एक कोशिका के भीतर, डीएनए प्रोटीन के निर्माण के लिए आनुवंशिक कोड रखता है।
प्रोटीन बनाने के लिए, कोशिका डीएनए की एक प्रति बनाती है, जिसे एमआरएनए कहा जाता है। फिर, राइबोसोम नामक एक अन्य अणु एमआरएनए को पढ़ता है, इसे प्रोटीन में परिवर्तित करता है। लेकिन यह कदम एक दृश्य रहस्य रहा है: वैज्ञानिकों को पहले यह नहीं पता था कि राइबोसोम एमआरएनए से कैसे जुड़ता है और पढ़ता है।
अब, मिशिगन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं सहित अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिकों की एक टीम ने यह देखने के लिए उन्नत माइक्रोस्कोपी का उपयोग किया है कि कैसे राइबोसोम एमआरएनए में भर्ती होते हैं, जबकि इसे आरएनए पोलीमरेज़ या आरएनएपी नामक एंजाइम द्वारा स्थानांतरित किया जा रहा है। उनके परिणाम, जो बैक्टीरिया में प्रक्रिया की जांच करते हैं, जर्नल में प्रकाशित होते हैं विज्ञान।
इंस्टिट्यूट डी जेनेटिक एट के एक शोधकर्ता अल्बर्ट वेक्स्लबाउमर ने कहा, “यह समझना कि राइबोसोम एमआरएनए को कैसे पकड़ता है या एमआरएनए को ‘भर्ती’ करता है, इसके बाद आने वाली हर चीज के लिए एक पूर्व शर्त है, जैसे कि यह समझना कि यह एमआरएनए में एन्कोड की गई जानकारी की व्याख्या कैसे शुरू कर सकता है।” फ्रांस में डी बायोलॉजी मोलेक्यूलेर एट सेल्यूलेयर जिन्होंने अध्ययन का सह-नेतृत्व किया। “यह एक किताब की तरह है। आपका काम किताब को पढ़ना और उसकी व्याख्या करना है, लेकिन आप नहीं जानते कि किताब कहां से मिलेगी। किताब पाठक तक कैसे पहुंचाई जाती है?”
शोधकर्ताओं ने पाया कि एमआरएनए को प्रतिलेखित करने वाला आरएनएपी राइबोसोम में रस्सी बांधने के लिए दो अलग-अलग एंकरों को तैनात करता है और एक ठोस आधार और प्रोटीन संश्लेषण की शुरुआत सुनिश्चित करता है। यह एक निर्माण स्थल पर एक फोरपर्सन के समान है जो सुपरस्ट्रक्चर के एक जटिल खंड को स्थापित करने वाले श्रमिकों की देखरेख करता है, जो दो अनावश्यक तरीकों से पुष्टि करता है कि सभी टुकड़ों को अधिकतम स्थिरता और कार्यक्षमता के लिए महत्वपूर्ण मोड़ पर सुरक्षित रूप से बांधा गया है।
शोधकर्ताओं के अनुसार, इन मूलभूत प्रक्रियाओं को समझने से बैक्टीरिया प्रोटीन संश्लेषण में इन विशिष्ट मार्गों को लक्षित करने वाले नए एंटीबायोटिक विकसित करने की काफी संभावनाएं हैं। परंपरागत रूप से, एंटीबायोटिक दवाओं ने राइबोसोम या आरएनएपी को लक्षित किया है, लेकिन बैक्टीरिया अक्सर उन एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति कुछ प्रतिरोध पैदा करने के लिए विकसित और उत्परिवर्तित होने का रास्ता खोज लेते हैं। अपने नए ज्ञान से लैस, टीम को उम्मीद है कि वह कई रास्तों को काटकर बैक्टीरिया को मात दे देगी।
अध्ययन के चार सह-नेताओं में से एक, यूएम के वरिष्ठ वैज्ञानिक एड्रियन चाउवियर ने कहा, “हम जानते हैं कि आरएनएपी, राइबोसोम, प्रतिलेखन कारक, प्रोटीन और एमआरएनए के बीच एक बातचीत होती है।” “हम इस इंटरफ़ेस को लक्षित कर सकते हैं, विशेष रूप से आरएनएपी, राइबोसोम और एमआरएनए के बीच, एक ऐसे यौगिक के साथ जो परिसर की भर्ती या स्थिरता में हस्तक्षेप करता है।”
टीम ने यह दिखाने के लिए एक यंत्रवत ढांचा विकसित किया कि कैसे कॉम्प्लेक्स के विभिन्न घटक ताजा लिखित एमआरएनए को राइबोसोम में लाने के लिए एक साथ काम करते हैं और ट्रांसक्रिप्शन और अनुवाद के बीच पुल के रूप में कार्य करते हैं।
वेक्स्लबाउमर ने कहा, “हम यह पता लगाना चाहते थे कि आरएनएपी और राइबोसोम का युग्मन सबसे पहले कैसे स्थापित होता है।” “शुद्ध घटकों का उपयोग करके, हमने कॉम्प्लेक्स को फिर से इकट्ठा किया – व्यास में एक मीटर का 10 अरबवां हिस्सा। हमने उन्हें क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (क्रायो-ईएम) का उपयोग करके कार्रवाई में देखा और व्याख्या की कि वे क्या कर रहे थे। हमें तब यह देखने की जरूरत थी कि क्या व्यवहार हमारे शुद्ध किए गए घटकों को विभिन्न प्रायोगिक प्रणालियों में पुन: उपयोग किया जा सकता है।”
अधिक जटिल मानव कोशिकाओं में, डीएनए दीवार से बंद नाभिक में रहता है, जहां आरएनएपी “दुभाषिया” के रूप में कार्य करता है, आनुवंशिक निर्देशों को छोटे टुकड़ों में तोड़ता है। एक एंजाइम का यह डायनेमो डीएनए को एमआरएनए में स्थानांतरित या लिखता है, जो आनुवंशिक कोड के एक छोटे से अंश की एक विशेष रूप से चयनित प्रतिलिपि का प्रतिनिधित्व करता है जिसे अधिक “रूमियर” साइटोप्लाज्म में राइबोसोम में ले जाया जाता है, जहां इसे प्रोटीन में अनुवादित किया जाता है, जीवन के बुनियादी निर्माण खंड.
प्रोकैरियोट्स में, जिनमें एक अलग नाभिक और आंतरिक झिल्ली “दीवार” का अभाव होता है, प्रतिलेखन और अनुवाद एक साथ और एक-दूसरे के करीब होते हैं, जिससे आरएनएपी और राइबोसोम को सीधे अपने कार्यों का समन्वय करने और एक-दूसरे के साथ सहयोग करने की अनुमति मिलती है।
बैक्टीरिया सबसे अच्छी तरह से समझे जाने वाले प्रोकैरियोट्स हैं, और उनकी सरल आनुवंशिक संरचना के कारण, टीम को जीन अभिव्यक्ति के दौरान राइबोसोम-आरएनएपी युग्मन में शामिल तंत्र और मशीनरी का विश्लेषण करने के लिए आदर्श मेजबान प्रदान किया गया।
शोधकर्ताओं ने इसमें शामिल प्रक्रियाओं की जांच करने के लिए प्रत्येक प्रयोगशाला की विशेषज्ञता के अनुसार विभिन्न तकनीकों और पद्धतियों को नियोजित किया – वेक्स्लबाउमर समूह में क्रायो-ईएम, और एंड्रिया ग्राज़ियाडेई द्वारा बर्लिन समूह की इन-सेल क्रॉसलिंकिंग मास स्पेक्ट्रोमेट्री।
बायोफिज़िक्स में विशेषज्ञता के साथ, रसायन विज्ञान, बायोफिज़िक्स के यूएम प्रोफेसर चौवियर और निल्स वाल्टर ने संरचना के कैनेटीक्स का विश्लेषण करने के लिए अपने उन्नत एकल अणु प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी का उपयोग किया।
चौवियर ने कहा, “काम पर इस मशीनरी की गति को ट्रैक करने के लिए, हमने दोनों घटकों में से प्रत्येक को एक अलग रंग के साथ टैग किया है।” “हमने नवजात आरएनए के लिए एक फ्लोरोसेंट रंग का उपयोग किया, और राइबोसोम के लिए एक और। इससे हमें उच्च शक्ति वाले माइक्रोस्कोप के तहत उनके कैनेटीक्स को अलग से देखने की अनुमति मिली।”
उन्होंने देखा कि आरएनएपी से निकलने वाला एमआरएनए छोटे राइबोसोमल सबयूनिट (30एस) से विशेष रूप से कुशलता से बंधा हुआ था जब राइबोसोमल प्रोटीन बीएस1 मौजूद था, जो राइबोसोम के अंदर अनुवाद की तैयारी में एमआरएनए को फैलने में मदद करता है।
वेबस्टर और वेक्स्लबाउमर की क्रायो-ईएम संरचनाओं ने युग्मन प्रतिलेखन कारक NusG, या इसके पैरालॉग, या संस्करण, RfaH द्वारा आरएनए पोलीमरेज़ के टेदरिंग के माध्यम से राइबोसोम में एमआरएनए डिलीवरी का एक वैकल्पिक मार्ग इंगित किया, जो एमआरएनए को एमआरएनए प्रविष्टि में पिरोता है। bS1 के दूसरी ओर से राइबोसोम का चैनल।
आरएनएपी और राइबोसोम के बीच युग्मन स्थापित करने के पहले चरण की सफलतापूर्वक कल्पना करने के बाद, टीम यह पता लगाने के लिए आगे सहयोग की उम्मीद कर रही है कि कॉम्प्लेक्स को पूरी तरह कार्यात्मक बनने के लिए कैसे पुनर्व्यवस्थित करने की आवश्यकता है।
वाल्टर ने कहा, “यह कार्य महाद्वीपों और महासागरों में किए गए अंतःविषय अनुसंधान की शक्ति को प्रदर्शित करता है।”
वेक्स्लबाउमर लैब में डॉक्टरेट की छात्रा हुमा राहिल और उस समय लैब में पोस्टडॉक्टरल फेलो और अब यूनाइटेड किंगडम में द जॉन इन्स सेंटर के माइकल वेबस्टर ने पेपर का सह-नेतृत्व भी किया।
