ಇಂಟ್ರಾನ್‌ಗಳು: ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಮತ್ತು ಆರ್ಕಿಯಾ ನಡುವೆ ಸಮತಲ ಜೀನ್ ವರ್ಗಾವಣೆ

ಸುದ್ದಿಯಲ್ಲಿ ಏಕೆ?

ಹಿನ್ನೆಲೆ

ಕೋಶಗಳು (Cells) ಆನುವಂಶಿಕ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ deoxyribonucleic acid ನಲ್ಲಿ ಸಂಗ್ರಹಿಸುತ್ತವೆ, ಮತ್ತು ಈ ವಸ್ತುವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ DNA ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಒಂದು ಜೀವಕೋಶವು ಆಯ್ಕೆಮಾಡಿದ DNA ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ribonucleic acid ಗೆ ನಕಲಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಈ ಎರಡನೇ ವಸ್ತುವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ RNA ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಕೆಲವು ಆರಂಭಿಕ RNA ಪ್ರತಿಗಳು introns ಎಂಬ ಮಧ್ಯಪ್ರವೇಶಿಸುವ (intervening) ವಿಭಾಗಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಮತ್ತು ಉಪಯುಕ್ತ ಉಳಿಸಿಕೊಂಡಿರುವ ವಿಭಾಗಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ exons ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

RNA ಸಂಸ್ಕರಣೆಯು (processing) intron ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ವಿಭಾಗಗಳನ್ನು ಸೇರುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಈ ಕತ್ತರಿಸುವ (cutting) ಮತ್ತು ಸೇರುವ (joining) ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು splicing ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಎಲ್ಲಾ introns ಗಳು protein-coding genes ಒಳಗಡೆ ಇರುತ್ತವೆಯೇ?

ಈ ಅಧ್ಯಯನದಲ್ಲಿ ಪರಿಶೀಲಿಸಿದಂತೆ, Introns ಗಳು ribosomal RNA genes ನ ಒಳಗಡೆ ಕೂಡ ಇರಬಹುದು.

Ribosomal RNA ribosomes ಗಳ ಪ್ರಮುಖ ಭಾಗವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ribosomes ಗಳು ಪ್ರೋಟೀನ್ ಗಳನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವ ಕೋಶ ರಚನೆಗಳಾಗಿವೆ.

ಆದ್ದರಿಂದ ಅಧ್ಯಯನವು ಸಾಮಾನ್ಯ protein-coding messenger RNA ಅನ್ನು ಪರಿಶೀಲಿಸಲಿಲ್ಲ, ಮತ್ತು ಫಲಿತಾಂಶವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಈ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಅತ್ಯಗತ್ಯ.

Group I intron ಎಂದರೇನು?

Group I introns ಗಳು ಕೆಲವು ಜೀವಿಗಳಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರುವ ಮೊಬೈಲ್ ಜೆನೆಟಿಕ್ ಅಂಶಗಳಾಗಿವೆ (mobile genetic elements). ಅನೇಕವು ತಮ್ಮನ್ನು ತಾವು RNA ಅಣುವಿನಿಂದ ತೆಗೆದುಹಾಕಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತವೆ.

ಅವುಗಳ ಮಡಿಸಿದ RNA ರಾಸಾಯನಿಕ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯನ್ನು ಮಾಡಬಹುದು, ಮತ್ತು ಕಿಣ್ವದಂತಹ (enzyme-like) ಚಟುವಟಿಕೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ RNA ಅಣುವನ್ನು ribozyme ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಕೆಲವು ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾದ intron ಅಣುಗಳು ವಲಯಗಳನ್ನು (circles) ರೂಪಿಸಬಹುದು, ಮತ್ತು ವೃತ್ತಾಕಾರದ (circular) RNA ತೆರೆದ RNA ಸ್ಟ್ರಾಂಡ್‌ಗಿಂತ (strand) ಸಾಮಾನ್ಯ ಸ್ಥಗಿತವನ್ನು (breakdown) ಉತ್ತಮವಾಗಿ ವಿರೋಧಿಸಬಹುದು.

ಚಲನಶೀಲತೆ (Mobility) ಎಂದರೆ ಒಂದು ಅಂಶವು (element) ಕೆಲವೊಮ್ಮೆ ಹೊಸ ಆನುವಂಶಿಕ (genetic) ಸ್ಥಳವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಬಹುದು. ಪ್ರತಿಯೊಂದು intron ನಿಯಮಿತವಾಗಿ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಇದರ ಅರ್ಥವಲ್ಲ.

ಯಾವ ಜೀವಿಗಳನ್ನು ಅಧ್ಯಯನ ಮಾಡಲಾಯಿತು?

ಬೇಟೆಗಾರನು (predator) “Candidatus Velamenicoccus archaeovorus” ಎಂಬ ಸಣ್ಣ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾವಾಗಿತ್ತು, ಮತ್ತು ಇದು ಮತ್ತೊಂದು ಕೋಶದ ಹೊರ ಮೇಲ್ಮೈಗೆ ಲಗತ್ತಿಸುತ್ತದೆ.

ಬೇಟೆ (prey) Methanothrix soehngenii ಆಗಿತ್ತು, ಇದು ಮೀಥೇನ್-ಉತ್ಪಾದಿಸುವ archaeon ಆಗಿತ್ತು, ಮತ್ತು ಇದು ಆಮ್ಲಜನಕ-ಮುಕ್ತ ಪರಿಸರದಲ್ಲಿ ಉದ್ದವಾದ filaments ಗಳಾಗಿ ಬೆಳೆಯುತ್ತದೆ.

Bacteria ಮತ್ತು Archaea ಗಳು ಜೀವಿತದ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಡೊಮೇನ್ (domains) ಗಳಾಗಿವೆ, ಮತ್ತು ಇವೆರಡೂ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಪೊರೆ-ಬೌಂಡ್ ಸೆಲ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ (membrane-bound cell nucleus) ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದಿಲ್ಲ.

Archaea ಗಳು ಕೇವಲ ಅಸಾಮಾನ್ಯ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳಲ್ಲ, ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ಕೋಶ ಯಂತ್ರೋಪಕರಣಗಳು (cell machinery) ಮತ್ತು ವಿಕಸನೀಯ (evolutionary) ಇತಿಹಾಸವು ಪ್ರಮುಖ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ.

ಸಂಶೋಧಕರು ಇಪ್ಪತ್ತು ವರ್ಷಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಕಾಲ ಈ ಆಮ್ಲಜನಕರಹಿತ (anaerobic), ಲಿಮೋನೆನ್-ಡಿಗ್ರೇಡಿಂಗ್ (limonene-degrading) ಪುಷ್ಟೀಕರಣ ಸಂಸ್ಕೃತಿಯನ್ನು (enrichment culture) ನಿರ್ವಹಿಸಿದ್ದಾರೆ.

ಸಂಶೋಧಕರು ಏನನ್ನು ವೀಕ್ಷಿಸಿದರು?

1. ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾದ (bacterial) ಬೇಟೆಗಾರನು ಮೀಥೇನ್-ಉತ್ಪಾದಿಸುವ archaeal filaments ಗಳ ಮೇಲೆ ದಾಳಿ ಮಾಡಿದನು.
2. ಬೇಟೆಗಾರನ ribosomal RNA ನಿಂದ Group I intron ಅನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಲಾಗಿದೆ.
3. ಸಂಶೋಧಕರು ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ intron RNA ಗಾಗಿ ಆಣ್ವಿಕ ಶೋಧಕಗಳನ್ನು (molecular probes) ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದರು.
4. ಬಹಳ ಕಡಿಮೆ ಸಂಖ್ಯೆಯ archaeal ಕೋಶಗಳ ಒಳಗೆ ಸಿಗ್ನಲ್ (signal) ಕಾಣಿಸಿಕೊಂಡಿದೆ.
5. ಆ ಸ್ವೀಕರಿಸುವ ಕೋಶಗಳು ಜೀವಂತವಾಗಿರುವುದಕ್ಕಿಂತ ಸತ್ತಿದ್ದವು.
6. ಆರೋಗ್ಯಕರ archaeal ಕೋಶಗಳಲ್ಲಿ ಸಿಗ್ನಲ್ ಇರಲಿಲ್ಲ.

RNA ಅನ್ನು ನೋಡಲು ತಂಡವು ಸುಧಾರಿತ ಪ್ರತಿದೀಪಕ (fluorescence) ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿತು. Fluorescent probes ಆಯ್ಕೆಮಾಡಿದ ಆಣ್ವಿಕ (molecular) ಅನುಕ್ರಮಗಳನ್ನು (sequences) ಬಂಧಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಗೋಚರ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು (visible signals) ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತವೆ.

RNA ಸೀಕ್ವೆನ್ಸಿಂಗ್ (sequencing) intron ಅತ್ಯಂತ ಅಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸಿದೆ. ಪ್ರತಿ 20,000 ಪ್ರಬುದ್ಧ (mature) ribosomal RNA ಅಣುಗಳಿಗೆ ಸುಮಾರು ಒಂದು ಪ್ರತಿಯಿತ್ತು.

ಗಮನಿಸಿ: ಪ್ರತಿದೀಪಕ - fluorescence

ಬೇಟೆಗಾರನಿಂದ ಬೇಟೆಗೆ (predator-to-prey) ದಿಕ್ಕು ಏಕೆ ಆಶ್ಚರ್ಯಕರವಾಗಿದೆ?

ವಸ್ತುವು (Material) ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸೇವಿಸುವ ಬೇಟೆಯಿಂದ ಬೇಟೆಗಾರನ ಜೀರ್ಣಾಂಗ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ (digestive system) ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಈ ವೀಕ್ಷಣೆಯು ವಿರುದ್ಧ ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ ಚಲನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ.

ವರ್ಗಾವಣೆಯು (transfer) Bacteria ಮತ್ತು Archaea ಗಳ ನಡುವಿನ ಗಡಿಯನ್ನು ಸಹ ದಾಟಿದೆ, ಮತ್ತು ಆ ಗಡಿಯು ಅತ್ಯಂತ ಆಳವಾದ ವಿಕಸನೀಯ (evolutionary) ಪ್ರತ್ಯೇಕತೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ.

ಪರಭಕ್ಷಕವು (Predation) ಎರಡೂ ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ನಿಕಟ ಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿರಿಸಿದೆ. ಇಂತಹ ಸಂಪರ್ಕವು ಕೋಶ ಗಡಿಗಳನ್ನು ದಾಟಲು ಮೊಬೈಲ್ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಅವಕಾಶವನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸುತ್ತದೆ.

Horizontal gene transfer ಎಂದರೇನು?

ಲಂಬ ವರ್ಗಾವಣೆಯು (Vertical transfer) ಆನುವಂಶಿಕ ಮಾಹಿತಿಯನ್ನು ಪೋಷಕರಿಂದ ಸಂತಾನಕ್ಕೆ (offspring) ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಆ ಪೋಷಕ-ಸಂತಾನದ (parent-offspring) ಮಾರ್ಗದ ಹೊರಗೆ ಅಡ್ಡ (horizontal) ವರ್ಗಾವಣೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ.

ಸೂಕ್ಷ್ಮಜೀವಿಗಳ (microorganisms) ನಡುವೆ Horizontal gene transfer ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಇದು ಕೇವಲ ಸಂತಾನೋತ್ಪತ್ತಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ವೇಗವಾಗಿ ಉಪಯುಕ್ತ ಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು (traits) ಹರಡಬಹುದು.

• Transformation ಎಂದರೆ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನಿಂದ ಉಚಿತ ಆನುವಂಶಿಕ ವಸ್ತುವನ್ನು (free genetic material) ತೆಗೆದುಕೊಳ್ಳುವುದನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ.
• Transduction ಜೀವಕೋಶಗಳ ನಡುವೆ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಸಾಗಿಸಲು ವೈರಸ್ (virus) ಅನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ.
• Conjugation ನೇರ ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಸಂಪರ್ಕದ (direct cellular contact) ಮೂಲಕ ವಸ್ತುವನ್ನು ಚಲಿಸುತ್ತದೆ.
• ಇತರ ಮೊಬೈಲ್ ಅಂಶಗಳು (elements) ವಿಶೇಷ ಕಿಣ್ವಗಳು (enzymes) ಮತ್ತು ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು.

ವರ್ಗಾವಣೆಗೊಂಡ DNA ಪ್ರತಿಜೀವಕ ಪ್ರತಿರೋಧ (antibiotic resistance) ಅಥವಾ ಹೊಸ ಚಯಾಪಚಯ (metabolic) ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳನ್ನು ಹರಡಬಹುದು. ಸ್ಥಿರವಾದ ಆನುವಂಶಿಕತೆಗೆ ಸ್ವೀಕರಿಸುವವರೊಳಗೆ (recipient) ಏಕೀಕರಣ (integration) ಅಥವಾ ಮುಂದುವರಿದ ಪ್ರತಿಕೃತಿ (replication) ಅಗತ್ಯವಿರುತ್ತದೆ.

ಈ ಅಧ್ಯಯನವು horizontal gene transfer ಅನ್ನು ಸಾಬೀತುಪಡಿಸಿದೆಯೇ?

ಇಲ್ಲ, ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ intron RNA ಅನ್ನು ಸತ್ತ ವಿದೇಶಿ ಜೀವಕೋಶಗಳ ಒಳಗೆ ಮಾತ್ರ ಪತ್ತೆಹಚ್ಚಿದೆ. ವೀಕ್ಷಣೆಯು ಚಲನೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಯಶಸ್ವಿ ಆನುವಂಶಿಕ (genetic) ಏಕೀಕರಣವನ್ನು ಅಲ್ಲ.

ಸಂಶೋಧಕರು RNA ಅನ್ನು DNA ಆಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದನ್ನು ತೋರಿಸಲಿಲ್ಲ. ಅವರು archaeal ಜೀನೋಮ್‌ಗೆ (genome) ಅಳವಡಿಸುವುದನ್ನು ಸಹ ತೋರಿಸಲಿಲ್ಲ.

ಸತ್ತ ಜೀವಕೋಶಗಳು ಹೊಸ ಲಕ್ಷಣವನ್ನು ಸಂತತಿಯವರಿಗೆ ರವಾನಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಆದ್ದರಿಂದ ಚಲನೆಯು ಸಂಭಾವ್ಯ ಮೊದಲ ಹೆಜ್ಜೆಯಾಗಿದೆ, ಪೂರ್ಣಗೊಂಡ ಉತ್ತರಾಧಿಕಾರವಲ್ಲ (inheritance).

ಬೇಟೆಗಾರನು reverse transcriptase ಅನ್ನು ಹೋಲುವ ಕಿಣ್ವವನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತಾನೆ. ಅಂತಹ ಕಿಣ್ವಗಳು (enzymes) RNA ನಿಂದ DNA ಅನ್ನು ಮಾಡಬಹುದು, ಆದರೆ ಈ ಮಾರ್ಗವು ಒಂದು ಕಲ್ಪನೆಯಾಗಿ (hypothesis) ಉಳಿದಿದೆ.

ಈ ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಏಕೆ ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ?

ಬಿಡುಗಡೆಯಾದ intron RNA ವಿದೇಶಿ ಕೋಶವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಬಹುದು ಎಂಬುದಕ್ಕೆ ಫಲಿತಾಂಶವು ನೇರ ಸಾಕ್ಷ್ಯವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಆನುವಂಶಿಕ ವಿನಿಮಯಕ್ಕಾಗಿ (genetic exchange) ಸಂಭವನೀಯ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸುತ್ತದೆ.

ಬೇಟೆಗಾರ-ಬೇಟೆಯ ಸಂಪರ್ಕವು ಜೈವಿಕ ಗಡಿಗಳನ್ನು ದಾಟಲು ಮೊಬೈಲ್ ಅಂಶಗಳಿಗೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಮತ್ತು ಸೂಕ್ಷ್ಮಾಣು (microbial) ಸಮುದಾಯಗಳಲ್ಲಿ ಇಂತಹ ಪರಸ್ಪರ ಕ್ರಿಯೆಗಳು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ನಡೆಯುತ್ತವೆ.

ಎಕ್ಸ್‌ಟ್ರಾಸೆಲ್ಯುಲರ್ (extracellular) RNA ಸೆಲ್ಯುಲಾರ್ ಪ್ರವೇಶಕ್ಕಾಗಿ ಸಾಕಷ್ಟು ಕಾಲ ಬದುಕಬಲ್ಲದು ಎಂದು ಕೆಲಸವು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಜೀವಂತ ಸ್ವೀಕರಿಸುವವರು (recipients) ಅದನ್ನು ಆನುವಂಶಿಕವಾಗಿ (inherit) ಪಡೆಯುತ್ತಾರೆಯೇ ಎಂದು ಭವಿಷ್ಯದ ಅಧ್ಯಯನಗಳು ಪರೀಕ್ಷಿಸಬಹುದು.

ಯಾವ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳು ಉಳಿದಿವೆ?

• archaeal ಜೀವಕೋಶವು ಸಾಯುವ ಮೊದಲು ಅಥವಾ ನಂತರ RNA ಪ್ರವೇಶಿಸಿದೆಯೇ?
• ಯಾವ ರಚನೆಯು ಕೋಶದ ಗಡಿಯುದ್ದಕ್ಕೂ RNA ಅನ್ನು ಸಾಗಿಸಿತು?
• ಜೀವಂತ archaeal ಕೋಶವು ಅದೇ ಅಣುವನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದೇ?
• reverse transcription ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯ DNA ನಕಲನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದೇ?
• ಆ ನಕಲು ಜೀನೋಮ್ ಅನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಬಹುದೇ ಮತ್ತು ಆನುವಂಶಿಕವಾಗಿ (heritable) ಉಳಿಯಬಹುದೇ?

ತೀರ್ಮಾನ

ಸಂಶೋಧನೆಯು ಆನುವಂಶಿಕ ವಿನಿಮಯದ (genetic exchange) ಸಂಭಾವ್ಯ ಮಾರ್ಗವನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಇದು ಆರಂಭಿಕ ಹೆಜ್ಜೆಯಾಗಿ ಉಳಿದಿದೆ, ಸ್ಥಿರವಾದ ಅಡ್ಡ ವರ್ಗಾವಣೆಯ (horizontal transfer) ಪುರಾವೆಯಲ್ಲ.