शुरुआत से जोड़ी गई सिंथेटिक कोशिका पहली बार बढ़ी और विभाजित हुई

 (quantamagazine.org)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 4 시간 전 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • जीवन की उत्पत्ति को लैब में दोहराने की कोशिश कर रहा synthetic biology शोध अब विकास, DNA प्रतिकृति और विभाजन को एक ही सिस्टम में जोड़ने के चरण तक पहुँच गया है
  • इस बार की कोशिका को जीवित कोशिका मानना कठिन है, और इसे ribosome तथा पोषक तत्व बाहर से देने पड़ते हैं, साथ ही इसमें रक्षा और अपशिष्ट-प्रबंधन तंत्र भी कमजोर हैं
  • Kate Adamala की शोध टीम ने DNA replication system, protein production enzyme set, supply liposome और division-inducing membrane protein को जोड़कर spudcell बनाया, और यह शोध अभी peer review से पहले का है
  • कृत्रिम रूप से बदले गए genes वाली कोशिकाएँ अधिक बड़ी हो सकीं या अधिक daughter cells बना सकीं, लेकिन यादृच्छिक mutation-आधारित natural selection अभी लागू नहीं हो पाया है
  • शोध टीम डेटा और तरीकों को सार्वजनिक करना चाहती है और गैर-लाभकारी संस्था Biotic के माध्यम से टूल्स वितरित करने की योजना बना रही है; लंबे समय में इसका उपयोग नए materials, दवाइयों और जीवन की उत्पत्ति के शोध में हो सकता है

निर्जीव पदार्थों से निकला cell cycle

  • जीवविज्ञानी निर्जीव घटकों को एक-एक करके कोशिका-जैसी झिल्ली के भीतर रखते हैं, ताकि देखा जा सके कि क्या ये molecular pouch जीवन जैसी गतिविधि दिखाते हैं
  • लैब में बनी synthetic cell ने बुनियादी cell cycle के मुख्य चरणों को एक साथ पूरा किया
    • विकास
    • DNA प्रतिकृति
    • विभाजन
  • Jack Szostak का कहना है कि जैविक घटकों से कृत्रिम कोशिका को assemble करने की कोशिशों में उन्होंने इससे आगे बढ़ा हुआ उदाहरण नहीं देखा
  • लेकिन यह कोशिका किसी भी परिभाषा में जीवित कोशिका नहीं है
    • इसे लगातार पोषण आपूर्ति की ज़रूरत होती है
    • protein production machinery यानी ribosome बाहर से लेने पड़ते हैं
    • इसमें रक्षा तंत्र और अच्छा waste removal system नहीं है
  • Sijbren Otto का मानना है कि मृत घटकों से जीवित चीज़ बनाने के लक्ष्य के यह काफ़ी क़रीब पहुँचा है, लेकिन अभी पूरी तरह वहाँ नहीं पहुँचा

spudcell की डिज़ाइन और assembly का तरीका

  • Kate Adamala के नेतृत्व में University of Minnesota की टीम ने नए शोध में सभी molecular parts को लैब-निर्मित सिस्टम के रूप में जोड़कर synthetic cell बनाई
  • यह शोध अभी peer review से पहले है
  • Adamala ने 2016 में लैब शुरू करते समय ऐसी synthetic cell की कल्पना की थी जो अपने genome का उपयोग करके पूर्ण cell division cycle से गुज़रे
  • डिज़ाइन का आधार वे मूल functions थे जो सभी ज्ञात कोशिकाओं में साझा हैं
    • बढ़ना
    • DNA की प्रतिकृति बनाना
    • विभाजित होना
    • evolve होना
    • DNA को RNA में transcribe करना और proteins बनाकर कोशिका के संचालन के लिए आवश्यक कार्य करना
    • lipid membrane के भीतर ज़रूरी सामग्री इकट्ठा रखना
  • शोध टीम को synthetic cell के लिए genome बनाना था और उसके कार्यों को चलाने वाली सामग्री भी साथ देनी थी

DNA प्रतिकृति और supply liposome

  • कोशिका के शरीर की भूमिका liposome ने निभाई, जो साधारण lipid membrane से घिरी एक खाली थैली होती है
  • शोध टीम ने पहले DNA की प्रतिकृति बनाकर उसे daughter cells तक पहुँचाने वाला सबसे बुनियादी सिस्टम बनाया
    • Hannes Mutschler और Christophe Danelon द्वारा विकसित DNA replication system को अपनाया गया
    • इसे DNA पढ़ने और protein बनाने में मदद करने वाले व्यावसायिक 36 enzymes के सेट के साथ काम करने के लिए अनुकूलित किया गया
  • genes की अदला-बदली और molecular concentration के समायोजन को बार-बार दोहराकर information transfer system और protein production system को साथ चलने के लिए optimize किया गया
  • synthetic genome बहुत छोटा है, इसलिए इसमें भोजन और ऊर्जा को संसाधित करने वाले metabolic genes या कोशिका के लिए ज़रूरी कई जटिल molecules लगभग नहीं हैं
  • कमी वाली सामग्री अलग supply liposome में रखी गई
    • शर्करा
    • lipids
    • enzymes
    • tRNA
    • ribosome
  • जब supply liposome synthetic cell से मिलता है, तो membrane fuse होकर भीतर की सामग्री छोड़ दे, इसके लिए टीम ने cell membrane proteins को modify किया ताकि वे lipid bubbles को आकर्षित करें
  • कई समायोजनों के बाद कोशिकाएँ बढ़ने लगीं और DNA की प्रतिकृति भी शुरू हुई

cytoskeleton के बजाय चुना गया विभाजन का वैकल्पिक रास्ता

  • पहले के अध्ययनों ने synthetic cell को पोषण देकर बढ़ाने और DNA की प्रतिकृति कराने के कुछ तरीके दिखाए थे, लेकिन cell division अब भी अधिक कठिन समस्या बनी हुई थी
  • सामान्य कोशिकाएँ DNA को दो हिस्सों में बाँटने और कोशिका को विभाजित करने के लिए संरचनात्मक सहारा देने वाले protein fiber network यानी cytoskeleton को पुनर्गठित करती हैं
  • Adamala ने cytoskeleton का उपयोग न करके दूसरा तरीका चुना
    • Reinhard Lipowsky के शोधपत्र में वर्णित उस mechanism से प्रेरणा ली गई जिसमें membrane पर protein tags लगाकर अन्य proteins को इकट्ठा किया जाता है और membrane को भौतिक रूप से मोड़कर cell division कराया जाता है
    • cell membrane proteins को समायोजित कर protocell में इसका परीक्षण किया गया
    • कई प्रयासों के बाद विभाजन काम करने लगा
  • Job Boekhoven के अनुसार यह शोध उस division mechanism को अच्छे से दिखाने वाली बड़ी उपलब्धि है
  • John Glass का मूल्यांकन है that DNA replication, supply liposome और division-inducing proteins को जोड़कर उन्हें साथ काम करने लायक optimize करना synthetic cell क्षेत्र और व्यापक biology, दोनों के लिए turning point हो सकता है
  • Michael Lynch ने इसे synthetic biology का tour de force कहा, लेकिन चेतावनी दी कि कोशिका अभी स्वावलंबी नहीं है, इसलिए इसे बढ़ा-चढ़ाकर नहीं पेश करना चाहिए

spudcell के selection experiments और बाकी evolution की चुनौती

  • शोध टीम के भीतर इस synthetic cell को पहले Adamala cells कहा जाता था, लेकिन Adamala ने दूसरा नाम चाहा, मज़ाक में आलू का सुझाव दिया, और छात्रों ने इसे spudcells कहना शुरू कर दिया
  • हर कोशिका बहुत छोटी है, और उसका genome भी bacterial genome से बहुत छोटा है
  • microscope में यह किसी खास आकार की नहीं दिखती, बल्कि एक साधारण ढेले जैसी लगती है
  • कोशिकाओं के बढ़ने और विभाजित होने के बाद, यह देखने के लिए कि क्या वे evolution के अधिक क़रीबी चरण तक जा सकती हैं, टीम ने synthetic cell के DNA में बदलाव किए
    • कुछ कोशिकाओं में ऐसे genetic variations बनाए गए जिनसे वे अधिक बड़ी हों या तेज़ी से विभाजित हों
    • जो कोशिकाएँ अधिक बड़ी हुईं, उन्होंने अधिक daughter cells बनाए और समूह में बढ़ने लगीं
    • उस गुण के समूह के भीतर चुने जाने का पहला चरण दिखाई दिया
  • लेकिन यह natural selection का स्पष्ट कार्यान्वयन नहीं है
    • genetic variation यादृच्छिक DNA mutation से नहीं, बल्कि शोध टीम की कृत्रिम छेड़छाड़ से उत्पन्न हुआ
    • DNA strands बनाने वाले enzymes इतने सटीक हैं कि पर्याप्त अर्थपूर्ण mutation नहीं बनते
    • टीम को ऐसे enzymes खोजने होंगे जिनमें इतनी ही त्रुटि हो कि genome integrity और cell function खोए बिना mutations पैदा हो सकें
  • Boekhoven का कहना है कि स्पष्ट evolutionary process का प्रदर्शन अभी भी गायब है, और यही अगला बड़ा चरण होगा
  • अन्य प्रकार की synthetic cells में adaptive evolution देखा गया है, लेकिन वे शुरुआत से बनाई नहीं गई थीं, बल्कि न्यूनतम genes छोड़कर घटाई गई bacteria थीं

जीवित कोशिका से दूरी

  • synthetic cell की सीमा यह है कि उसे बहुत-सा कच्चा माल बाहर से लेना पड़ता है
  • Szostak का मानना है कि कोशिका का प्राकृतिक कोशिकाओं की तरह अपने ribosome न बना पाना उसके विकास और निरंतर प्रजनन की क्षमता को सीमित करता है
  • यदि वह अपने ribosome, proteins और RNA बना सके, तो वह मौजूदा bacteria जैसी जीवित कोशिकाओं के काफ़ी अधिक क़रीब पहुँच जाएगी
  • Adamala का मानना है कि replication system को बेहतर करने के लिए cytoskeleton जोड़ने का तरीका भी खोजना होगा
    • अभी की कोशिका विभाजन में मदद करने वाले molecules को इकट्ठा करने में बहुत ऊर्जा और समय बर्बाद करती है
  • आधुनिक जीवित कोशिकाओं की तुलना में यह synthetic cell बहुत आदिम है
    • Adamala ने आधुनिक कोशिका की तुलना Boeing 787 Dreamliner से की
    • और इस कोशिका की तुलना 100 फुट उड़ने वाले Wright flyer से की

Biotic का सार्वजनिककरण और दीर्घकालिक उपयोग

  • Adamala और अन्य synthetic biologists ने नए नतीजों के साथ गैर-लाभकारी संस्था Biotic की स्थापना की घोषणा की
  • Biotic का उपयोग synthetic biology tools को दुनिया भर के शोधकर्ताओं तक पहुँचाने में किया जाएगा
  • शोध टीम डेटा और तरीके सार्वजनिक कर रही है ताकि दूसरे synthetic biologists भी कोशिकाएँ बना और सुधार सकें
  • लंबे समय में यह काम आने वाले दशकों में निम्न उपयोगों में जा सकता है
    • जीवाश्म ईंधन के बिना plastic बनाना
    • उर्वरक बनाना
    • दवाइयाँ बनाना
  • spudcell उन कहीं अधिक सरल molecules से अलग है जिनका उपयोग पृथ्वी पर जीवन की शुरुआत में हुआ होगा, लेकिन निर्जीव पदार्थों से synthetic cell system बनाना जीवन की उत्पत्ति और जीवन को बनाए रखने वाली शर्तों का लैब में अध्ययन करने की दिशा में एक और क़दम है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 4 시간 전
Hacker News की राय

  • Science News ने साथी शोधकर्ताओं के अतिरिक्त उद्धरण शामिल करके ज़्यादा संतुलित दृष्टिकोण दिखाया है
    कहा गया कि कुछ लोगों ने Adamala के शोध पर ध्यान खींचने के तरीके पर भी नाराज़गी जताई। उन्होंने कहा कि एक reviewer ने कहा था कि SpudCells असली biology नहीं है, इसलिए Cell ने इसे reject कर दिया; और उन्होंने 190 पेज का manuscript embargo की शर्तों पर पत्रकारों को भेज दिया, उससे पहले कि वह इसे bioRxiv पर डालतीं ताकि उनके peers इसे पढ़कर आकलन कर सकें। बताया गया कि वे जल्द ही इसे किसी नए journal में submit करने वाली हैं। Heidelberg University की synthetic biologist Kerstin Göpfrich ने इसे “काफी असामान्य तरीका” कहा
    https://www.science.org/content/article/lab-created-spudcell...

    • NY Times का लेख भी काफी अच्छा था, और उसमें illustrations अच्छी तरह शामिल थे
      https://www.nytimes.com/interactive/2026/07/01/science/spudc...
    • “काफी असामान्य तरीका” कहना नरम भाषा है; सीधे कहें तो यह पूरी तरह overreaction जैसा है
    • यह बात बेतुकी है कि Cell reviewer ने कहा कि synthetic biology biology नहीं है
    • academia में आम तौर पर अपने क्षेत्र के reviewer landscape का अंदाज़ा हो जाता है। हो सकता है आपने किसी colleague को रोचक नतीजों वाला paper निकालते देखा हो, जिसे 1–2 बेहद नकारात्मक reviewers ने जोरदार तरीके से reject कर दिया हो
      publication में देरी होती है और अगले review के लिए 6 महीने और इंतज़ार करना पड़ता है, तभी किसी दूसरी lab का कोई “colleague” लगभग वही experiment थोड़ा बेहतर results के साथ preprint server पर डाल देता है और तुरंत top-tier journal में publish करवा लेता है। वह अब latest achievement बन जाता है, और मूल researcher ऐसा दिखता है जैसे उसने original work को reproduce किया हो। संक्षेप में, politics सब कुछ बिगाड़ देती है
    • सामान्य प्रक्रिया अपने आप में ही पूरी तरह टूटा हुआ system है

  • यह वही जगह थी जहां यह field कुछ समय से अटकी हुई थी। Adamala से पहले के researchers ने synthetic cells को nutrients देना और grow कराना, DNA को replicate करना—ये तरीके ढूंढ लिए थे, लेकिन cell division अलग समस्या थी
    सामान्य cells cytoskeleton—protein fibers का network जो structural support देता है—को reorganize करके DNA को आधा-आधा बांटते हैं और अलग हो जाते हैं। synthetic biologists अपने cells से यह जटिल प्रक्रिया करवाने का तरीका नहीं खोज पाए थे। इसलिए Adamala ने cytoskeleton को छोड़ देने का फैसला किया, और literature खंगालते हुए Reinhard Lipowsky का एक mechanism पाया जिसमें cell membrane पर protein markers लगाकर दूसरे proteins को खींचा गया, membrane को physically bend कराया गया और cell को divide कराया गया। Adamala ने इसी approach के हिसाब से protocell के membrane proteins को adjust किया, और कई कोशिशों के बाद सफलता मिली। यही नया हिस्सा है

    • मैं research की आलोचना नहीं कर रहा; यह बहुत शानदार और अहम पहला कदम है, लेकिन इसने अभी division problem को पूरी तरह solve नहीं किया है। यह बात काफी महत्वपूर्ण है

  • मैं non-expert हूं, इसलिए माफ करें। मुझे यह जानना है कि amino acids और proteins कहां से मिले। मेरी समझ थी कि cell को function करने के लिए उनका एक ही chirality का होना ज़रूरी है, और artificially “scratch से बनाए गए” amino acids में हर chirality 50:50 होती है
    NYTimes की simplified explanation में कहा गया कि genes “viruses और common microbe Escherichia coli से उधार लिए गए” थे। मैं जानना चाहता हूं कि “scratch से” बनाने के लक्ष्य के कितने करीब वे पहुंचे। या क्या असल में यह कई pieces को assemble करने जैसा ज़्यादा है

  • लगता है scientists या उनके किसी करीबी ने wiki बनाया है: https://en.wikipedia.org/wiki/SpudCell
    researchers को इस तरह खुद promotion करते मैंने शायद नहीं देखा। दिलचस्प approach है; देखना होगा कि क्या आगे चलकर यह standard बनेगा

  • यह research जिस organization ने की, वह यहां है: https://biotic.org/
    बताया गया है कि Biotic एक public-benefit nonprofit research institute है जो chemically और functionally defined synthetic cells develop करता है। उसका mission biotechnology की foundational advances को responsibly enable और manage करना है, और goal यह है कि world-class biotechnology meaningful timescale पर सभी लोगों और धरती को लाभ पहुंचाए। यह specific research University of Minnesota में की गई लगती है

    • ये जो कुछ भी करते हैं वह सब dual-use है, इसलिए मुझे इसमें फायदा महसूस नहीं होता

  • Adamala ने कहा, “biology और क्या कर सकती है?” खैर, शायद ऐसी synthetic life बना सकती है जो सारी life को तेजी से destroy कर दे

  • अगर असली manuscript देखना हो, तो यहां है: https://www.biotic.org/research/spudcell/spudcell-manuscript...

  • यह दिलचस्प है कि इस research का नेतृत्व Dr. Kate Adamala ने किया, जिन्होंने कुछ साल पहले right-handed protein experiment रोक दिया था। उस समय वे जितने करीब पहुंच गए थे, उसे देखते हुए इस बार सफलता हैरानी की बात नहीं है

    • left-handed life वाला मामला Adamala के judgement पर शक कराने वाला इकलौता हिस्सा है। left-handed life के सफलतापूर्वक compete करने का कोई plausible mechanism बिल्कुल नहीं है
      शायद सबको पता न हो, लेकिन immune system left-handed pathogens को detect करेगा और शायद और अधिक आक्रामक response भी देगा। infection से लड़ने वाले शरीर के दो mechanisms—fever और ozonolysis—साफ तौर पर non-chiral हैं। बल्कि industrial use के लिए mirror life को और तेजी से आगे बढ़ाना चाहिए। biological control आसान होगा, और खाने को कुछ न होने से lab से escape होने की संभावना भी बहुत कम होगी
    • उस समय right-handed life बनाना कई दशकों का काम लगता था। लेकिन इस research को देखकर लगता है कि क्या इस तरह के synthetic cells को भी उसी तरह right-handed नहीं बनाया जा सकता

  • कल्पना करें कि 2226 का कोई news article अचानक हाथ लग गया। मैं यह देखने के लिए पढ़ना शुरू करता हूं कि Google, OpenAI और Anthropic में से AI race कौन जीता
    लेकिन पता चलता है कि विजेता Biotic है। अब यह solar system और उसके आसपास की सबसे ताकतवर political entity बन चुका है, और 2084 में इसने Alphabet, OpenAI और Anthropic को एक ही दिन में खरीद लिया था। इंसानों को अब preference नहीं दी जाती, और species के relic survival को सुनिश्चित करने वाले optimal minimum तक reproduction सीमित कर दिया गया है। production activities में Biotic biological machines को प्राथमिकता देता है। peak traffic के समय drones को offspring पैदा करते हुए imagine करें। ऊर्जा ज़्यादा लगती है, लेकिन factories या workers की ज़रूरत नहीं रहती। अगर उन्हें यूं ही छोड़ दिया जाए, तो machines पुराने समय की तरह waste बनकर सड़ने के बजाय uncontrollably multiply करेंगी

    • 2226 का एक और article अचानक मिला। उसमें लिखा है कि human understanding से परे nanotechnology के grey goo apocalypse ने पृथ्वी को consume कर लिया है, सतह का कोई भी छेद rogue unit repositories के प्रभाव से अछूता नहीं है, और वे सारी units लगातार development और combat की arms race में लगी हैं
      कुछ units groups बनाकर ऐसे विशाल mobile structures बनाती हैं जिन्हें inscrutable collective intelligences control करती हैं। article कहता है कि यह घटना असल में लगभग 3.5 billion साल पहले हुई थी, और मौजूदा collective intelligence को subscribe करने की सलाह देता है
    • दिलचस्प thought experiment है, लेकिन मुझे साफ नहीं दिखता कि दूसरी machines बनाने और repair करने वाली automated machines ही पर्याप्त क्यों नहीं होंगी। extreme में जाएं तो ऐसी machines खुद को repair कर सकती हैं, या लंबे समय तक चलने वाली दूसरी machines को repair कर सकती हैं। आखिरकार बात wear और efficiency loss पर आकर टिकेगी
    • मैंने बहुत ज्यादा नहीं पढ़ा है, इसलिए इस तरह के topic से पहली बार fiction में मेरा सामना Mars Express में हुआ था। जोरदार recommendation। 18 महीने पहले जब देखा था, तब मुझे नहीं पता था कि sci-fi जैसी दिखने वाली इस field में असल development चल रही है
    • इंसानों में भी self-reproduction की क्षमता है। इस point पर पूरी humanity को खत्म कर सकने वाली चीज़ शायद सिर्फ engineered disease ही है। वह भी जल्द होना होगा, इससे पहले कि हम genetic engineering से हर समस्या ठीक करने का तरीका खोज लें