डी एन ए की खोज में बढे अगले क़दम

आज प्रस्तुत है डॉ.जी.डी.प्रदीप के लिखे 'डी. एन. ए की खोज 'लेख का भाग-३ : क्रोमोज़ोम्स में डी•एन•ए• की उपस्थिति का ज्ञान अनुसंधा...

आज प्रस्तुत है डॉ.जी.डी.प्रदीप के लिखे 'डी. एन. ए की खोज 'लेख का भाग-३:

क्रोमोज़ोम्स में डी•एन•ए• की उपस्थिति का ज्ञान अनुसंधानकत्तार्ओं को 1920 तथा 1930 के दशक में ही हो गया था। साथ ही उन्हें यह भी पता चल गया था कि डी•एन•ए• के साथ–साथ क्रोमोज़ोम्स की संरचना में प्रोटीन्स का भी योगदान होता है। किसी भी जीव में हजारों अनुवांशिकीय लक्षण होते हैं जो एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक स्थानांतरित होते रहते हैं। साथ ही वातावरण के प्रभाव के कारण इनमें अचानक परिवर्तन (म्यूटेशन्स) भी होते रहते हैं जो जैविक विकास की प्रक्रिया के लिए आवश्यक है। रासायनिक अणु इन लक्षणों के वाहक हैं और इन्हीं अणुओं के रूप में ही लक्षण एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक स्थानांतरित होते हैं तो ऐसे रसायन में तीन गुण अवश्य होने चाहिए।

1-यदि एक लक्षण एक ही प्रकार के रासायनिक अणु द्वारा वहन किए जाएं तब भी एक ही जीव के हजारों लक्षणों को वहन करने के लिए ऐसे रसायन के अणुओं के हजारों रूप उपलब्ध होने चाहिए¸ जो न केवल अनुवांशिक लक्षणों से संबंधित सूचनाओं का संग्रह कर सकें बल्कि अगली पीढ़ी में उन्हें अभिव्यक्त भी कर सकें।

2-चूंकि कोशिका विभाजन के फलस्वरूप एक कोशिका से दो नई कोशिकाओं का उत्पादन होता है अतः विभाजित होने वाली कोशिका में अनुवांशिक लक्षणों का वहन करने वाले सभी रासायनिक अणुओं में स्वयं की प्रतिकृति बनाने की क्षमता अवश्य होनी चाहिए। तभी दोनों नई कोशिकाओं में विभाजित होने वाली कोशिका के सभी लक्षण पूरी तरह स्थानांतरित हो सकने की संभावना बनती है।

3-म्यूटेशन की प्रक्रिया को चलाते रहने के लिए यह आवश्यक है कि अनुवांशिक रसायन वातावरण के प्रति संवेदनशील हों जिससे समय–समय पर आवश्यकतानुसार इनकी संरचना में परिवर्तन संभव हो। संरचना में परिवर्तन के फलस्वरूप ही नए लक्षणों की उत्पत्ति संभव है।

फ्रेडरिक ग्रिफिथ [1928]

डी•एन•ए• की संरचना तथा प्रकृति संबंधी संपूर्ण ज्ञान के अभाव एवं पूर्व—अवधारणा के कारण¸ उस समय प्रोटीन्स के अणुओं को ही अनुवांशिक लक्षणों का वाहक मान लिया गया। 20 विभिन्न प्रकार के एमीनो एसिड्स के हजारों प्रकार के संयोजन के फलस्वरूप प्रोटीन्स के असीमित रूप संभव हैं। यह गुण अनुवांशिक लक्षणों का वहन करने वाले रसायन के अपेक्षित गुणों में कम से कम पहली शर्त को अवश्य पूरा करते हैं। इस अवधारणा को तोड़ने तथा डी•एन•ए• ही वास्तविक अर्थों में अनुवांशिक गुणों का वाहक है – इस अवधारण को पूरी तरह से स्थापित करने में 1950 का दशक आ गया।

डी•एन•ए• को अनुवांशिक लक्षणों के वाहक के रूप में स्थापित करने में एक ब्रिटिश चिकित्सक फ्रेडरिक ग्रिफिथ द्वारा 1928 में चूहों पर किए गए प्रयोग का विशेष योगदान है। न्युमोनिया जैसे रोग के जनक¸ न्युमोनीकोकस बैक्टीरिया के दो स्ट्रेन होते हैं – एक स्मूथ स्ट्रेन¸ जो रोग उत्पन्न करता है तो दूसरा रफ स्ट्रेन¸ जिसका शरीर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता। कुछ चूहों के शरीर में पहले इस बैक्टीरिया के रफ स्ट्रेन को इंजेक्ट किया गया। चूंकि रफ स्ट्रेन रोग कारक नहीं होता¸ अतः चूहे स्वस्थ रहे। कुछ दिनों बाद इन्हीं चूहों में ताप द्वारा मारे गए स्मूथ स्ट्रेन वाले बैक्टीरिया की कोशिकाओं को इंजेक्ट किया गया। कुछ ही दिनों बाद इन स्वस्थ दिखने वाले चूहों को न्युमोनिया रोग हुआ और वे मर गए। जब इन मरे हुए चूहों के रक्त का परीक्षण किया गया तो उसमें जीवित स्मूथ स्ट्रेन वाले बैक्टीरिया की पर्याप्त संख्या दिखी।

ऐसा प्रतीत होता है कि ताप द्वारा मरे हुए स्मूथ बैक्टीरिया की कोशिकाओं में कुछ ऐसा था जिसे रफ स्ट्रेन वाले बैक्टीरिया की कोशिकाओं ने आत्मसात् कर लिया और वे न केवल स्मूथ स्ट्रेन में परिवर्तित हो गए बल्कि यह गुण किस प्रकार आने वाली पीढ़ियों में स्थानांतरित करना है¸ इस विधा में भी पारंगत हो गए। ऐसा रूप परिवर्तन मरे हुए स्मूथ बैक्टीरिया के अनुवांशिक लक्षणों का वहन करने वाले कुछ रसायनों का जीवित रफ बैक्टीरिया द्वारा आत्मसात् करने से संभव है। ये रसायन प्रोटीन्स तो नहीं ही हो सकते क्योंकि प्रोटीन्स तो ताप के कारण पहले ही अपना प्राकृतिक गुण खो चुके थे।

1935 से 1944 तक एवरी ने अपने दो सहयोगियों मैक्लॉड तथा मैक्कार्टी के साथ इसी प्रयोग को परिष्कृत तकनीकि द्वारा अति विस्तार में दुहरा कर सुनिश्चित रूप से यह सुझाया कि रफ स्ट्रेन वाली बैक्टीरियल कोशिकाओं के स्मूथ स्ट्रैन वाली कोशिकाओं में परिवर्तन के पीछे निश्चित रूप से डी•एन•ए• का हाथ है¸ अत: डी•एन•ए• ही अनुवांशिक लक्षणों का वाहक हो सकता है¸ प्रोटीन्स नहीं। 1952 में हाशेर् एवं चेज़ ने टी–2 नामक वाइरस पर प्रयोग कर इस तथ्य पर मुहर लगा दी।

Oswald Averi [1937]

एवरी के कार्य का सर्वाधिक प्रभाव इर्विन चारग़ाफ़ पर पड़ा। 1940 तथा कुछ समय तक 1950 के दशक में भी डी•एन•ए• को कोशिका से अलग कर परिशोधित रूप में प्राप्त करने की तकनीकि पूरी तरह विकासित नहीं थी अत: उस समय के रसायनज्ञों को थोड़ी मात्रा में उपलब्ध डी•एन•ए• से ही काम चलाना पड़ता था। इन परिस्थितियों में भी चारग़ाफ़ डी•एन•ए• के विस्तृत रासायनिक विश्लेषण में जुट गए। इस कार्य में प्रोटीन्स के अणुओं में एमीनो एसिड्स के क्रम की पहचान करने के लिए मार्टिन एवं सिंज द्वारा ‘पेपर क्रोमैटोग्राफी’ की तकनीकि सहायक सिद्ध हुई। 

1951 आते–आते इनके प्रयोगों ने लगभग निश्चित रूप से सुझा दिया कि डी•एन•ए• के अणुओं में न केवल गुआनिन तथा एडेनिन सरीखे प्युरीन प्रकार के नाइट्रोजन बेसेज की कुल मात्रा साइटोसिन एवं थाइमिन सरीखे पाइरीमिडीन के बराबर होती है¸ बल्कि जितनी मात्रा एडिनिन की होती है उतनी ही थाइमिन की होती है। साथ ही जितनी मात्रा गुआनिन की होती है उतनी ही साइटोसिन की भी होती है।1952 के आते–आते हाशेर् एवं चेज़ द्वारा वाइरस पर किए गए प्रयोग तथा चारग़ाफ़ द्वारा डी•एन•ए• की संरचना संबंधी विश्लेषण के कारण अधिकांश वैज्ञानिक डी•एन•ए• को निर्विवाद रूप से अनुवांशिक गुणों का वाहक मान चुके थे।

अनुवंशिक गुणों को एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक स्थानांतरित करने में डी•एन•ए• के अणु ही सक्षम हो सकते हैं¸ प्रोटीन नहीं – यह बात भी हाशेर् एवं चेज़ के प्रयोग द्वारा सुझाया जा चुका था।अब वैज्ञानिकों के सामने दो महत्वपूर्ण प्रश्न चुनौती के रूप में खड़े थे। पहला तो यह कि डी•एन•ए• की वास्तविक आणविक संरचना क्या है और दूसरा यह कि इनमें अनुवांशिक गुण किस कूट भाषा में समाहित होते हैं।

इन प्रश्नों के़ उत्तर खोजने में रसायनज्ञों के साथ–साथ भौतिक–वैज्ञानिकों का भी काफी बड़ा हाथ है। क्वांटम फिजिक्स के एक महत्वपूर्ण प्रणेता इर्विंग श्रॉडिंगर ने 1944 में 'व्हाट इज़ लाइफ' नामक एक छोटी सी पुस्तक लिखी। इस पुस्तक में इन्होंने क्वांटम फिजिक्स के परिपेक्ष्य में जीवन को सैद्धांतिक रूप से व्याख्यायित करने का प्रयास किया। टेलीग्रफिक संचार में उपयोग किए जाने वाली कूट भाषा 'मॉर्स कोड' का उदाहरण दे कर बड़ी सुंदरता से यह समझाने का प्रयास किया कि किसी पदार्थ के बडे़ अणु में उपस्थित कुछ ही तत्वों के सीमित परमाणु अथवा विभिन्न परमाणुओं के योग से बने छोटे–छोटे कुछ ही अणु समूहों को अलग–अलग ढंग से व्यवस्थित कर उस बडे़ अणु के असीमित रूपों का निर्माण संभव है।

इस प्रकार से निर्मित अणु संरचना में ही नहीं बल्कि गुणों में भी भिन्न हो सकते हैं। यह कुछ–कुछ वैसा ही है जैसा कि हम कुछ अक्षरों का चयन कर उन्हें विभिन्न प्रकार से व्यवस्थित कर नए–नए शब्दों या फिर कुछ शब्दों का चयन कर उन्हें अलग–अलग ढंग से व्यस्थित कर नए –नए वाक्यों की रचना संभव है।'एक्स रे डिफ्रैक्शन तकनीकि' के ज्ञान तथा बाद में उपरोक्त पुस्तक ने द्वितीय महायुद्ध के कुछ वर्ष पहले भी और उसके बाद के वर्षों में भी¸ बहुतेरे भौतिक शास्त्रियों को प्रोटीन¸ हीमोग्लोबिन तथा डी•एन•ए• जैसे जैव–रासायनिक अणुओं की संरचना संबंधी गुत्थी को सुलझाने के लिए प्रेरित किया। 1946 में भौतिक शास्त्र के प्रोफेसर जॉन रैन्डाल की अध्यक्षता में लंदन के किंग्स कॉलेज में 'बायोफिजिक्स युनिट' का गठन किया गया। इस युनिट के एक महत्वपूर्ण सदस्य थे– भौतिक शास्त्री 'मॉरिस विल्किंस'।

Rosalind_Franklin

1951 में 'एक्स रे डिफ्रैक्शन तकनीकि की विशेषज्ञा 'रोज़ालिंड फ्रेंiक्लन' भी इस युनिट की सदस्य बनीं। इस पूरी युनिट¸ विशेषकर विल्किंस तथा फ्रैंiक्लन ने डी•एन•ए• के 'डबल हेलिकल' संरचना की खोज में अति महत्वपूर्ण भूमिका निभाई।

हालांकि डी•एन•ए• के सर्व प्रथम एक्स रे डिफ्रैक्शन चित्र विलियम आस्टबरी ने 1938 में लिए थे¸ लेकिन इनके पास उपलब्ध डी•एन•ए• सूखा हुआ था। फलतः ये चित्र इतने अच्छे नहीं थे कि कुछ निश्चित निष्कर्ष निकाला जा सके। 1950 में विल्किंस को रूडॉल्फ सिग्नर के बर्न स्थित प्रयोगशाला से विशुद्ध डी•एन•ए• के नमूने प्राप्त हुए। ये नमूने गीले चिपचिपे जेल के रूप में थे। विल्किंस ने ग्लास की छड़ी से इसे कुरेद कर जब छड़ी को बाहर निकाला तो मकड़ी के जाले के तंतु के समान डी•एन•ए• के बहुत ही पतले तंतु छड़ी से चिपके हुए बाहर आ गए। 

विल्किंस तथा एक शोध छात्र रेमन्ड गॉiस्लंग ने इन तंतुओं के एक्स रे डिफ्रैक्शन चित्र प्राप्त किए जो आस्टबरी के चित्रों की तुलना में बहुत ही उच्च कोटि के थे। ये चित्र डी•एन•ए• के कुंडलिनी–रूप की ओर इशारा कर तो रहे थे लेकिन इस कुंडलिनी–रूप को विस्तार से समझने और उसकी व्याख्या के लिए इन्हें एक एक्स रे डिफ्रैक्शन विशेषज्ञ की आवश्यकता थी। 1951 में फ्रैंiक्लन के रूप में यह कमी पूरी हो गई। फ्रैंकलिन इस युनिट से संभवतः इस समझ के साथ जुड़ीं कि डी•एन•ए• उनका अपना प्राजेक्ट होगा और उन्हें गॉiस्लंग के साथ काम करना होगा। 

बाद में उन्हें समझ में आया कि विल्किंस उनसे एक कनिष्ठ सहयोगी के रूप में कार्य करने की अपेक्षा रखते थे। रैंडाल के दबाव के कारण विल्किंस ने सिंग्नर के डी•एन•ए• का नमूना फ्रैंiक्लन के लिए छोड़ कर चारगाफ द्वारा प्राप्त नमूने पर कार्य करना शुरू तो कर दिया परंतु दोनों में गलतफ़हमी एवं तनाव बना रहा¸ विशेषकर जब उन्हें इस बात का भान हुआ कि चारगाफ का नमूना उतना अच्छा परिणाम नहीं दे रहा है। इस तनाव एवं गलतफ़हमी ने डी•एन•ए• संबंधी शोध कार्य में बाधाएं भी उत्पन्न कीं। यही वह काल था¸ जब डी•एन•ए• की संरचना की खोज से जुड़ी इस कथा में इसके महानायक वैट्सन तथा क्रिक ने प्रवेश किया।आगे क्या हुआ....जानेंगे इस लेख के अन्तिम भाग में 

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