सिंथेटिक जीव विज्ञान का जिन्न बाहर आ गया है, और इसके साथ शक्ति और संकट भी आता है

पृथ्वी पर लगभग चार अरब वर्षों के जीवन में पहली बार, एक प्रजाति न केवल सीख रही है जीवन की किताब पढ़ें लेकिन नए संस्करण लिखने के लिए.

प्राकृतिक दुनिया को समझने और समझाने की हमारी खोज का हमेशा दोहरा परिणाम रहा है: हर सफलता दुनिया को बदलने की हमारी क्षमता को भी बढ़ाती है। यह समझकर कि बीमारियाँ कैसे कार्य करती हैं, हम ऐसी दवाएँ और टीके बनाते हैं जो संक्रामक एजेंटों की व्यापकता को बदल देते हैं। चेचक का उन्मूलन इसका एक उदाहरण है। कुछ वंशानुगत विकारों के आधार को समझने का मतलब है कि आहार प्रबंधन प्रभावित लोगों को पूर्ण जीवन जीने में मदद कर सकता है। फेनिलकेटोनुरिया, एक ऐसी स्थिति जिसमें शरीर एक सामान्य अमीनो एसिड, फेनिलएलनिन को संसाधित नहीं कर सकता, एक ऐसा उदाहरण है।

जीन में वाचालता

जीवन के रूपों और कार्यों की असाधारण विविधता को समझने और समझाने के हमारे प्रयासों के मूल में एक अणु निहित है: डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड, जिसे इसके संक्षिप्त नाम डीएनए से जाना जाता है। डीएनए कोशिकाओं में रहता है, जो हमारे शरीर के निर्माण की इकाई है – वास्तव में किसी भी जीव की – और हम मनुष्य खरबों कोशिकाओं से बने हैं।

किसी कोशिका में मौजूद डीएनए को उसका जीनोम कहा जाता है। डीएनए का रैखिक धागा जो जीनोम बनाता है, उसमें चार अणुओं की वर्णमाला होती है, जिसे ‘ए’, ‘टी’, ‘जी’ और ‘सी’ अक्षरों द्वारा दर्शाया जाता है। एक जीनोम में हजारों जीन हो सकते हैं, और इन अक्षरों के विशिष्ट क्रम के माध्यम से, प्रत्येक जीन एक विशिष्ट प्रोटीन को एन्कोड कर सकता है। प्रोटीन अपने विभिन्न रूपों में वह सब कुछ बनाते हैं, या निर्माण में मदद करते हैं जो प्रत्येक कोशिका को अपना विशिष्ट कार्य करने के लिए आवश्यक होता है।

यदि हम एक साथ एक जीवाणु, एक फल मक्खी, एक चूहे और एक मनुष्य को देखें और उनकी बदलती जटिलता के बारे में सोचें, तो हम यह परिकल्पना करने के लिए प्रलोभित होंगे कि मनुष्य में मक्खी या जीवाणु की तुलना में कई हजार गुना अधिक जीन होते हैं। आख़िरकार, हम एक छोटे, एककोशिकीय जीवाणु से कहीं अधिक जटिल जीव हैं।

हालाँकि, आमतौर पर अध्ययन किया जाने वाला जीवाणु इशरीकिया कोली इसमें लगभग 4,300 जीन होते हैं। फल मक्खी, लगभग 17,000। चूहा, लगभग 21,000। और मनुष्य, लगभग 22,000। एक जीवाणु और मनुष्य के बीच जीन संख्या में केवल पांच गुना अंतर होता है। चूहे में हमसे अधिक प्रोटीन-कोडिंग जीन होते हैं, और एक जल पिस्सू में, डफ़नियामें लगभग 31,000 जीन हैं, जो हमसे या चूहे से भी अधिक हैं।

जीन में वाचालता, बातचीत की तरह, जटिलता का माप नहीं है। जिस तरह कोई किसी जटिल और सूचना-सघन चीज़ को एक छोटे, गैर-अनावश्यक पैराग्राफ में व्यक्त कर सकता है, उसी तरह सेल जीन उत्पादों में कैसे, कब, कितना और कहाँ व्यक्त किया जाता है, यह जटिलता निर्धारित करता है। जबकि जीन प्रोटीन को एनकोड करते हैं, उनके पास डीएनए अनुक्रम भी होते हैं जो जीन को कब, कहां और किस हद तक व्यक्त करते हैं, इसे विनियमित करने में शामिल होते हैं। ये नियामक क्षेत्र वे स्थान हैं जहां अन्य विशिष्ट प्रोटीन, जिन्हें प्रतिलेखन कारक कहा जाता है, जीन को ‘चालू’ और ‘बंद’ करने के लिए बाध्य करते हैं। ये नियामक प्रोटीन स्वयं जीन द्वारा एन्कोडेड होते हैं।

तीन असाधारण अंतर्दृष्टि

डीएनए अनुक्रमण की घटती लागत और बढ़ती गति का मतलब है कि आज हम अपने द्वारा चुने गए किसी भी जीव के जीनोम को अनुक्रमित कर सकते हैं। मानव जीनोम परियोजना की शुरुआत में, मानव जीनोम को अनुक्रमित करने में एक दशक से अधिक समय लगा, इसकी लागत करीब 3 अरब डॉलर थी और इसमें लगभग 20 देशों के हजारों वैज्ञानिक शामिल थे। आज यह एक छोटी सी प्रयोगशाला में कुछ ही घंटों में, कुछ सौ डॉलर की लागत से संभव है। जैसे-जैसे हमारी कम्प्यूटेशनल क्षमता बढ़ती है, वैसे-वैसे हमारे द्वारा अनुक्रमित जीनोम का अध्ययन करने की हमारी क्षमता भी बढ़ती है। जीवों में जीनोम अनुक्रमों का बढ़ता बैंक पृथ्वी पर सभी जीवन में तीन असाधारण अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।

सबसे पहले, जीनोम अनुक्रमों को एक साथ लेने से हमें ग्रह पर जीवन का इतिहास, जीवों की संबंधितता और जीवन के वृक्ष की विभिन्न तरीकों से शाखाएँ मिलती हैं। जीनोम जो उत्कृष्ट विवरण प्रदान करता है वह जीवाश्म रिकॉर्ड को पूरक करता है जहां यह उपलब्ध है – लेकिन यह हमें जीवन का इतिहास भी बताता है जहां कोई जीवाश्म रिकॉर्ड मौजूद नहीं है। मनुष्य का कोई भी सामाजिक इतिहास इतनी लंबी अवधि में इतनी सटीकता और परिशुद्धता प्रदान नहीं कर सकता है।

दूसरा, जब हम जीनोम की जांच इस संदर्भ में करते हैं कि कोई जीव (जीवाणु, पौधा या जानवर) अपने वातावरण में कैसे कार्य करता है, तो हम सीखते हैं कि वे कैसे अनुकूलित होते हैं। जीन, जिन्हें स्वार्थी के रूप में जाना जाता है, अपने संचरण के लिए एक वाहन के रूप में अपने मेजबान जीव के अस्तित्व का उपयोग करके अपना स्वयं का प्रसार सुनिश्चित करते हैं। जीनों में विविधताओं का अध्ययन करके, हम सीखते हैं कि जब जीव अपने वातावरण के अनुकूल होते हैं तो उत्परिवर्तन कैसे चुने जाते हैं। मानव आबादी जो आज टाइप II मधुमेह के लिए पूर्वनिर्धारित जीन रखती है, आम तौर पर उन समूहों से आती है जो ऐसे वातावरण में रहते थे जहां खाद्य आपूर्ति लंबे अंतराल पर चक्रीय रूप से बढ़ती और गिरती थी। आज के प्रचुर भोजन के माहौल में, यह आनुवंशिक विरासत बीमारी का कारण बनती है।

तीसरा, डीएनए अनुक्रमण की तरह, हम विभिन्न प्रकार के जीवों में सेलुलर वातावरण के सभी पहलुओं पर तेजी से विस्तृत जानकारी जमा कर रहे हैं – कौन से जीन व्यक्त किए जाते हैं, उनके उत्पाद कहां स्थानीयकृत होते हैं, वे क्या करते हैं, इत्यादि। जब एक साथ लिया जाता है, तो यह विस्तृत ‘कोशिका मानचित्र’ हमें हमारे द्वारा अध्ययन किए जाने वाले प्रत्येक जीव की कोशिका के भीतर की सभी जटिलताओं की एक तस्वीर दे सकता है। जब किसी कोशिका या जीव के पूरे जीवन पर एकत्र किया जाता है – और हम डेटा संग्रह के इस चरण से बहुत दूर हैं – विश्लेषण किए जाने वाले डेटा की मात्रा और जटिलता आश्चर्यजनक है। फिर भी ऐसे ‘बड़े डेटा’ को संग्रहीत करने, विश्लेषण करने और पूछताछ करने के उपकरण भी बढ़ रहे हैं।

हालाँकि संदेह बना हुआ है, इसलिए यह न केवल सिद्धांत रूप में, बल्कि व्यवहार में भी एक व्यवहार्य परियोजना हो सकती है। हम दुनिया भर में विविध प्रयासों से सामने आने वाली ऐसी व्यापक तस्वीरों की शुरुआती झलक पहले ही देख चुके हैं। इस सब से, कोई भी हमारी समझ में पर्याप्त प्रगति की उम्मीद कर सकता है कि जीवन अपनी विविधता में कैसे आया, जीव कैसे बने, और वे कैसे काम करते हैं। नई परिकल्पनाएँ बनाई जाएंगी और उनका परीक्षण किया जाएगा, और नए मौलिक ज्ञान और अनुप्रयोग सामने आएंगे।

पहले कभी नहीं देखा

इस ज्ञान से सिंथेटिक जीव विज्ञान में विस्तारित शक्ति आएगी। जीव बनाने के लिए जीन, कोशिकाएँ और वातावरण कैसे सहयोग करते हैं, इसकी हमारी समझ ने हमें पहले से ही कई तरीकों से प्रकृति को इंजीनियर करने में सक्षम बनाया है। लेकिन वर्तमान में जेनेटिक इंजीनियरिंग के साथ हम जो कर सकते हैं वह अब खुल रहे नए रास्ते की संभावनाओं की तुलना में मामूली है। कोशिकाओं और जीवों की इंजीनियरिंग न केवल एक या कुछ जीन के स्तर पर, बल्कि जीनोम-व्यापक पैमाने पर भी संभव हो रही है। ये प्रौद्योगिकियां अधिक सटीक, कम महंगी और अधिक सुलभ हो जाएंगी।

एआई द्वारा प्रदान की जाने वाली कंप्यूटिंग शक्ति और मेमोरी तक पहुंच के साथ, हमारे कंप्यूटर पर वांछित गुणों के साथ सेलुलर और पर्यावरणीय जानकारी का विश्लेषण करना और जीनोम या संपूर्ण जीनोम के अनुभागों को डिजाइन करना संभव है।

आज, जब ऐसे डिज़ाइन लागू किए जाते हैं तो क्या होता है इसकी भविष्यवाणी अभी भी कम है: कोशिकाएँ और जीव सरलीकरण का विरोध करने के लिए कुख्यात हैं सिलिको में भविष्यवाणियाँ. लेकिन विश्लेषणात्मक और प्रायोगिक कार्य के संयोजन से यह भी बदल जाएगा। रसायन, औषधियाँ, सामग्री और ईंधन बनाने वाली डिज़ाइनर कोशिकाएँ पहले से ही हमारे पास हैं, लेकिन वे आज जो हम देखते हैं उसकी तुलना में उनके उपयोग में सर्वव्यापी और कहीं अधिक व्यापक हो जाएँगी।

केवल जैव-प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों के लिए कोशिकाएं ही नहीं बनाई जाएंगी, बल्कि अक्सर ऐसे उत्पाद भी बनाए जाएंगे जो प्रकृति में पहले कभी नहीं देखे गए। बहुकोशिकीय जीवों, पौधों या जानवरों के जटिल नए रूपों का निर्माण भी एक वास्तविक संभावना है। किसी कोशिका के जीनोम को मानव द्वारा डिजाइन और निर्मित जीनोम से बदलना अब छोटे जीनोम के लिए संभव है और जल्द ही बड़े जीनोम के लिए भी संभव होगा।

2010 में, अमेरिकी वैज्ञानिक जे. क्रेग वेंटर (1946-2026) और उनकी टीम ने रासायनिक रूप से एक पूर्ण जीवाणु जीनोम को संश्लेषित किया और इसे एक जीवाणु कोशिका में पेश किया जिसका मूल डीएनए हटा दिया गया था। यह, प्रथम सन्निकटन में, डिजिटल रूप से निर्मित जीवन था। उन्होंने सिंथेटिक डीएनए के गैर-कोडिंग क्षेत्रों में तीन उद्धरणों को एन्कोड करके अपनी रचना को वॉटरमार्क किया – एक जैविक ‘सिफर’ जिसमें अक्षरों को कोडन में मैप किया गया था: जेम्स जॉयस, से एक युवा व्यक्ति के रूप में कलाकार का एक चित्र: “जीना, गलती करना, गिरना, जीतना, जीवन में से जीवन को फिर से बनाना”; रिचर्ड फेनमैन: “मैं जो नहीं बना सकता, उसे मैं समझ नहीं सकता”; और जे. रॉबर्ट ओपेनहाइमर: “चीजों को वैसे नहीं देखें जैसे वे हैं, बल्कि वैसे देखें जैसे वे हो सकती हैं।”

हालाँकि हम वर्तमान में जीनोम-व्यापी संश्लेषण की गति और लागत से सीमित हैं, यह बदल जाएगा। तब बड़े जीनोम बनाना, उन्हें हमारे द्वारा निर्मित परिभाषित सेलुलर वातावरण में पेश करना, या निषेचित अंडों में पेश करना संभव होगा जिनके स्वयं के जीनोम हटा दिए गए हैं।

महान शक्ति के साथ

इस टॉप-डाउन दृष्टिकोण को लागू करते हुए, जो जीवन के नए रूपों को बनाने के लिए अरबों वर्षों के जीनोमिक इतिहास का उपयोग करता है, एक बॉटम-अप विकल्प है। जैक सज़ोस्टक और अन्य लोगों द्वारा प्रवर्तित इस दृष्टिकोण का उद्देश्य एक मौलिक कोशिका को खरोंच से संश्लेषित करना है, जिससे मॉडलिंग की जा सके कि पहला जीनोम लिखे जाने से पहले शुरुआती जीवित प्रणालियाँ कैसी दिखती होंगी।

शिकागो विश्वविद्यालय में स्ज़ोस्टक की प्रयोगशाला प्रोटोकल्स – फैटी-एसिड वेसिकल्स का निर्माण करती है जो स्वचालित रूप से बंद झिल्ली बना सकते हैं, आरएनए को घेर सकते हैं, और, सही परिस्थितियों में, उस आरएनए की प्रतिलिपि बना सकते हैं और विभाजित कर सकते हैं। इसका उद्देश्य इस महान रहस्य को सुलझाना है कि निर्जीव रसायन विज्ञान से जीवन की उत्पत्ति सबसे पहले कैसे हुई। इस दिशा में काम करते हुए, हम भी नई और जटिल स्व-प्रतिकृति जैविक प्रणाली बनाने की शक्ति विकसित करेंगे।

यह सब उस ‘जिन्न पहेली’ को जन्म देता है जिससे मानवता सदियों से जूझती रही है। ब्रह्मांड को समझने की हमारी खोज ने दीपक से जिन्न को मुक्त कर दिया है। अंदर रखा गया जिन्न किसी काम का नहीं है और, अधिक प्रासंगिक, हम मानव विचार और रचनात्मकता को पट्टे पर देते हैं। जारी लेकिन अनियमित, हम नई और अप्रत्याशित समस्याएं पैदा करने का जोखिम उठाते हैं। जारी किए गए और बुद्धिमानी से उपयोग किए जाने पर, एप्लिकेशन कई और मूल्यवान हैं।

ये ऐसी चुनौतियाँ हैं जिनका नियामकों को न केवल जीव विज्ञान में बल्कि अन्य क्षेत्रों में भी सामना करना पड़ता है: उदाहरण के लिए, कोई रसायन विज्ञान या परमाणु ऊर्जा को कैसे नियंत्रित करता है? लेकिन जीवन की इंजीनियरिंग में एक विशेषता है जो अंतरिक्ष यान या परमाणु संयंत्र की इंजीनियरिंग में नहीं है: जानकारी को स्व-प्रतिकृति उत्पाद में परिवर्तित करने की क्षमता। यहां, हमें ‘चीजों को वैसे नहीं देखना चाहिए जैसे वे हैं, बल्कि वैसे देखना चाहिए जैसा वे हो सकती हैं।’ दोनों के लिए कि क्या किया जाना चाहिए, और इसके लिए कि हमें क्या करने से बचना चाहिए।

के विजयराघवन हैंडीएई-होमी भाभा चेयर, टीआईएफआर-नेशनल सेंटर फॉर बायोलॉजिकल साइंसेज, बेंगलुरु।