பொறுமை இழப்பிலிருந்து ஒரு அதிர்ச்சியூட்டும் கண்டுபிடிப்பு வரை

சிறிய துகள்களில் மரபணுப் பொருட்களை ஏற்றி, அதிக அழுத்தத்தைப் பயன்படுத்தி அவற்றை தாவர செல்களில் செலுத்தும் அந்த தொழில்நுட்பம், தாவர விஞ்ஞானிகளுக்கு அதிக வேகத் துகள்களால் ஏற்படும் திறமையின்மை, சீரற்ற தன்மை மற்றும் திசு சேதம் உள்ளிட்ட சவால்களை முன்வைத்துள்ளது.

ஆனால் இந்த சோதனைகள் அப்படித்தான் செயல்பட்டன, தாவர விஞ்ஞானிகள் சவால்களைச் சுற்றி வேலை செய்தனர்.

"எங்களுக்கு ஒரு பிரச்சனை இருப்பது கூட எங்களுக்குத் தெரியாது," என்று அயோவா மாநில பல்கலைக்கழக வேளாண் விஞ்ஞானியும், வேளாண்மை மற்றும் வாழ்க்கை அறிவியலில் சார்லஸ் எஃப். கர்டிஸ் புகழ்பெற்ற பேராசிரியருமான கான் வாங் கூறினார்.

அயோவா மாநில பொருள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியலின் இணைப் பேராசிரியரான ஷான் ஜியாங், தனது ஆராய்ச்சிக் குழு தாவர ஆராய்ச்சியின் அடிப்படைக் கருவியை மேம்படுத்த ஏதாவது செய்ய முடியுமா என்று யோசித்தார். இறுதியில், அவரும் குழுவும் தாவர விஞ்ஞானிகள் 40 ஆண்டுகளாக "பீப்பாய் இல்லாமல் ஒரு தோட்டாவை சுட்டு வருகின்றனர்" என்று தீர்மானித்தனர்.

நேச்சர் கம்யூனிகேஷன்ஸ் இதழால் வெளியிடப்பட்ட ஒரு ஆய்வறிக்கை, ஆராய்ச்சி குழுவின் தீர்வுக்கான தேடல், அதன் அடுத்தடுத்த கண்டுபிடிப்புகள் மற்றும் ஒரு தொடக்க நிறுவனத்தைத் தொடங்கிய கண்டுபிடிப்பு ஆகியவற்றை விவரிக்கிறது.

இருப்பினும், இந்த திட்டம் ஒரு பொறியியல் சிக்கலைத் தீர்ப்பதை விட அதிகமாக இருந்தது. ஜியாங், தனது ஆராய்ச்சி விண்ணப்பத்தின் காரணமாக, தாவர அறிவியலையும், மனித வாழ்க்கையையும் மேம்படுத்த தனது பொறியியல் அணுகுமுறையைப் பயன்படுத்த விரும்பினார்.

டாக்டருக்குப் பிந்தைய பாடங்கள்

இல்லினாய்ஸ் அர்பானா-சாம்பேன் பல்கலைக்கழகத்தில் முனைவர் பட்டம் பெற்ற பிறகு, ஜியாங் மாசசூசெட்ஸ் தொழில்நுட்பக் கழகத்தில் உள்ள லாங்கர் ஆய்வகத்தில் முனைவர் பட்டத்திற்குப் பிந்தைய ஆராய்ச்சியாளராகப் பணியாற்றினார்.

அதுதான் பாஸ்டன் குளோபால் "பாஸ்டனில் மிகவும் புத்திசாலி மனிதர்" என்று ஒரு காலத்தில் அழைக்கப்பட்ட ராபர்ட் லாங்கரின் ஆய்வகம், இணை நிறுவனரும், கடந்த ஆகஸ்ட் வரை மாடர்னா, இன்க். நிறுவனத்தின் வாரிய உறுப்பினருமான இவர், கோவிட்-19க்கான தடுப்பூசிகள் உட்பட mRNA மருத்துவத்தை உருவாக்குவதில் முன்னணியில் இருந்தார்.

மருத்துவ சிகிச்சைகளுக்கான மரபணு பொருட்களை வழங்குவதற்கான புதிய யோசனைகளில் பணியாற்றிய 15 பிந்தைய-ஆய்வாளர்களில் ஜியாங்கும் ஒருவர்.

"இது மிகவும் கடினமான ஆராய்ச்சி," என்று அவர் கூறினார்.

ஆனால் ஆராய்ச்சி நிதி வறண்ட பிறகும் கூட, ஒரு விளைவு என்னவென்றால், நோயை எதிர்த்துப் போராட உடலுக்கு உதவும் புரதங்களை உற்பத்தி செய்ய தூதர் ஆர்.என்.ஏவைப் பயன்படுத்துவது.

"அந்த ஆராய்ச்சி என் வாழ்க்கையில் ஆழமான தாக்கத்தை ஏற்படுத்தியது," என்று ஜியாங் கூறினார். "நான் அயோவா மாநிலத்திற்கு வந்தபோது, நான் என்ன செய்ய விரும்புகிறேன் என்று யோசித்தேன்."

ஆனால் அங்கு ஆராய்ச்சி மருத்துவமனை இல்லை, மருத்துவ ஆராய்ச்சிக்கான வாய்ப்புகளும் குறைவாகவே இருந்தன.

அவர் அறிவியல் இலக்கியங்களைச் சுற்றிப் பார்த்து, அதிக பயிர் மகசூல், பூச்சிகளுக்கு எதிர்ப்புத் திறன் அல்லது வெப்ப சகிப்புத்தன்மை உள்ளிட்ட குறிப்பிட்ட பண்புகளை அறிமுகப்படுத்த அல்லது அதிகரிக்க தாவர செல்களுக்குள் டிஎன்ஏவை வழங்குவது பற்றிப் படித்தார்.

அவர் போனை எடுத்து ஒரு குளிர் அழைப்பு செய்தார்.

வாங் பதிலளித்தார், ஒரு பொருள் பொறியாளருடன் பேசுவதைப் பார்த்து ஆச்சரியப்பட்டார், ஆனால் மதிய உணவைத் திட்டமிடவும், தாவர அறிவியல் ஆராய்ச்சியின் சவால்கள், குறிப்பாக ஒரு தாவரத்தின் கடினமான செல் சுவர்கள் வழியாக மரபணுப் பொருட்களை வழங்குவதில் உள்ள சவால்களைப் பற்றிப் பேசவும் போதுமான ஆர்வம் காட்டினார்.

"இது மிகவும் கவனிக்கப்படாத பகுதி," என்று ஜியாங் கூறினார். "தாவர செல் விநியோகத்தில் விஞ்ஞானிகள் மிகக் குறைவான பொருட்களையே பயன்படுத்தி வந்தனர். விவசாயம் எப்போதும் கவனிக்கப்படுவதில்லை - மக்கள் புற்றுநோயைக் குணப்படுத்த விரும்புகிறார்கள்."

பொறுமை இழப்பிலிருந்து ஒரு அதிர்ச்சியூட்டும் கண்டுபிடிப்பு வரை

தாவர விஞ்ஞானிகளால் மரபணு தகவல்களை "உயிரியல்" முறையில் வழங்குவதற்காகப் பயன்படுத்தப்படும் பல தசாப்த கால "மரபணு துப்பாக்கி", ஒரு மீட்டரில் சில மில்லியன்களில் ஒரு பங்கு அளவிலான தங்கம் அல்லது டங்ஸ்டன் நுண் துகள்களை மரபணுப் பொருட்களால் பூசி, பின்னர் துகள்கள் மற்றும் சரக்குகளை தாவர செல்களுக்குள் செலுத்துவதன் மூலம் செயல்படுகிறது.

அந்த செல்களில் சில துகள் தாக்குதலிலிருந்து தப்பித்து, அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட டிஎன்ஏவை எடுத்துக்கொண்டு தொடர்புடைய பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. பின்னர் உருமாறிய செல்களிலிருந்து முழு தாவரங்களையும் வளர்க்கலாம்.

"இருப்பினும், உயிரியல் விநியோகம், மீளுருவாக்கம் மற்றும் உருமாற்றத்தைத் தடுக்கும் உயர்-வேக நுண்புரொஜெக்டைல்களால் ஏற்படும் செயல்திறன், நிலைத்தன்மை மற்றும் திசு சேதம் ஆகியவற்றில் குறிப்பிடத்தக்க சவால்களை எதிர்கொள்கிறது," என்று ஜியாங் மற்றும் இணை ஆசிரியர்கள் இந்த திட்டம் பற்றி தங்கள் ஆய்வறிக்கையில் எழுதினர் (கீழே உள்ள குழு மற்றும் ஆய்வறிக்கை விவரங்களைப் பார்க்கவும்). "கூடுதலாக, இது பெரும்பாலும் மரபணுவில் துண்டு துண்டான மற்றும் பல டிரான்ஸ்ஜீன் செருகல்களுக்கு வழிவகுக்கிறது, இதன் விளைவாக கணிக்க முடியாத மரபணு வெளிப்பாடு ஏற்படுகிறது."

ஜியாங்கும் அவரது ஆராய்ச்சி ஒத்துழைப்பாளர்களும் தீர்வுகளைத் தேடத் தொடங்கினர் - "பிழைப் பட்டியை குறைக்க முயற்சித்தோம்," என்று அவர் கூறினார்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் தாங்கள் நினைத்த அனைத்தையும் முயற்சித்தனர், ஆனால் ஜியாங் கூறுகையில், அவர்கள் சிறிய முன்னேற்றம் அடைந்தனர். நான்கு ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, திட்டத்திற்காக செலவழித்த நேரத்தையும் முயற்சியையும் மறுபரிசீலனை செய்ய வேண்டிய நேரம் இது.

"நாங்கள் நம்பிக்கையையும் பொறுமையையும் இழந்து கொண்டிருந்தோம்," என்று ஜியாங் கூறினார்.

ஒரு தீர்வைத் தேடுவதற்கான கடைசி முயற்சியாக, ஆராய்ச்சி குழு மரபணு துப்பாக்கி துகள் ஓட்டங்களின் கணக்கீட்டு திரவ இயக்கவியல் மாதிரிகளை இயக்கி, உள் பீப்பாயில் ஒரு தடையைக் கண்டறிந்தது. இது மிகவும் குறுகலாகவும் கட்டுப்படுத்துவதாகவும் தோன்றியது, இதனால் துகள் இழப்பு, ஓட்டம் சீர்குலைவு, அழுத்தம் குறைதல், வேகம் குறைதல் மற்றும் இலக்கு செல்களில் சீரற்ற விநியோகம் ஆகியவை ஏற்பட்டன.

"இந்த கண்டுபிடிப்புகள் மரபணு துப்பாக்கி வடிவமைப்பில் உள்ள முக்கியமான வரம்புகளைக் சுட்டிக்காட்டுகின்றன, மேலும் மரபணு துப்பாக்கிக்குள் ஓட்ட இயக்கவியலை பொறியியல் செய்வது அதன் செயல்திறன் மற்றும் நிலைத்தன்மையை கணிசமாக மேம்படுத்தும் என்ற கருதுகோளுக்கு எங்களை இட்டுச் சென்றது" என்று ஜியாங் மற்றும் அவரது கூட்டுப்பணியாளர்கள் எழுதினர்.

அதைச் செய்ய, ஆராய்ச்சியாளர்கள் மரபணு துப்பாக்கிக்காக ஒரு புதிய உள் பீப்பாயை வடிவமைத்தனர் - அவர்கள் அதை "ஓட்ட வழிகாட்டும் பீப்பாய்" என்று அழைக்கிறார்கள் - மேலும் முனைவர் பட்ட மாணவரும் 3D-அச்சிடும் பொழுதுபோக்காகவும் இருக்கும் கானர் தோர்ப், சோதனைக்காக ஒன்றை அச்சிட்டார்.

"இது செயல்திறனை 50% மேம்படுத்தியது, பின்னர் இரண்டு, மூன்று, ஐந்து, பத்து, இருபது மடங்கு அதிகரித்தது," என்று ஜியாங் கூறினார். "உங்களுக்கு நேர்மையாகச் சொல்லப் போனால் நான் மிகவும் அதிர்ச்சியடைந்தேன்."

எளிதான தாவர மாற்றங்கள்

கணினி மாதிரியாக்கம், ஒரு வழக்கமான மரபணு துப்பாக்கி, ஏற்றப்பட்ட துகள்களில் சுமார் 21% ஐ அதன் தாவர செல் இலக்குகளை நோக்கி செலுத்துகிறது என்பதைக் காட்டுகிறது, அதே நேரத்தில் ஃப்ளோ வழிகாட்டும் பீப்பாய் மூலம் மாற்றியமைக்கப்பட்ட மரபணு துப்பாக்கி கிட்டத்தட்ட 100% ஐ வழங்குகிறது.

தாவர விஞ்ஞானிகளால் நடத்தப்பட்ட அடுத்தடுத்த சோதனைகள், வெங்காயம் மூலம் மேற்கொள்ளப்பட்ட சோதனைகளில் நிலையற்ற டிரான்ஸ்ஃபெக்ஷன் செயல்திறனில் 22 மடங்கு அதிகரிப்பு, மக்காச்சோள நாற்றுகளில் வைரஸ் தொற்று செயல்திறனில் 17 மடங்கு முன்னேற்றம் மற்றும் கோதுமையில் CRISPR மரபணு எடிட்டிங் கருவிகளைப் பயன்படுத்தி மேற்கொள்ளப்பட்ட சோதனைகளின் செயல்திறன் இரட்டிப்பாகக் கண்டறியப்பட்டது.

"முந்தைய எந்த சாதனமும் இதுபோன்ற முன்னேற்றங்களை அடைந்ததில்லை, தாவரங்களுக்கான மரபணு வகை சுயாதீன மாற்றம் மற்றும் மரபணு திருத்தத்தை முன்னேற்றுவதற்கான கணிசமான ஆற்றலை வழங்குகிறது" என்று ஆய்வறிக்கை இணை ஆசிரியர்கள் எழுதினர்.

ஜியாங் முதலில் அணுகிய அயோவா மாநில தாவர விஞ்ஞானி வாங், ஆய்வக "10 மடங்கு மற்றும் சில நேரங்களில் 20 மடங்கு மேம்பாடுகள். நாங்கள் மிகவும் திறமையாக வேலை செய்ய முடிகிறது" என்று குறிப்பிட்டார்.

மேரிலாந்து பல்கலைக்கழகத்தில் தாவர அறிவியல் மற்றும் நிலப்பரப்பு கட்டிடக்கலை பேராசிரியரும் திட்ட ஒத்துழைப்பாளருமான யிப்பிங் குய், ஃப்ளோ கைடிங் பீப்பாய் "மேம்பட்ட செயல்திறனுடன் தாவர மாற்றம் மற்றும் மரபணு திருத்தத்தை எளிதாக்கும்" என்றார்.

உதாரணமாக, ஒரு சோதனையில், ஃப்ளோ கைடிங் பீப்பாய், CRISPR வினைப்பொருட்களை ரொட்டி கோதுமையின் தண்டு நுனி மெரிஸ்டெமில் ஆழமாக ஊடுருவ அனுமதித்தது, இது தாவரத்தின் செல் மற்றும் இலை உற்பத்தி நிகழும் பகுதியாகும் என்று அவர் கூறினார்.

"இது அடுத்த தலைமுறை கோதுமையில் பரம்பரை மரபணு திருத்தத்தின் உயர் செயல்திறனுக்கு வழிவகுத்தது," என்று குய் கூறினார். "இந்த செயல் விளக்கம் கோதுமையில் செய்யப்பட்டாலும், பார்லி, சோளம் போன்ற பிற பயிர்களுக்கும் இதுபோன்ற முன்னேற்றம் பயனளிக்கும் என்று ஒருவர் கற்பனை செய்யலாம்."

டிஜிட்டல் மற்றும் துல்லிய வேளாண் ஆராய்ச்சி மற்றும் புதுமை தளம்; அமெரிக்க வேளாண்மைத் துறையின் தேசிய உணவு மற்றும் வேளாண்மை நிறுவனத்தின் வேளாண்மை மற்றும் உணவு ஆராய்ச்சி முயற்சி; தேசிய அறிவியல் அறக்கட்டளை; மற்றும் எரிசக்தித் துறை உள்ளிட்ட அயோவா மாநில ஆதாரங்களில் இருந்து ஓட்ட வழிகாட்டும் பீப்பாயின் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டிற்கான ஆதரவு கிடைத்தது.