Synthetic biological circuit
সিন্থেটিক বায়োলজিক্যাল সার্কিট হল সিন্থেটিক বায়োলজির একটি প্রয়োগ যেখানে একটি কোষের অভ্যন্তরে জৈবিক অংশগুলি ইলেকট্রনিক সার্কিটগুলিতে পর্যবেক্ষণ করা লজিক্যাল ফাংশনগুলি অনুকরণ করার জন্য ডিজাইন করা হয়। প্রয়োগগুলি কেবল উৎপাদনকে প্ররোচিত করা থেকে শুরু করে একটি বিদ্যমান প্রাকৃতিক জৈবিক বর্তনীতে জি. এফ. পি-এর মতো পরিমাপযোগ্য উপাদান যুক্ত করা থেকে শুরু করে অনেক অংশের সম্পূর্ণ নতুন ব্যবস্থা প্রয়োগ করা পর্যন্ত বিস্তৃত। সিন্থেটিক জীববিজ্ঞানের লক্ষ্য হল সুরযোগ্য এবং বৈশিষ্ট্যযুক্ত অংশ বা মডিউলগুলির একটি বিন্যাস তৈরি করা, যার সাহায্যে যে কোনও পছন্দসই সিন্থেটিক জৈবিক সার্কিট সহজেই ডিজাইন এবং প্রয়োগ করা যায়। এই সার্কিটগুলি সেলুলার ফাংশনগুলি সংশোধন করার, পরিবেশগত অবস্থার জন্য সেলুলার প্রতিক্রিয়া তৈরি করার বা সেলুলার বিকাশকে প্রভাবিত করার একটি পদ্ধতি হিসাবে কাজ করতে পারে। সেলুলার সিস্টেমে যুক্তিসঙ্গত, নিয়ন্ত্রণযোগ্য লজিক উপাদানগুলি প্রয়োগ করে, গবেষকরা জীবন্ত সিস্টেমগুলিকে ইঞ্জিনিয়ারড "জৈবিক মেশিন" হিসাবে ব্যবহার করতে পারেন যাতে প্রচুর পরিমাণে দরকারী কাজ সম্পাদন করা যায়। ইতিহাস বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করা প্রথম প্রাকৃতিক জিন সার্কিট ছিল ল্যাক অপেরন। দুই-চিনি মাধ্যমের উপর ই. কোলাই-এর ডায়ক্সিক বৃদ্ধির গবেষণায়, জ্যাক মনোদ এবং ফ্রাঙ্কোইস জ্যাকব আবিষ্কার করেছেন যে ল্যাকটোজ বিপাক প্রক্রিয়ায় স্যুইচ করার আগে E.coli আরও সহজে প্রক্রিয়াজাত গ্লুকোজ গ্রহণ করে। তারা আবিষ্কার করেন যে বিপাকীয় "স্যুইচিং" ফাংশন নিয়ন্ত্রণকারী প্রক্রিয়াটি ল্যাক অপেরনের উপর একটি দ্বি-অংশ নিয়ন্ত্রণ প্রক্রিয়া ছিল। যখন কোষে ল্যাকটোজ উপস্থিত থাকে তখন ল্যাকটোজকে গ্লুকোজ বা গ্যালাক্টোজে রূপান্তর করতে β-গ্যালাক্টোসিডেস উৎসেচক তৈরি হয়। যখন কোষে ল্যাকটোজ অনুপস্থিত থাকে তখন ল্যাক রিপ্রেসার কোষের মধ্যে যে কোনও অদক্ষ প্রক্রিয়া প্রতিরোধ করতে β-গ্যালাক্টোসিডেস উৎসেচকের উৎপাদনকে বাধা দেয়। ল্যাক অপেরন বায়োটেকনোলজি শিল্পে থেরাপিউটিক ব্যবহারের জন্য রিকম্বিনেন্ট প্রোটিন উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত হয়। একটি বহির্জাগতিক প্রোটিন উৎপাদনের জন্য জিন বা জিনগুলি ল্যাক প্রবর্তকের নিয়ন্ত্রণে একটি প্লাজমিডের উপর স্থাপন করা হয়। প্রাথমিকভাবে কোষগুলি এমন একটি মাধ্যমে জন্মায় যেখানে ল্যাকটোজ বা অন্যান্য চিনি থাকে না, তাই নতুন জিনগুলি প্রকাশ করা হয় না। একবার কোষগুলি তাদের বৃদ্ধির একটি নির্দিষ্ট পর্যায়ে পৌঁছে গেলে, আইসোপ্রোপাইল β-D-1-থিয়োগ্যালাক্টোপাইরেনোসাইড (আইপিটিজি) যোগ করা হয়। আই. পি. টি. জি, ল্যাকটোজের অনুরূপ একটি অণু, কিন্তু সালফার বন্ড সহ যা হাইড্রোলাইজেবল নয় যাতে ই. কোলাই এটি হজম না করে, নতুন প্রোটিনের উৎপাদন সক্রিয় করতে বা "প্ররোচিত" করতে ব্যবহৃত হয়। একবার কোষগুলি প্ররোচিত হয়ে গেলে, কোষ থেকে আই. পি. টি. জি অপসারণ করা কঠিন এবং তাই অভিব্যক্তি বন্ধ করা কঠিন। সিন্থেটিক বায়োলজিক্যাল সার্কিটের দুটি প্রাথমিক উদাহরণ 2000 সালে নেচারে প্রকাশিত হয়েছিল। একটি, বস্টন বিশ্ববিদ্যালয়ে কর্মরত টিম গার্ডনার, চার্লস ক্যান্টর এবং জিম কলিন্স, ই. কোলিতে একটি "বিস্টেবল" সুইচ প্রদর্শন করেছিলেন। সুইচটি ব্যাকটেরিয়ার কালচারকে গরম করে চালু করা হয় এবং আইপিটিজি যোগ করে বন্ধ করা হয়। তারা তাদের ব্যবস্থার জন্য জি. এফ. পি-কে সাংবাদিক হিসাবে ব্যবহার করেছিল। দ্বিতীয়টি, মাইকেল এলোভিটস এবং স্ট্যানিস্লাস লাইবলারের লেখা, দেখিয়েছে যে তিনটি দমনকারী জিনকে সংযুক্ত করে একটি নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপ তৈরি করা যেতে পারে যাকে রিপ্রেসিলেটর বলা হয় যা ই. কোলাইতে প্রোটিনের মাত্রার স্ব-টেকসই দোলন তৈরি করে। বর্তমানে, সিন্থেটিক সার্কিটগুলি প্রতি বছর প্রকাশিত সিন্থেটিক বায়োলজিকাল সার্কিটগুলির বিশদ বিবরণ সহ সিস্টেম বায়োলজির গবেষণার একটি ক্রমবর্ধমান ক্ষেত্র। শিক্ষা এবং প্রচারকে উৎসাহিত করার ক্ষেত্রেও উল্লেখযোগ্য আগ্রহ রয়েছেঃ আন্তর্জাতিক জেনেটিক্যালি ইঞ্জিনিয়ারড মেশিন প্রতিযোগিতা স্নাতক এবং উচ্চ বিদ্যালয়ের শিক্ষার্থীদের তাদের নিজস্ব সিন্থেটিক বায়োলজিকাল সার্কিট ডিজাইন করার অনুমতি দেওয়ার উপায় হিসাবে বায়োব্রিক যন্ত্রাংশ তৈরি এবং মানসম্মতকরণ পরিচালনা করে। আগ্রহ এবং লক্ষ্য বিপাকীয় প্রকৌশল এবং সংশ্লেষিত জীববিজ্ঞানের বিভিন্ন প্রয়োগ সহ সংশ্লেষিত জৈবিক বর্তনী ব্যবহারের জন্য তাৎক্ষণিক এবং দীর্ঘমেয়াদী উভয় প্রয়োগই বিদ্যমান। যেগুলি সফলভাবে প্রদর্শিত হয়েছে তার মধ্যে রয়েছে ওষুধ উৎপাদন এবং জ্বালানি উৎপাদন। যাইহোক, সিন্থেটিক সেলুলার সার্কিটের মৌলিক নীতিগুলি আহ্বান না করে সরাসরি জেনেটিক প্রবর্তনের সাথে জড়িত পদ্ধতিগুলি সহজাতভাবে কার্যকর নয়। উদাহরণস্বরূপ, এই সফল ব্যবস্থাগুলির প্রত্যেকটিতে একটি করে পদ্ধতি ব্যবহার করা হয় যা সর্ব-বা-কোনও-ই প্রবর্তন বা অভিব্যক্তি প্রবর্তন করে। এটি একটি জৈবিক বর্তনী যেখানে পণ্য তৈরির সুবিধার্থে বা প্রতিযোগিতামূলক পথের প্রতিরোধের জন্য একটি সাধারণ দমনকারী বা প্রবর্তক চালু করা হয়। যাইহোক, সেলুলার নেটওয়ার্ক এবং প্রাকৃতিক সার্কিটের সীমিত বোঝার সাথে সাথে আরও সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণ এবং প্রতিক্রিয়া সহ আরও শক্তিশালী স্কিমগুলির বাস্তবায়ন বাধাগ্রস্ত হয়। এর মধ্যেই সিন্থেটিক সেলুলার সার্কিটের প্রতি তাৎক্ষণিক আগ্রহ রয়েছে। সেলুলার সার্কিট্রি বোঝার ক্ষেত্রে বিকাশ উত্তেজনাপূর্ণ নতুন পরিবর্তনের দিকে পরিচালিত করতে পারে, যেমন কোষ যা পরিবেশগত উদ্দীপনায় সাড়া দিতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, এমন কোষ তৈরি করা যেতে পারে যা বিষাক্ত পরিবেশের সংকেত দেয় এবং অনুভূত বিষাক্ত পদার্থকে হ্রাস করার জন্য ব্যবহৃত পথগুলি সক্রিয় করে প্রতিক্রিয়া জানায়। এই ধরনের কোষের বিকাশের জন্য একটি জটিল সিন্থেটিক সেলুলার সার্কিট তৈরি করা প্রয়োজন যা প্রদত্ত উদ্দীপনার প্রতি যথাযথভাবে সাড়া দিতে পারে। প্রদত্ত সিন্থেটিক সেলুলার সার্কিটগুলি সেলুলার ক্রিয়াকলাপের জন্য এক ধরনের নিয়ন্ত্রণের প্রতিনিধিত্ব করে, এটি যুক্তিযুক্ত হতে পারে যে সেলুলার পথগুলির সম্পূর্ণ বোঝার সাথে, সু-সংজ্ঞায়িত জেনেটিক সার্কিট্রি সহ "প্লাগ এবং প্লে" কোষগুলি ইঞ্জিনিয়ার করা যেতে পারে। এটি ব্যাপকভাবে বিশ্বাস করা হয় যে যদি অংশগুলির একটি যথাযথ টুলবক্স তৈরি করা হয়, তবে সিন্থেটিক কোষগুলি কেবল কোষের বেঁচে থাকার এবং প্রজননের জন্য প্রয়োজনীয় পথগুলি প্রয়োগ করে তৈরি করা যেতে পারে। এই কোষ থেকে, একটি ন্যূনতম জিনোম কোষ হিসাবে বিবেচিত হওয়ার জন্য, একটি কার্যকর প্রতিক্রিয়া ব্যবস্থার জন্য উপযুক্ত সিন্থেটিক সার্কিট্রি সহ একটি সুনির্দিষ্ট পথ তৈরি করতে টুলবক্স থেকে টুকরো যোগ করা যেতে পারে। মৌলিক গ্রাউন্ড আপ নির্মাণ পদ্ধতি এবং ম্যাপ করা সার্কিট টুকরোগুলির প্রস্তাবিত ডাটাবেসের কারণে, কম্পিউটার বা বৈদ্যুতিন সার্কিট মডেল করতে ব্যবহৃত কৌশলগুলি সহজেই সমস্যা সমাধান এবং ভবিষ্যদ্বাণীমূলক আচরণ এবং ফলনের জন্য কোষ এবং মডেল কোষগুলিকে নতুন করে ডিজাইন করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। উদাহরণ সার্কিট অসসিলেটর দমনকারী স্তন্যপায়ী টিউনেবল সিন্থেটিক অসিলেটর ব্যাকটেরিয়াল টিউনেবল সিন্থেটিক অসিলেটর কাপল্ড ব্যাকটেরিয়াল অসিলেটর বিশ্বব্যাপী কাপল্ড ব্যাকটেরিয়াল অসিলেটর এলোভিটস এবং অন্যান্য। এবং ফাঙ্গ এবং অন্যান্য। অসিলেটরি সার্কিট তৈরি করেছে যা জিন পণ্য অভিব্যক্তির সময়-নির্ভর দোলন তৈরি করতে একাধিক স্ব-নিয়ন্ত্রক প্রক্রিয়া ব্যবহার করে। বিস্টেবল সুইচ টগল-সুইচ গার্ডনার এবং অন্যান্য। দুটি নিয়ন্ত্রণ ইউনিটের মধ্যে পারস্পরিক দমন ব্যবহার করে একটি দ্বিগুণ পদ্ধতিতে কোষ নিয়ন্ত্রণ করতে সক্ষম একটি টগল সুইচ প্রয়োগ করা হয়ঃ ক্ষণস্থায়ী উদ্দীপনার ফলে স্থায়ী প্রতিক্রিয়া হয়। লজিক্যাল অপারেটর অ্যানালগ টিউনার নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া এবং অভিন্ন প্রবর্তক ব্যবহার করে, লিনিয়ারাইজার জিন সার্কিটগুলি অভিন্ন জিন অভিব্যক্তি আরোপ করতে পারে যা বাহ্যিক কোষীয় রাসায়নিক প্রেরকের ঘনত্বের উপর রৈখিকভাবে নির্ভর করে। জিন এক্সপ্রেশন হেটেরোজেনিটির নিয়ন্ত্রক সিন্থেটিক জিন সার্কিটগুলি জিন এক্সপ্রেশন হেটেরোজেনিটির নিয়ন্ত্রণ করতে পারে যা জিন এক্সপ্রেশন গড় থেকে স্বাধীনভাবে নিয়ন্ত্রণ করা যেতে পারে। অন্যান্য ইঞ্জিনিয়ারড সিস্টেমগুলি বিভিন্ন নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থার সংমিশ্রণ বাস্তবায়নের ফলাফল। পালস-নিয়ন্ত্রিত জিন ক্যাসকেড দ্বারা একটি সীমিত গণনা প্রক্রিয়া প্রয়োগ করা হয়েছিল এবং লজিক উপাদানগুলির প্রয়োগ তাবোর এট আল-এর গবেষণার মতো কোষের জেনেটিক "প্রোগ্রামিং" সক্ষম করে, যা একটি আলোক সংবেদনশীল ব্যাকটেরিয়া প্রান্ত সনাক্তকরণ প্রোগ্রামকে সংশ্লেষিত করে। সার্কিট ডিজাইন কৃত্রিম জিন সংশ্লেষণের সাম্প্রতিক উন্নয়ন এবং শিল্পের মধ্যে প্রতিযোগিতার সংশ্লিষ্ট বৃদ্ধির ফলে জিন সংশ্লেষণের মূল্য এবং অপেক্ষার সময় উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পেয়েছে এবং সার্কিট ডিজাইনে ব্যবহৃত পদ্ধতিগুলি উন্নত করতে সহায়তা করেছে। এই মুহুর্তে, পরিচিত একাধিক জিন মিথস্ক্রিয়া এবং গাণিতিক মডেলের অপর্যাপ্ত সংগঠনের কারণে সার্কিটের নকশা ধীর গতিতে উন্নত হচ্ছে। বায়োলজিক্যাল সার্কিটগুলিতে প্রয়োগ করা ছবি, পাঠ্য এবং প্রোগ্রামিং ভাষার মাধ্যমে সার্কিটের মাল্টিমিডিয়া উপস্থাপনা সরবরাহ করতে কম্পিউটার-এডেড ডিজাইন (সিএডি) সফ্টওয়্যার প্রয়োগ করে এই সমস্যার সমাধান করা হচ্ছে। আরও কিছু সুপরিচিত সিএডি প্রোগ্রামের মধ্যে রয়েছে জেনক্যাড, ক্লোথো ফ্রেমওয়ার্ক এবং জে5। জিনোক্যাড ব্যাকরণ ব্যবহার করে, যা হয় ওপেন সোর্স বা ব্যবহারকারীর তৈরি "নিয়ম" যা ক্লোনিং জীবের জন্য উপলব্ধ জিন এবং পরিচিত জিন মিথস্ক্রিয়া অন্তর্ভুক্ত করে। ক্লোথো কাঠামো বায়োব্রিক স্ট্যান্ডার্ড নিয়ম ব্যবহার করে। রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক জিন নিয়ন্ত্রণঃ একটি সার্কিট ইঞ্জিনিয়ারিং শাখার দিকে সিন্থেটিক জেনেটিক অসসিলেটর সিন্থেটিক জীববিজ্ঞান