സംശ്ലേഷിത കോശസൃഷ്ടി പുതിയ നാഴികക്കല്ല്

ജീവന്റെ ഉത്ഭവത്തെക്കുറിച്ചുള്ള അന്വേഷണത്തിന് പുതിയൊരു മാനം നൽകുകയാണ് അമേരിക്കയിലെ മിനെസോട്ട സർവകലാശാലയിലെ പ്രൊഫ. കേറ്റ് അഡമാലയുടെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഗവേഷകസംഘം വികസിപ്പിച്ച സ്പഡ്‌സെൽ എന്ന സംശ്ലേഷിത കോശസംവിധാനം.

ജീവൻ എന്നാൽ എന്താണ്? ശാസ്ത്രചരിത്രത്തിലെ ഏറ്റവും ആഴമേറിയ ചോദ്യങ്ങളിലൊന്നാണിത്. ജീവന്റെ ഉത്ഭവത്തെക്കുറിച്ചുള്ള അന്വേഷണത്തിന് പുതിയൊരു മാനം നൽകുകയാണ് അമേരിക്കയിലെ മിനെസോട്ട സർവകലാശാലയിലെ പ്രൊഫ. കേറ്റ് അഡമാലയുടെ നേതൃത്വത്തിലുള്ള ഗവേഷകസംഘം വികസിപ്പിച്ച സ്പഡ്‌സെൽ (SpudCell) എന്ന സംശ്ലേഷിത (Synthetic) കോശസംവിധാനം. ഇത് പൂർണമായും ഒരു ജീവിയല്ല. എന്നാൽ, ജീവന്റെ അടിസ്ഥാന സവിശേഷതകളെ പരീക്ഷണശാലയിൽ പുനർനിർമ്മിക്കാനുള്ള മനുഷ്യന്റെ ഏറ്റവും വലിയ ശാസ്ത്രീയ ശ്രമങ്ങളിലൊന്നാണിത്.

ഭൂമിയിലെ എല്ലാ ജീവജാലങ്ങളുടെയും അടിസ്ഥാന ഘടകമാണ് കോശം. സംരക്ഷണ മതിലായ കോശഭിത്തി,ജനിതകവിവരങ്ങളും ജീവന്റെ മാസ്റ്റർ പ്ലാനും സൂക്ഷിക്കുന്ന ഡി.എൻ.എ, കോശത്തിന് ആവശ്യമായ പ്രോട്ടീനുകൾ നിർമ്മിക്കുന്ന റൈബോസോമുകൾ, രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുകയും വേഗത്തിലാക്കുകയും ചെയ്യുന്ന എൻസൈമുകൾ എന്നിവയാണ് കോശത്തിലെ സുപ്രധാന ഘടകങ്ങൾ. കോടിക്കണക്കിന് വർഷത്തെ പരിണാമത്തിലൂടെയാണ് പ്രകൃതി ഈ സംവിധാനം രൂപപ്പെടുത്തിയത്.

കഴിഞ്ഞ ഏതാനും ദശകങ്ങളായി ശാസ്ത്രജ്ഞർ ബാക്ടീരിയകളുടെ ജനിതകഘടനയിൽ മാറ്റം വരുത്തി ഇൻസുലിൻ, വ്യാവസായിക എൻസൈമുകൾ തുടങ്ങിയവ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നുണ്ട്. എന്നാൽ, അവയെല്ലാം ജീവകോശങ്ങളുടെ ജനിതകവസ്തുവിൽ വരുത്തിയ മാറ്റങ്ങളാണ്. ഇതിനെ ടോപ്പ് ഡൗൺ സമീപനം എന്നുവിളിക്കുന്നു. സ്പഡ്‌സെൽ തികച്ചും വ്യത്യസ്തമാണ്. നിലവിലുള്ള ജീവകോശത്തെ പരിഷ്‌കരിക്കുന്നതിനുപകരം, ജൈവഘടകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഒരു പുതിയ കോശസംവിധാനം ബോട്ടം അപ്പ് രീതിയിൽ നിർമ്മിക്കാനാണ് ശ്രമിച്ചിരിക്കുന്നത്.

ലിപിഡുകൾ, ഡി.എൻ.എ, റൈബോസോമുകൾ, എൻസൈമുകൾ തുടങ്ങിയ ജൈവഘടകങ്ങൾ ചേർത്ത് രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഒരു കൃത്രിമ കോശസംവിധാനമാണ് സ്പഡ്‌സെൽ. കോശത്തിന് ആവശ്യമായ അടിസ്ഥാന പ്രവർത്തനങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഗവേഷകർക്ക് കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. പൂർണമായും രാസഘടകങ്ങൾ മാത്രം ഉപയോഗിച്ച് ഒരു സമ്പൂർണ കോശചക്രം പൂർത്തിയാക്കാൻ കെൽപ്പുള്ള കൃത്രിമ കോശസംവിധാനമാണ് സ്പഡ്‌സെൽ. 36 എൻസൈമുകൾ, 7 വ്യത്യസ്ത ഡി.എൻ.എ തന്മാത്രകളിലായി വ്യാപിച്ചുകിടക്കുന്ന 90,000 ബേസ് പെയർ ജനിതകസഞ്ചയം (ജീനോം), ലിപിഡ് ഭിത്തി എന്നിവയടങ്ങുന്നതാണ് ഈ സംവിധാനം.

സ്വയം വളരാനും, സ്വന്തം ജീനോമിന്റെ പകർപ്പുകൾ ഉണ്ടാക്കാനും, വിഭജിക്കാനും, ഒന്നിലധികം തലമുറകളിലൂടെ സ്വാഭാവിക തിരഞ്ഞെടുപ്പിനും മത്സരത്തിനും വിധേയമാകാനും സ്പഡ്‌സെല്ലിന് സാധിക്കുന്നു.കോശത്തിലെ ഓരോ ഘടകവും പ്രകൃതിനിയമങ്ങൾക്കനുസരിച്ചാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. ഡി.എൻ.എ വിവരങ്ങൾ സംഭരിക്കുന്നു, റൈബോസോമുകൾ പ്രോട്ടീനുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു, എൻസൈമുകൾ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ വേഗത്തിലാക്കുന്നു. ഈ ഘടകങ്ങളെല്ലാം ഏകോപിതമായി ഒരുമിച്ച് പ്രവർത്തിക്കുമ്പോൾ നാം അതിനെ ജീവൻ എന്നു വിളിക്കുന്നു.

പ്രകൃതിദത്ത കോശങ്ങൾ തങ്ങളുടെ ഉപാപചയ പ്രവർത്തനങ്ങളിലൂടെ പോഷകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നു. ഇതിനായി നൂറുകണക്കിന് ജീനുകൾ ആവശ്യമാണ്. എന്നാൽ സ്പഡ്‌സെല്ലിന് ആവശ്യമായ പോഷകങ്ങൾ ബാഹ്യമായി നൽകുന്നതിനാൽ ചെറിയൊരു ജീനോം ഉപയോഗിച്ച് ഇതിന് കോശചക്രം പൂർത്തിയാക്കാൻ സാധിക്കുന്നു.

സ്വാഭാവിക കോശങ്ങൾ വിഭജനത്തിനായി സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൺ എന്ന ഘടനയാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. പ്രോട്ടീനുകളുടെ ഏകോപിതമായ പ്രവർത്തനം ആവശ്യമുള്ളതിനാൽ, കൃത്രിമ സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൺ നിർമ്മിക്കുക എന്നത് വെല്ലുവിളിയായിരുന്നു. എന്നാൽ സ്പഡ്‌സെൽ ഈ സങ്കീർണതയെ പൂർണമായും ഒഴിവാക്കുന്നു. ഇതിന്റെ കോശഭിത്തിയുടെ ഉപരിതലത്തിൽ പ്രോട്ടീനുകൾ വൻതോതിൽ ഒത്തുചേരുകയും, അതുവഴിയുണ്ടാകുന്ന യാന്ത്രിക സമ്മർദ്ദം കാരണം ലിപിഡ് ഭിത്തി സ്വയം രണ്ടായി പിളരുകയുമാണ് ചെയ്യുന്നത്.

ഉപരിതല പ്രോട്ടീൻ കൂടുതൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന കോശങ്ങൾ കാര്യക്ഷമമായി വിഭജിക്കപ്പെടുന്നു. പ്രോട്ടീൻ ഉത്പാദനം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന തരത്തിൽ ഗവേഷകർ ജനിതകമാറ്റം വരുത്തിയപ്പോൾ, ആ മാറ്റം ഉൾക്കൊണ്ട കോശങ്ങൾ വേഗത്തിൽ വളരുകയും കൂടുതൽ കോശങ്ങളെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്തു. അഞ്ച് തലമുറകൾക്കുശേഷം, പുതിയ കോശങ്ങൾ ആദ്യത്തെ കോശങ്ങളെക്കാൾ ആധിപത്യം സ്ഥാപിച്ചു. പോഷകങ്ങൾ കുറവുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ കോശങ്ങളുടെ അതിജീവനശേഷി വർദ്ധിച്ചതായി കണ്ടു. പൂർണമായും കൃത്രിമമായ സംവിധാനത്തിലും സ്വാഭാവിക തിരഞ്ഞെടുപ്പും മത്സരവും സാദ്ധ്യമാണെന്ന് ഈ പരീക്ഷണം തെളിയിക്കുന്നു.

പൊള്ളയായ ഗോളങ്ങൾ

സ്പഡ്‌സെല്ലുകൾ യഥാർത്ഥത്തിൽ ലിപ്പോസോമുകൾ ആണ്. അതായത്, പ്രകൃതിദത്ത കോശഭിത്തികൾ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്ന അതേ തന്മാത്രകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച പൊള്ളയായ ഗോളങ്ങളാണിവ. ഈ ലിപ്പോസോമിനുള്ളിൽ ഡി.എൻ.എ ജീനോമും പ്രോട്ടീൻ എക്‌സ്പ്ര‌‌ഷൻ സംവിധാനവും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. സ്പഡ്‌സെല്ലിന് പ്രവർത്തിക്കാൻ ആവശ്യമായ എല്ലാ പ്രോട്ടീനുകളും അതിന്റെ സ്വന്തം ജീനോമിൽ നിന്ന് കോശത്തിനുള്ളിൽ തന്നെയാണ് നിർമ്മിക്കപ്പെടുന്നത്.

 സ്പഡ്‌സെല്ലുകൾ നിലവിൽ ഇ-കോളി ബാക്ടീരിയയുടെ റൈബോസോമുകളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. സ്വന്തമായി റൈബോസോമുകൾ പുനർനിർമ്മിക്കാനുള്ള ശേഷി ഇല്ലാത്തതിനാൽ, അഞ്ച് തലമുറകൾ പൂർത്തിയാകുമ്പോഴേക്കും ഈ സംവിധാനം പ്രവർത്തനരഹിതമാകുന്നു.

 സ്വാഭാവിക കോശങ്ങൾ വിഭജന വേളയിൽ ക്രോമസോമുകളെ ഇരുവശങ്ങളിലേക്കും കൃത്യമായി വേർതിരിക്കാൻ സൈറ്റോസ്‌കെലിറ്റൺ സംവിധാനം ഉപയോഗിക്കുന്നു. സ്പഡ്‌സെല്ലിന് ഈ സംവിധാനമില്ല. ജീനോം കൈമാറ്റം കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കൂടുതൽ നൂതനമായ വിഭജന രീതികൾ വികസിപ്പിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഈ സംവിധാനത്തിലേക്ക് പോഷകങ്ങൾ അടങ്ങിയ ലിപ്പോസോമുകൾ കൃത്യമായ ഇടവേളകളിൽ പുറത്തുനിന്ന് ചേർക്കേണ്ടിവരുന്നു. ഇവയൊക്കെ താത്കാലികമായ പരിമിതികളാണ്.

സ്പഡ്‌സെൽ പരീക്ഷണം
2010​ൽ ക്രേഗ് വെന്ററും സംഘവും ലോകത്തിലെ ആദ്യത്തെ കൃത്രിമ ബാക്ടീരിയൽ കോശം നിർമ്മിച്ചു. അവർ ചെയ്തത് കൃത്രിമമായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത ഡി.എൻ.എ നിർമ്മിച്ച്, അതിനെ നിലവിലുള്ള ബാക്ടീരിയയുടെ കോശത്തിലേക്ക് കടത്തിവിടുകയായിരുന്നു. സ്പഡ്‌സെൽ പരീക്ഷണം നിലവിലുള്ള ഒരു ജീവകോശത്തെയും കടമെടുത്തില്ല. പകരം, രാസതന്മാത്രകളിൽനിന്നും ശുദ്ധീകരിച്ച ജൈവഘടകങ്ങളിൽനിന്നും കോശത്തെ കെട്ടിപ്പടുത്തു.

ഈ ഗവേഷണം പ്രമുഖ ശാസ്ത്രജേണലിൽ സൂക്ഷ്മപരിശോധനയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ പ്രസിദ്ധീകരിക്കേണ്ടതുണ്ട്. ഇപ്പോൾ പ്രീപ്രിന്റ് ആയി മാത്രം ലഭ്യമായിരിക്കുന്നു.മറ്റ് ഗവേഷണശാലകൾ ഈ പരീക്ഷണഫലങ്ങൾ ആവർത്തിച്ച് സ്ഥിരീകരിച്ച ശേഷമേ ഇതിന്റെ യഥാർത്ഥ ശാസ്ത്രീയ നേട്ടം നിർണയിക്കാനാകൂ.