వార్తల్లో ఎందుకు ఉంది?
శాస్త్రవేత్తలు చాలా భిన్నమైన సూక్ష్మజీవుల (microorganisms) మధ్య కదిలే మొబైల్ ఇంట్రాన్ పదార్థాన్ని (mobile intron material) కనుగొన్నారు. ఇది బ్యాక్టీరియల్ (bacterial) ప్రెడేటర్ (predator) నుండి చనిపోయిన ఆర్కియల్ కణాలకు (archaeal cells) ప్రయాణించింది. జన్యు పదార్థం (genetic material) ముఖ్యమైన జీవసంబంధ సరిహద్దులను దాటగలదని ఫలితం చూపుతుంది. అయితే, ఈ అధ్యయనం శాశ్వత జన్యు బదిలీని (gene transfer) నిరూపించలేదు.
నేపథ్యం
కణాలు (Cells) ప్రధానంగా డీఆక్సిరిబోన్యూక్లియిక్ ఆమ్లంలో (deoxyribonucleic acid) జన్యు సమాచారాన్ని నిల్వ చేస్తాయి, మరియు ఈ పదార్థాన్ని సాధారణంగా DNA అంటారు.
ఒక కణం ఎంచుకున్న DNA సమాచారాన్ని రైబోన్యూక్లియిక్ ఆమ్లంలోకి (ribonucleic acid) కాపీ చేస్తుంది, మరియు ఈ రెండవ పదార్థాన్ని సాధారణంగా RNA అంటారు.
కొన్ని ప్రారంభ RNA కాపీలు introns అని పిలువబడే ఇంటర్వెనింగ్ (intervening) విభాగాలను కలిగి ఉంటాయి, మరియు నిలుపుకున్న ఉపయోగకరమైన విభాగాలను సాధారణంగా ఎక్సాన్లు (exons) అని పిలుస్తారు.
RNA ప్రాసెసింగ్ (processing) ఇంట్రాన్ను తొలగిస్తుంది మరియు చుట్టుపక్కల విభాగాలను కలుపుతుంది, మరియు ఈ కత్తిరించడం (cutting) మరియు చేరడం (joining) ప్రక్రియను స్ప్లైసింగ్ (splicing) అంటారు.
సాధారణ క్రమం (Simple sequence): DNA ఒక ప్రారంభ RNA అణువుగా కాపీ చేయబడుతుంది. RNA దాని పరిపక్వ విధిని నిర్వహించే ముందు Splicing ఇంట్రాన్లను (introns) తొలగిస్తుంది.
ఇంట్రాన్లన్నీ protein-coding జన్యువుల లోపల ఉన్నాయా?
ఈ అధ్యయనంలో పరిశీలించినట్లుగా, ఇంట్రాన్లు రిబోసోమల్ RNA (ribosomal RNA) జన్యువుల లోపల కూడా ఉండవచ్చు.
Ribosomal RNA రైబోజోమ్లలో (ribosomes) ప్రధాన భాగాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, మరియు రైబోజోమ్లు ప్రోటీన్లను నిర్మించే కణ నిర్మాణాలు.
కాబట్టి అధ్యయనం సాధారణ protein-coding మెసెంజర్ RNA (messenger RNA) ని పరిశీలించలేదు, మరియు ఫలితాన్ని అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ వ్యత్యాసం చాలా అవసరం.
Group I ఇంట్రాన్ అంటే ఏమిటి?
Group I ఇంట్రాన్లు కొన్ని జీవులలో కనిపించే మొబైల్ జన్యు మూలకాలు (mobile genetic elements). ఒక RNA అణువు నుండి తమను తాము తొలగించుకోవడానికి అనేకం సహాయపడతాయి.
వాటి మడతపెట్టిన RNA రసాయన ప్రతిచర్యను చేయగలదు, మరియు ఎంజైమ్ లాంటి (enzyme-like) కార్యకలాపాలతో కూడిన RNA అణువును రిబోజైమ్ (ribozyme) అంటారు.
కొన్ని తీసివేయబడిన ఇంట్రాన్ అణువులు వృత్తాలను (circles) ఏర్పరుస్తాయి, మరియు వృత్తాకార (circular) RNA ఓపెన్ RNA స్ట్రాండ్ (strand) కంటే సాధారణ విచ్ఛిన్నతను (breakdown) మెరుగ్గా నిరోధించగలదు.
మొబిలిటీ (Mobility) అంటే ఒక మూలకం (element) కొన్నిసార్లు కొత్త జన్యుపరమైన (genetic) ప్రదేశంలోకి ప్రవేశించగలదు. ప్రతి ఇంట్రాన్ క్రమం తప్పకుండా కదులుతుందని దీని అర్థం కాదు.
ఏ జీవులను అధ్యయనం చేశారు?
ప్రెడేటర్ (predator) “Candidatus Velamenicoccus archaeovorus” అనే చిన్న బ్యాక్టీరియా, మరియు ఇది మరొక కణం యొక్క బయటి ఉపరితలానికి అతుక్కుంటుంది.
ఎర (prey) Methanothrix soehngenii, ఇది మీథేన్ ఉత్పత్తి చేసే ఆర్కియాన్ (archaeon), మరియు ఇది ఆక్సిజన్-రహిత వాతావరణంలో పొడవైన తంతువులుగా (filaments) పెరుగుతుంది.
బ్యాక్టీరియా మరియు ఆర్కియా (Archaea) జీవన విభిన్న డొమైన్లు (domains), మరియు రెండింటికీ సాధారణంగా మెంబ్రేన్-బౌండ్ సెల్ న్యూక్లియస్ (membrane-bound cell nucleus) ఉండదు.
ఆర్కియా కేవలం అసాధారణమైన బ్యాక్టీరియా మాత్రమే కాదు, వాటి సెల్ మెషినరీ (cell machinery) మరియు పరిణామ (evolutionary) చరిత్రలో ముఖ్యమైన తేడాలు ఉన్నాయి.
పరిశోధకులు ఈ వాయురహిత (anaerobic), లిమోనెన్-డిగ్రేడింగ్ (limonene-degrading) ఎన్రిచ్మెంట్ కల్చర్ (enrichment culture) ను ఇరవై సంవత్సరాలకు పైగా నిర్వహించారు.
పరిశోధకులు ఏమి గమనించారు?
- బ్యాక్టీరియల్ (bacterial) ప్రెడేటర్ మీథేన్ ఉత్పత్తి చేసే ఆర్కియల్ తంతువులపై (archaeal filaments) దాడి చేసింది.
- ప్రెడేటర్ యొక్క రిబోసోమల్ RNA నుండి ఒక Group I ఇంట్రాన్ తొలగించబడింది.
- పరిశోధకులు విడుదలైన ఇంట్రాన్ RNA కోసం మాలిక్యులర్ ప్రోబ్స్ (molecular probes) రూపకల్పన చేశారు.
- చాలా తక్కువ సంఖ్యలో ఆర్కియల్ కణాల లోపల సిగ్నల్ (signal) కనిపించింది.
- ఆ స్వీకరించే కణాలు సజీవంగా కాకుండా ఎక్కువగా చనిపోయాయి.
- ఆరోగ్యకరమైన ఆర్కియల్ కణాలలో సిగ్నల్ లేదు.
RNA చూడటానికి బృందం అధునాతన ఫ్లోరోసెన్స్ (fluorescence) పద్ధతిని ఉపయోగించింది. ఫ్లోరోసెంట్ ప్రోబ్స్ (Fluorescent probes) ఎంచుకున్న పరమాణు (molecular) శ్రేణులను (sequences) బంధిస్తాయి మరియు కనిపించే సిగ్నల్స్ (visible signals) ను సృష్టిస్తాయి.
RNA సీక్వెన్సింగ్ (sequencing) ఇంట్రాన్ చాలా అసాధారణమైనదని చూపించింది. ప్రతి 20,000 పరిపక్వ (mature) రిబోసోమల్ RNA అణువులకు ఒక కాపీ మాత్రమే ఉంది.
గమనిక: ఫ్లోరోసెన్స్ - fluorescence
ప్రెడేటర్ నుండి ఎర (predator-to-prey) దిశ ఎందుకు ఆశ్చర్యకరమైనది?
పదార్థం (Material) సాధారణంగా వినియోగించబడిన ఎర నుండి ప్రెడేటర్ యొక్క జీర్ణవ్యవస్థ (digestive system) కు కదులుతుంది, మరియు ఈ పరిశీలన వ్యతిరేక దిశలో కదలికను చూపింది.
బదిలీ (transfer) అనేది బ్యాక్టీరియా మరియు ఆర్కియా మధ్య సరిహద్దును దాటింది, మరియు ఆ సరిహద్దు చాలా లోతైన పరిణామ (evolutionary) విభజనను సూచిస్తుంది.
ప్రెడేషన్ (Predation) రెండు కణాలను సన్నిహితంగా ఉంచింది. అటువంటి పరిచయం మొబైల్ మూలకాలు కణాల సరిహద్దులను దాటడానికి అవకాశాన్ని సృష్టిస్తుంది.
హారిజాంటల్ జీన్ ట్రాన్స్ఫర్ (Horizontal gene transfer) అంటే ఏమిటి?
నిలువు బదిలీ (Vertical transfer) అనేది జన్యు సమాచారాన్ని తల్లిదండ్రుల నుండి సంతానానికి (offspring) తరలిస్తుంది, మరియు ఆ పేరెంట్-సంతానం (parent-offspring) మార్గం వెలుపల క్షితిజ సమాంతర (horizontal) బదిలీ జరుగుతుంది.
సూక్ష్మజీవుల (microorganisms) లో హారిజాంటల్ జీన్ ట్రాన్స్ఫర్ సాధారణం, మరియు ఇది కేవలం పునరుత్పత్తి కంటే చాలా వేగంగా ఉపయోగకరమైన లక్షణాలను (traits) వ్యాప్తి చేయగలదు.
- Transformation లో పరిసరాల నుండి ఉచిత జన్యుపరమైన విషయాలను (free genetic material) తీసుకోవడం ఉంటుంది.
- Transduction కణాల మధ్య పదార్థాలను తీసుకెళ్లడానికి వైరస్ (virus) ను ఉపయోగిస్తుంది.
- Conjugation ప్రత్యక్ష కణాల సంపర్కం (direct cellular contact) ద్వారా పదార్థాన్ని కదులుతుంది.
- ఇతర మొబైల్ మూలకాలు (elements) ప్రత్యేక ఎంజైమ్లు (enzymes) మరియు మార్గాలను ఉపయోగించవచ్చు.
బదిలీ చేయబడిన DNA యాంటీబయాటిక్ నిరోధకతను (antibiotic resistance) లేదా కొత్త జీవక్రియ (metabolic) సామర్థ్యాలను వ్యాప్తి చేస్తుంది. స్థిరమైన వారసత్వానికి గ్రహీత (recipient) లోపల ఏకీకరణ (integration) లేదా నిరంతర ప్రతిరూపణ (replication) అవసరం.
ఈ అధ్యయనం horizontal gene transferను నిరూపించిందా?
లేదు, ఎందుకంటే ఇది చనిపోయిన విదేశీ కణాల లోపల మాత్రమే విడుదలైన ఇంట్రాన్ RNAను గుర్తించింది. పరిశీలన కదలికను చూపుతుంది, కానీ విజయవంతమైన జన్యుపరమైన (genetic) ఏకీకరణను కాదు.
పరిశోధకులు RNAను DNAగా మార్చడాన్ని చూపించలేదు. ఆర్కియల్ జీనోమ్ (genome) లోకి ప్రవేశపెట్టడాన్ని కూడా వారు చూపించలేదు.
చనిపోయిన కణాలు కొత్త లక్షణాన్ని సంతానానికి పంపలేవు. కాబట్టి కదలిక అనేది ఒక సంభావ్య మొదటి అడుగు, పూర్తి చేసిన వారసత్వం (inheritance) కాదు.
ప్రెడేటర్ (predator) reverse transcriptaseను పోలి ఉండే ఎంజైమ్ను కలిగి ఉంటుంది. అటువంటి ఎంజైమ్లు (enzymes) RNA నుండి DNAని తయారు చేయగలవు, కానీ ఈ మార్గం ఒక పరికల్పన (hypothesis) గానే ఉంది.
ఖచ్చితత్వ హెచ్చరిక: చనిపోయిన ఎర కణాల లోపల మొబైల్ RNA ఉన్నట్లు అధ్యయనం గమనించింది. సజీవ ఎర (living prey) లోపల పూర్తి జన్యువు ప్రవేశించడం మరియు పనిచేయడం ఇది చూడలేదు.
ఈ ఆవిష్కరణ ఎందుకు ముఖ్యమైనది?
విడుదలైన ఇంట్రాన్ RNA విదేశీ కణంలోకి ప్రవేశించగలదనే దానికి ఫలితం ప్రత్యక్ష సాక్ష్యాలను అందిస్తుంది. ఇది జన్యు మార్పిడి (genetic exchange) కి సాధ్యమయ్యే మార్గాలను విస్తరిస్తుంది.
ప్రెడేటర్-ఎర (predator-prey) పరిచయం మొబైల్ మూలకాలు జీవ సరిహద్దులను దాటడానికి సహాయపడవచ్చు, మరియు అటువంటి పరస్పర చర్యలు సూక్ష్మజీవుల (microbial) కమ్యూనిటీలలో విస్తృతంగా జరుగుతాయి.
ఎక్స్ట్రాసెల్యులర్ (extracellular) RNA కణంలోకి ప్రవేశించడానికి చాలా కాలం జీవించగలదని ఈ పని చూపిస్తుంది. సజీవంగా స్వీకరించే వారు (recipients) దానిని వారసత్వంగా (inherit) పొందుతారో లేదో భవిష్యత్తు అధ్యయనాలు పరీక్షించవచ్చు.
ఏ ప్రశ్నలు మిగిలి ఉన్నాయి?
- ఆర్కియల్ సెల్ చనిపోవడానికి ముందు లేదా తరువాత RNA ప్రవేశించిందా?
- సెల్ సరిహద్దు గుండా RNA ను ఏ నిర్మాణం మోసుకువెళ్లింది?
- సజీవ ఆర్కియల్ సెల్ అదే అణువును స్వీకరించగలదా?
- reverse transcription అనుకూలమైన DNA కాపీని సృష్టించగలదా?
- ఆ కాపీ జీనోమ్లోకి ప్రవేశించి వారసత్వంగా (heritable) ఉండగలదా?
ముగింపు
పరిశోధన జన్యు మార్పిడి (genetic exchange) యొక్క సంభావ్య మార్గాన్ని వెల్లడిస్తుంది. ఇది ఒక ప్రారంభ దశగా మిగిలిపోయింది, స్థిరమైన క్షితిజ సమాంతర బదిలీ (horizontal transfer) కి నిదర్శనం కాదు.