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 अनुक्रमण

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

dna sequencing

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।

साइट-निर्देशित उत्परिवर्तजन (site-directed mutagenesis) क्या है?
साइट-निर्देशित उत्परिवर्तन एक आण्विक (molecular) जीव विज्ञान पद्धति है, जिसका उपयोग जीन और किसी भी जीन उत्पादों के डीएनए अनुक्रम में विशिष्ट और जानबूझकर परिवर्तन करने के लिए किया जाता है। साइट-विशिष्ट उत्परिवर्तजन को ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड-निर्देशित उत्परिवर्तजन (oligonucleotide-directed mutagenesis) भी कहा जाता है, इसका उपयोग डीएनए, आरएनए और प्रोटीन अणुओं की संरचना और जैविक गतिविधि की जांच के लिए और प्रोटीन इंजीनियरिंग के लिए किया जाता है।
साइट-निर्देशित उत्परिवर्तजन डीएनए अनुक्रमों में उत्परिवर्तन की शुरुआत करके डीएनए लाइब्रेरी बनाने के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रयोगशाला तकनीकों में से एक 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।

  1. डीएनए लाइब्रेरी (DNA library) क्या है?

    आणविक जीव विज्ञान में, एक लाइब्रेरी, डीएनए अंशों (DNA fragments) का एक संग्रह है, जो आणविक क्लोनिंग (molecular cloning) की प्रक्रिया के माध्यम से सूक्ष्म जीवों की आबादी में संग्रहीत और प्रचारित किया जाता है।

  2. आणविक क्लोनिंग (molecular cloning) क्या है?

    आणविक क्लोनिंग, आणविक जीव विज्ञान में प्रायोगिक विधियों का एक समूह है जिसका उपयोग पुनः संयोजक डीएनए (recombinant DNA) अणुओं को इकट्ठा करने और मेजबान जीवों के भीतर उनकी प्रतिकृति (replication) को निर्देशित करने के लिए किया जाता है।

  3. पुनः संयोजक डीएनए (Recombinant DNA) या rDNA क्या है?

    रिकॉम्बिनेंट डीएनए (rDNA) एक ऐसी तकनीक है, जिसके तहत अपनी पसंद के डीएनए अनुक्रमों (DNA sequences) को एक साथ काटने और चिपकाने के लिए एंजाइमों का उपयोग किया जाता है।
    दूसरे शब्दों में कहें तो डीएनए जो विभिन्न जीवों के घटकों को मिलाकर कृत्रिम रूप से बनाया जाता है, उसे पुनर्संयोजित डीएनए (recombinant DNA) कहा जाता है।

  4. डीएनए मिथाइलेशन (DNA methylation) क्या है?

    डीएनए मिथाइलेशन एक जैविक प्रक्रिया है, जिसके द्वारा डीएनए अणु में मिथाइल समूह जोड़े जाते हैं। मिथाइलेशन की प्रक्रिया, अनुक्रम (Sequence) को बदले बिना डीएनए खंड (DNA segment) की गतिविधि को बदल सकता है।

  5. डीएनए सिक्वेन्सिंग क्या है?

    डीएनए में न्यूक्लियोटाइड्स, या बेस की एक रैखिक स्ट्रिंग होती है, जिसे उनके रासायनिक नामों के पहले अक्षर – ए, टी, सी और जी द्वारा संदर्भित किया जाता है। डीएनए में न्यूक्लियोटाइड के क्रम को कम करने की प्रक्रिया को डीएनए सिक्वेन्सिंग कहा जाता है। चूंकि डीएनए अनुक्रम जानकारी प्रदान करता है कि कोशिका आरएनए अणु और प्रोटीन बनाने के लिए उपयोग करती है, डीएनए के अनुक्रम को स्थापित करना यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि जीनोम कैसे काम करता है।

डीएनए [DNA] बेसिक्स – सरल एवं सटीक सचित्र विश्लेषण
डीएनए और आरएनए [DNA and RNA] : अंतर एवं समानताएं
प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक कोशिकाओं में अंतर [सचित्र]
कोशिका [Cell] : परिभाषा, संरचना व इसके भाग [सचित्र व्याख्या]

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/