[శ్రీమతి ఆర్. లక్ష్మి గారి ‘శాస్త్రజ్ఞుల జ్ఞానార్తికి నిదర్శనం – జీన్ థెరపీ’ అనే రచనని పాఠకులకు అందిస్తున్నాము.]
జెనెటిక్ వ్యాధులకు కారణం అయ్యే చిన్న చిన్న మాలిక్యులర్ మిస్టేక్స్‌ని సరిచేసి వ్యాధి నివారణను గాని, నిరోధకతను గాని సాధించే దిశగా జరుగుతున్న కృషే జీన్ థెరపీ!
వివిధ ఆర్గానిజమ్స్ లోని DNA లో మార్పులు చేయగల సామర్థ్యాన్ని శాస్త్రవేత్తలకు ఇచ్చే సాంకేతిక పరిజ్ఞానమే జెనెటిక్ ఇంజనీరింగ్. 1980ల నుండి మాలిక్యులర్ జెనెటిక్స్‌లో విస్తతంగా పరిశోధనలు జరుగుతున్నాయి. మానవ జెనోమ్‌లో 3 బిలియన్లకు మంచి బేస్ పెయిర్స్ ఉంటాయి. వివిధ రోగాలకు కారణం అవుతున్న సీక్వెన్స్‌ను మంచి సీక్వెన్స్‌తో సరిచేసి తద్వారా వ్యాధులను నివారించే ప్రయత్నాలతో మొదలైనది జీన్ ఎడిటింగ్.
మేక్స్ ప్లాంక్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఎవల్యూషనరీ ఏంత్రోపాలజీ అన్న అంశంపై జరిపిన పరిశోధనలో వయసు పెరుగుతున్న కొద్దీ జన్యువుల వ్యక్తీకరణ బలహీనపడుతున్నట్టు తెలిసింది. శరీరంలో వేల కణాలు నశిస్తూ క్రొత్తవి పుడుతూ ఉంటాయి. ఇది ఒక నిరంతర ప్రక్రియ. క్రమేపి నశించే కణాలు నశిస్తూనే ఉన్నప్పటికీ క్రొత్తగా వచ్చే కణాల సంఖ్య మాత్రం తగ్గిపోతూ వస్తుంది. అదే వయసు పెరగడం లేదా వార్ధక్య ప్రక్రియ. కణాలకు రక్షణ కవచంగా ఉండే టెలోమెర్స్ పొడవు తగ్గిపోకుండా టెలోమెరెజ్ అనే ఎంజైమ్ వెలువడుతూ ఉంటుంది.
శాస్త్రజ్ఞుల లెక్కల ప్రకారం కణాలు సాఫ్ట్‌వేర్ అయితే అవయవాలు హార్డ్‌వేర్. వయసు పెరుగుతున్న కొద్దీ టెలోమెర్స్ పొడవును నిర్వహిస్తూ ఉండటానికి విడుదల అయ్యే టెలోమెరెజ్ ఎంజైమ్ విడుదల మందగిస్తుంది. ఆ కారణంగా ఆదిలో 11 కిలో బేసెస్ ఉండే టెలోమెర్స్ 4 కిలో బేసెస్ వరకూ కూడా తగ్గిపోతాయి. ఈ తగ్గటం కూడా జెనెటిక్ కోడ్ ప్రకారమే జరుగుతుంది. అలా తగ్గకుండా ఆపగలిగితే వార్ధక్య ప్రక్రియ నెమ్మదిస్తుంది. కణం విభజన చెందినపుడు అవి 1+1 గా విభజన చెందితే 1 స్కిల్డ్ కణంగా, రెండవది తల్లి కణంగా పనిచేస్తాయి. స్కిల్డ్ కణం తిరిగి విభజన జరగదు. కాని తల్లి కణం మళ్లీ విభజన చెందుతుంది. అలా కాకుండా రెండు కణాలూ ‘ప్లోటెస్’ గా మారితే రెండూ తల్లి కణాలుగా మారి మళ్ళీ కొనసాగుతాయి. ఈ కణ విభజన ఒక నిరంతర ప్రక్రియ.
టెలోమెర్స్ పొడవు తగ్గకుండా నిలువరించి వార్ధక్య ప్రక్రియను నెమ్మదింపచేసే దిశగానూ ప్రయోగాలు జరుగుతున్నాయి. కాలిఫోర్నియా కంపెనీ L.L.C.ని గూగుల్ కొనేసింది. అది వార్ధక్య ప్రక్రియపై పరిశోధనలు చేయిస్తోంది.
జీన్ ఎడిటింగ్:
ఈ శతాబ్దపు గొప్ప జీవసాంకేతిక ఆవిష్కారం క్రిస్పర్-9. క్రిస్పర్ Cas9 సాంకేతిక పరిజ్ఞానాన్ని శాస్తజ్ఞులు డి.ఎన్.ఎ. సీక్వెన్స్‌లో జన్యువును జోడించడం లేదా తొలగించడం, లేదా మార్చడం అన్న విధానంలో రూపొందించారు. ఒక గైడ్ R.N.A. Cas9 ఎంజైమ్‌ని DNA సీక్వెన్స్‌లో కావలసిన లోకేషన్‌కి పంపిస్తుంది. అది అక్కడ లక్షిత DNA ని కత్తిరించి పిమ్మట ఆ కత్తిరింపును బాగుచేస్తుంది. అది ఆ DNA సీక్వెన్స్‌ని అదే స్థితిలో స్థిరంగా ఉంచడమో లేకపోతే జన్యుక్రమాన్ని మార్చడమో చేస్తుంది. ఈ విధానం ఆమోదం పొందిన జన్యు వైద్యవిధానం (క్రిస్పర్ Cas9 థెరపీ). అయితే ఈ ప్రక్రియలో జెనోమ్ లోని ఇతర భాగాలకు నష్టం కలిగే అవకాశం అరుదుగానైనా ఉంటోంది. ఈ Off Target affects ఆ రకంగా ఎడిటింగ్ సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తున్నాయి.
ఈ నేపథ్యంలో శాస్త్రజ్ఞులు క్రొత్త జీన్ ఎడిటింగ్ సాంకేతికతలను రూపొందించే దిశగా దృష్టి సారించారు. CSIR, ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ జెనొమిక్స్ అండ్ ఇంటిగ్రేటెడ్ బయోలజీ (I.G.I.B.) కి చెందిన శాస్త్రవేత్తలు ప్రాన్సిసెల్లా నోవిసిడా అనే బ్యాక్టీరియా FN Cas9 ఎంజైమ్‌ని అధ్యయనం చేశారు. ఈ ఎంజైమ్ SP Cas9 కంటే సరళంగానూ సమర్థవంతంగాను ఉంది. కానీ తక్కువ ప్రభావవంతంగా ఉన్నట్లు అధ్యయనాలలో తేలింది. CSIR టీమ్ IGIB FN Cas9 లో PAM సీక్వెన్స్‌తో ప్రతిచర్యలు జరిగే ఆమినో యాసిడ్‌ను మార్చటం ద్వారా మరింత ప్రభావవంతంగా మార్చారు. ఈ మార్పుతో ఎంజైమ్‌కు జినోమ్ లోని కష్టతరమైన ప్రాంతాలకు కూడా చేరగలిగే, ఎడిటింగ్ మరింత సమర్థవంతంగా నిర్వర్తించగలిగే శక్తి సమకూరింది.
అదనపు హంగులు సమకూరిన ఈ FN Cas9 మానవులపై క్లినికల్ ప్రయోగాలలో పరీక్షించబడింది కూడా. కిడ్నీ, కళ్లు వంటి అవయవాలలో చాలా తక్కువ సైడ్ ఎఫెక్ట్స్‌తో, ఎక్కువ సామర్థ్యంతో పనిచేస్తున్నట్లు ఫలితాలలో తేలింది. క్రిస్పర్ Cas9 కంటే కొంచెం మెరుగ్గా పనిచేయడంతో జెనెటిక్ వ్యాధుల చికిత్సలో దీని సామర్థ్యం వెల్లడయ్యింది.
R.P.E.65 జన్యువు LCA2 అనే అంధత్వానికి కారణం అవుతోంది. రెటినల్ కణాలలో మ్యూటేషన్‌ని ఈ తరహా ఎడిటింగ్ పూర్తిగా నయం చేసి రెటినల్ సెల్స్‌లో సాధారణ ప్రొటీన్ ఉత్పత్తికి తోడ్పడింది. రెట్టించిన ఉత్సాహంతో శాస్త్రజ్ఞులు రోగుల మూల కణాలను సేకరించి తిరిగి వారిలో ప్రవేశపెట్టి జన్యువుల మ్యూటేషన్‌ను నిరోధించే దిశగా ప్రయోగాలు చేసారు. క్రిస్పర్‌ను పేషంట్లపై నేరుగా ఉపయోగించటం కంటే కూడా ఈ విధానం మరికొంచం సురక్షితమైనది.
మన కంటిలోని కార్నియాపైన ఉండే ఉపరితలంను ఉత్పత్తి చేసే కంటి భాగం పాడైతే కంటి చూపు పోతుంది. లింబస్ మార్పిడి మాత్రమే దీనికి చికిత్స. ఎల్.వి. ప్రసాద్ కంటి ఆసుపత్రి వైద్యులు రోగి కంట్లో ఆరోగ్యంగా ఉన్న లింబస్ టిష్యూను తీసి కల్చర్ చేసి తిరిగి అదే రోగికి పాడైన కంట్లో అమర్చి చూపును రక్షించటంలో కృతకృత్యులయ్యారు.
కొందరు స్ఫూర్తిప్రదాతలు – పరిశోధనలకు కరదీపికలు:
Oct 3/4, Sox2, Klf4, c-Myc – వీటిని ‘యమనక ప్ఫాక్టర్స్’ అంటారు. షిన్యా యమనక జపాన్ జన్యుశాస్త్ర ఆచార్యుడు. ఆయన వీటిని గుర్తించిన కారణంగా వాటికి ఆ పేరు వచ్చింది. మూల కణాలను కృత్రిమంగా రూపొందించగలిగే అవకాశాలకై ఆయన పరిశోధనలు జరిపారు. 24 జన్యువులతో 2006 నుంచీ ఆయన విస్తృతంగా పరిశోధన సాగించాడు. ఆ పరిశోధనలలో పూర్తిగా ఎదిగిన కణాలను తిరిగి మూల కణాలుగా మార్చడానికి జరిపిన ఈ నాలుగు ప్రయోగాలలో జన్యువులు కీలకమైన పాత్ర పోషిస్తాయని ఆయన గుర్తించాడు. ఆ గుర్తింపుకు 2012లో ఆయనకు నోబుల్ బహుమతి కూడా వచ్చింది. జాన్ గోర్డన్ బహుమతి భాగస్వామి.
ఆ తరువాత ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఈ జన్యువులను అనేక పరిశోధనలలో వాడటం మొదలుపెట్టారు.
కంటిలోని నాడీకణాల వంటి అత్యంత సంక్లిష్టమైన టిష్యూస్‌ను కూడా సురక్షితంగా రీప్రోగ్రామ్ చేయవచ్చని శాస్త్రవేత్తలు నిరూపించారు కూడా.
హార్వర్డ్ మెడికల్ స్కూల్‌కు చెందిన జెనెటిక్స్ ప్రొఫెసర్ డేవిడ్ సింక్లెయిర్ ఈ పరిశోధనలలో పాలుపంచుకున్నారు. ఈ బృందం పై నాలుగు జన్యువులను ప్రయోగించి మూలకణాల స్థితికి తీసుకొని వచ్చే ప్రయత్నాంలో కణితులు రావడం, కణాలు మరీ ప్రాథమిక స్థాయికి వెళ్ళిపోయి వాటిలోని సమాచారం అంతా చెరిగిపోవడం వంటి వైఫల్యాలు ఎదురవడం జరిగింది. తరువాత కేవలం మొదటి మూడు జన్యువులతో మాత్రమే ప్రయోగాలు సాగించారు. మూడు జన్యువులను మాత్రమే ప్రయోగించినపుడు ఫలితాలు ప్రోత్సాహకరంగా వచ్చాయి. అనంతరం జరిషిన పరిశోధనలు నిర్దేశిత లక్ష్యంతో కొనసాగాయి.
ఆ ప్రయోగాలలో భాగంగా –
కంటి నాడులు దెబ్బతిన్న ఎలుకలలో ఎడినో ఎసోసియేటెడ్ వైరస్‌ను వాహకంగా మార్చి ఎలుకల రెటీనాలోకి Oct-4, Sox 2, K.L.F.4 జన్యువులను చొప్పించారు. ఎలుకల రెటీనాలోనికి వెళ్లిన ఈ మూడు ఫాక్టర్స్ నాడుల పునరుద్ధరణ ప్రారంభంచడంతో వాటికి చూపు తిరిగి వచ్చింది. తరువాత గ్లకోమా తరహా అంధత్వంలో కూడా ఈ చికిత్సతో ఎలుకలలో చూపు తిరిగి వచ్చింది. పై విధంగా హార్వర్డ్ మెడికల్ స్కూల్ శాస్త్రజ్ఞులు రెటీనా లోని కణాల జీవగడియారాన్ని వెనక్కు తిప్పడం ద్వారా దెబ్బ తిన్న చూపును విజయవంతంగా వెనక్కు తీసుకొని రాగలిగారు.
వివిధ రంగాలలో రోజుకో అద్భుతం ఆవిష్కృతమౌతోంది. శాస్త్రజ్ఞులు జిజ్ఞాసువులు. వారి జ్ఞానార్తి కొనసాగుతూనే ఉంటుంది. మానవుడి పురోగవృద్ధి అంతా ఆ జిజ్ఞాస ఆధారంగా కొనసాగుతున్నదే.
