ഇൻട്രോണുകൾ: ബാക്ടീരിയയ്ക്കും ആർക്കിയയ്ക്കും ഇടയിൽ തിരശ്ചീന ജീൻ കൈമാറ്റം

എന്തുകൊണ്ട് വാർത്തകളിൽ?

പശ്ചാത്തലം

കോശങ്ങൾ (Cells) ജനിതക വിവരങ്ങൾ പ്രധാനമായും ഡിയോക്സിറൈബോ ന്യൂക്ലിക് ആസിഡിൽ (deoxyribonucleic acid) സംഭരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഈ മെറ്റീരിയലിനെ സാധാരണയായി DNA എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ഒരു കോശം തിരഞ്ഞെടുത്ത DNA വിവരങ്ങൾ റൈബോ ന്യൂക്ലിക് ആസിഡിലേക്ക് (ribonucleic acid) പകർത്തുന്നു, കൂടാതെ ഈ രണ്ടാമത്തെ മെറ്റീരിയലിനെ സാധാരണയായി RNA എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ചില പ്രാരംഭ RNA പകർപ്പുകളിൽ introns എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഇടപെടുന്ന (intervening) ഭാഗങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ നിലനിർത്തിയിരിക്കുന്ന ഉപയോഗപ്രദമായ ഭാഗങ്ങളെ സാധാരണയായി എക്സോണുകൾ (exons) എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

RNA പ്രോസസ്സിംഗ് (processing) ഇൻട്രോണിനെ നീക്കം ചെയ്യുകയും ചുറ്റുമുള്ള ഭാഗങ്ങളെ ചേർത്തുവെക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, കൂടാതെ മുറിക്കുന്നതും (cutting) ചേർത്തുവെക്കുന്നതുമായ (joining) ഈ പ്രക്രിയയെ സ്പ്ലൈസിംഗ് (splicing) എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

എല്ലാ ഇൻട്രോണുകളും protein-coding ജീനുകൾക്കുള്ളിലാണോ ഉള്ളത്?

ഈ പഠനം പരിശോധിച്ചതുപോലെ, ഇൻട്രോണുകൾക്ക് ribosomal RNA ജീനുകൾക്കുള്ളിലും വസിക്കാൻ കഴിയും.

Ribosomal RNA റൈബോസോമുകളുടെ (ribosomes) ഒരു പ്രധാന ഭാഗം ഉണ്ടാക്കുന്നു, കൂടാതെ പ്രോട്ടീനുകൾ നിർമ്മിക്കുന്ന കോശ ഘടനകളാണ് റൈബോസോമുകൾ.

അതിനാൽ പഠനം സാധാരണ protein-coding മെസഞ്ചർ RNA-യെ (messenger RNA) പരിശോധിച്ചിട്ടില്ല, കൂടാതെ ഫലം മനസ്സിലാക്കുന്നതിന് ഈ വ്യത്യാസം അത്യാവശ്യമാണ്.

ഒരു Group I ഇൻട്രോൺ എന്നാൽ എന്താണ്?

ചില ജീവികളിൽ കാണപ്പെടുന്ന മൊബൈൽ ജനിതക ഘടകങ്ങളാണ് (mobile genetic elements) Group I ഇൻട്രോണുകൾ. ഒരു RNA തന്മാത്രയിൽ നിന്ന് തങ്ങളെത്തന്നെ നീക്കം ചെയ്യാൻ പലതും സഹായിക്കുന്നു.

മടക്കിയ അവയുടെ RNA-യ്ക്ക് ഒരു രാസപ്രവർത്തനം ചെയ്യാൻ കഴിയും, കൂടാതെ എൻസൈം പോലുള്ള (enzyme-like) പ്രവർത്തനമുള്ള ഒരു RNA തന്മാത്രയെ റൈബോസൈം (ribozyme) എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

നീക്കം ചെയ്യപ്പെട്ട ചില ഇൻട്രോൺ തന്മാത്രകൾക്ക് സർക്കിളുകൾ (circles) രൂപപ്പെടുത്താൻ കഴിയും, കൂടാതെ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള (circular) RNA-യ്ക്ക് തുറന്ന RNA സ്ട്രാൻഡിനേക്കാൾ (strand) മികച്ച രീതിയിൽ സാധാരണ തകർച്ചയെ (breakdown) ചെറുക്കാൻ കഴിയും.

മൊബിലിറ്റി (Mobility) അർത്ഥമാക്കുന്നത് ഒരു ഘടകത്തിന് (element) ചിലപ്പോൾ ഒരു പുതിയ ജനിതക (genetic) സ്ഥാനത്ത് പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയും എന്നാണ്. എല്ലാ ഇൻട്രോണുകളും പതിവായി ചലിക്കുന്നു എന്ന് ഇതിനർത്ഥമില്ല.

ഏത് ജീവികളെയാണ് പഠിച്ചത്?

ഇരപിടിയൻ (predator) “Candidatus Velamenicoccus archaeovorus” എന്ന് പേരുള്ള ഒരു ചെറിയ ബാക്ടീരിയയായിരുന്നു, കൂടാതെ ഇത് മറ്റൊരു കോശത്തിൻ്റെ പുറംഭാഗത്ത് പറ്റിനിൽക്കുന്നു.

ഇര (prey) Methanothrix soehngenii ആയിരുന്നു, ഒരു മീഥേൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ആർക്കിയോൺ (archaeon), കൂടാതെ ഓക്സിജൻ ഇല്ലാത്ത ചുറ്റുപാടുകളിൽ ഇത് നീളമുള്ള ഫിലമെൻ്റുകളായി (filaments) വളരുന്നു.

ബാക്ടീരിയയും (Bacteria) ആർക്കിയയും (Archaea) ജീവൻ്റെ വെവ്വേറെ ഡൊമെയ്‌നുകളാണ് (domains), കൂടാതെ ഇവ രണ്ടിനും സാധാരണയായി മെംബ്രൺ-ബൗണ്ട് സെൽ ന്യൂക്ലിയസ് (membrane-bound cell nucleus) ഇല്ല.

ആർക്കിയകൾ കേവലം അസാധാരണമായ ബാക്ടീരിയകളല്ല, കൂടാതെ അവയുടെ കോശ സംവിധാനങ്ങളിലും (cell machinery) പരിണാമ (evolutionary) ചരിത്രത്തിലും പ്രധാനപ്പെട്ട വ്യത്യാസങ്ങളുണ്ട്.

ഗവേഷകർ ഇരുപത് വർഷത്തിലേറെയായി ഈ വായുരഹിതമായ (anaerobic), ലിമോണീൻ ഡീഗ്രേഡിംഗ് (limonene-degrading) സമ്പുഷ്ടീകരണ കൾച്ചർ (enrichment culture) നിലനിർത്തിയിട്ടുണ്ട്.

ഗവേഷകർ എന്താണ് നിരീക്ഷിച്ചത്?

1. ബാക്ടീരിയൽ (bacterial) ഇരപിടിയൻ മീഥേൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ആർക്കിയൽ ഫിലമെൻ്റുകളെ (archaeal filaments) ആക്രമിച്ചു.
2. ഒരു Group I ഇൻട്രോൺ ഇരപിടിയൻ്റെ ribosomal RNA-യിൽ നിന്ന് നീക്കം ചെയ്യപ്പെട്ടു.
3. ഗവേഷകർ പുറത്തിറങ്ങിയ ഇൻട്രോൺ RNA-യ്ക്കായി മോളിക്യുലാർ പ്രോബുകൾ (molecular probes) രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു.
4. വളരെ കുറഞ്ഞ എണ്ണം ആർക്കിയൽ കോശങ്ങൾക്കുള്ളിൽ സിഗ്നൽ (signal) പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു.
5. ആ സ്വീകരിക്കുന്ന കോശങ്ങൾ ജീവിച്ചിരിക്കുന്നതിനേക്കാൾ കൂടുതലായി ചത്തവയായിരുന്നു.
6. ആരോഗ്യകരമായ ആർക്കിയൽ കോശങ്ങളിൽ സിഗ്നൽ ഇല്ലായിരുന്നു.

RNA കാണാൻ ടീം ഒരു വിപുലമായ ഫ്ലൂറസെൻസ് (fluorescence) രീതി ഉപയോഗിച്ചു. ഫ്ലൂറസെൻ്റ് പ്രോബുകൾ (Fluorescent probes) തിരഞ്ഞെടുത്ത മോളിക്യുലാർ (molecular) സീക്വൻസുകളുമായി (sequences) ബന്ധിപ്പിക്കുകയും ദൃശ്യമായ സിഗ്നലുകൾ (visible signals) സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.

RNA സീക്വൻസിംഗ് (sequencing) ഇൻട്രോൺ വളരെ അസാധാരണമാണെന്ന് കാണിച്ചു. പൂർണ്ണമായ (mature) ഓരോ 20,000 ribosomal RNA തന്മാത്രകൾക്കും ഏകദേശം ഒരു പകർപ്പ് ഉണ്ടായിരുന്നു.

ശ്രദ്ധിക്കുക: ഫ്ലൂറസെൻസ് - fluorescence

ഇരപിടിയനിൽ നിന്ന് ഇരയിലേക്കുള്ള (predator-to-prey) ദിശ അതിശയകരമാകുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

മെറ്റീരിയൽ (Material) സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഇരയിൽ നിന്ന് ഇരപിടിയൻ്റെ ദഹനവ്യവസ്ഥയിലേക്ക് (digestive system) നീങ്ങുന്നു, കൂടാതെ ഈ നിരീക്ഷണം വിപരീത ദിശയിലുള്ള ചലനത്തെ കാണിച്ചു.

കൈമാറ്റം (transfer) ബാക്ടീരിയയ്ക്കും ആർക്കിയയ്ക്കും ഇടയിലുള്ള അതിർത്തിയും കടന്നു, കൂടാതെ ആ അതിർത്തി വളരെ ആഴത്തിലുള്ള പരിണാമപരമായ (evolutionary) വേർതിരിവിനെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.

വേട്ടയാടൽ (Predation) രണ്ട് കോശങ്ങളെയും അടുത്ത സമ്പർക്കത്തിലാക്കി. ഇത്തരമൊരു സമ്പർക്കം മൊബൈൽ ഘടകങ്ങൾക്ക് കോശ അതിരുകൾ കടക്കാൻ അവസരമൊരുക്കുന്നു.

തിരശ്ചീന ജീൻ കൈമാറ്റം (Horizontal gene transfer) എന്നാൽ എന്താണ്?

ലംബമായ കൈമാറ്റം (Vertical transfer) മാതാപിതാക്കളിൽ നിന്ന് സന്തതികളിലേക്ക് (offspring) ജനിതക വിവരങ്ങളെ ചലിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ ആ മാതാപിതാക്കൾ-സന്തതികൾ (parent-offspring) പാതയ്ക്ക് പുറത്താണ് തിരശ്ചീന (horizontal) കൈമാറ്റം സംഭവിക്കുന്നത്.

സൂക്ഷ്മാണുക്കൾക്കിടയിൽ (microorganisms) Horizontal gene transfer സാധാരണമാണ്, കൂടാതെ ഇതിന് കേവലം പുനരുൽപാദനത്തേക്കാൾ വളരെ വേഗത്തിൽ ഉപയോഗപ്രദമായ സ്വഭാവവിശേഷങ്ങൾ (traits) വ്യാപിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

• Transformation ചുറ്റുപാടുകളിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്ര ജനിതക വസ്തുക്കൾ (free genetic material) എടുക്കുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു.
• Transduction കോശങ്ങൾക്കിടയിൽ വസ്തുക്കളെ കൊണ്ടുപോകാൻ ഒരു വൈറസിനെ (virus) ഉപയോഗിക്കുന്നു.
• Conjugation നേരിട്ടുള്ള കോശ സമ്പർക്കത്തിലൂടെ (direct cellular contact) വസ്തുവിനെ ചലിപ്പിക്കുന്നു.
• മറ്റ് മൊബൈൽ ഘടകങ്ങൾക്ക് (elements) പ്രത്യേക എൻസൈമുകളും (enzymes) പാതകളും ഉപയോഗിക്കാം.

കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെട്ട DNA-യ്ക്ക് ആൻറിബയോട്ടിക് പ്രതിരോധം (antibiotic resistance) അല്ലെങ്കിൽ പുതിയ ഉപാപചയ (metabolic) കഴിവുകൾ വ്യാപിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. സുസ്ഥിരമായ പാരമ്പര്യത്തിന് സ്വീകർത്താവിനുള്ളിൽ (recipient) സംയോജനം (integration) അല്ലെങ്കിൽ തുടർ പ്രതിരൂപീകരണം (replication) ആവശ്യമാണ്.

ഈ പഠനം horizontal gene transfer തെളിയിച്ചോ?

ഇല്ല, കാരണം ചത്ത വിദേശ കോശങ്ങൾക്കുള്ളിൽ മാത്രമാണ് പുറത്തുവിട്ട ഇൻട്രോൺ RNA കണ്ടെത്തിയത്. നിരീക്ഷണം ചലനം കാണിക്കുന്നു, എന്നാൽ വിജയകരമായ ജനിതക (genetic) സംയോജനമല്ല.

RNA DNA ആയി മാറുന്നത് ഗവേഷകർ കാണിച്ചില്ല. ആർക്കിയൽ ജീനോമിലേക്ക് (genome) കൂട്ടിച്ചേർക്കുന്നതും അവർ കാണിച്ചില്ല.

ചത്ത കോശങ്ങൾക്ക് പുതിയ സ്വഭാവം സന്തതികൾക്ക് കൈമാറാൻ കഴിയില്ല. അതിനാൽ ഈ ചലനം സാധ്യമായ ആദ്യപടിയാണ്, പൂർത്തിയായ പാരമ്പര്യമല്ല (inheritance).

ഇരപിടിയന് reverse transcriptase-ന് സമാനമായ ഒരു എൻസൈം ഉണ്ട്. അത്തരം എൻസൈമുകൾക്ക് (enzymes) RNA-യിൽ നിന്ന് DNA നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും, എന്നാൽ ഈ പാത ഒരു അനുമാനമായി (hypothesis) അവശേഷിക്കുന്നു.

ഈ കണ്ടെത്തൽ പ്രധാനമായിരിക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ട്?

പുറത്തുവന്ന ഇൻട്രോൺ RNA-യ്ക്ക് ഒരു വിദേശ കോശത്തിൽ പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയും എന്നതിൻ്റെ നേരിട്ടുള്ള തെളിവുകൾ ഫലം നൽകുന്നു. ജനിതക കൈമാറ്റത്തിനുള്ള (genetic exchange) സാധ്യതയുള്ള പാതകളെ ഇത് വികസിപ്പിക്കുന്നു.

ഇരപിടിയൻ-ഇര (predator-prey) സമ്പർക്കം ജൈവശാസ്ത്രപരമായ അതിരുകൾ കടക്കാൻ മൊബൈൽ ഘടകങ്ങളെ സഹായിച്ചേക്കാം, കൂടാതെ സൂക്ഷ്മജീവികളുടെ (microbial) സമൂഹങ്ങളിൽ ഇത്തരം ഇടപെടലുകൾ വ്യാപകമായി നടക്കുന്നു.

എക്സ്ട്രാസെല്ലുലാർ (extracellular) RNA-യ്ക്ക് കോശങ്ങളിലേക്കുള്ള പ്രവേശനത്തിനായി ദീർഘനേരം നിലനിൽക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് പഠനം കാണിക്കുന്നു. ജീവിച്ചിരിക്കുന്ന സ്വീകർത്താക്കൾക്ക് (recipients) അത് പാരമ്പര്യമായി (inherit) ലഭിക്കുമോ എന്ന് ഭാവി പഠനങ്ങൾക്ക് പരിശോധിക്കാം.

എന്ത് ചോദ്യങ്ങളാണ് അവശേഷിക്കുന്നത്?

• ആർക്കിയൽ കോശം ചാകുന്നതിന് മുൻപാണോ ശേഷമാണോ RNA പ്രവേശിച്ചത്?
• ഏത് ഘടനയാണ് കോശ അതിർത്തിയിലൂടെ RNA കൊണ്ടുപോയത്?
• ജീവിച്ചിരിക്കുന്ന ആർക്കിയൽ കോശത്തിന് അതേ തന്മാത്ര ലഭിക്കുമോ?
• reverse transcription-ന് അനുയോജ്യമായ ഒരു DNA പകർപ്പ് ഉണ്ടാക്കാൻ കഴിയുമോ?
• ആ പകർപ്പിന് ജീനോമിൽ പ്രവേശിച്ച് പാരമ്പര്യമായി (heritable) തുടരാൻ കഴിയുമോ?

ഉപസംഹാരം

ഗവേഷണം ജനിതക കൈമാറ്റത്തിൻ്റെ (genetic exchange) സാധ്യമായ ഒരു പാത വെളിപ്പെടുത്തുന്നു. ഇത് ഒരു പ്രാരംഭ ഘട്ടമായി തുടരുന്നു, അല്ലാതെ സുസ്ഥിരമായ തിരശ്ചീന കൈമാറ്റത്തിൻ്റെ (horizontal transfer) തെളിവല്ല.