Human artificial chromosome
ಮಾನವ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತು (ಎಚ್ಎಸಿ) ಒಂದು ಸೂಕ್ಷ್ಮ ವರ್ಣತಂತು, ಇದು ಮಾನವ ಜೀವಕೋಶಗಳ ಜನಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಹೊಸ ವರ್ಣತಂತುಗಳಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಅಂದರೆ, 46 ವರ್ಣತಂತುಗಳ ಬದಲಿಗೆ, ಜೀವಕೋಶವು 47 ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರಬಹುದು, 47 ನೇಯದು ತುಂಬಾ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ, ನೈಸರ್ಗಿಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳಿಗೆ 50-250 Mb ಬದಲಿಗೆ ಸ್ಥೂಲವಾಗಿ 6-10 ಮೆಗಾಬೇಸ್ಗಳು (Mb) ಗಾತ್ರದಲ್ಲಿರುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಮಾನವ ಸಂಶೋಧಕರು ಪರಿಚಯಿಸಿದ ಹೊಸ ವಂಶವಾಹಿಗಳನ್ನು ಸಾಗಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಆದರ್ಶಪ್ರಾಯವಾಗಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ರೋಗದ ರಕ್ಷಣೆ ಸೇರಿದಂತೆ ವಿವಿಧ ಕಾರ್ಯಗಳನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವ ವಿವಿಧ ವಂಶವಾಹಿಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಬಹುದು. ಯೀಸ್ಟ್ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳು ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳನ್ನು ಬಳಸುವಂತಹ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಜೀನ್ಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವ ಪರ್ಯಾಯ ವಿಧಾನಗಳು ಅನಿರೀಕ್ಷಿತ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತವೆ. ಈ ವಾಹಕಗಳು ಪರಿಚಯಿಸಿದ ಆನುವಂಶಿಕ ವಸ್ತುವು ವಿಭಿನ್ನ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುವುದಲ್ಲದೆ, ಒಳಸೇರಿಸುವಿಕೆಯು ಮೂಲ ಜೀನೋಮ್ ಅನ್ನು ಸಹ ಅಡ್ಡಿಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಎಚ್ಎಸಿಗಳು ಈ ವಿಷಯದಲ್ಲಿ ಭಿನ್ನವಾಗಿರುತ್ತವೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಅವು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳಾಗಿವೆ. ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಆನುವಂಶಿಕ ವಸ್ತುಗಳಿಂದ ಈ ಬೇರ್ಪಡಿಸುವಿಕೆಯು ಯಾವುದೇ ಒಳಸೇರಿಸುವ ರೂಪಾಂತರಗಳು ಉದ್ಭವಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದು ಊಹಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ನಿಖರತೆಯು ಎಚ್ಎಸಿಗಳನ್ನು ವೈರಲ್ ವಾಹಕಗಳು, ವೈಎಸಿಗಳು ಮತ್ತು ಬಿಎಸಿಗಳಂತಹ ಇತರ ವಿಧಾನಗಳಿಗಿಂತ ಆದ್ಯತೆ ನೀಡುತ್ತದೆ. ಎಚ್ಎಸಿಗಳು ವೈರಲ್ ವಾಹಕಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಾಧ್ಯವಾದಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿನ ಡಿಎನ್ಎಯನ್ನು (ಪ್ರವರ್ತಕರು ಮತ್ತು ನಕಲು-ಸಂಖ್ಯೆಯ ವ್ಯತ್ಯಾಸವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ) ತಲುಪಿಸಲು ಅವಕಾಶ ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತವೆ. ಯೀಸ್ಟ್ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳು ಮತ್ತು ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳನ್ನು ಮಾನವನ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳ ಮೊದಲು ರಚಿಸಲಾಯಿತು, ಇವುಗಳನ್ನು ಮೊದಲು 1997 ರಲ್ಲಿ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಯಿತು. ಎಚ್ಎಸಿಗಳು ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿ ಅಧ್ಯಯನಗಳಲ್ಲಿ ಜೀನ್ ವರ್ಗಾವಣೆ ವಾಹಕಗಳಾಗಿ, ಮಾನವ ವರ್ಣತಂತು ಕಾರ್ಯವನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸುವ ಸಾಧನವಾಗಿ ಮತ್ತು ಮಾನವ ಜೀನೋಮ್ ಅನ್ನು ಸಕ್ರಿಯವಾಗಿ ಟಿಪ್ಪಣಿ ಮಾಡುವ ವಿಧಾನವಾಗಿ ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿವೆ. ಮಾನವ HT1080 ಜೀವಕೋಶಗಳಲ್ಲಿ ಟೆಲೋಮೆರಿಕ್ ಮತ್ತು ಜೀನೋಮಿಕ್ ಡಿಎನ್ಎಗೆ ಆಲ್ಫಾ-ಉಪಗ್ರಹ ಡಿಎನ್ಎ ಅನ್ನು ಸೇರಿಸುವ ಮೂಲಕ 1997 ರಲ್ಲಿ ಎಚ್ಎಸಿಗಳನ್ನು ಮೊದಲ ಬಾರಿಗೆ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಯಿತು. ಇದು ಆಸಕ್ತಿಯ ಡಿಎನ್ಎಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಹೊಸ ಮೈಕ್ರೋಕ್ರೊಮೊಸೋಮ್ಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು, ಜೊತೆಗೆ ಟೆಲೋಮೆರಿಕ್ ಮತ್ತು ಸೆಂಟ್ರೋಮೆರಿಕ್ ಅನುಕ್ರಮಗಳಂತಹ ರಚನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಮತ್ತು ಮೈಟೋಟಿಕ್ ಆಗಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿರಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುವ ಅಂಶಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು. ಹೊಸ ಎಚ್ಎಸಿ ರಚನೆಯ ಕಷ್ಟದಿಂದಾಗಿ, ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಕೈಬಿಡಲಾಗಿದೆ. ನಿರ್ಮಾಣ ವಿಧಾನಗಳು ಮಾನವ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತು ವಾಹಕಗಳ ಸೃಷ್ಟಿಗೆ ಪ್ರಸ್ತುತ ಎರಡು ಸ್ವೀಕೃತ ಮಾದರಿಗಳಿವೆ. ಮೊದಲನೆಯದು ನೈಸರ್ಗಿಕ ಮಾನವ ವರ್ಣತಂತುಗಳನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸುವ ಮೂಲಕ ಸಣ್ಣ ಸೂಕ್ಷ್ಮ ವರ್ಣತಂತುಗಳನ್ನು ರಚಿಸುವುದು. ನೈಸರ್ಗಿಕ ವರ್ಣತಂತುಗಳನ್ನು ಮೊಟಕುಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ ಇದನ್ನು ಸಾಧಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ನಂತರ ಕ್ರೀ-ಲಾಕ್ಸ್ ಮರುಸಂಯೋಜನೆಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಮೂಲಕ ವಿಶಿಷ್ಟ ಆನುವಂಶಿಕ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಎರಡನೇ ವಿಧಾನವು ಹೊಸ ವರ್ಣತಂತು ಡಿ ನೊವೊದ ಅಕ್ಷರಶಃ ರಚನೆಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಹೊಸ ಎಚ್ಎಸಿ ರಚನೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ಪ್ರಗತಿಯು ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಅನೇಕ ದೊಡ್ಡ ಜೀನೋಮಿಕ್ ತುಣುಕುಗಳು ಹೊಸ ವಾಹಕಗಳಲ್ಲಿ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಡಿ ನೊವೊ ವೆಕ್ಟರ್ ರಚನೆಯನ್ನು ಸೀಮಿತಗೊಳಿಸುವ ಮತ್ತೊಂದು ಅಂಶವೆಂದರೆ ನಿರ್ಮಾಣಕ್ಕೆ ಯಾವ ಅಂಶಗಳು ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ ಎಂಬುದರ ಬಗ್ಗೆ ಸೀಮಿತ ಜ್ಞಾನ, ನಿರ್ದಿಷ್ಟವಾಗಿ ಸೆಂಟ್ರೋಮೆರಿಕ್ ಅನುಕ್ರಮಗಳು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಸೆಂಟ್ರೋಮೆರಿಕ್ ಅನುಕ್ರಮಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುವ ಸವಾಲುಗಳನ್ನು ಜಯಿಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಲಾಗಿದೆ. 2009 ರ ಅಧ್ಯಯನವು ಎಚ್ಎಸಿಗಳ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಪ್ರಯೋಜನಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ಅತ್ಯಂತ ದೊಡ್ಡ ಜೀನೋಮಿಕ್ ತುಣುಕುಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಹೊಂದಿರುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯ. ಸಂಶೋಧಕರು 2.4Mb ಡಿಸ್ಟ್ರೋಫಿನ್ ವಂಶವಾಹಿಯನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಿದರು, ಇದರಲ್ಲಿ ರೂಪಾಂತರವು ಡಚೆನ್ ಮಸ್ಕ್ಯುಲರ್ ಡಿಸ್ಟ್ರೋಫಿಯ ಪ್ರಮುಖ ಕಾರಣ ಅಂಶವಾಗಿದೆ. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಎಚ್ಎಸಿಯು ಮೈಟೋಟಿಕ್ ಆಗಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿತ್ತು, ಮತ್ತು ಚಿಮೆರಿಕ್ ಇಲಿಗಳಲ್ಲಿ ಡಿಸ್ಟ್ರೋಫಿನ್ ಅನ್ನು ಸರಿಯಾಗಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಿತು. ಡಿಸ್ಟ್ರೋಫಿನ್ ಅನ್ನು ಸರಿಯಾಗಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸುವ ಹಿಂದಿನ ಪ್ರಯತ್ನಗಳು ವಿಫಲವಾಗಿವೆ. ಅದರ ದೊಡ್ಡ ಗಾತ್ರದ ಕಾರಣ, ಇದನ್ನು ಹಿಂದೆಂದೂ ವೆಕ್ಟರ್ ಆಗಿ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ. 2010ರಲ್ಲಿ, 21ಎಚ್ಎಸಿ ಎಂಬ ಸಂಸ್ಕರಿಸಿದ ಮಾನವ ಕೃತಕ ವರ್ಣತಂತು ವರದಿಯಾಗಿದೆ. 21ಎಚ್ಎಸಿ ಮಾನವನ ಕ್ರೋಮೋಸೋಮ್ 21ರ ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾದ ನಕಲನ್ನು ಆಧರಿಸಿದೆ, ಇದು 5ಎಂಬಿ ಉದ್ದದ ಕ್ರೋಮೋಸೋಮ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಕ್ರೋಮೋಸೋಮ್ 21 ರ ಕತ್ತರಿಸುವಿಕೆಯು ಮಾನವನ ಕೃತಕ ಕ್ರೋಮೋಸೋಮ್ಗೆ ಕಾರಣವಾಯಿತು, ಅದು ಮೈಟೋಟಿಕ್ ಆಗಿ ಸ್ಥಿರವಾಗಿತ್ತು. 21ಎಚ್ಎಸಿಯನ್ನು ವಿವಿಧ ಪ್ರಭೇದಗಳಿಂದ (ಇಲಿಗಳು, ಕೋಳಿಗಳು, ಮಾನವರು) ಜೀವಕೋಶಗಳಿಗೆ ವರ್ಗಾಯಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. 21ಎಚ್ಎಸಿಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು, ಸಂಶೋಧಕರು ಹರ್ಪಿಸ್ ಸಿಂಪ್ಲೆಕ್ಸ್ ವೈರಸ್ ಥೈಮಿಡಿನ್ ಕೈನೇಸ್ ಕೋಡಿಂಗ್ ಜೀನ್ ಅನ್ನು ಗೆಡ್ಡೆಯ ಜೀವಕೋಶಗಳಲ್ಲಿ ಸೇರಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. ಅನೇಕ ಆಂಟಿವೈರಲ್ ಔಷಧಿಗಳನ್ನು ಸಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸಲು ಈ "ಆತ್ಮಹತ್ಯೆ ಜೀನ್" ಅಗತ್ಯವಿದೆ. ಈ ಉದ್ದೇಶಿತ ಗೆಡ್ಡೆಯ ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ಆರೋಗ್ಯಕರ ಜೀವಕೋಶಗಳು ಸೇರಿದಂತೆ ಜನಸಂಖ್ಯೆಯಲ್ಲಿ ಆಂಟಿವೈರಲ್ ಔಷಧ ಗ್ಯಾನ್ಸಿಕ್ಲೋವಿರ್ ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿ ಮತ್ತು ಆಯ್ದವಾಗಿ ಕೊನೆಗೊಳಿಸಿತು. ಈ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಜೀನ್ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯಲ್ಲಿ ಎಚ್ಎಸಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಲು ವಿವಿಧ ಅವಕಾಶಗಳನ್ನು ತೆರೆಯುತ್ತದೆ. 2011 ರಲ್ಲಿ, ಸಂಶೋಧಕರು ಕ್ರೋಮೋಸೋಮ್ 14 ಅನ್ನು ಮೊಟಕುಗೊಳಿಸುವ ಮೂಲಕ ಮಾನವ ಕೃತಕ ಕ್ರೋಮೋಸೋಮ್ ಅನ್ನು ರಚಿಸಿದರು. ನಂತರ ಕ್ರೀ-ಲಾಕ್ಸ್ ಮರುಸಂಯೋಜನೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಜೆನೆಟಿಕ್ ವಸ್ತುವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲಾಯಿತು. ಈ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಅಧ್ಯಯನವು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಜೀನೋಮಿಕ್ ಡಿಎನ್ಎಯ ಭಾಗಗಳನ್ನು ಬಿಡುವ ಮೂಲಕ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿ ಮಟ್ಟಗಳಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಗಳ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಿದೆ. ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ ಟೆಲೋಮೆರಿಕ್ ಮತ್ತು ಉಪ-ಟೆಲೋಮೆರಿಕ್ ಅನುಕ್ರಮಗಳನ್ನು ಬಿಡುವ ಮೂಲಕ, ಸಂಶೋಧಕರು ಎರಿಥ್ರೋಪೊಯೆಟಿನ್ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಜೀನ್ ಕೋಡಿಂಗ್ನ ಅಭಿವ್ಯಕ್ತಿ ಮಟ್ಟವನ್ನು 1000 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. ಎರಿಥ್ರೋಪೊಯೆಟಿನ್ ಕೆಂಪು ರಕ್ತ ಕಣಗಳ ರಚನೆಯನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದರಿಂದ ಈ ಕೆಲಸವು ದೊಡ್ಡ ಜೀನ್ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಸಹ ಹೊಂದಿದೆ. ಮಾನವ ರೋಗದ ಪ್ರಾಣಿ ಮಾದರಿಗಳಾಗಿ ಮತ್ತು ಚಿಕಿತ್ಸಕ ಉತ್ಪನ್ನಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಟ್ರಾನ್ಸ್ಜೆನಿಕ್ ಪ್ರಾಣಿಗಳನ್ನು ರಚಿಸಲು ಎಚ್ಎಸಿಗಳನ್ನು ಬಳಸಲಾಗಿದೆ. ಪ್ಲಾಸ್ಮಿಡ್ ಕಾಸ್ಮಿಡ್ ಫೋಸ್ಮಿಡ್ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಆಣ್ವಿಕ ಜೀವಶಾಸ್ತ್ರವನ್ನೂ ನೋಡಿ.