குரோமாட்டின் நிலை மாற்றங்களும் மரபணுப் பொருள் பொறியியலின் எதிர்காலமும்

குரோமாட்டின் (chromatin) என்பது நம் உயிரணுக்களில் இருக்கும் மரபணுத் தகவல் சேமிப்பகத்தின் பொருளாதார வடிவம். குரோமாட்டின் திரவமாய் செயல்படுகிறதா அல்லது உறைந்த திண்மமாய் (solid- like) இருக்கிறதா என்பதை DNAவிலுள்ள  சில எழுத்துக்களை  மாற்றுவதால் தீர்மானிக்க முடியும் என்கிறது  சமீபத்திய அறிவியல் ஆய்வுகள். இந்த மாற்றம், எந்தப் புரதம் தயாராகிறது என்பதை மாற்றாமல், DNA இருக்கும் பொருளின் தன்மையை மாற்றுகிறது என்பதால் இது மிகவும் சுவாரஸ்யமான தரவாகக் கருதப்படுகிறது.

ஒரு வாதுமைப் பழத்திற்குள் ஒளிந்திருக்கும் பிரபஞ்சம்

மனித உடலின் ஒவ்வொரு உயிரணுவும் பிரம்மாண்டமான நூலகத்திற்கு ஒப்பானது. அந்த நூலகத்தின் அலமாரிகளில் அடுக்கி வைக்கப்பட்டிருக்கும் தகவல்கள் வெறும் காகித வடிவில் இல்லாமல், நீண்ட கயிறு போன்ற மூலக்கூறு வடிவில் இருக்கின்றன. அதுவே டி.என்.ஏ (DNA). ஒரு சராசரி மனித உயிரணுவின் உட்கருவிற்குள் (Nucleus) இருக்கும் டி.என்.ஏ இழையை முழுமையாக நீட்டினால், அதன் நீளம் சுமார் இரண்டு மீட்டர்களாக இருக்கும். ஆனால், அந்த உட்கருவின் விட்டமோ வெறும் 8 முதல் 10 மைக்ரோமீட்டர் (10^-6 m) மட்டுமே. இந்த பிரம்மாண்டமான நீளத்தை இவ்வளவு சிறிய இடத்திற்குள் அடைப்பது என்பது சாதாரண நிகழ்வு அல்ல. இது 7,500 மீட்டர் நீளமுள்ள சிலந்தி இழை நூலை சிறிய வாதுமைப் பழத்திற்குள் (Walnut) சிக்கலில்லாமல் அடைப்பதற்குச் சமமானது.

இந்த “பேக்கிங்” (Packing) அதிசயம் எவ்வாறு நிகழ்கிறது? இது வெறும் நெருக்கமாக அடுக்கப்படும் செயலற்ற குவியல் அல்ல. இது “குரோமாட்டின்” (Chromatin) எனப்படும் உயிருள்ள, இயங்குதன்மை கொண்ட பொருள் கட்டமைப்பாகும். சமீபகாலம் வரை, டி.என்.ஏ என்பது வெறும் தகவல்களைச் சுமந்து செல்லும் ஒரு குறியீடாகவே பார்க்கப்பட்டது. ஆனால், நவீன மூலக்கூறு உயிரியல் மற்றும் மென்பொருள் இயற்பியல் (Soft Matter Physics) ஆகியவற்றின் சங்கமம், குரோமாட்டினை “செயல்பாட்டுப் பொருளாக” (Functional material) நமக்கு அறிமுகப்படுத்துகிறது. குறிப்பாக, குரோமாட்டின் திரவத்தைப் போல (Liquid-like) இயங்குகிறதா அல்லது உறைந்த திண்மத்தைப் போல (Solid-like) இருக்கிறதா என்பது உயிரணுவின் ஆரோக்கியத்தைத் தீர்மானிக்கிறது. வெறும் ஐந்து டி.என்.ஏ எழுத்துக்கள் இந்த ஒட்டுமொத்தப் பண்பையும் தலைகீழாக மாற்ற முடியும் என்ற சமீபத்திய கண்டுபிடிப்பு, உயிரியல் உலகையே வியப்பில் ஆழ்த்தியுள்ளது.

 குரோமாட்டினின் வரலாறு மற்றும் கண்டுபிடிப்பு

குரோமாட்டின் என்ற சொல் “குரோமா” (Chroma) என்ற கிரேக்கச் சொல்லிலிருந்து உருவானது, இதற்கு “வண்ணம்” என்று பொருள். 1879 ஆம் ஆண்டில் ஜெர்மன் உயிரணுவியலாளர் வால்டர் பிளெமிங் (Walther Flemming), உயிரணுக்களைச் சாயமிட்டுப் பார்த்தபோது, உட்கருவின் உள்ளே சில பகுதிகள் மட்டும் அடர்த்தியாகத் தெரிவதைக் கண்டார். அந்த வண்ணப் பொருளுக்கே அவர் குரோமாட்டின் என்று பெயரிட்டார். தொடக்கத்தில் இது வெறும் கருமை நிறப் பொருளாகவே கருதப்பட்டது.

இருப்பினும், 1940-களில் கான்ராட் வாடிங்டன் (Conrad Waddington) என்பவரால் முன்வைக்கப்பட்ட “மேல்மரபியல்” (Epigenetics) என்ற கருத்து, குரோமாட்டினின் செயல்பாட்டு முக்கியத்துவத்தை உணர்த்தியது. டி.என்.ஏ வரிசையை மாற்றாமல், அந்தத் தகவல்கள் எப்படி வெளிப்படுகின்றன என்பதைத் தீர்மானிப்பதில் குரோமாட்டினின் கட்டமைப்பு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது என்பதை அவர் விளக்கினார். அன்று முதல் இன்று வரை, குரோமாட்டின் என்பது தகவலின் வடிவமாகவும் (Information state), இயற்பியல் பொருளாகவும் (Material state) ஆராயப்பட்டு வருகிறது.

மூலக்கூறு கட்டுமானப் பணிகள் – டி.என்.ஏ முதல் குரோமோசோம் வரை

டி.என்.ஏ-வை நீண்ட கயிறு என்று வைத்தால், அதைச் சுருட்டி வைப்பதற்குக் கைராட்டினம் (Reel) போன்ற அமைப்பு தேவைப்படுகிறது. அந்த வேலையை “ஹிஸ்டோன்” (Histone) புரதங்கள் செய்கின்றன.

டி.என்.ஏ இழையானது எட்டு ஹிஸ்டோன் புரதங்கள் கொண்ட உருளையைச் சுற்றிச் சுருட்டப்படுகிறது. இந்த அமைப்பிற்கு “நியூக்ளியோசோம்” (Nucleosome) என்று பெயர். இதை உயிர் கட்டமைப்பின் செங்கல் என்றும் கூறலாம்.

இதன் மையப் பகுதியில் 147 டி.என்.ஏ எழுத்துக்கள் (Base pairs) ஹிஸ்டோன் உருளையைச் சுற்றி சுமார் 1.65 முதல் 1.75 முறை சுற்றப்பட்டிருக்கும். இரண்டு நியூக்ளியோசோம்களுக்கு இடையே உள்ள பாலமாகச் செயல்படும் 10 முதல் 70 எழுத்துக்கள் நீளம் கொண்ட பகுதியை, இணைப்பான் டி.என்.ஏ (Linker DNA) என்று கூறப்படுகிறது. ஹிஸ்டோன் H1 (Linker Histone) என்ற இணைப்பான் டி.என்.ஏ-வில் அமர்ந்து, நியூக்ளியோசோமை ஒரு முத்திரை வைப்பது போல் பூட்டுகிறது.

இந்த நியூக்ளியோசோம்கள் மாலையில் உள்ள மணிகளைப் போல அடுக்கப்பட்டு “குரோமாட்டின் இழை” (Chromatin fiber) உருவாகிறது. இது மேலும் சுருட்டப்பட்டு, இறுதியில் நாம் மைக்ரோஸ்கோப்பில் பார்க்கும் “குரோமோசோம்களாக” மாறுகிறது.

மரபணு வரிசை மற்றும் கட்டமைப்பு இணைப்பு

இது எதற்கெல்லாம் முக்கியம்? இதுவரை உயிரியியலில் பெரும்பாலும் மரபணு குறியீட்டு வரிசையில் நடக்கும் மாற்றங்களையே முக்கியமாய் கருதி வந்தோம். எந்த இடத்தில் பிறழ்வு (mutation) நடந்தால் எந்த புரதத்தில் மாற்றம் வரும்? எந்த நோய் உருவாகும்? என்ற கேள்விகள் மையத்தில் இருந்தன. இந்த புதிய ஆராய்ச்சி, வரிசையில் இருக்கும் சில சிறிய மாற்றங்களால் மரபணுத்தொகுதியை எந்த வடிவில் மடக்கி வைத்து, அந்த பகுதியை நெகிழ்வாகவோ அல்லது கடினமானகவோ நிர்ணயிக்க முடியும் என்று சொல்லுகிறது.

அதாவது, “மரபணு கட்டமைப்பு” – டி.என்.ஏ எப்படி முப்பரிமாண அமைப்பில் வளைந்து மடங்கியிருக்கிறது, எந்த பகுதிகள் ஒன்றுக்கொன்று அருகில் வந்து குழுக்கள் உருவாகிறது, எந்த சுழல்கள் உருவாகிறது – இதற்கு மரபணு குறியீடு இல்லாத இடங்களிலும் சில base–களும் முக்கிய பாத்திரம். இந்த முறையில், தகவல் என்பது டி.என்.ஏ எழுத்துக்களில் மட்டும் இல்லாமல், அந்த எழுத்துகள் உருவாக்கும் பொருள் நிலையிலும் இருப்பது போன்ற ஒரு புதிய பார்வையை இது வலுப்படுத்துகிறது.

இந்த கட்டமைப்பிலுள்ள பேக்கிங் நிலைகளை  சற்று ஒப்பீடலாம்: முதல் நிலையில்  உள்ள டி.என்.ஏ இரட்டைச் சுருள் (2 nm) தகவல் குறியீட்டு செயல்பாட்டை குறிக்கிறது. இரண்டாவதாக  தளர்வான  நிலையில்  உள்ள  மணிகோர்த்த மாலை (யுக்ரோமாட்டின், 11 nm), மூன்றாம் கட்டில் அடர்த்தியான நிலையிலுள்ள சுருட்டப்பட்ட ஹெட்டோரோகுரோமாட்டின்  இழை (30-nm fiber) இறுதியாக செல் பிரிதலுக்கான உறைந்த நிலையில் காணப்படும் குரோமோசோம் (700-1400 nm).

ஒவ்வொரு மனிதச் செல்லிலும், கிட்டத்தட்ட இரண்டு மீட்டர் நீளமுள்ள டி.என்.ஏ, சில மைக்ரோமீட்டர் அளவுள்ள நுண்கருவில் நெருக்கமாக அடுக்கப்படுகிறது. இந்த அசாதாரண “பேக்கிங்” இயல்பை உருவாக்குவது நியூக்ளியோசோம் என்ற புரதக் கூட்டுகள். சிறிய உருளைகளாக இருக்கும் இவற்றைச் சுற்றி டி.என்.ஏ பல தடவைகள் சுருட்டி மடக்கப்பட்டிருக்கிறது. இதெல்லாம் சேர்ந்து உருவாக்கப்படும் அமைப்பு தான் குரோமாட்டின்.

இது வெறும் “கட்டு” அல்ல; அது மரபணுக்களுக்கான மேடை. எந்த மரபணு எளிதாக படிக்கப்படும்?

எந்த பகுதி மூடப்பட்டு இருக்கும்? எந்த இடத்தில் டி.என்.ஏ சுலபமாக வளைந்து, சுற்றிப் போகும்? – இவை எல்லாவற்றையும் குரோமாட்டின்அமைப்பு தீர்மானிக்கும். சில பகுதிகள் தண்ணீர் போல எளிதாகக் கலக்கும், நகரும் என்ஜைம்கள் வந்து வேலை செய்யும் இடம். சில  திடமான பகுதிகள்  – சற்று மந்தம், நெருக்கம், வலுவாக அடுக்கப்பட்ட, அணுக முடியாத இடம். தற்போதைய ஆய்வுகள் இந்த திரவ–திண்ம இயல்பைத்தான் இப்போது அதிக கவனத்திற்கு கொண்டு வந்துள்ளது.

சமீபத்திய ஆய்வில், விஞ்ஞானிகள் இணைப்பான் டி.என்.ஏ வரிசையில் உள்ள வெறும் ஐந்து களைச் சரியாகத் தேர்ந்தெடுத்து மாற்றினாலே, அந்தப் பகுதியில் திரவம் போல இருக்கும் குரோமாட்டின் திடமான அமைப்புக்கு மாறிவிடும் என்று காட்டியுள்ளனர். இந்த மாற்றம்  மரபணு குறியீட்டை மாற்றவில்லை – புரதத்தின் அமினோ அமிலத்தின் வரிசை அப்படியே  தான் இருக்கும். ஆனால், அந்த மரபணு இருக்கும் இடத்தின் இயற்பியல் நிலை, அதாவது பொருளாதார தன்மை மட்டும் முற்றிலும் வேறு நிலைக்கு மாறுகிறது.

இதனால் மேல்மரபியல் நிலை, அதாவது  டி.என்.ஏ. மீது படியும் ரசாயன அடையாளங்கள், அது  சுற்றும் விதம், அதன் பேக்கிங் முறை உட்பட அந்த இடத்தின் இயந்திர பண்புகளான விறைப்புத்தன்மை, இயக்கம் மற்றும் சுருங்கும் போக்கு) நேரடி உறவு இருக்கிறது என்பதைக் காட்டுகிறது. ஒரு மிகச் சிறிய குறியீடற்ற/இணைப்பான் பகுதியில் ஐந்து எழுத்துக்களை மாற்றியதாலே அந்த பகுதி குரோமாட்டின் “திரவம் போல சுழலும் தளத்திற்குப்” பதிலாக “ஓரளவு உறைந்த, ஜெல் போன்ற தளமாக” செயல்படத்  தொடங்குகிறது என்ற கருத்தை இந்த ஆய்வு முன்வைக்கிறது.

திரவமா அல்லது திண்மமா? – நிலை மாற்றத்தின் இயற்பியல்

குரோமாட்டின் என்பது நிலையான விறைப்பான பொருளாக இல்லாமல், “மென்பொருள்” (Soft matter) போலச் செயல்படுகிறது. சமீபத்திய ஆய்வுகள் “திரவ-திரவ நிலைப்பிரிப்பு” (Liquid-Liquid Phase Separation – LLPS) என்ற கருத்தாக்கத்தை முன்வைத்துள்ளன. இது ஜாடியில் உள்ள எண்ணெயும் நீரும் கலக்காமல் தனித்தனித் துளிகளாகப் பிரிவதைப் போன்றது. உட்கருவினுள்ளும் இத்தகைய சவ்வற்ற துளிகள் (Membrane-less condensates) உருவாகின்றன. சில பகுதிகளில், குரோமாட்டின்

திரவ நிலையில் காணப்படும். இங்கே நியூக்ளியோசோம்கள் மிகவும் தளர்வாகவும், நெகிழ்வாகவும் இருக்கும். புரதங்கள் மற்றும் என்சைம்கள் இந்தப் பகுதிக்குள் எளிதாக நுழைந்து டி.என்.ஏ தகவல்களைப் படிக்க முடியும். இது சுறுசுறுப்பான தொழிற்சாலை போன்றது. இதற்கு “யுக்ரோமாட்டின்” (Euchromatin) என்று பெயர். மற்றும் சில பகுதிகளில் குரோமாட்டின் திண்ம  நிலையிலும் இருக்கும். இங்கே நியூக்ளியோசோம்கள் மிகவும் நெருக்கமாக அடுக்கப்பட்டு, இயக்கமற்ற நிலையை அடைகின்றன. இது பூட்டப்பட்ட கிடங்கு போன்றது. தகவல்கள் பாதுகாப்பாக இருக்கும், ஆனால் எளிதில் படிக்க முடியாது. இதற்கு “ஹெட்டோரோகுரோமாட்டின்” (Heterochromatin) என்று பெயர்.

இந்த மாற்றத்தை மென்பொருள் இயற்பியல் அடிப்படையில் விவரிக்கலாம். ஒரு பொருளின் திரவ நிலையை, அதன் “பிசுபிசுப்புத் தன்மை” (Viscosity) தீர்மானிக்கிறது, திண்ம நிலையானது, அதன் “விறைப்புத் தன்மை”யை  (Elasticity) தீர்மானிக்கிறது. குரோமாட்டினின் விஸ்கோ-எலாஸ்டிக் மாடுலஸ் (visco elastic modulus , G) ஒரு குறிப்பிட்ட புள்ளியில் மாறும்போது, அது திரவத்திலிருந்து திண்ம நிலைக்கு மாறுகிறது.

ஐந்து எழுத்துக்களின் அற்புதம் – ஒரு மூலக்கூறு நிலைமாற்றம்

சமீபத்திய அறிவியல் ஆய்வுகளின் சுவாரஸ்யமான கண்டுபிடிப்பு என்னவென்றால், இணைப்பான் டி.என்.ஏ-வில் உள்ள வெறும் ஐந்து எழுத்துக்கள் (Base pairs) இந்த ஒட்டுமொத்தப் பொருளின் நிலையைத் தீர்மானிக்கின்றன என்பதுதான். இந்த மாற்றம் எப்படி நிகழ்கிறது?

ஒரு உயிரின் மரபணுத் தகவல் எழுதப்பட்ட “அகரவரிசை”யான டி.என்.ஏ நான்கு வேதியியல் அடிப்படைக் கூறுகளால் உருவாக்கப்பட்டுள்ளது: A (adenine), T (thymine), C (cytosine), G (guanine). ஒவ்வொரு மரபணுவும், ஒவ்வொரு கட்டுப்பாட்டு பகுதியும் இந்த நான்கு “எழுத்துக்களின்” நீண்ட வரிசைதான்.

“ஐந்து DNA எழுத்துக்கள்” என்று செய்திகள் குறிப்பிடுவது, அது ஐந்து தனி இடங்களில் உள்ள அடிப்படைகளை மாற்றியிருக்கிறார்கள் என்பதைக் குறிக்கும். உதாரணமாக, ஒரு இடத்தில் இருந்த A–ஐ G–ஆக மாற்றலாம், இன்னொரு இடத்தில் C–ஐ T–ஆக மாற்றலாம். இவை அனைத்தும் ஒரு சின்ன DNA பகுதியின் ஐந்து இடங்களில் மட்டும் செய்யப்படும் சிறு மாற்றங்கள். இந்த ஆய்வில் அந்த மாற்றங்கள் நடந்த இடம் இணைப்பான் டி.என்.ஏ  எனப்படும் பகுதி – அதாவது நியூக்ளியோசோம் என்ற புரத உருளைகளுக்கு இடையே பாலமாக இருக்கும் குரோமோசோமின் இடையிலான சிறு தண்டு. இங்கு நடக்கும் சிறிய மாற்றங்கள் தான் குரோமாட்டின் நடத்தையை முழுக்க மாற்றி அமைக்கிறது.

டி.என்.ஏ-வில் உள்ள A, T, C, G என்ற எழுத்துக்களின் வரிசை வெறும் புரதங்களுக்கான தகவலை மட்டும் தருவதில்லை. அவை அந்த டி.என்.ஏ இழையின் வளைந்து கொடுக்கும் தன்மையையும் (Bendability) அதன் முப்பரிமாண வடிவத்தையும் தீர்மானிக்கின்றன.

சில குறிப்பிட்ட 5-எழுத்து வரிசைகள், உதாரணமாக ATAT அல்லது AAAAA அடர்த்தியாக இருக்கும் போது, டி.என்.ஏ-வின் “மைனர் குரூவ்” (Minor groove) எனப்படும் பள்ளத்தை அகலமாகவோ அல்லது குறுகலாகவோ மாற்றுகின்றன.

மேலும் இந்த ஐந்து எழுத்துக்கள் மாற்றத்தால் நியூக்ளியோசோம்கள் ஒன்றுக்கொன்று ஈர்க்கப்படும் விசை அதிகரிக்கிறது. ஹிஸ்டோன் புரதங்களின் நுனியில் உள்ள வால்கள் பக்கத்து நியூக்ளியோசோம்களுடன் ஒரு பாலத்தை (Histone Tail Bridging) உருவாக்கி, ஒட்டுமொத்த இழையையும் ஒன்றோடு ஒன்று பிணைத்து “உறைய” வைக்கின்றன.

இந்த கண்டுபிடிப்பு நமக்கு உணர்த்தும் செய்தி என்னவென்றால், டி.என்.ஏ தகவல்கள் என்பது வெறும் எழுத்துக்களில் மட்டும் இல்லை; அந்த எழுத்துக்கள் உருவாக்கும் “பொருள் நிலையில்” (Material state) உள்ளது. ஒரு புத்தகத்தில் உள்ள வார்த்தைகள் அப்படியே இருந்தாலும், அதன் தாள்களை ஒன்றுடன் ஒன்று ஒட்டிவிட்டால் தகவல்களைப் படிக்க முடியாது அல்லவா? அதுபோலவே இதுவும்.

நோய் மற்றும் சிதைவு – குரோமாட்டின் கட்டமைப்பின் பாதிப்புகள்

உயிரணுவின் கருவினுள் நிகழும் இந்த இயற்பியல் சமநிலை குலைந்தால், அது கொடிய நோய்களுக்கு வழிவகுக்கிறது. குரோமாட்டினின் விறைப்புத் தன்மை மாறுபாடு புற்றுநோய் மற்றும் முதுமைக்கு முக்கியக் காரணமாகிறது. புற்றுநோய் உயிரணுக்களில், குரோமாட்டினின் திரவத் தன்மைத் தவறாகக் கையாளப்படுகிறது. சில மாற்றப்பட்ட புரதங்கள் தவறான இடங்களில் குரோமாட்டினைத் திரவ நிலைக்குக் கொண்டு வருகின்றன. இதனால் புற்றுநோயைத் தூண்டும் மரபணுக்கள் கட்டுப்பாடின்றி இயங்கத் தொடங்குகின்றன. புற்றுநோய் உயிரணுக்களின் உட்கருக்கள் ஒழுங்கற்ற வடிவத்தில் இருப்பதற்குக் காரணம், குரோமாட்டினின் இயந்திரப் பண்புகள் சிதைவதே ஆகும்.

வயதாகும்போது, உயிரணுக்களின் உட்கரு தனது வடிவத்தை இழக்கிறது. இதற்கு “லேமின்” (Lamin) புரதங்களில் ஏற்படும் தேய்மானமும், குரோமாட்டினின் கட்டமைப்புத் தளர்வும் காரணங்களாகும்.

ஹட்சின்சன்-கில்ஃபோர்ட் புரோஜீரியா (HGPS) என்பது முன்கூட்டிய முதுமை நோய். இங்கே “புரோஜெரின்” (Progerin) என்ற நச்சுப் புரதம் உருவாகி, குரோமாட்டினை உட்கருவின் ஓரத்தில் இருந்து விடுவிக்கிறது. இதனால் உட்கரு வெடித்து,  மரபணுச் சிதைவுக்கும் விரைவான முதுமைக்கும் வழிவகுக்கிறது.

மெக்கானோ-பயாலஜி (Mechanobiology) – விசைகளின் மொழி

உயிரணுக்கள் வெறும் வேதியியல் சமிக்ஞைகளை மட்டும் புரிந்துகொள்வதில்லை; அவை அழுத்தத்தையும் (Pressure), விறைப்புத்தன்மையையும் (Stiffness) உணர்கின்றன. இதை “மெக்கானோ-ட்ரான்ஸ்டக்ஷன்” (Mechanotransduction) என்கிறோம்.

குரோமாட்டின் உட்கருவின் இயந்திர வலிமையைத் தீர்மானிப்பதில் இரண்டு நிலைகளைக் கொண்டுள்ளது: உட்கரு மீது சிறிய அழுத்தம் ஏற்படும்போது, குரோமாட்டினின் விறைப்புத் தன்மையே அதைத் தாங்குகிறது. அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, உட்கருவின் உறையில் உள்ள “லேமின் ஏ” (Lamin A) புரதங்கள் கவசமாகச் செயல்படுகின்றன.

இந்த மெக்கானோ-பயாலஜி அறிவு, திசுப் பொறியியல் (Tissue Engineering) மற்றும் செயற்கை உறுப்பு உருவாக்கத்தில் மிக முக்கியமானது. ஒரு உயிரணு எந்த மாதிரியான தரைப்பரப்பில் அமர்கிறது என்பதைப் பொறுத்து, அதன் குரோமாட்டின் கட்டமைப்பு மாறி, அது தசை செல்லாகவோ அல்லது எலும்பு செல்லாகவோ மாறுகிறது.

CRISPR மற்றும் மரபணுத் திருத்தத்தின் இரண்டாம் புரட்சி

இன்று நாம் டி.என்.ஏ எழுத்துக்களை மாற்ற CRISPR தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகிறோம். ஆனால், வருங்காலத்தில் நாம் CRISPR-ஐப் பயன்படுத்தி மரபணுவின் “இயற்பியல் நிலையை” மட்டும் மாற்ற முடியும்.

நிலை-அடிப்படையிலான சிகிச்சை (State-based Therapy) என்பது மரபணுவை முற்றிலும் நீக்குவதற்குப் பதிலாக, அதன் அருகில் உள்ள இணைப்பான் டி.என்.ஏ-வில் அந்த ஐந்து எழுத்துக்களை மாற்றுவதன் மூலம் அந்தப் பகுதியைத் திரவ நிலையிலிருந்து திண்ம நிலைக்கு மாற்ற முடியும். இதனால் மரபணு சிதைக்கப்படுவதில்லை, ஆனால் அது தற்காலிகமாக “பூட்டப்படுகிறது”. தேவைப்படும்போது அதை மீண்டும் திறக்க முடியும் – ஆன்-ஆப் சுவிட்ச் மாதிரி. இதன் மூலம் எய்ட்ஸ் (HIV) போன்ற வைரஸ்கள் டி.என்.ஏ-வில் ஒளிந்திருக்கும்போது, அந்தப் பகுதியைத் திண்ம நிலைக்கு மாற்றி வைரஸ் வெளிப்படாமல் தடுக்கலாம்.

CRISPR கருவிகளை உயிரணுக்களுக்குள் கொண்டு செல்ல லிப்பிட் நானோ துகள்கள் (Lipid nanoparticles) மற்றும் சிறப்பு உயிரிப் பொருட்கள் (biomaterials) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இவை குரோமாட்டினின் அடர்த்தியான அடுக்குகளை ஊடுருவிச் சென்று துல்லியமாக வேலை செய்ய வடிவமைக்கப்படுகின்றன.

எதிர்கால சிந்தனைகள் – கணினி வழி மரபணு வடிவமைப்பு (Computational Genome Design)

இன்று நாம் கணினியில் மென்பொருள்களை வடிவமைப்பது போல, வருங்காலத்தில் டி.என்.ஏ-வின் இயற்பியல் பண்புகளைக் கணினி மூலம் வடிவமைக்க முடியும். டி.என்.ஏ இழைகளை நாம் விரும்பும் முப்பரிமாண வடிவங்களில், ஓரிகாமி போல் மடிக்க முடியும். இதன் மூலம் மிகச் சிறிய நானோ-ரோபோக்களை  உருவாக்கி, ரத்த நாளங்களுக்குள் அனுப்பி மருந்து வழங்கலாம். எந்த ஐந்து எழுத்துக்களை மாற்றினால் குரோமாட்டின் திண்மமாக மாறும் என்பதைத் தீர்மானிக்க செயற்கை நுண்ணறிவையும் பயன்படுத்தப்படலாம்.

தகவலில் இருந்து பொருளுக்கு (From Information to Matter)

மூலக்கூறு உயிரியலின் ஒரு பெரிய மாற்றம் இன்று நிகழ்ந்து கொண்டிருக்கிறது. “தகவல் = டி.என்.ஏ வரிசை” என்ற பழைய பார்வையிலிருந்து, “தகவல் = டி.என்.ஏ வரிசை + குரோமாட்டின் நிலை + முப்பரிமாணக் கட்டமைப்பு + பொருள் பண்புகள்” என்ற பல பரிமாணக் கருத்தாக்கத்திற்கு நாம் வந்துவிட்டோம்.

அந்த ஐந்து டி.என்.ஏ எழுத்துக்கள் என்பவை வெறும் எழுத்துக்கள் அல்ல; அவை ஒரு பிரம்மாண்டமான கட்டிடத்தின் அஸ்திவாரக் கற்கள். ஒரு சிறிய கல்லின் சாய்வு எப்படி ஒட்டுமொத்தக் கட்டிடத்தையும் மாற்ற முடியுமோ, அதேபோல அந்த ஐந்து எழுத்துக்கள் நமது உயிரின் இயற்பியல் நிலையைத் தீர்மானிக்கின்றன.

குரோமாட்டினை “பொருளாகப்” புரிந்துகொள்வது, புற்றுநோய் முதல் முதுமை வரை மனிதகுலம் எதிர்கொள்ளும் பல புரியாத புதிர்களுக்கு விடையளிக்கும். இது வெறும் அறிவியல் மட்டுமல்ல, இயற்கையின் மிக உன்னதமான ஒரு பொறியியல் கலை. இந்த ரகசியத்தைத் தமிழ் வாசகர்களுக்குக் கொண்டு செல்வது என்பது, பிரபஞ்சத்தின் மிகச் சிறிய இடத்தில் ஒளிந்திருக்கும் மிகப்பெரிய அதிசயத்தை அவர்களுக்கு அறிமுகப்படுத்துவதாகும்.

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv6588