साइंसहब # 03: सिंथेटिक माइक्रोबायोलॉजी

प्रयोगशालाओं में जाने और यह देखने के लिए कि घरेलू वैज्ञानिक भविष्य में कैसे चल रहे हैं, हमने माइक्रोबायोलॉजिस्ट, जेनेटिक्स, कॉन्स्टेंटिन सेवरिनोव को देखा और उन्होंने हमें बताया कि जीव विज्ञान में सबसे सक्रिय धाराएं क्या हैं, वैज्ञानिकों को जल्द ही इस क्षेत्र में और किस तरह के कार्यों की आवश्यकता होगी वे तय करेंगे।

सिंथेटिक माइक्रोबायोलॉजी। मुद्दे के इतिहास के लिए

चूंकि बातचीत का विषय, पद के शीर्षक में इंगित किया गया है, सिंथेटिक माइक्रोबायोलॉजी जैसा लगता है, हम इसके साथ शुरू करेंगे। इस विज्ञान को परिभाषित करने के कई तरीके हैं, यह महत्वपूर्ण है कि इसमें सभी व्यवसायों और ज्ञान के क्षेत्रों को परस्पर जोड़ा गया है, क्योंकि यह क्लिक रसायन शास्त्र में था। लेकिन यहाँ बिंदु भी अंतःविषय नहीं है, लेकिन तथ्य यह है कि भौतिकविदों और गणितज्ञ अब गीले जीवविज्ञानियों की तुलना में जीव विज्ञान के लिए बहुत अधिक ला सकते हैं। वे क्या चाहते हैं: इस सवाल का जवाब देने के लिए कि कोशिका में जीन का काम कैसे नियंत्रित किया जाता है। ऐसा करने के लिए, उन्होंने कृत्रिम रूप से जीन में होने वाली प्रक्रियाओं का अनुकरण करना शुरू कर दिया।

माइक्रोबायोलॉजी का एक अन्य क्षेत्र यह है कि आप अपने आप को डीएनए अणु बना सकते हैं, और फिर इसे एक सेल में रख सकते हैं जिसमें कोई आनुवंशिक जानकारी नहीं है। तो एक नया सेल दिखाई देगा, जो प्रोग्रामर के साथ-साथ इसके निर्माता भी है, इस मामले में एक वैज्ञानिक।

कोन्स्टेंटिन सेवरिनोव: “सिंथेटिक माइक्रोबायोलॉजी तब सामने आई जब एक निश्चित संख्या में भौतिकविदों और गणितज्ञों ने पुरानी स्मृति से माइक्रोबायोलॉजी लेने का फैसला किया। जब भी भौतिकी या गणित में कोई संकट शुरू होता है - उनके पास देखने के लिए अधिक कुछ नहीं होता है - या तो फ़र्मेट की प्रमेय या हिग्स बोसॉन को साबित करने के लिए, वे जीव विज्ञान पर जाते हैं और वहां कुछ करना शुरू करते हैं। यह अच्छा है। और इस तरह की गतिविधि का नतीजा यह था कि भौतिकविदों ने सोचा कि वास्तव में कोशिका में जीन का काम कैसे नियंत्रित किया जाता है। जीवविज्ञानियों ने भी इससे निपटा, लेकिन भौतिकविदों ने दूसरी तरफ से संपर्क किया, उन्होंने इन प्रक्रियाओं का अनुकरण करना शुरू कर दिया, एक कोशिका में जीन कैसे काम करते हैं, इस प्रक्रिया को देखने के लिए विभेदक समीकरणों तक विभिन्न तरीकों का उपयोग करते हैं। यह पता चला कि कई मामलों में यह संभव है, कई स्थितियों के आधार पर जो वे स्वयं नियंत्रित करते हैं, सेल में काम करने वाले जीन के स्पेक्ट्रम को बदलने के लिए, जैविक रूप से सक्रिय पदार्थ जो सेल का उत्पादन करता है और इसी तरह। यह सिंथेटिक बायोलॉजी का हिस्सा है। एक बहुत ही उच्च तकनीकी स्तर का एक और सिंथेटिक जीवविज्ञान वह विज्ञान है जिसे क्रेग वेंटर विकसित करना जारी रखता है - एक आदमी जिसने मानव जीनोम का अनुक्रम किया, खुद। और यह विज्ञान यह है: यदि हम जीनोम को निर्धारित कर सकते हैं, अर्थात्, शरीर के पूरे जीन के अनुक्रमों की समग्रता, और यह डीएनए है, तो कोई भी हमें सिद्धांत रूप में इस तरह के डीएनए अणु को खुद से बनाने के लिए परेशान नहीं करता है। यह बहुत लंबा होगा, लेकिन हमने इसे खुद बनाया है। ”



जब 2000 के दशक की शुरुआत में मानव जीनोम पूरी तरह से निर्धारित किया गया था, और हम सभी तीन बिलियन "पत्र" पढ़ने में सक्षम थे, जिसमें यह शामिल है, एक नया क्षेत्र पैदा हुआ - जैव सूचना विज्ञान। यह उन सूचनाओं को संग्रहीत करने और उनका विश्लेषण करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जो आनुवंशिकीविद् प्राप्त करने में सक्षम थे। और अब, जब बहुत अधिक डेटा है, तो हमें गंभीर तकनीकी सहायता की आवश्यकता है। हमें कम से कम यह समझना चाहिए कि इस सभी डेटा को कैसे और कहां संग्रहीत करना है, इसके लिए क्या तकनीकों की आवश्यकता है। और जैव सूचना विज्ञान को विश्लेषण करना चाहिए, कुछ दिलचस्प दृश्यों की पहचान करनी चाहिए जिन्हें बाद में प्रयोग किया जा सकता है। यह जीव विज्ञान में अब सबसे आशाजनक क्षेत्रों में से एक है।

क्यों?

तथ्य यह है कि सिंथेटिक माइक्रोबायोलॉजी भविष्य के विज्ञान का एक आदर्श उदाहरण है, इसलिए, अब तक केवल परियोजनाएं हैं, और वैज्ञानिकों के परिणामों को महसूस करना असंभव है। लेकिन यह किन क्षेत्रों में लागू है। यह लागू होता है, उदाहरण के लिए, जैव ईंधन के लिए। यदि हम फिर भी पृथ्वी से हाइड्रोकार्बन को पंप करना बंद कर देते हैं, तो बैक्टीरिया को उनका उत्पादन करना होगा, जो वैज्ञानिकों द्वारा विशेष रूप से इसके लिए बनाया जाएगा। वे इसे बड़े पैमाने पर और बहुत सस्ते में कर सकते हैं।

केएस: "नेचर पत्रिका के अक्टूबर अंक में एक लेख प्रकाशित किया गया था, जहां यह दिखाया गया था कि सामान्य ई। कोलाई, जिसके जीवाणु हमारी आंतों में रहते हैं, को तेल के उत्पादन के लिए एक कारखाना बनाया गया था, या तेल नहीं, बल्कि तेल अपघटन उत्पादों का उपयोग किया जाता था, जिसका उपयोग किया जा सकता है। पेट्रोल। और यह इस तथ्य के कारण था कि विभिन्न विश्लेषण विधियों का उपयोग करते हुए, एंजाइमों के सेट विकसित किए गए थे जो एक स्निग्ध श्रृंखला, स्निग्ध पदार्थों का निर्माण कर सकते हैं - यह वही है जो तेल में साधारण अग्रदूतों से एक निश्चित लंबाई का होता है, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड, अमोनियम और इतने पर। , और यह पता चला कि एस्केरिचिया कोलाई, जिसमें ऐसे जीन पेश किए जाते हैं, वास्तव में हाइड्रोकार्बन का उत्पादन करता है। यहां से उस समय तक जब गैस स्टेशन पर संबंधित हाइड्रोकार्बन दिखाई देते हैं, अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है, लेकिन पहले कदम निश्चित रूप से कम से कम उद्यम निवेशकों को प्रभावित करेंगे। ”



दूसरा महत्वपूर्ण बिंदु जिस पर अब जीवविज्ञानियों की भारी ताकतों को फेंक दिया गया है, नई एंटीबायोटिक्स का निर्माण। यदि यह समस्या निकट भविष्य में हल नहीं होती है, तो मानवता 19 वीं शताब्दी की स्थिति में लौट सकती है, जब लोग उन बीमारियों से मर रहे थे जो अब हम इलाज करने में सक्षम हो रहे हैं, जैसे कि तपेदिक और हैजा। अब बैक्टीरिया एंटीबायोटिक दवाओं के रूपों के प्रतिरोधी हैं जो वैज्ञानिकों ने बनाए हैं। यही है, डार्विन के सिद्धांत के अनुसार, स्थिति प्राप्त की जाती है, क्योंकि जिन अस्पतालों में एंटीबायोटिक दवाओं का उपयोग किया जाता है, वहां एंटीबायोटिक दवाओं के लिए प्रतिरोधी बैक्टीरिया का चयन हुआ है। और अब वे वहां रहते हैं और प्रजनन करते हैं, और एंटीबायोटिक्स उन पर कार्रवाई नहीं करते हैं। तदनुसार, भविष्य में ऐसा हो सकता है कि हम अस्पताल में आएं, एक जीवाणु उठाएं जो आधुनिक मानकों से बेकार है, और मर जाते हैं।

केएस: "लेकिन अब जीनोमिक्स के विकास के साथ, एक समझ पैदा हुई है कि दुनिया में बैक्टीरिया की संख्या बहुत बड़ी है, और बैक्टीरिया की संख्या जो हम खेती कर सकते हैं, अर्थात, एक कप में विकसित होते हैं, बहुत छोटा है, अर्थात, सभी बैक्टीरिया का 99% हिस्सा अंधेरा है। द्रव्य - हम उनकी खेती नहीं कर सकते हैं, इसलिए हम उन्हें महसूस नहीं कर सकते हैं और औषधीय पदार्थों का उत्सर्जन कर सकते हैं। लेकिन जीनोमिक अनुक्रमों को निर्धारित करने के लिए इन तरीकों का विकास जो हमें अपने प्राकृतिक वातावरण के बजाय एक मॉडल जीव में जीन कार्य करने की अनुमति देता है, अचानक नए जीन की उपलब्धि के संदर्भ में संभावनाओं की एक सीमा को प्रकट करता है और नई एंटीबायोटिक दवाओं को जटिल करता है। जैव सूचनात्मक भविष्यवाणियां अवश्य की जानी चाहिए, ऐसे जीन जो कुछ दिलचस्प दे सकते हैं, को उजागर किया जाना चाहिए, और फिर किसी को सामने आना चाहिए जो इन जीनों को काम देगा। "

एक नए प्रकार के वैज्ञानिक

आधुनिक विश्वविद्यालयों में जीवविज्ञानी जो शिक्षा प्राप्त करते हैं, वह इन समस्याओं को हल करने के लिए पर्याप्त नहीं है। परीक्षण ट्यूबों और प्रयोगों से निपटने वाले "गीले" जीवविज्ञानी अतीत की बात होंगे, क्योंकि भविष्य के विशेषज्ञों को प्राप्त आंकड़ों का विश्लेषण करने में सक्षम होना चाहिए। इसके अलावा, अब संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप में ऐसी कंपनियां हैं जो यह सब "गीला" काम कर रही हैं। यह इतना महंगा नहीं है और यह उस स्थिति की तुलना में अधिक प्रभावी है जब प्रयोगशाला में वैज्ञानिक ऐसा ही करते हैं। यही है, एक विशेषज्ञ है जो मौजूदा डेटाबेस के आधार पर एक अवधारणा के साथ आता है, और इसे जांचने के लिए, वह कंपनी को कुछ जीन, उपभेदों या जीवों को तैयार करने का आदेश देता है, जिसके लिए वह अपनी भविष्यवाणियों की जांच करता है।

आदर्श रूप में, निश्चित रूप से, भविष्य के वैज्ञानिक को एक माइक्रोबायोलॉजिस्ट और जैव सूचना विज्ञान दोनों के कौशल को संयोजित करना चाहिए, लेकिन सबसे अधिक संभावना है कि जल्द ही ऑर्डर लेने वाली कोई फर्म नहीं होगी, लेकिन सभी आवश्यक प्रक्रियाओं को पूरा करने वाले रोबोट स्टेशन होंगे। यही है, आधुनिक अर्थों में वैज्ञानिकों की संख्या जो अपने हाथों से कुछ कर सकते हैं और कर सकते हैं, और जो लोग सोच सकते हैं, वे आगे की अवधारणाएं डालते हैं और रोबोट द्वारा प्राप्त आंकड़ों के आधार पर सिद्धांत मांग में होंगे।

ऐसे लोग कहां से आते हैं। अब आप केवल मौजूदा विशेषज्ञों को ही हटा सकते हैं, लेकिन सवाल यह उठता है कि किसको पीछे हटना है। कॉन्स्टेंटिन का मानना ​​है कि यह जीवविज्ञानी नहीं है, लेकिन गणितज्ञ जो जैविक प्रश्न को सही ढंग से बता सकते हैं और प्रयोग की योजना बना सकते हैं, लेकिन स्वयं प्रयोग से निपटते नहीं हैं। उनका मानना ​​है कि डेटा को समझने के लिए एक जीवविज्ञानी की तुलना में प्रायोगिक जीव विज्ञान को पढ़ाना आसान है, जो कि तरल पदार्थ और एक सूक्ष्म जीव के अध्ययन से संबंधित नहीं है।


केएस: “जाहिर है, कार्यबल का हिस्सा कंप्यूटर विश्लेषण में लगा हो सकता है। यह बैबेल की बोर्ज लाइब्रेरी के समान है - बड़ी संख्या में ग्रंथ - यह इतना बड़ा है कि इसमें सभी ग्रंथ मौजूद हैं जो मौजूद हैं, मौजूद हैं और मौजूद रहेंगे, लेकिन वे नहीं मिल सकते हैं। और हम खुद को एक समान स्थिति में पाते हैं, क्योंकि जिन मशीनों ने जीनोम को अनुक्रमित किया है, वे हर दिन ऐसा करते हैं। लाखों आनुवांशिक ग्रंथ अभी किसी तरह के डेटाबेस में हैं। उनमें सभी जीवित चीजों के बारे में जानकारी होती है। उदाहरण के लिए, कैंसर को कैसे पराजित करना है, इस बारे में जानकारी - एकमात्र सवाल यह है कि इसे कैसे खोजें, इसे कैसे व्यवस्थित करें, क्या देखना है, और क्या प्रश्न पूछना है। लेकिन जिन लोगों की मैं कल्पना नहीं कर सकता, उनकी संख्या के लिहाज से यह कितना सक्षम है। जैव सूचना विज्ञान एक लोकप्रिय पेशा है, और एक आणविक जीवविज्ञानी छोटा है। यह पता चला कि ये प्रतिभा वाले लोग हैं। ”

जो लोग पढ़ने में बहुत आलसी हैं, वे यहां कॉन्स्टेंटिन सेवरिनोव के साथ एक वीडियो देख सकते हैं।