિયાઓ કરે છે, કેટલીકવાર અત્યંત પ્રતિકૂળ વાતાવરણમાં. અને હું માનું છું કે સિન્થેટીક બાયોલોજી, જો કે હું મુખ્યત્વે પ્રાથમિક એપ્લિકેશનો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરું છું, તે મૂળભૂત વિજ્ઞાનના ક્ષેત્રમાં ખૂબ જ ઉપયોગી થઈ શકે છે, જે આપણને સમજવા દે છે કે સજીવો સામાન્ય રીતે કેવી રીતે કાર્ય કરે છે.

જીવંત કોષો, બાયોફિલ્મ્સ અને પ્રોબાયોટીક્સ બનાવવા પર બાયોએન્જિનિયર જેમ્સ કોલિન્સ:

જીવવિજ્ઞાનનો એવો વિસ્તાર છે - કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન. સામાન્ય રીતે, તે પહેલેથી જ દસ વર્ષ જૂનું છે, તે ખૂબ જ ઝડપથી વિકાસ કરી રહ્યું છે, સમયાંતરે કેટલાક સમાચાર લોકપ્રિય વિજ્ઞાન પ્રકાશનોમાં પ્રવેશ કરે છે, પરંતુ આમાંના કેટલાક મારાથી સરકી ગયા. અને પછી હું અચાનક તેની સામે આવ્યો, થોડા લેખો વાંચ્યા - અને ખૂબ પ્રભાવિત થયો.

સિન્થેટિક બાયોલોજીનો મુખ્ય વિચાર આનુવંશિક સ્તરે એવી વસ્તુઓનું સંશ્લેષણ કરવાનો છે જે કાં તો દેખાઈ ન હતી અથવા પૃથ્વી પરના જીવનની ઉત્ક્રાંતિમાં નિશ્ચિત ન હતી.
"વસ્તુઓ" શબ્દનો અર્થ કાં તો કાર્ય અથવા કંઈક સામગ્રી હોઈ શકે છે - ઉદાહરણ તરીકે, નવા પ્રોટીન અથવા તો નવા એમિનો એસિડ, જેમાંથી સંપૂર્ણપણે નવા પ્રકારના પ્રોટીન બનાવી શકાય છે. અને આ નવી "ઇંટો"માંથી કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનીઓ જીવન માટેના નવા વિકલ્પો, ના, પણ પ્રોગ્રામ બનાવવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે. આ આનુવંશિક ઇજનેરી જેવું છે, પરંતુ સંપૂર્ણપણે નવા સ્તરે - અહીં તેઓ એક જીવના જનીનને બીજામાં ટ્રાન્સપ્લાન્ટ કરતા નથી, અહીં તેઓ શરૂઆતથી જીવનની નવી રીતની "ગણતરી" કરવાનો પ્રયાસ કરે છે અને તેને વાસ્તવિક જીવંત કોષમાં રજૂ કરે છે.

અહીં કયા કાર્યો અને કેવી રીતે અમલ કરી શકાય છે? અત્યાર સુધી, સૌથી સામાન્ય "ગેમ" એ પ્રોગ્રામિંગ નવી પરમાણુ આનુવંશિક "ઘડિયાળો" છે જે કોષોમાં પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં નથી (મોટાભાગે, આ બેક્ટેરિયા છે. ઇ.કોલી). અહીં એક ઉત્તમ ઉદાહરણ છે (નેચર, 2000): કોષમાં ત્રણ પ્રોટીન (A, B, C) લોંચ કરવામાં આવે છે, જે કોષ દ્વારા જ ઉત્પન્ન થઈ શકે છે, પરંતુ જે સાંકળ સાથે એકબીજાની અભિવ્યક્તિને દબાવી દે છે: A B, Bને દબાવી દે છે. C દબાવી દે છે, C A. B ને દબાવી દે છે પરિણામે, એક પ્રતિસાદ લૂપ ઉભો થાય છે - પરંતુ સમય વિલંબ સાથે. અને બેક્ટેરિયાની ગુણાકાર વસાહતમાં શરૂ થવા માટે આ પરમાણુઓની સાંદ્રતામાં વધઘટ માટે આ પહેલેથી જ પૂરતું છે, જે લીલા ફ્લોરોસન્ટ પ્રોટીન (ચક્રના એક તબક્કામાં એક ઉપ-ઉત્પાદન) દ્વારા સીધી દેખરેખ રાખી શકાય છે. આ ચિત્ર બહાર આવ્યું છે:

મહેરબાની કરીને નોંધ કરો કે અહીં ઓસિલેશનનો સમયગાળો કલાકો છે, જે કોષ વિભાજનના સમયગાળા કરતાં અનેક ગણો લાંબો છે. તે તારણ આપે છે કે આપણે ઓસિલેશનના કયા તબક્કામાં છીએ તેની માહિતી છે આનુવંશિક રીતે પેઢીથી પેઢી સુધી પસાર થાય છે.

શરૂઆતમાં, આવા કાર્યમાં ખામીઓ હતી - બધા કોષો ઓસિલેશનમાં સામેલ ન હતા, સમગ્ર વસ્તીમાં પ્રતિભાવોનો મજબૂત સ્કેટર હતો, અને સમય જતાં, વિવિધ કોષોએ તેમની લય ગુમાવી દીધી હતી અથવા તબક્કાને ભૂલી જવાનું શરૂ કર્યું હતું. જો કે, આ સમસ્યાઓ ધીમે ધીમે ઉકેલવામાં આવી હતી. 2008 માં, કામ A ઝડપી, મજબૂત અને ટ્યુનેબલ કૃત્રિમ જનીન ઓસીલેટર માં, પ્રતિભાવ મજબૂત, સ્થિર અને એકસમાન હતો, અને માત્ર એક મહિના પહેલા કામ A સિંક્રનાઇઝ્ડ કોરમ ઓફ આનુવંશિક ઘડિયાળો પ્રકાશિત કરવામાં આવી હતી, જેમાં કોષો, એકબીજા સાથે વાતચીત કરતા હતા. તમારી નવી હસ્તગત આનુવંશિક ઘડિયાળ સમગ્ર વસ્તીમાં સફળતાપૂર્વક સમન્વયિત.

હું સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રની ભૂમિકા પર અલગથી ભાર આપીશ. 2008ના 6 વર્ષ પહેલા Phys.Rev.Lett પર કામ કર્યું. સેલ્યુલર ઓસિલેશનને એન્ટરિંગ અને એમ્પ્લીફાઈંગ કરવા માટે સિન્થેટિક જીન નેટવર્કનું કાર્ય પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં આવા ઓસિલેશનનું એક મોડેલ બનાવવામાં આવ્યું હતું અને તેમના તબક્કાના ડાયાગ્રામનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો (ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે પ્રતિસાદ લૂપ્સની મજબૂતાઈ બદલાય છે). 2008 ના કાર્યમાં, આ મોડેલિંગનો અનુભવ ધ્યાનમાં લેવામાં આવ્યો હતો (લેખકોમાંથી એક, માર્ગ દ્વારા, બંને કાર્યોમાં ભાગ લીધો હતો).

આ, અલબત્ત, માત્ર એક શક્યતા છે. હવે, આવા ટ્રાંસ્ક્રિપ્શન પરિબળોના સમૂહમાંથી, તેઓ પહેલેથી જ લોજિકલ સર્કિટના ઘટકો બનાવવા માટે સક્ષમ છે, અને એવું લાગે છે કે તાજેતરમાં જ તેઓએ સમાન E.coli માં વાસ્તવિક ડિજિટલ રજિસ્ટર પણ રજૂ કર્યું છે, જેણે વિભાજનની ઘટનાઓની સંખ્યા "ગણતરી" કરી છે. સામાન્ય રીતે, ચક્કર આવવાની સંભાવનાઓ અહીં ખુલે છે - ઉદાહરણ તરીકે, (તેના બદલે જૂના) લોકપ્રિય લેખ સિન્થેટિક લાઇફ જુઓ. સાચું, આ બધું કરવું એટલું સરળ નથી - આ કાર્યની તકનીકી મુશ્કેલીઓ વિશે, કુદરતમાંથી તાજેતરની સામગ્રી જુઓ: સિન્થેટિક બાયોલોજીના પાંચ કડવા સત્યો.

આ ચોક્કસપણે પ્રભાવશાળી છે, પરંતુ તે બધુ જ નથી. આગળ - steeper.

ધારો કે આપણે ફક્ત ધોરણ 22 એમિનો એસિડ પર જ નહીં, પણ કેટલાક નવા એમિનો એસિડ પર પણ બનેલા નવા પ્રોટીન બનાવવા માંગીએ છીએ. સૈદ્ધાંતિક રીતે, અન્ય એમિનો એસિડ્સ છે, પરંતુ પ્રકૃતિ તેમને આરએનએમાં એન્કોડ કરવાની શક્યતા પ્રદાન કરતી નથી. અમે કેવી રીતે ખાતરી કરી શકીએ કે રિબોઝોમ હજી પણ પ્રોટીન સંશ્લેષણમાં તેનો ઉપયોગ કરે છે?

એક વિકલ્પ એ છે કે રાઈબોઝોમને પરિવર્તિત કરવા માટે દબાણ કરવું જેથી તે કેટલાક ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ન હોય તેવા ત્રિપુટી પર "ભૂલ કરે" અને અન્ય એમિનો એસિડ દાખલ કરે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, આવી કામગીરી હતી, પરંતુ કોઈક રીતે બધું આળસથી ચાલ્યું. એક અઠવાડિયા પહેલા, ક્વાડ્રપ્લેટ-ડીકોડિંગ રાઈબોઝોમના ઉત્ક્રાંતિ દ્વારા બહુવિધ અકુદરતી એમિનો એસિડનું એન્કોડિંગ લેખ પ્રકાશિત થયો હતો, જે આ સમસ્યાના સંપૂર્ણ આમૂલ ઉકેલને લાગુ કરે છે. આ કાર્યના લેખકોએ હેતુપૂર્વક રિબોઝોમનું આવા પરિવર્તન પ્રાપ્ત કર્યું જેથી તેઓ આનુવંશિક કોડ વાંચી શકે. ત્રિપુટી નહીં, પરંતુ ચાર ગણા-- એટલે કે ચાર આરએનએ "અક્ષરો" એક સાથે. આ એક જ સમયે નવા એમિનો એસિડના સમૂહને એન્કોડ કરવા માટે પ્રચંડ અવકાશ ખોલે છે (એક ચતુર્ભુજ ત્રિપુટી માટે 64 ને બદલે 256 સંયોજનોને એન્કોડ કરી શકે છે).

ઉદાહરણ તરીકે, લેખકો કેલ્મોડ્યુલિન પ્રોટીનમાં થોડા નવા એમિનો એસિડ દાખલ કરવામાં સક્ષમ હતા, જે પછી અવકાશમાં એકબીજા સાથે જોડાયેલા હતા (એક ચક્રીય ક્રોસ-લિંક બનાવે છે), જે પ્રોટીનની ત્રિ-પરિમાણીય અવકાશી રચનાને નોંધપાત્ર રીતે મજબૂત બનાવે છે. (ફિગ જુઓ.

દસ હજાર વર્ષોથી, લોકોએ ખોરાક મેળવવા માટે છોડ ઉગાડ્યા છે અને તેની હેરાફેરી કરી છે. તે બધું સરળ રીતે શરૂ થયું - સૌથી ઝડપથી વિકસતા, સૌથી વધુ ઉપજ આપતા બીજને સાચવવા અને પસંદ કરવા, જેમાં સૌથી વધુ પોષક તત્વો હોય છે, વગેરે. પરંપરાગત સંવર્ધનનું આ સ્વરૂપ આખરે વર્ણસંકર પાકોના વિકાસ તરફ દોરી ગયું, જે એક જ જાતિ અને સામાન્ય રીતે એક જ જાતિની બે આનુવંશિક રીતે જુદી જુદી રેખાઓને પાર કરીને બનાવવામાં આવ્યા હતા. છોડમાં આ ફેરફારો હતા જનીનો દ્વારા મર્યાદિતછોડમાં પહેલેથી હાજર છે.

1970 અને 1980 ના દાયકામાં આનુવંશિક ઇજનેરીના આગમન સાથે આ બધું નાટકીય રીતે બદલાઈ ગયું. પ્રજાતિઓ વચ્ચે, વિવિધ રાજ્યોની પ્રજાતિઓ વચ્ચે પણ જનીનોને સ્થાનાંતરિત કરવાનું શક્ય બનાવ્યું, અને જ્યારે વ્યક્તિગત જનીનોને બેક્ટેરિયાની મદદથી છોડમાં દાખલ કરવામાં આવ્યા, ત્યારે જીવન માટે પેટન્ટ પ્રથમ વખત દેખાયા. ત્યારથી, આનુવંશિક રીતે એન્જિનિયર્ડ સજીવો, જેને ઘણીવાર આનુવંશિક રીતે સંશોધિત સજીવો કહેવામાં આવે છે. (), યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં ઔદ્યોગિક કૃષિની સર્વવ્યાપક વિશેષતા બની ગઈ છે અને દેશમાં ઉગાડવામાં આવતા લગભગ 88% મકાઈ, 94% સોયાબીન, 90% કેનોલા, 90% કપાસ અને 95% ખાંડ બીટનો હિસ્સો ધરાવે છે. આ પાકો સહિતની રાસાયણિક કંપનીઓ દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી અને પેટન્ટ કરવામાં આવી હતી મોન્સેન્ટોઅને બેયર, તેમના પાક હર્બિસાઇડ્સના ઉચ્ચ ડોઝનો સામનો કરવા અથવા તેમના પોતાના જંતુનાશકો બનાવવા માટે સક્ષમ છે.

સિન્થેટિક બાયોલોજી - આત્યંતિક આનુવંશિક ઇજનેરી
21મી સદીના બીજા દાયકામાં, આ વખતે આપણે સિન્થેટિક બાયોલોજી તરીકે ઓળખાતા ઝડપથી વિકસતા ક્ષેત્રને કારણે હજુ પણ વધુ આમૂલ ફેરફારો જોવાની શક્યતા છે. કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન"પરંપરાગત" આનુવંશિક ઇજનેરી દ્વારા શું પ્રાપ્ત કરી શકાય છે તેની સીમાઓથી આગળ જતા નવી બાયોટેકનોલોજીના સહજીવનનું વર્ણન કરવા માટે વપરાતો વ્યાપક શબ્દ છે. વિવિધ સજીવો વચ્ચે એક અથવા બે જનીનોને ખસેડવાને બદલે, કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન આનુવંશિક કોડને કમ્પ્યુટર પર ફરીથી લખવાની મંજૂરી આપે છે, એક સમયે સેંકડો અથવા હજારો ડીએનએ સિક્વન્સ સાથે કામ કરે છે, અને સમગ્ર જૈવિક પ્રણાલીને ફરીથી ડિઝાઇન કરવાનો પ્રયાસ પણ કરે છે. કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન પદ્ધતિઓ, અવકાશ અને નવા અને કૃત્રિમ આનુવંશિક ક્રમનો ઉપયોગ તેને આનુવંશિક ઇજનેરીનું અત્યંત આત્યંતિક સ્વરૂપ બનાવે છે.

સિન્થેટિક બાયોલોજી એ એક નવું પરંતુ ઝડપથી વિકસતું ક્ષેત્ર છે જેનું વાર્ષિક વેચાણ આજે $1.6 બિલિયનથી વધુ છે અને 2016 સુધીમાં વધીને $10.8 બિલિયન થવાની ધારણા છે. ઘણી મોટી ઉર્જા, રાસાયણિક, વનસંવર્ધન, ફાર્માસ્યુટિકલ, ફૂડ અને એગ્રો-ઔદ્યોગિક કોર્પોરેશનો સિન્થેટિકમાં રોકાણ કરી રહ્યાં છે. બાયોલોજી, સંયુક્ત સાહસોનું નિર્માણ, અને આમાંના કેટલાક ઉત્પાદનો કોસ્મેટિક, ફૂડ અને મેડિકલ ઇન્ડસ્ટ્રીઝ સુધી પહોંચી ગયા છે, અન્ય લાઇનમાં છે. તેઓ GMO ની આગામી તરંગ બનાવવા માટે તેમનું મોટાભાગનું ધ્યાન કૃષિ પર કેન્દ્રિત કરે છે, ચાલો તેમને કૉલ કરીએ કૃત્રિમ રીતે સંશોધિત સજીવો (SMO).

કૃત્રિમ રીતે સંશોધિત સજીવો
બાયોટેક અને કેમિકલ જાયન્ટ મોન્સેન્ટોએ તાજેતરમાં કંપની સાથે સંયુક્ત સાહસની જાહેરાત કરી હતી સેફાયર એનર્જી, કૃત્રિમ જૈવિક શેવાળ કંપની. મોન્સેન્ટોને શેવાળમાં રસ છે કારણ કે પરંપરાગત કૃષિ પાકો જે વર્ષમાં માત્ર એક કે બે વાર ઉગે છે તેની સરખામણીમાં મોટા ભાગના શેવાળનું ઉત્પાદન દરરોજ કરી શકાય છે. મોન્સેન્ટો શેવાળની ​​લાક્ષણિકતાઓને અલગ કરવાની આશા રાખે છે, પરંતુ છોડ સાથે કરી શકાય તે કરતાં વધુ ઝડપી ગતિએ, અને પછી તેને પાકમાં સમાવિષ્ટ કરે છે. આવી તકનીકો આપણા ખેતરોમાં આનુવંશિક રીતે સંશોધિત પાકની સંભવિત (અને વધુ આત્યંતિક) સંખ્યામાં વધારો કરવાની મંજૂરી આપશે.

ક્રેગ વેન્ટર, અગ્રણી કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનીઓમાંના એક કે જેમણે એકદમ સરળ બકરી રોગાણુના જીનોમમાંથી પ્રથમ સિન્થેટીક (2010 માં) બનાવ્યું હતું, તેણે એક નવી કંપની બનાવી છે. અગ્રેડિસ, કૃષિમાં સિન્થેટિક બાયોલોજીના ઉપયોગ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવા. અગ્રેડીની પ્રવૃત્તિઓનો હેતુ "ઉચ્ચ" પાક બનાવવા અને પાકની વૃદ્ધિ અને છોડના રક્ષણની સુધારેલી પદ્ધતિઓ છે. કંપની બનાવવાની યોજના ધરાવે છે ઉચ્ચ ઉપજ આપનાર એરંડા અને મીઠી જુવારઅપ્રગટ "જીનોમિક ટેક્નોલોજી" દ્વારા જૈવ ઇંધણનું ઉત્પાદન કરવું.

સિન્થેટિક બાયોલોજીનો ઉપયોગ કરીને છોડમાં પ્રકાશસંશ્લેષણને "સુધારવા" માટેની યોજનાઓ પણ છે. નેશનલ રિન્યુએબલ એનર્જી લેબોરેટરીના સંશોધકો ( અંગ્રેજી નેશનલ રિન્યુએબલ એનર્જી લેબોરેટરી) કોલોરાડોમાં માને છે કે આધુનિક સિન્થેટિક બાયોલોજી અને આનુવંશિક મેનીપ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને છોડની રચનાને ફરીથી ગોઠવીને પ્રકાશસંશ્લેષણની કાર્યક્ષમતા સુધારી શકાય છે. સિન્થેટીક બાયોલોજીનો ઉપયોગ કરીને, આ એન્જિનિયરો એમિનો એસિડની સાંકળથી શરૂ કરીને, છોડની ક્ષમતાઓને વિસ્તૃત કરીને, શરૂઆતથી છોડ બનાવવાની આશા રાખે છે, એટલે કે છોડ હાલના પ્રકાશસંશ્લેષણ કરતા પ્રકાશની વિશાળ શ્રેણીને ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવામાં સક્ષમ હશે.

કૃષિમાં કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનના અન્ય કાર્યક્રમોમાં ખાદ્ય સ્વાદ, સીઝનીંગ, નાળિયેર તેલ, ફીડ એડિટિવ્સ અને કૃત્રિમ જનીન સાથે આનુવંશિક રીતે સંશોધિત પ્રાણીઓનો પણ સમાવેશ થાય છે. ખાદ્યપદાર્થોનો સ્વાદ સલામત લાગે છે, પરંતુ તે વાસ્તવમાં જોખમોનો નવો સમૂહ છે - ખેડૂતો માટે આર્થિક જોખમો. આ કુદરતી બજારનું મૂલ્ય વાર્ષિક $65 બિલિયન છે અને હાલમાં તે નાના ખેડૂતોને ખોરાક આપે છે, ખાસ કરીને દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં. યુએસ અને યુરોપિયન બાયોટેકમાં આ ઉત્પાદનોના કુદરતી ઉત્પાદનને કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન સાથે બદલવાથી ગંભીર સામાજિક-આર્થિક પરિણામો અને નાના ખેડૂતોમાં ગરીબી પણ આવશે.

કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનના જોખમો
જ્યારે આમાંના કેટલાક વિકાસ આશાસ્પદ લાગે છે, સિન્થેટીક બાયોલોજીમાં પણ કાળી બાજુ છે. જો સીએમઓ પર્યાવરણમાં છોડવામાં આવે છે, કાં તો ઇરાદાપૂર્વક (દા.ત. પાક તરીકે) અથવા અજાણતા (લેબોરેટરીમાંથી), તેઓ ઇકોસિસ્ટમ પર ગંભીર અને ઉલટાવી ન શકાય તેવી અસરોનું કારણ બની શકે છે. કૃત્રિમ જીવો આપણા આગામી આક્રમક સજીવો બની શકે છે, એક ઇકોલોજીકલ માળખું શોધી શકે છે, જંગલી વસ્તીને વિસ્થાપિત કરી શકે છે અને સમગ્ર ઇકોસિસ્ટમને વિક્ષેપિત કરી શકે છે. સીએમઓ આનુવંશિક દૂષણ તરફ દોરી જશે, જેમ કે સામાન્ય રીતે જીએમઓ સાથે થાય છે, અને બનાવશે કૃત્રિમ આનુવંશિક પ્રદૂષણ, જે સાફ અથવા નાશ કરી શકાતી નથી. મૂળ પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં છે તેના બદલે કમ્પ્યુટર પર સંશ્લેષિત જનીનોનો ઉપયોગ માનવ સલામતીનો પ્રશ્ન પણ ઉભો કરશે અને એવી સંભાવના કે સીએમઓ ખોરાક એલર્જન અને ઝેરના નવા સ્ત્રોત બની શકે છે.

કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન વધુ ખતરનાક ડીએનએ અને જીન સિક્વન્સ બનાવશે જે અગાઉ પ્રકૃતિમાં જોવા મળ્યા નથી. નવા જનીનોને સંશ્લેષણ કરવાની અમારી ક્ષમતા આ જનીનો અને જૈવિક પ્રણાલીઓ કે જેમાં તેઓ જડિત છે તે કેવી રીતે યોગ્ય રીતે કાર્ય કરશે અને પ્રકૃતિમાં હાલના સંતુલનને ખલેલ પહોંચાડશે નહીં તે અંગેની અમારી સમજ કરતાં ઘણી આગળ છે. એક જ આનુવંશિક રીતે એન્જિનિયર્ડ સજીવની સલામતીનું મૂલ્યાંકન કરવું પહેલેથી જ મુશ્કેલ છે, અને કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન આને અત્યંત ઉચ્ચ અને સૌથી ખતરનાક સ્તરે લઈ જશે. આજની તારીખે, ત્યાં કોઈ નથી એક પણ વૈજ્ઞાનિક પ્રયાસ નથીકોઈપણ કૃત્રિમ સજીવ દ્વારા પર્યાવરણ અને માનવ સ્વાસ્થ્ય માટે ઊભા થયેલા જોખમનું કાળજીપૂર્વક મૂલ્યાંકન કરીને, જેમાં દસ અથવા સેંકડો સંપૂર્ણપણે નવા આનુવંશિક ક્રમ હોઈ શકે છે.

યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ અને વિશ્વભરના કેટલાક દેશોમાં બાયોટેકનોલોજી પહેલેથી જ વર્ચ્યુઅલ રીતે અનિયંત્રિત છે જે GMO ના મુખ્ય ઉત્પાદકો છે, અને CMOs માત્ર સરકારી નિયમનની આ જૂની સિસ્ટમની સીમાઓને વિસ્તૃત કરશે. ઉદાહરણ તરીકે, યુએસડીએ જીએમઓને છોડના જંતુના કાયદા દ્વારા નિયંત્રિત કરે છે કારણ કે તેમાંના મોટા ભાગના છોડના વાયરસ દ્વારા બનાવવામાં આવ્યા હતા. સિન્થેટિક બાયોલોજી CMO ની શક્યતા ખોલે છે જે છોડના વાયરસ વિના મેળવવામાં આવશે, એટલે કે, આ પાકો બનશે સંપૂર્ણપણે અનિયંત્રિત USDA અથવા અન્ય વિભાગો.

અમારા બાયોટેકનોલોજી રિસ્ક એસેસમેન્ટ મોડલ ઝડપથી અપ્રચલિત થઈ જશે. જીએમઓની સલામતી સામાન્ય રીતે તેના કુદરતી સમકક્ષ માટે "નોંધપાત્ર સમાનતા" ના સિદ્ધાંતના આધારે નક્કી કરવામાં આવે છે. "આવશ્યક સમાનતા" નો આ વિચાર પર્યાવરણમાં CMO ના દેખાવ સાથે ઝડપથી તૂટી જશે જેમાં એવા જનીનો હશે જે પ્રકૃતિમાં પહેલાં ક્યારેય અસ્તિત્વમાં ન હોય, અને તેમના માતાપિતા કમ્પ્યુટર છે.

ઔદ્યોગિક કૃષિનો અંત
સિન્થેટીક બાયોલોજી આપણને અમુક વચન આપી શકે છે, પરંતુ જો આપણે જાણતા નથી કે તે ક્યાં લઈ જાય છે તો તેને અનુસરવું જોખમી માર્ગ છે. છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં, કૃષિ બાયોટેકનોલોજીએ ઘણી સમસ્યાઓ ઊભી કરી છે, જેમાંથી ઘણી કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાન દ્વારા વધુ વકરી જશે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: આનુવંશિક પ્રદૂષણ, અતિ-નીંદણ, વધુને વધુ ઝેરી ઔદ્યોગિક રસાયણો પર વધતી જતી અવલંબન, બિનટકાઉ મોનોકલ્ચરના વિશાળ વિસ્તારો, બૌદ્ધિક સંપત્તિની લડાઈઓ, અને ખેડૂતો પર મુકદ્દમા, ખોરાક પર કોર્પોરેટ નિયંત્રણની વધુ એકાગ્રતા.

તમારે દૂર જવાની જરૂર નથી, કારણ કે "કૃષિ જેમ આપણે જાણીએ છીએ તે અદૃશ્ય થઈ જશે", ક્રેગ વેન્ટર કૃષિમાં કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનની સંભાવનાઓ વિશે કહે છે. આપણે ઝેરી રસાયણો વિના ઔદ્યોગિક કૃષિ બનાવવી જોઈએ, કૃષિ પ્રણાલીઓ પર આપણી ઉર્જાને ફરીથી કેન્દ્રિત કરવી જોઈએ જેમ કે એગ્રોઇકોલોજીઅને ઓર્ગેનિક ખેતી. ઉદાહરણ તરીકે, તાજેતરના યુએસડીએના અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે સરળ, ટકાઉ કૃષિ ફેરફારો, જેમ કે પાક પરિભ્રમણ, ઉચ્ચ ઉપજ આપે છે, નાઇટ્રોજન ખાતરો અને હર્બિસાઇડ્સની જરૂરિયાતને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે અને ભૂગર્ભજળમાં ઝેરનું પ્રમાણ ઘટાડે છે, ખેડૂત પર કોઈ હાનિકારક અસર કર્યા વિના. નફો આવી પ્રણાલીઓ ઔદ્યોગિક કૃષિ પ્રણાલીઓ કરતાં વધુ ન હોય તો, સમાનરૂપે ઉત્પાદક સાબિત થઈ છે, પરંતુ તે આપણા ગ્રહ અને આબોહવા માટે સ્પષ્ટપણે ફાયદાકારક છે અને આપણને આરોગ્યપ્રદ અને વધુ પૌષ્ટિક ખોરાક પૂરો પાડે છે અને તે ખતરનાક, ખર્ચાળ અને ચકાસાયેલ તકનીકો પર આધાર રાખતી નથી.

પર્યાવરણમાં પ્રકાશન અને કૃત્રિમ જીવવિજ્ઞાનના વ્યવસાયિક ઉપયોગ પર પ્રતિબંધ જરૂરીતેના જોખમોનું મૂલ્યાંકન કરવાની ક્ષમતાને સુનિશ્ચિત કરવા અને માનવ સ્વાસ્થ્ય અને પર્યાવરણને સુરક્ષિત રાખવા માટે તેને નિયંત્રિત કરવામાં સક્ષમ બનવા માટે.