डीएनए अनुक्रमण [DNA Sequencing] मेथड व अनुप्रयोग

इस लेख में हम डीएनए अनुक्रमण (DNA Sequencing) पर सरल एवं सहज़ चर्चा करेंगे एवं इसके विभिन्न महत्वपूर्ण पहलुओं को समझने का प्रयास करेंगे।

तो, इस लेख को अंत तक जरूर पढ़ें और डीएनए की बेहतर समझ के लिए डीएनए पर लिखे हमारे अन्य लेखों को भी पढ़ें, लिंक आपको नीचे मिल जाएँगे।

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डीएनए (DNA), कोशिकाओं के अंदर का वो अणु (molecule) है, जिसमें किसी जीव के विकास और कार्य के लिए जिम्मेदार आनुवंशिक जानकारी (genetic information) होती है। डीएनए अणु इस जानकारी को एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक पारित करने की अनुमति देते हैं।

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डीएनए अनुक्रमण क्या है?

डीएनए को अनुक्रमित (Sequence) करने का अर्थ है चार रासायनिक बिल्डिंग ब्लॉकों के क्रम को निर्धारित करना – जिन्हें “बेस” कहा जाता है – और जो डीएनए अणु बनाते हैं। डीएनए सिक्वेन्सिंग वैज्ञानिकों को बताता है, कि एक विशेष डीएनए खंड में किस प्रकार की अनुवांशिक जानकारी होती है। उदाहरण के लिए, वैज्ञानिक, अनुक्रम जानकारी का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए कर सकते हैं कि डीएनए के किन हिस्सों में जीन होते हैं और कौन से हिस्सों में नियामक निर्देश होते हैं।

दरअसल, डीएनए डबल हेलिक्स में, चार रासायनिक बेस हमेशा एक ही साथी के साथ “बेस पेयर” बनाते हैं। एडेनिन (ए) हमेशा थाइमिन (टी) के साथ और साइटोसिन (सी) हमेशा गुआनिन (जी) के साथ जोड़े बनाते है। यह जोड़ी उस तंत्र का आधार है जिसके द्वारा कोशिकाओं के विभाजित होने पर डीएनए अणुओं की प्रतिलिपि बनाई जाती है, और यह जोड़ी उन तरीकों को भी रेखांकित करती है जिनके द्वारा अधिकांश डीएनए अनुक्रमण प्रयोग किए जाते हैं। मानव जीनोम में लगभग 3 अरब Base Pairs होते हैं जो मनुष्य को बनाने और बनाए रखने के निर्देशों को बताते हैं।

Base-Pair structure, डीएनए अनुक्रम को बड़ी मात्रा में आनुवंशिक जानकारी के भंडारण के अनुकूल बनाती है। यह पूरक बेस-पेयरिंग उस तंत्र का आधार है, जिसके द्वारा डीएनए अणुओं की प्रतिलिपि (copy) बनाई जाती है, स्थानांतरित किया जाता है और अनुवाद किया जाता है, और जोड़ी भी अधिकांश डीएनए अनुक्रमण विधियों को रेखांकित करती है।

कुल मिलाकर डीएनए अनुक्रमण एक प्रयोगशाला तकनीक है जिसका उपयोग डीएनए अणु में bases (ए, सी, जी, और टी) के सटीक अनुक्रम को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। डीएनए बेस सीक्वेंस में वह जानकारी होती है, जो एक कोशिका को प्रोटीन और आरएनए अणुओं को इकट्ठा करने के लिए चाहिए होती है। जीन के कार्यों की जांच करने वाले वैज्ञानिकों के लिए डीएनए अनुक्रम की जानकारी महत्वपूर्ण होती है।

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डीएनए अनुक्रमण मेथड

अंग्रेजी बायोकेमिस्ट फ्रेडरिक सेंगर, अनुक्रमण (Sequencing) की खोज 1970 के दशक में की थी। सेंगर विधि एक शास्त्रीय डीएनए (Classical DNA) अनुक्रमण विधि है। उसके बाद अगली पीढ़ी का अनुक्रमण (Next Generation Sequencing – NSG) का प्रादुर्भाव होता है और फिर उसके बाद तीसरी पीढ़ी का अनुक्रमण का प्रादुर्भाव हुआ। आइये तीनों को समझते हैं;

सेंगर अनुक्रमण क्या है?

सेंगर अनुक्रमण विधि, जिसे “chain termination method” के रूप में भी जाना जाता है, को 1977 में अंग्रेजी बायोकेमिस्ट फ्रेडरिक सेंगर और उनके सहयोगियों द्वारा विकसित किया गया था। यह विधि डीएनए के एक टुकड़े में (आमतौर पर 1000 base pair से कम लंबाई) के न्यूक्लियोटाइड बेस के अनुक्रम को निर्धारित करने के लिए डिज़ाइन की गई है। 99.99% बेस सटीकता के साथ सेंगर अनुक्रमण को डीएनए अनुक्रमों को मान्य करने के लिए “gold standard” माना जाता है।

अगली पीढ़ी का अनुक्रमण (Next Generation Sequencing – NGS)

अगली पीढ़ी का अनुक्रमण (NGS) जिसे massively parallel sequencing के रूप में भी जाना जाता है; प्रौद्योगिकी ने बड़े पैमाने पर सेंगर अनुक्रमण को लागत दक्षता (cost efficiency) और तेजी (rapidness) जैसे लाभों के साथ प्रतिस्थापित किया है। NGS एक साथ लाखों टुकड़ों का क्रम निर्धारित कर सकता है।

NGS Technology के विकास ने जीनोमिक्स अनुसंधान में तेजी लाई है। एनजीएस एक साथ 100 से अधिक जीन और कम इनपुट डीएनए वाले पूरे जीनोम को अनुक्रमित कर सकता है। हालांकि अनुक्रमण क्षेत्र में सेंगर अनुक्रमण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह कई प्रमुख लाभ प्रदान करता है: जैसे कि (i) यह एकल जीन अनुक्रमण के लिए कम लागत का उपयोग करता है, (ii) यह 99.99% सटीकता प्रदर्शित करता है, और (iii) यह विशेष रूप से साइट-निर्देशित उत्परिवर्तजन (site-directed mutagenesis) के सत्यापन अनुक्रमण के लिए उपयुक्त है।

तीसरी पीढ़ी का अनुक्रमण (Third generation Sequencing)

उभरती हुई तीसरी पीढ़ी की अनुक्रमण, जिसे long-read sequencing अनुक्रमण के रूप में भी जाना जाता है। यह डीएनए और आरएनए के अरबों टेम्पलेट्स की जांच कर सकती है और साथ ही बिना पूर्वाग्रह के अस्थिर या बदलनेवाला मेथिलिकरण (methylations) का पता लगा सकती है।

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डीएनए अनुक्रमण प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग

डीएनए अनुक्रमण, आनुवंशिक जानकारी को प्रकट करता है, जो एक विशेष डीएनए खंड (particular DNA segment), एक संपूर्ण जीनोम या एक जटिल माइक्रोबायोम के बारे में हो सकता है।

डीएनए अणु में कौन से जीन और नियामक निर्देश निहित हैं, यह निर्धारित करने के लिए वैज्ञानिक अनुक्रम जानकारी का उपयोग कर सकते हैं। व डीएनए अनुक्रम को जीन की विशिष्ट विशेषताओं के लिए भी जांचा जा सकता है।

प्रजातियों या आबादी के बीच विकासवादी विश्लेषण के लिए विभिन्न जीवों के सजातीय डीएनए अनुक्रमों की तुलना की जा सकती है। विशेष रूप से, डीएनए अनुक्रमण एक जीन में परिवर्तन प्रकट कर सकता है जो एक बीमारी का कारण हो सकता है।

रोगों के निदान और उपचार और महामारी विज्ञान के अध्ययन सहित चिकित्सा में डीएनए अनुक्रमण का उपयोग किया जाता है। डीएनए सीक्वेंसिंग में पशु, पौधे और सार्वजनिक स्वास्थ्य सहित खाद्य सुरक्षा और टिकाऊ कृषि में क्रांति लाने की शक्ति है। इसके तहत प्रभावी पौधे और पशु प्रजनन के माध्यम से कृषि में सुधार और बीमारी के प्रकोप से जोखिम को कम किया जा सकता है।

इसके अतिरिक्त, मानव और वन्यजीव दोनों के लिए प्राकृतिक पर्यावरण की सुरक्षा और सुधार के लिए डीएनए अनुक्रमण का उपयोग किया जा सकता है।

ये थी डीएनए अनुक्रमण (DNA Sequencing) पर संक्षिप्त चर्चा, उम्मीद है आपको समझ में आया होगा। बेहतर समझ के लिए हमारे अन्य लेखों को अवश्य पढ़ें।

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प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक कोशिकाओं में अंतर [सचित्र]
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References,
https://www.genome.gov/genetics-glossary/DNA-Sequencing
https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets/A-Brief-Guide-to-Genomics
DNA Sequencing: Definition, Methods, and Applications
https://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-sequencing-technologies-690/