جینیاتی ترمیم بہ ذریعہ جینیاتی اوزار

ڈاکٹر نصرت جبین۔

ایسوسی ایٹ پروفیسر،

مائیکرو بائیولوجی ، جامعہ کراچی

پچھلی کئی دہائیوں میں ، سائنسدانوں نے سالماتی حیاتیات کے میدان میں بڑی پیش رفت کی ہے۔ جینیاتی سائنس کے میدان میں سائنس کی ایک بڑی کامیابی جینوم ایڈیٹنگ کی ٹیکنالوجی ہے۔ جینوم ایڈیٹنگ دراصل جینیاتی انجینئرنگ کی ایک شاخ ہے جو سائنسدانوں کو کسی بھی جاندار چیز کے جینیاتی مواد کو تبدیل کرنے کے قابل بناتی ہے ، ڈی این اے کا استعمال کرتے ہوئے ، مختلف جینیاتی ٹولز کا استعمال کرتے ہوئے۔

اس ٹیکنالوجی کا استعمال جانداروں کے جینوم کے تبدیل شدہ حصے کو ختم کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے ، جسے سائنسی اصطلاح میں اتپریورتن کہا جاتا ہے ، اور اسے نئے مفید حصوں سے بدلنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سائنسدانوں نے اب تک جینیاتی تبدیلی کے کئی طریقے دریافت کیے ہیں۔ ان میں ZFNs ، TALENs اور CRISPR شامل ہیں۔ ٹیکنالوجی درحقیقت 1953 میں سائنسدانوں جیمز واٹسن اور فرانسس کریک کے ڈی این اے کے ڈبل ہیلکس ڈھانچے کی دریافت کا باعث بنی ، جو جانداروں کا جینیاتی مواد ہے۔ ڈی این اے کا یہ سالماتی علم دراصل جدید سالماتی حیاتیات کے آغاز کا باعث بنا ، اور ڈی این اے کی سالماتی تحقیق نہ صرف مختلف حیاتیات کی جینیاتی تحقیق کا ابتدائی سنگ میل تھی بلکہ دنیا بھر میں سالماتی حیاتیات کی ان گنت دریافتوں کی ریڑھ کی ہڈی بھی تھی۔ ہڈی کی حیثیت رکھتا ہے۔

1958 میں ، کورمن برگ نامی سائنس دان نے نہ صرف ڈی این اے کے اہم اجزاء ، جسے نیوکلیوٹائڈز کہا جاتا ہے ، ایک لیبارٹری میں تیار کیا ، بلکہ انہیں لیبارٹری میں موجود ایک بیکٹیریم سے بھی حاصل کیا۔ انزائم “ڈی این اے پولیمریز” کی مدد سے ڈی این اے نے اس میں جین کی ایک کاپی بھی بنائی۔ اور اس طرح یہ تحقیق حیاتیاتی علوم کے میدان میں ایک اور اہم دریافت تھی ، جس نے ان تمام سائنسدانوں کو سائنسی دنیا کا سب سے بڑا نوبل انعام دیا۔

1962 میں ، سائنسدانوں کے ایک گروپ نے سالماتی ٹیکنالوجی کو سالماتی حیاتیات کی تحقیقات میں ایک آلے کے طور پر استعمال کیا ، ایک روشن سبز پروٹین کا استعمال کیا جس کا نام “گرین فلورسیٹ” سمندری زندگی “جیلی فش” میں تھا۔ ڈسکوری نے متعارف کرایا۔ یہ سبز پروٹین درحقیقت ایک مخصوص سٹڈی جین یا پروٹین سے جڑا ہوا ہے اور سیل میں داخل کیا جاتا ہے ، اور پھر اس کے نتیجے میں مخصوص پروٹین ایک مخصوص جگہ پر منتقل ہوتا ہے اور سیل میں اس کے کردار کا تعین اس سبز چمکدار پروٹین سے ہوتا ہے۔ روشنی سے تجربہ کیا گیا۔

1967 میں ، سائنسدانوں نے ایک اور اہم انزائم ، ڈی این اے لیگیس دریافت کیا ، جو زندہ ڈی این اے میں جینیاتی مواد کی مرمت کرتا ہے اور اسے ڈی این اے سیل (DNAReplication) کے اندر نقل کرتا ہے۔ سالماتی حیاتیات کے کردار کو دریافت کرنا اور ایک اور انتہائی اہم اور نیا جینیاتی آلہ متعارف کرانا۔

دریں اثنا ، 1968 میں ، ورنر آربر نامی سائنسدان نے مشاہدہ کیا کہ بیکٹیریل خود حملہ کرنے والے وائرس ، جسے بیکٹیریوفیج کہا جاتا ہے ، میں ایک انزائم ہوتا ہے جسے ریسٹریشن اینزائم کہتے ہیں۔ حملہ آور جینیاتی مواد کو ٹکڑوں میں کاٹ کر وائرس کو مار دیتے ہیں اور اس طرح خود کو وائرس سے بچاتے ہیں۔ اس پابندی والے انزائم کو مالیکیولر کینچی بھی کہا جاتا ہے۔

دلچسپ بات یہ ہے کہ بیکٹیریا خود اپنے جینیاتی مواد کو ان مالیکیولر کینچی سے بچانے کے لیے ایک اور انزائم استعمال کرتے ہیں اور اپنے جینیاتی مواد کے ٹکڑے ہونے سے خود کو بچاتے ہیں۔ اور اس طرح بیکٹیریا اس ریسریشن انزائم کو اپنے دفاعی نظام کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ جینیاتی تحقیق کرنے والے سائنسدانوں کے لیے ریسٹریشن انزائم کی دریافت ایک بہت اہم ٹول ثابت ہوئی۔ 1970 کی دہائی کے بعد سے ، سائنسدانوں نے نہ صرف سینکڑوں مختلف قسم کے پابندیوں کے خامروں کو مختلف قسم کے بیکٹیریا سے حاصل کیا ہے ، بلکہ ان انزائموں پر تحقیق جاری رکھی ہے ، جو کہ جین ایڈیٹنگ جیسی سالماتی حیاتیات کے میدان میں جدید ٹیکنالوجیز کی بنیاد رکھ رہے ہیں۔ ۔

1970 کی دہائی میں ، پال برگ نامی سائنسدان نے ان مالیکیولر بائیولوجی ٹولز کا استعمال کرتے ہوئے پہلی بار دو مختلف وائرسوں کے ڈی این اے کو کاٹا اور ان کے ٹکڑوں کو ایک ساتھ رکھا ، اس طرح ڈی این اے ٹیکنالوجی کو ملایا۔ Recombinant DNA ٹیکنالوجی کی بنیاد رکھی۔ پال برگ کو ان کی تحقیق پر 1980 میں نوبل انعام دیا گیا۔

1971 کے اوائل میں ، نیتھنز نامی سائنسدان نے ریسٹریشن انزائم کا استعمال کیا تاکہ جانداروں میں ڈی این اے کی “نقشہ سازی” کا مطالعہ آسان اور ممکن ہو سکے۔ اس تحقیق نے سائنس دانوں کے لیے جینیاتی مواد کا تفصیلی مطالعہ کرنے اور مفید اور مثبت تبدیلیاں لانے کے لیے نئی راہیں کھولیں۔

اس طرح ، مختلف قسم کے جینیاتی اوزار دریافت ہوئے ، جن میں مختلف انزائمز اور پروٹین شامل ہیں۔ جینیاتی انجینئرنگ کا ایک نیا باب شروع ہوا۔

اور اسی طرح 1980 کی دہائی میں ، جینیاتی انجینئرنگ کے ذریعے ، سائنسدانوں نے بہت سے جینیاتی تجربات کیے اور حقیقی دنیا میں نہ صرف مختلف قسم کی مصنوعات ، بشمول مختلف ادویات ، ہارمونز جیسے انسولین ، ویکسین کی ایک قسم ، بلکہ مختلف اقسام بھی شامل ہیں جینیاتی بیماریوں کی تشخیص اور علاج

ریکومبیننٹ ڈی این اے ٹیکنالوجی نے نہ صرف زراعت میں مختلف اقسام کے پھلوں اور سبزیوں کی غذائیت ، حجم اور ذائقہ بڑھایا بلکہ ان کیڑوں اور دیگر جراثیم سے بچانے کے طریقے بھی دریافت کیے جو فصلوں اور باغات پر حملہ کرتے ہیں۔ ۔ 1981 میں ، سائنسدانوں نے پہلا ٹرانسجینک جانور متعارف کرایا ، جس نے جینیاتی انجینئرنگ کے ذریعے ایک جانور کے جینیاتی مواد کو دوسرے جانور کے جینیاتی مواد میں کامیابی کے ساتھ شامل کیا اور کامیابی سے جانور میں نئی ​​خصلتیں متعارف کروائیں۔ اس تجربے میں سائنسدانوں نے خرگوش کے کچھ جین لے کر اسے چوہوں کے جینیاتی مواد میں داخل کیا اور یوں جینیاتی انجینئرنگ کے میدان میں سائنسدانوں نے ایک بڑی جنگ شروع کردی۔

1983 میں ، مالیکیولر بیالوجی کے شعبے کے سائنسدان کیری مولنز نے پولیمریز چین ری ایکشن (پی سی آر) کے نام سے ایک تکنیک ایجاد کی ، جس کی وجہ سے سائنسدانوں نے بہت آسان ، سستے اور کم وقت میں جانداروں کے جینیاتی مواد کا مطالعہ کرنا ممکن بنا دیا۔ پی سی آر ٹیکنالوجی درحقیقت بہت کم وقت اور چند مشینوں کا استعمال کرتے ہوئے جینیاتی مواد کی ایک کاپی کی ہزاروں اور لاکھوں کاپیاں بنا سکتی ہے۔ آج ، پی سی آر مختلف بیماریوں کے جراثیموں کی شناخت کرکے بیماری کی درست شناخت کا واحد طریقہ ہے ، جس کی ایک مثال کورونا وائرس ہے۔ پی سی آر ٹیکنالوجی فرانزک سائنس میں بھی استعمال ہوتی ہے۔

1985 میں ، سائنسدانوں نے سالماتی حیاتیات کے میدان میں ایک اور اہم دریافت کی ، جس میں انہوں نے ایک خاص ساختی پروٹین دریافت کیا جو جانداروں کے جینیاتی مادے ڈی این اے سے جڑا ہوا ہے ، جسے زنک فنگر ڈومین کہتے ہیں۔ نام (ZNF)۔ زیڈ این ایف دراصل کسی بھی پروٹین کی ساخت کا حصہ ہے جو خاص طور پر جانداروں کے ڈی این اے سے جڑتا ہے تاکہ کسی خاص لمحے سیل میں ایک مخصوص پروٹین بنانے میں مدد ملے۔ اور جینیاتی مطالعات کو آسان بنانے کی صلاحیت کا استعمال کیا۔

اس مقصد کے لیے ، سائنسدانوں نے ZNF پر مشتمل پروٹین کو ایک خاص قسم کی پابندی اینزائم FOKI سے بیکٹیریا ، FOKI سے حاصل کیا ، تاکہ ڈی این اے میں کسی مخصوص جگہ یا ہدف کی نشاندہی کی جائے اور اسے کاٹا جائے۔ کینچی) تیار۔ یہ جینیاتی کینچی (Zink Finger Area Nuclases) ، جسے ZNFs کہا جاتا ہے ، جاندار چیزوں کے جینیاتی مواد میں کسی خاص مقام پر جینیاتی تبدیلی کے عمل کو قابل بناتا ہے۔ یہ جینیاتی قینچی مختلف قسم کی بیماریوں کی تحقیق میں استعمال ہو رہی ہیں ، جیسے کینسر کی اسکریننگ اور علاج۔

ان مختلف اقسام کے جینیاتی ٹولز کی مسلسل دریافت نے بالآخر سائنسدانوں کو 1986 میں ہیپاٹائٹس بی وائرس کے خلاف پہلی ریکومبیننٹ ویکسین تیار کرنے کے قابل بنا دیا۔ وائرس.

1990 کی دہائی میں ، سائنسدانوں نے جینیاتی ٹولز کا استعمال کرتے ہوئے جین کلوننگ کے ساتھ کامیابی سے تجربہ کیا اور جینیاتی طور پر تبدیل شدہ تنظیموں کی مختلف اقسام متعارف کروائیں۔ اس فیلڈ میں سب سے بڑی پیش رفت 1996 میں ڈولی بھیڑ تھی جو جینیاتی کلوننگ کے نتیجے میں پیدا ہوئی۔

1998 میں ، سائنسدانوں نے ایک نیا سائنسی پروجیکٹ شروع کیا جس کا مقصد مکمل انسانی جینیاتی مواد کی ترتیب یا شناخت کو جانچنا تھا ، اور سائنسدانوں کی انتھک محنت اور مختلف جینیاتی ٹولز اور تکنیکوں کے استعمال کے ساتھ ، یہ عمل 2003 میں شروع ہوا۔ سائنسدانوں نے اس سائنسی منصوبے کو ہزار جینوم پروجیکٹ کا نام دیا۔

اس کی کامیابی کے دوران ، سائنسدانوں نے جانوروں ، پودوں اور جرثوموں سمیت دیگر جانداروں کے جینیاتی مواد کی ترتیب مکمل کی۔ نہ صرف یہ ، بلکہ اس مطالعے کے دوران ہی کینسر کا پہلا جینیاتی علاج “ٹارگٹڈ جین تھراپی” کا 2001 میں کامیابی سے تجربہ کیا گیا ، اور دوا “گلیویک” کو ایف ڈی اے نے منظور کیا۔ اور اب یہ دوا بعض قسم کے لیوکیمیا کے علاج کے لیے کامیابی سے استعمال ہو رہی ہے۔

2006 میں ، انسانی پیپیلوما وائرس کے خلاف ایک دوبارہ پیدا ہونے والی ویکسین ، جو انسانوں میں کینسر کا سبب بنتی ہے ، پہلی بار جینیاتی تبدیلی کی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے تیار کی گئی۔ کینسر سے بچاؤ کے لیے انسداد کینسر کی پہلی ویکسین تیار کی۔

2011 میں ، سائنسدانوں نے ایک نئی جینیاتی تبدیلی ٹیکنالوجی ایجاد کی جسے TALENs کہا جاتا ہے۔ TALENs دراصل “ٹرانسکرپشن ایکٹیویٹر لائک ایفیکٹر نیوکلیز” کا مخفف ہے۔

2012 میں ، سائنسدانوں جینیفر ڈوڈنا اور ایمانویلا چارپینٹیئر نے جینیاتی تبدیلی کا ایک ٹول ایجاد کیا جسے CRISPR-Cas9 کہا جاتا ہے۔ CRISPR کا مطلب ہے “Cluster Often Interspaced Brief Palindromic Repeat”۔ Cas-9 ایک انزائم ہے جو جینیاتی کینچی کے طور پر کام کرتا ہے۔ CRISPR-Cas9 دراصل اس کا اپنا دفاعی نظام ہے جو بیکٹیریا میں پایا جاتا ہے جسے بیکٹیریا دراصل وائرس کو مارنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔

دلچسپ بات یہ ہے کہ CRISPR حملہ آور وائرس کے جینیاتی مواد پر cas9 اور دیگر خامروں کے ذریعے حملہ کرتا ہے اور اس کا ایک ٹکڑا اپنی یادداشت کے لیے محفوظ کرتا ہے جسے سائنسدان CRISPR Array کہتے ہیں۔ نامی جراثیم اس طرح اس CRISPR صف کو اپنی یادداشت کے لیے محفوظ کرتا ہے اور مستقبل میں اسی وائرس کے دوبارہ ہونے کی صورت میں فوری ردعمل کے لیے خود کو تیار کرتا ہے۔ CRISPR-Cas9 کی اسی صلاحیت کو سائنسدانوں نے “ٹارگٹڈ جین تھراپی” کے مقصد کے لیے استعمال کیا ، جس مقصد کے لیے سائنسدانوں نے اپنے جینیاتی ہدف RWA کے مطابق لیبارٹری میں بیکٹیریا کے CRISPR Array کا استعمال کیا۔ ٹکڑے تیار کریں۔

واضح رہے کہ یہ جینیاتی اہداف دراصل جین کے وہ حصے ہیں جو کسی قسم کی بیماری کا باعث بنتے ہیں ، جیسے کینسر ، اور ان کی درستگی کے لیے ان کو نشانہ بنایا گیا اور آر این اے کے چھوٹے چھوٹے ٹکڑے کیے گئے اور پھر یہ ٹکڑے ایک گائیڈ کے ساتھ منسلک ہیں آر این اے اور کاس 9 انزائم اور زندہ سیل میں داخل کیا گیا۔ وہ اب مخصوص ہدف CRISPR-RNA کی شناخت کرتے ہیں اور سیل کے DNA میں مخصوص جینوں کو پہچان کر اسے DNA سے جوڑتے ہیں۔ اور پھر Cas-9 انزائم اپنے ہدف والی جگہ پر جینیاتی قینچی لگا کر DNA کو کاٹتا ہے۔

ایک بار جب ڈی این اے کو اس کے حقیقی ہدف پر کاٹ دیا جاتا ہے تو ، “تبدیل شدہ حصہ” کو صحیح حصے سے بدل دیا جاتا ہے۔ اور بہت سی قسم کی جینیاتی بیماریوں بشمول خون ، دل ، دماغ ، اعصابی اور مدافعتی نظام ، اور یہاں تک کہ کینسر کی بھی مستقل تشخیص اور علاج کیا جا سکتا ہے۔ مجھے جینیاتی بیماریوں کے علاج کے لیے تجرباتی طور پر “ہیومن ٹرائلز” استعمال کرنے کی اجازت تھی۔ اور بالآخر ، 2020 میں ، سائنسدانوں نے ثابت کیا کہ بیٹا تھالیسکیمیا کے دس میں سے سات اور سیکل سیل انیمیا کے تین مریض جنہوں نے CRISPR جینیاتی ترمیم کے مطالعے میں حصہ لیا وہ مکمل طور پر صحت یاب ہو گئے۔ CRISPR کی کامیابی کے بعد ، اس کے موجدوں کو 2020 میں سائنس کا سب سے بڑا نوبل انعام دیا گیا۔

سالماتی حیاتیات کے میدان میں سائنسی تحقیق ابھی ختم نہیں ہوئی ہے ، لیکن آج بھی دنیا بھر کے سائنس دان جینیاتی ترمیم اور روک تھام ، علاج اور مختلف جینیاتی بیماریوں کے موثر طریقوں کے لیے نئے جینیاتی اوزار اور نئی تکنیک دریافت کر رہے ہیں۔ استعمال کرنے کی کوشش کر رہا ہے۔