यह कोशिका खाती है, बढ़ती है और प्रजनन करती है- और यह मानव-निर्मित है

Carl Zimmer और Marco Hernandez द्वारा

वैज्ञानिकों का लंबे समय से सपना रहा है कि रसायनों को जीवन में बदलने का जादू खोजा जाए। बुधवार को मिनेसोटा विश्वविद्यालय की एक टीम ने घोषणा की कि उन्होंने इस दृष्टि की दिशा में एक बड़ा कदम बढ़ाया है।

दर्जनों सामग्रियों को मिलाकर, शोधकर्ताओं ने सरल कोशिकाएं संश्लेषित की हैं जो खाती हैं, बढ़ती हैं, प्रजनन करती हैं और भोजन के लिए एक-दूसरे से प्रतिस्पर्धा करती हैं। यदि ये कोशिकाएं अभी पूरी तरह से जीवित नहीं हैं, तो इनमें जीवन के अधिकांश लक्षण मौजूद हैं।

“जीवन द्विआधारी (binary) नहीं है,” केट एडामाला ने कहा, जो सिंथेटिक बायोलॉजिस्ट हैं और इस शोध का नेतृत्व कर रही हैं। “इसीलिए मैं इसे ‘जीवित’ कहने में हिचकिचा रही हूं। कोई स्पष्ट रेखा नहीं है, चाहे हम कितना भी चाहें।”

अब तक वैज्ञानिकों ने ऐसी कोशिका की रेसिपी कभी नहीं बनाई थी जो इतने सारे कार्य कर सके, जॉन ग्लास ने कहा, जो कैलिफोर्निया के ला जॉला में जे. क्रेग वेंटर इंस्टीट्यूट के सिंथेटिक बायोलॉजिस्ट हैं और इस अध्ययन में शामिल नहीं थे।

“यह अद्भुत है कि उन्होंने इन सभी चीजों को एक साथ जोड़ दिया है,” उन्होंने कहा।

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के सिंथेटिक बायोलॉजिस्ट ड्रू एंडी ने कहा, “यह एक ऐसी कोशिका है जो बनाई गई है, जन्मी नहीं। यह निर्मित है, लेकिन जो कोशिकाएं करती हैं, वही करती है।”

डॉ. एडामाला ने अपनी इस रचना का नाम SpudCell रखा है, क्योंकि यह आलू जैसी दिखती है। इसे पेटेंट करने के बजाय, वे और डॉ. एंडी वैज्ञानिकों के एक समुदाय का आयोजन कर रहे हैं ताकि SpudCells को और अधिक पूर्ण रूप से जीवित बनाया जा सके और इन्हें नए प्रकार के प्रयोगों के लिए अनुकूलित किया जा सके।

उन्होंने और उनके सहयोगियों ने एक नॉन-प्रॉफिट रिसर्च संगठन की स्थापना की है, जिसका अनुमान है कि डॉ. एंडी के अनुसार अगले दशक में इस प्रयास पर सैकड़ों मिलियन डॉलर खर्च किए जाएंगे। सैकड़ों वैज्ञानिक इसमें शामिल होने वाले हैं।

“हम इस पल को हमेशा याद रखेंगे,” रोजाना ज़िया ने कहा, जो मिसौरी विश्वविद्यालय की कम्प्यूटेशनल बायोलॉजिस्ट हैं और इस परियोजना में शामिल नहीं थीं।

डॉ. एडामाला और उनके सहयोगियों ने अपने काम का 190 पृष्ठों का विस्तृत विवरण ऑनलाइन पोस्ट किया है। यह शोध एक वैज्ञानिक जर्नल में प्रकाशन के लिए समीक्षा के अधीन है।

वैज्ञानिकों को उम्मीद है कि सिंथेटिक कोशिकाएं उन्हें जीवन के बारे में ऐसी बातें बता सकेंगी जो प्राकृतिक कोशिकाएं नहीं बता सकतीं, जिसमें यह बुनियादी सवाल भी शामिल है कि न्यूनतम जीवन के लिए कितने जीन आवश्यक हैं।

लेकिन सिंथेटिक कोशिकाएं भविष्य में प्राकृतिक कोशिकाओं से अलग काम भी कर सकती हैं, जैसे नई प्रकार की दवाएं बनाना या वायुमंडल से बड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड निकालना। सिद्धांत रूप में, इंजीनियर्ड SpudCells प्रोटीन की एक विशाल श्रृंखला पैदा कर सकती हैं जिन्हें प्राकृतिक कोशिकाओं से नहीं बनवाया जा सकता, या यहां तक कि रॉकेट ईंधन जैसे विषैले रसायन भी।

“अब हम ऐसी रसायन विज्ञान के बारे में सोच सकते हैं जिसके बारे में हम अभी मुश्किल से सोच पा रहे हैं,” डॉ. ग्लास ने कहा।

हमारे जानने वाले जीवन की समस्या: रहस्यमयी, अव्यवस्थित जटिलता हमारा अपना डीएनए हजारों जीनों के साथ-साथ लाखों आणविक स्विचों से भरा होता है जो उन जीनों को चालू-बंद करते हैं। वैज्ञानिकों को अभी भी यह पता नहीं है कि उन डीएनए के कई टुकड़े क्या कर रहे हैं। अक्सर कोई जीन जिसे वे समझते हैं, वह वैज्ञानिकों की अपेक्षा से अलग काम कर रहा होता है।

इस जटिलता से बचने का एक तरीका सरलीकरण है।

1990 के दशक में, स्वर्गीय जीवविज्ञानी क्रेग वेंटर के नेतृत्व वाली टीम ने एक सूक्ष्मजीव का अध्ययन शुरू किया जिसमें 1,000 से कम जीन थे। अब डॉ. ग्लास के नेतृत्व वाली टीम ने उस सूक्ष्मजीव के जीनोम को घटाकर 525 आवश्यक जीनों तक सीमित कर दिया।

2016 के एक पेपर में टीम ने बताया कि उन्हें उन जीनों में से एक तिहाई के बारे में नहीं पता था कि वे क्या कर रहे हैं। डॉ. ग्लास और उनके सहयोगी पिछले दशक से इस पहेली को सुलझाने की कोशिश कर रहे हैं, और अब भी वे 56 जीनों के बारे में नहीं बता सकते कि वे क्या करते हैं।

“अभी भी हर कोशिका को करने वाले कई महत्वपूर्ण कार्य हैं जिनके बारे में हम नहीं जानते,” डॉ. ग्लास ने कहा।

अन्य शोधकर्ताओं ने समस्या को विपरीत दिशा से लिया। ऊपर से नीचे की बजाय, वे नीचे से ऊपर की ओर गए — निर्जीव अणुओं को मिलाकर जीवित कोशिका बनाने की कोशिश की।

1990 के दशक से कई प्रयोगशालाओं ने इस समस्या के छोटे-छोटे टुकड़ों पर काम किया। कुछ ने तैलीय अणुओं से खोखले बुलबुले बनाने की रेसिपी परफेक्ट की। दूसरों ने उन बुलबुलों के अंदर सरल आनुवंशिक अणुओं को बंद करने के तरीके खोजे।

लेकिन वैज्ञानिक इन टुकड़ों को अधिक जटिल प्रणालियों में जोड़ने में संघर्ष करते रहे, यहां तक कि किसी ऐसी चीज को जो कोशिका कहलाए।

हाल के वर्षों में, डॉ. एडामाला ने एक मौलिक चुनौती ली — कोशिका विभाजन। प्राकृतिक कोशिका प्रोटीनों की मदद से विभाजित होती है जो अंदर की दीवार पर लंगर डाले एक छल्ले में जुड़ जाते हैं। छल्ला खुद को कसता है और कोशिका को दो भागों में काट देता है।

अन्य प्रोटीन विन्च की तरह काम करते हैं, डीएनए और अन्य अणुओं को नई बन रही कोशिकाओं में ले जाते हैं ताकि उन्हें जीवित रहने के लिए जरूरी सामग्री मिले।

शुरू में डॉ. एडामाला ने प्राकृतिक प्रणाली का एक सरल संस्करण बनाने की कोशिश की। लेकिन फिर उन्होंने प्राकृतिक कोशिकाओं की नकल न करने का फैसला किया।

भौतिक जीवविज्ञानियों ने पाया था कि यदि वे झिल्ली पर प्रोटीन चिपका दें, तो दबाव बनता है जो झिल्ली को मोड़ देता है। डॉ. एडामाला और उनकी टीम ने ऐसे बुलबुले बनाए जो अपने आसपास तैरते प्रोटीनों को पकड़ सकें। जब कोई बुलबुला पर्याप्त प्रोटीन इकट्ठा कर लेता, तो उसकी सतह अंदर की ओर मुड़ने लगती और अंत में दो टुकड़ों में फट जाती।

विचार सरल था, लेकिन प्रयोगशाला में इसे काम करने में एक साल के प्रयोग लग गए। “लेकिन एक बार काम करने लगे, तो यह लगातार काम करता है,” डॉ. एडामाला ने कहा।

इस सफलता ने टीम को पूरी तरह से एक सिंथेटिक कोशिका बनाने का प्रयास करने के लिए प्रेरित किया।

पहला कदम कोशिका के संचालन के लिए जरूरी अणुओं का एक शोरबा तैयार करना था। अंतिम रेसिपी में लगभग सौ प्रकार के प्रोटीन और सरल अणु शामिल थे जो महत्वपूर्ण रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक थे, जैसे जीनों से नए प्रोटीन बनाना।

शोधकर्ताओं ने अपनी सिंथेटिक कोशिका को एक वायरस और सर्वव्यापी सूक्ष्मजीव Escherichia coli से उधार लिए गए जीन भी दिए। उन्होंने 36 जीन चुने जो डीएनए की नकल जैसी बुनियादी नौकरियों के लिए थे।

इन सामग्रियों को सूप में मिलाने के बाद, वैज्ञानिकों ने झिल्ली के निर्माण खंड डाले। वे स्वतः बुलबुलों में जुड़ गए, प्रत्येक में कुछ शोरबा समाहित करते हुए।

इनमें से कई बुलबुलों ने सही मिश्रण वाले जीन, प्रोटीन और अन्य अणुओं को समाहित कर लिया, और वे प्राकृतिक कोशिकाओं जैसी रासायनिक प्रतिक्रियाएं करने लगे।

नई कोशिकाएं फ्लास्क में तैर रही थीं। डॉ. एडामाला और उनके सहयोगियों ने उन्हें भोजन दिया। कोशिकाओं ने अपनी सतह पर चैनलों के माध्यम से छोटे अणुओं को सोख लिया।

वैज्ञानिकों ने छोटे बुलबुले भी डाले जिनमें बड़े प्रोटीन और अणु थे जो चैनलों से नहीं गुजर सकते थे। उन बुलबुलों से टकराकर और फ्यूज होकर कोशिका उनके अंदर के ट्रीट्स को खा सकती थी।

जैसे-जैसे कोशिकाएं खाती रहीं, वे बढ़ती रहीं। और कुछ घंटों में वे विभाजित होने लायक बड़ी हो गईं।

वैज्ञानिकों ने फ्लास्क में एक विशेष प्रोटीन डाला, जो कोशिकाओं की सतह पर चिपक गया और उन्हें अंदर की ओर मोड़ने के लिए मजबूर कर दिया। कोशिकाएं दो भागों में बंट जाने के बाद, नई दोनों कोशिकाएं बढ़ती रहीं।

अब SpudCells बढ़ रही थीं, खा रही थीं और प्रजनन कर रही थीं। यह भी निकला कि इन कोशिकाओं में विकास (evolution) की प्रारंभिक क्षमता भी थी।

डॉ. एडामाला और उनके सहयोगियों ने एक म्यूटेंट संस्करण बनाया जो आसपास तैरते स्नैक-भरे बुलबुलों से अधिक मजबूती से जुड़ता था। परीक्षण के लिए उन्होंने मूल और म्यूटेंट SpudCells का 50-50 मिश्रण बनाया।

कोशिकाओं ने भोजन के लिए पांच पीढ़ियों तक प्रतिस्पर्धा की। अंततः म्यूटेंट मूल कोशिकाओं से अधिक हो गए, जिससे संकेत मिला कि वे भोजन के लिए मूल कोशिकाओं से बेहतर प्रतिस्पर्धा कर रहे थे।

“यही इस उपलब्धि की धरती हिला देने वाली बात है,” डॉ. ज़िया ने कहा। वैज्ञानिक अब विभिन्न सिंथेटिक कोशिकाओं को एक-दूसरे से प्रतिस्पर्धा करवा सकेंगे और तेजी से अधिक परिष्कृत कोशिकाएं विकसित कर सकेंगे।

इतने सारे जीवन के प्रमाणों के बावजूद, SpudCell में अभी भी कुछ बड़ी कमियां हैं। सबसे पहले, यह राइबोसोम नामक आणविक कारखाने को नहीं बना सकती जो नए प्रोटीन बनाता है। कोशिकाएं राइबोसोम बनाने के लिए जरूरी सभी जीन ले जा सकती हैं, लेकिन किसी कारण से हिस्से जुड़ते नहीं हैं।

फिलहाल डॉ. एडामाला और उनके सहयोगियों को SpudCells को तैयार राइबोसोम खिलाने पड़ते हैं। यह समाधान समय-सीमित है — SpudCells पांच से दस पीढ़ियों तक प्रोटीन बना सकती हैं, उसके बाद उनके राइबोसोम खराब हो जाते हैं और वे काम करना बंद कर देती हैं।

“मैं इसे मरना नहीं कहना चाहती, लेकिन यह काम करना बंद कर देती है,” डॉ. एडामाला ने कहा।

जब डॉ. एडामाला ने पिछले साल SpudCell को डॉ. एंडी को दिखाया, तो वे इतने प्रभावित हुए कि उन्होंने Biotic नामक नॉन-प्रॉफिट संगठन की स्थापना में उनकी मदद करने का फैसला किया, जिसका उद्देश्य SpudCell शोधकर्ताओं का समुदाय बनाना है।

“मैं अपना पूरा जीवन का काम इसमें झोंक रहा हूं,” डॉ. एंडी ने कहा। Biotic का पहला काम अन्य वैज्ञानिकों के लिए SpudCells बनाना आसान बनाना होगा।

डॉ. एडामाला अपनी प्रयोगशाला में एक दिन में इनकी नई खेप तैयार कर सकती हैं। लेकिन यह इसलिए संभव है क्योंकि उनके पास शुद्ध प्रोटीनों से भरे फ्रीजर और रेसिपी के हर चरण की गहरी समझ है। Biotic वैज्ञानिकों को आसान रेसिपी और जरूरी सामग्री उपलब्ध कराने की उम्मीद रखता है।

डॉ. एंडी को उम्मीद है कि ओपन-सोर्स टूल्स वैज्ञानिकों को सहयोग करने के लिए प्रोत्साहित करेंगे ताकि जीवन की और अधिक परिभाषित विशेषताओं वाली नई SpudCells बनाई जा सकें, जैसे खुद राइबोसोम बनाना और अनिश्चितकाल तक विभाजित होना।

“यह पूरी तरह से संभव है,” डॉ. ग्लास ने कहा।

Biotic के शोधकर्ता सितंबर में फिलाडेल्फिया में अपनी पहली बैठक की योजना बना रहे हैं। उनकी प्राथमिकताओं में इस शोध क्षेत्र को सुरक्षित रखने के लिए औपचारिक योजनाएं बनाना शामिल है।

फिलहाल, सिंथेटिक कोशिका केवल प्रयोगशाला के विशेष आहार पर कुछ पीढ़ियों तक जीवित रह सकती है। लेकिन भविष्य के संस्करण अधिक मजबूत हो सकते हैं, जिससे यह संभावना उठती है कि कोई व्यक्ति SpudCells का अनैतिक उपयोग कर सकता है, शायद हथियार बनाने के लिए भी।

डॉ. एंडी का तर्क है कि एक ओपन-सोर्स शोध समुदाय ऐसी घटनाओं को रोकने के लिए बेहतर तरीके से तैयार रहेगा। “हम अब इन बातों पर चर्चा कर सकते हैं, बजाय इसके कि किसी और को करने का इंतजार करें और फिर सिर्फ प्रतिक्रिया दें,” उन्होंने कहा।

डॉ. एंडी SpudCells की तुलना राइट फ्लायर से करते हैं — वह क्रूड विमान जिसका उपयोग राइट ब्रदर्स ने 1903 में पहली बार निरंतर नियंत्रित उड़ान के लिए किया था, जो हवाई जहाजों के युग की शुरुआत थी।

“12 सेकंड के लिए उड़ने वाला राइट फ्लायर आपको बोइंग 737 नहीं दे देता,” डॉ. एंडी ने कहा। “यह सिर्फ शुरुआत है।”