ડીએનએ સિક્વન્સિંગ ટેકનોલોજી: નેનોપોર સિક્વન્સિંગ

.

 અમેરિકામાં એનઆઇએચનો હ્યુમન જીનોમ પ્રોજેક્ટ વર્ષ 2003માં પૂર્ણ થતાં મનુષ્યના ડીએનએની સિક્વન્સ સુનિશ્ચિત થઈ. હ્યુમન જીનોમ પ્રોજેક્ટ લોંચ કરનાર ‘નેશનલ સેન્ટર ફોર હ્યુમન જીનોમ રિસર્ચ’ (NCHGR) સંસ્થા પાછળથી ‘નેશનલ હ્યુમન જીનોમ રિસર્ચ ઇન્સ્ટીટ્યુટ’ (NHGRI) નામે ઓળખાઈ. વીસ હજારથી વધારે જીન્સ તથા ત્રણસો કરોડથી વધારે નાઈટ્રોજીન બેઇસ-પેર સાથેનો માનવ જીનોમ તૈયાર થતાં જીનોમિક્સ અને જીનેટિક્સનાં વિજ્ઞાનને નવી દિશા મળી. ડીએનએ સિક્વન્સિંગ ટેકનોલોજી વિકસાવવાનો હેતુ વ્યક્તિઓના જીનોમની માહિતી મેળવી, તેનો ઉપયોગ મેડિકલ સાયન્સમાં આરોગ્ય-જ્ઞાન, રોગનિદાન તેમજ મેડિકલ જેનેટિક્સમાં કરવાનો હતો.

હ્યુમન જીનોમ પ્રોજેક્ટ 1990માં શરૂ થયો ત્યારે ડીએનએ સિક્વન્સિંગ માટે  કેમ્બ્રિજ યુનિવર્સિટી (ઇંગ્લેન્ડ) ના બાયોકેમિસ્ટ ફ્રેડરિક સેંગર દ્વારા વિકસાવેલ ‘ડાઇડિઓક્સિ’ ટેકનિક અથવા ‘સેંગર મેથડ’નો ઉપયોગ થયેલો. સમય જતાં સુધારા-વધારા થતા ગયા; અન્ય ડીએનએ સિક્વન્સિંગ પદ્ધતિઓ પણ ઉમેરાતી ગઈ. આમ છતાં, ત્રણસો કરોડ ડોલરના બજેટવાળો હ્યુમન જીનોમ પ્રોજેક્ટ મનુષ્યના સંપૂર્ણ જીનોમની માહિતી તેર વર્ષો પછી આપી શક્યો. કરોડો ડોલરનો ખર્ચો અને તેર વર્ષ! હવે જીનોમની આવી માહિતી માત્ર પાંચેક હજાર ડોલરના ખર્ચે થોડા દિવસમાં મળી શકે છે. સામાન્ય જનને ઉપયોગી ડીએનએની અમુક, સંક્ષિપ્ત માહિતી તો એક સોથી હજાર ડોલરના ખર્ચે ત્રણચાર દિવસમાં ય મળી શકે! આ કેવી રીતે શક્ય બન્યું?

2004માં અમેરિકાની નેશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ હેલ્થ (NIH)ની સંશોધન સંસ્થા નેશનલ હ્યુમન જીનોમ રિસર્ચ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ (NHGRI) દ્વારા ‘$1000 પ્રોજેક્ટ’ લોંચ થયો. તે સમયે ડીએનએ સિક્વન્સિંગની પદ્ધતિઓ ખૂબ ખર્ચાળ, ધીમી અને ઓછી ભરોસાપાત્ર હતી. ‘$1000 પ્રોજેક્ટ’નો ઉદ્દેશ ડીએનએ સિક્વન્સિંગની એવી પદ્ધતિઓ ડેવલપ કરવાનો હતો કે જે એક હજાર ડોલરથી ઓછા ખર્ચામાં ત્વરિત રીતે, વધુ વિશ્વાસપાત્ર પરિણામો આપી શકે. ‘$1000 પ્રોજેક્ટ’ના કારણે ડીએનએ સિક્વન્સિંગની નવી નવી ટેકનિક્સ વિકસવા લાગી.

નેનોપોર સિક્વન્સિંગ ટેકનિક તાજેતરમાં વિકસેલી એક અદ્યતન ડીએનએ સિક્વન્સિંગ પદ્ધતિ છે.

નેનોપોર એટલે અતિ નાનું, ઝીણામાં ઝીણું, સૂક્ષ્માતિસૂક્ષ્મ છિદ્ર.

નેનોપોર નેનો-સ્કેલનું કલ્પનાતીત સૂક્ષ્મ છિદ્ર છે. તેમાંથી ડીએનએનો એક સ્ટ્રેન્ડ માંડ પસાર થઈ શકે! ડીએનએના એક સ્ટ્રેન્ડનો ડાયામીટર લગભગ 2.5 નેનોમીટર. ‘મધુસંચય’ના વાચકોને કદાચ એક નેનોમીટરના માપનો ખ્યાલ હશે. એક નેનોમીટર એટલે એક સેંટિમીટરનો એક કરોડમો ભાગ….

મિલિમીટર એટલે એક સેંટિમીટરનો દસમો ભાગ. નાનકડા એક મિલિમીટર વ્યાસના છિદ્રમાંથી એકસાથે ચાર લાખ ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ પસાર કરી શકાય.. મગજ કામ કરતું બંધ થઈ જાય ને? હવે કલ્પના કરો- નેનોપોર કેટલું નાનું છિદ્ર હોય કે જેમાંથી ડીએનએનો એક જ સ્ટ્રેન્ડ પસાર થઈ શકે!

ડીએનએ સિક્વન્સિંગનો આપણો મૂળ હેતુ શું છે? સમગ્ર ડીએનએ પરની નાઈટ્રોજીન બેઇસ-પેરની સિક્વન્સનો રેકોર્ડ તૈયાર કરવો. એક નેનોપોરમાંથી એક ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ પસાર થતો જાય છે તેમ તેમ એક એક કરીને નાઈટ્રોજીન બેઇસ રેકોર્ડ થતા જાય છે. આમ, નેનોપોર સિક્વન્સિંગ ટેકનિકથી સમગ્ર ડીએનએ સિક્વન્સ ઝડપથી તૈયાર થઈ શકે છે.

નેનોપોર સિક્વન્સિંગ મેથડ ભારે કોમ્પ્લેક્સ ટેકનોલોજી છે. વળી તેમાં અનેક જટિલ પદ્ધતિઓ ડેવલપ થઈ છે. આપણે ટેકનિકલ ડિટેઇલ્સ છોડી સરળ શબ્દોમાં નેનોપોર સિક્વન્સિંગને આમ સમજી શકીએ: નેનોપોર ધરાવતા મેમ્બ્રેનને એક વાહક પ્રવાહી – કંડક્ટિંગ લિક્વિડ-માં રાખી, મેમ્બ્રેનને નાનકડો ઇલેક્ટ્રિક કરન્ટ એપ્લાય કરવામાં આવે છે. કંડક્ટિંગ લિક્વિડમાં આયનનો પ્રવાહ નેનોપોરમાંથી પસાર થાય છે. આયનના સતત ફ્લોને કારણે નાનકડો ઇલેક્ટ્રિક કરન્ટ પેદા થાય છે જે માપી શકાય છે. મેમ્બ્રેનની એક તરફના લિક્વિડમાં રાખેલ સિંગલ ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ નેનોપોરમાંથી પસાર થઈ બીજી તરફ જાય છે. ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ પર જુદા જુદા સ્થાને ગોઠવાયેલ ચાર નાઈટ્રોજીન બેઇસ (એડિનિન, સાયટોસિન, ગ્વાનિન અને થાયમિન) ના સ્ટ્રક્ચર અલગ અલગ છે. ડીએનએ સ્ટ્રેન્ડ પરના ચાર નાઈટ્રોજીન બેઇસ જુદા જુદા સમયે જ્યારે નેનોપોરમાંથી પસાર થતા હોય છે ત્યારે દરેક વખતે ઇલેક્ટ્રિક કરન્ટમાં વધતો-ઓછો ફેરફાર થાય છે. ઇલેક્ટ્રિક કરન્ટમાં થતો ફેરફાર દરેક નાઈટ્રોજીન બેઇસને અનુરૂપ હોવાથી ભિન્ન ભિન્ન હોય છે. સતત ઇલેક્ટ્રિક કરન્ટ મેઝર કરતા જવાથી નેનોપોરમાંથી એક પછી એક પસાર થતા નાઈટ્રોજીન બેઇસને ઓળખી શકાય છે. આ રીતે નેનોપોર સિક્વન્સિંગ મેથડથી ત્વરાથી ડીએનએ સિક્વન્સ તૈયાર કરી શકાય છે. તેમાં ભૂલ થવાની શક્યતા ઓછી હોય છે. આથી નેનોપોર સિક્વન્સિંગ ટેકનિક વિશ્વાસપાત્ર પરિણામો આપે છે.

ડીએનએ સિક્વન્સિંગ માટે હવે અત્યાધુનિક ડિવાઇસ પણ શોધાતી જાય છે. હથેળીમાં સમાઇ જાય તેવી ડિવાઇસ પણ માર્કેટમાં આવી છે, જે હેન્ડહેલ્ડ ડીએનએ રીડર અથવા હેન્ડહેલ્ડ ડીએનએ સિક્વન્સર તરીકે ઉપયોગી છે.

જીનોમિક્સનું ક્ષેત્ર વિસ્તરતું જાય છે, તેમ તેમ ડીએનએ સિક્વન્સિંગ ટેકનોલોજી પણ ઇમ્પ્રુવ થતી જાય છે. આજકાલ સજીવના જીનોમ તૈયાર કરવા માટે વિવિધ ડીએનએ સિક્વન્સિંગ ટેકનિક્સ ઉપલબ્ધ છે.

આ સર્વ પદ્ધતિઓમાં નેનોપોર સિક્વન્સિંગ ટેકનિક વિશેષ પ્રચલિત થતી જાય છે.

.

કેમ્બ્રિજ યુનિવર્સિટી (ઇંગ્લેન્ડ)