Repressilator
রিপ্রেসিলেটর একটি জেনেটিক নিয়ন্ত্রক নেটওয়ার্ক যা কমপক্ষে তিনটি জিন সহ কমপক্ষে একটি প্রতিক্রিয়া লুপ নিয়ে গঠিত, প্রতিটি একটি প্রোটিন প্রকাশ করে যা লুপে পরবর্তী জিনকে দমন করে। জৈবিক গবেষণায়, সেলুলার মডেল তৈরি করতে এবং কোষের কার্যকারিতা বোঝার জন্য দমনকারী ব্যবহার করা হয়েছে। কৃত্রিম এবং প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া রিপ্রেসিলেটর উভয়ই রয়েছে। সম্প্রতি, আরাবিডোপসিস থালিয়ানা (এ. থালিয়ানা) এবং স্তন্যপায়ী সিস্টেমে প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া রিপ্রেসিলেটর ক্লক জিন সার্কিট নিয়ে গবেষণা করা হয়েছে। কৃত্রিম দমনকারী প্রথম 2000 সালে মাইকেল এলোভিটস এবং স্ট্যানিস্লাস লাইবলার দ্বারা ইঞ্জিনিয়ার করা হয়েছিল, কোষের উপাদান এবং কার্যকারিতার সহজ সিস্টেম অধ্যয়নরত অন্যান্য গবেষণা প্রকল্পগুলির পরিপূরক। একটি কোষের কার্যকারিতা প্রদানকারী নকশা এবং সেলুলার প্রক্রিয়াগুলি বোঝার এবং মডেল করার জন্য, এলোভিটস এবং লাইবলার তিনটি প্রতিলিপিগত দমনকারী সহ একটি লুপ সমন্বিত একটি কৃত্রিম নেটওয়ার্ক তৈরি করেছিলেন। এই নেটওয়ার্কটি একটি স্থিতিশীল দোলন প্রদর্শনের জন্য স্ক্র্যাচ থেকে ডিজাইন করা হয়েছিল যা নির্দিষ্ট সময়কালের সাথে বৈদ্যুতিক দোলক ব্যবস্থার মতো কাজ করে। রিকম্বিনেন্ট ডিএনএ ট্রান্সফারের মাধ্যমে এসচেরিচিয়া কোলাই (ই. কোলাই)-এ এই নেটওয়ার্কটি প্রয়োগ করা হয়েছিল। এরপরে এটি যাচাই করা হয়েছিল যে ইঞ্জিনিয়ারড উপনিবেশগুলি প্রকৃতপক্ষে পছন্দসই দোলক আচরণ প্রদর্শন করেছিল। রিপ্রেসিলেটর একটি প্রতিক্রিয়া লুপে সংযুক্ত তিনটি জিন নিয়ে গঠিত, যেমন প্রতিটি জিন লুপে পরবর্তী জিনকে দমন করে এবং পূর্ববর্তী জিন দ্বারা দমন করা হয়। ই. কোলিতে কৃত্রিম সন্নিবেশনে, সবুজ ফ্লুরোসেন্ট প্রোটিন (জি. এফ. পি) একটি রিপোর্টার হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল যাতে ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কোপি ব্যবহার করে নেটওয়ার্কের আচরণ পর্যবেক্ষণ করা যায়। রিপ্রেসিলেটরের নকশাটি জৈবিক এবং সার্কিট নীতি দ্বারা বিশ্লেষণের বিচ্ছিন্ন এবং স্টোকাস্টিক মডেলগুলির দ্বারা পরিচালিত হয়েছিল। প্রোটিন এবং এম. আর. এন. এ ঘনত্বের উপর ভিত্তি করে দমনকারী ব্যবস্থার গতিবিদ্যার মডেল তৈরি করতে ছয়টি ডিফারেনশিয়াল সমীকরণ ব্যবহার করা হয়েছিল, পাশাপাশি উপযুক্ত পরামিতি এবং পাহাড়ি সহগ মানও ব্যবহার করা হয়েছিল। গবেষণায়, এলোভিটস এবং লাইবলার সংহতকরণ এবং সাধারণ পরামিতি মানগুলির পাশাপাশি অনুরূপ পরামিতিগুলি ব্যবহার করে দমনকারী মডেলের একটি স্টোকাস্টিক সংস্করণ ব্যবহার করে দমনকারী প্রোটিনের দোলন দেখানো পরিসংখ্যান তৈরি করেছিলেন। এই মডেলগুলি বিভিন্ন হারের মান নির্ধারণের জন্য বিশ্লেষণ করা হয়েছিল যা একটি টেকসই দোলন অর্জন করবে। দেখা গেছে যে এই দোলনগুলি দক্ষ রাইবোজোম বাঁধাই সাইট, সমবায় প্রতিলিপি দমনকারী এবং তুলনামূলক প্রোটিন এবং এমআরএনএ ক্ষয়ের হারের সাথে যুক্ত প্রবর্তকদের দ্বারা অনুকূল ছিল। এই বিশ্লেষণ দুটি নকশা বৈশিষ্ট্যকে অনুপ্রাণিত করেছিল যা জিনের মধ্যে ইঞ্জিনিয়ার করা হয়েছিল। প্রথমত, প্রবর্তক অঞ্চলগুলিকে আরও দক্ষ সংকর প্রবর্তক দ্বারা প্রতিস্থাপিত করা হয়েছিল যা ই. কোলাই ফেজ ল্যাম্বডা পিএল (λ পিএল) প্রবর্তককে ল্যাক রিপ্রেসার (ল্যাকল) এবং টেট রিপ্রেসার (টেটআর) অপারেটর সিকোয়েন্সের সাথে একত্রিত করেছিল। দ্বিতীয়ত, দমনকারী প্রোটিন এবং এম. আর. এন. এ-র জীবনকালের মধ্যে বৈষম্য কমাতে, প্রতিটি দমনকারী জিনের 3 'প্রান্তে এস. এস. আর. এ-আর. এন. এ ক্রমের উপর ভিত্তি করে একটি কার্বক্সি টার্মিনাল ট্যাগ যুক্ত করা হয়েছিল। এই ট্যাগটি প্রোটিয়াস দ্বারা স্বীকৃত যা প্রোটিনকে অবক্ষয়ের জন্য লক্ষ্য করে। এই নকশাটি একটি লো-কপি প্লাজমিড এনকোডিং রিপ্রেসিলেটর এবং একটি উচ্চতর-কপি রিপোর্টার ব্যবহার করে বাস্তবায়িত করা হয়েছিল, যা ই. কোলাইয়ের সংস্কৃতিকে রূপান্তরিত করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া দমনকারী উদ্ভিদ উদ্ভিদের সার্কাডিয়ান সার্কিটগুলিতে একটি প্রতিলিপিগত নিয়ন্ত্রক প্রতিক্রিয়া লুপ থাকে যাকে দমনকারী বলা হয়। এ. থালিয়ানার মূল দোলক লুপে (ধূসর রঙে বর্ণিত), আলো প্রথমে দুটি ক্রিপ্টোক্রোম এবং পাঁচটি ফাইটোক্রোম দ্বারা অনুভূত হয়। দুটি ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর, সার্কাডিয়ান ক্লক অ্যাসোসিয়েটেড 1 (সিসিএ1) এবং লেট এলঙ্গেটেড হাইপোকোটাইল (এলএইচওয়াই), সিএবি এক্সপ্রেশন 1 (টিওসি1)-এর টাইমিং-এর মতো সন্ধ্যার এক্সপ্রেশনের সাথে যুক্ত জিনগুলিকে দমন করে এবং সকালের এক্সপ্রেশনের সাথে যুক্ত জিনগুলিকে তাদের প্রবর্তকদের সাথে আবদ্ধ করে সক্রিয় করে। টিওসি1, একটি সন্ধ্যাকালীন জিন, একটি অজানা পদ্ধতির মাধ্যমে সিসিএ1 এবং এলএইচওয়াই-কে ইতিবাচকভাবে নিয়ন্ত্রণ করে। সন্ধ্যা-পর্যায়ের ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টর সি. সি. এ1 হাইকিং এক্সপিডিশন (সি. এইচ. ই) এবং হিস্টোন ডিমাইথাইলেস জুমঞ্জি সি ডোমেইন-যুক্ত 5 (জে. এম. জে. ডি5) সরাসরি সি. সি. এ1-কে দমন করে। অন্যান্য উপাদানগুলি সারা দিন ধরে প্রকাশ করা হয়েছে এবং প্রত্যক্ষ বা পরোক্ষভাবে সার্কাডিয়ান সার্কিটে একটি ফলস্বরূপ উপাদানকে বাধা দেয় বা সক্রিয় করে, যার ফলে প্রতিক্রিয়া লুপগুলির একটি জটিল, শক্তিশালী এবং নমনীয় নেটওয়ার্ক তৈরি হয়। মর্নিং-ফেজ এক্সপ্রেশন মর্নিং-ফেজ এক্সপ্রেশন লুপ বলতে জিন এবং প্রোটিনকে বোঝায় যা এ. থালিয়ানায় দিনের বেলা ছন্দ নিয়ন্ত্রণ করে। দুটি প্রধান জিন হল এল. এইচ. ওয়াই এবং সি. সি. এ1, যা এল. এইচ. ওয়াই এবং সি. সি. এ1 ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরগুলিকে এনকোড করে। এই প্রোটিনগুলি হেটেরোডাইমার গঠন করে যা নিউক্লিয়াসে প্রবেশ করে এবং টিওসি1 জিন প্রবর্তকের সাথে আবদ্ধ হয়, যা টিওসি1 প্রোটিনের উৎপাদনকে দমন করে। যখন টি. ও. সি. 1 প্রোটিন প্রকাশ করা হয়, তখন এটি এল. এইচ. ওয়াই এবং সি. সি. এ. 1-এর প্রতিলিপি প্রতিরোধ করে নিয়ন্ত্রণ করতে কাজ করে। এটি পরে 2012 সালে ডঃ আলেকজান্দ্রা পোখিলো দ্বারা সমর্থিত হয়েছিল, যিনি গণনামূলক বিশ্লেষণ ব্যবহার করে দেখিয়েছিলেন যে টিওসি1 এলএইচওয়াই এবং সিসিএ1 অভিব্যক্তির প্রতিরোধক হিসাবে এই ভূমিকা পালন করেছে। সকালের লুপটি হাইপোকোটাইল বর্ধনকে বাধা দেয়, সন্ধ্যা-পর্যায়ের লুপের বিপরীতে যা হাইপোকোটাইল বর্ধনকে উৎসাহিত করে। সকালের পর্যায় লুপটি সার্কাডিয়ান দোলনকে সমর্থন করতে অক্ষম বলে প্রমাণিত হয়েছে যখন সন্ধ্যা-পর্যায়ের অভিব্যক্তি জিনগুলি পরিবর্তিত হয়, যা এই প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া দমনকারীর প্রতিটি উপাদানের আন্তঃনির্ভরতার পরামর্শ দেয়। ইভনিং-ফেজ এক্সপ্রেশন আর্লি ফ্লাওয়ারিং 3 (ই. এল. এফ 3), আর্লি ফ্লাওয়ারিং 4 (ই. এল. এফ 4) এবং ফাইটোক্লক 1 (এল. ইউ. এক্স) হল এ. থালিয়ানার সন্ধ্যা-পর্যায়ের ঘড়ি জিন এক্সপ্রেশনের মূল উপাদান। তারা সন্ধ্যা কমপ্লেক্স গঠন করে, যেখানে এলইউএক্স ফাইটোক্রোম ইন্টারঅ্যাক্টিং ফ্যাক্টর 4 (পিআইএফ 4) এবং ফাইটোক্রোম ইন্টারঅ্যাক্টিং ফ্যাক্টর 5 (পিআইএফ 5) এর প্রবর্তকদের সাথে আবদ্ধ হয় এবং তাদের বাধা দেয়। ফলস্বরূপ, হাইপোকোটাইল বর্ধন সন্ধ্যার প্রথম দিকে দমন করা হয়। গভীর রাতে যখন বাধা হ্রাস করা হয়, তখন হাইপোকোটাইল প্রসারিত হয়। ফটোপেরিয়ড ফুল উৎপাদন জিন গিগান্টিয়া (জিআই) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। জিআই রাতে সক্রিয় হয় এবং কনস্ট্যান্স (সিও)-এর অভিব্যক্তি সক্রিয় করে, যা ফ্লাওয়ারিং লোকাস টি (এফটি)-এর অভিব্যক্তি সক্রিয় করে। এফটি তারপর দীর্ঘ দিনে ফুল ফোটায়। স্তন্যপায়ী স্তন্যপায়ী প্রাণীরা 24 ঘন্টার সময়কালে শারীরবৃত্তীয় এবং আচরণ উভয়ের সমন্বয় সাধনের জন্য একটি অন্তঃসত্ত্বা সময় প্রক্রিয়া তৈরি করেছে। 2016 সালে, গবেষকরা এই পদ্ধতির মধ্যে পরবর্তী তিনটি প্রতিরোধের একটি ক্রম চিহ্নিত করেছেন যা তারা একটি দমনকারী হিসাবে চিহ্নিত করেছেন, যা এখন এই সার্কাডিয়ান নেটওয়ার্কের একটি প্রধান মূল উপাদান হিসাবে কাজ করে বলে মনে করা হয়। এই ব্যবস্থার প্রয়োজনীয়তা ক্রিপ্টোক্রোম (ক্রাই), পিরিয়ড (পার), এবং রেভ-আরব-মূল স্তন্যপায়ী ঘড়ি জিনের মধ্যে জিন নকআউটের একটি সিরিজের মাধ্যমে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল যার নকআউটগুলি অ্যারেথ্মিসিটির দিকে পরিচালিত করে। এই গবেষকরা যে মডেলটি তৈরি করেছেন তার মধ্যে রয়েছে ই-বক্স মধ্যস্থ ট্রান্সক্রিপশনের চালক হিসাবে বি. এম. এল. 1, প্রারম্ভিক এবং দেরী ই-বক্স দমনকারী হিসাবে যথাক্রমে পার2 এবং ক্রাই1, পাশাপাশি ডি-বক্স নিয়ন্ত্রক ডিবিপি এবং পারমাণবিক রিসেপ্টর রেভ-আরব-α। রেভ-আরব, পার এবং ক্রাই1-এর ক্রমিক প্রতিরোধগুলি টেকসই দোলন তৈরি করতে পারে এবং এই দমনকারী দোলনগুলি ব্যতীত অন্যান্য সমস্ত উপাদানকে একই প্রশস্ততা এবং সময়কালের সাথে অব্যাহত রাখতে পারে। সমস্ত দোলনশীল নেটওয়ার্কগুলি এই তিনটি মূল জিনের যে কোনও সংমিশ্রণে জড়িত বলে মনে হয়, যা গবেষকদের দ্বারা প্রকাশিত বিভিন্ন পরিকল্পনায় প্রদর্শিত হয়েছে। সাম্প্রতিক কাজ অন্যান্য জৈবিক পথ এবং ব্যবস্থার মডেল এবং অধ্যয়নের জন্য দমনকারী মডেল ব্যবহার করা হয়েছে। তারপর থেকে, রিপ্রেসিলেটরের মডেলিং ক্ষমতা নিয়ে ব্যাপক কাজ করা হয়েছে। 2003 সালে, রিপ্রেসিলেটরের উপস্থাপনা এবং জৈবিক মডেলগুলির বৈধতা, অনেক চলক সহ একটি মডেল হওয়ায়, সিম্প্যাথিকা সিস্টেম ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়েছিল, যা যাচাই করেছিল যে মডেলটি প্রকৃতপক্ষে তার সমস্ত জটিলতার সাথে দোলন করে। এলোভিটস এবং লাইবলারের মূল রচনায় যেমন বলা হয়েছে, দমনকারী গবেষণার চূড়ান্ত লক্ষ্য হল একটি কৃত্রিম সার্কাডিয়ান ঘড়ি তৈরি করা যা তার প্রাকৃতিক, অন্তঃসত্ত্বা প্রতিরূপকে প্রতিফলিত করে। জীবনের প্রতিটি ক্ষেত্রে পাওয়া যেতে পারে এমন সার্কাডিয়ান ছন্দগুলি আরও ভালভাবে বোঝার জন্য এর সাথে কম শব্দ এবং তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ সহ একটি কৃত্রিম ঘড়ি তৈরি করা জড়িত। সার্কাডিয়ান ছন্দের ব্যাঘাত বিপাকীয় এবং প্রতিলিপি প্রক্রিয়াগুলিতে ছন্দের হ্রাস ঘটাতে পারে এবং এমনকি আলঝেইমার রোগের মতো কিছু নিউরোডিজেনারেটিভ রোগের সূত্রপাতকে ত্বরান্বিত করতে পারে। 2017 সালে, একটি পরীক্ষাগারে এমন দোলক তৈরি করা হয়েছিল যা সার্কাডিয়ান ছন্দ তৈরি করেছিল এবং তাপমাত্রা দ্বারা খুব বেশি প্রভাবিত হয়নি। প্যাথোলজিক্যালি, রিপ্রেসিলেটর মডেলটি কোষের বৃদ্ধি এবং ক্যান্সার কোষে উপস্থিত অস্বাভাবিকতার মডেল তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। এটি করার মাধ্যমে, ক্যান্সার কোষের সার্কাডিয়ান ক্রিয়াকলাপের উপর ভিত্তি করে নতুন চিকিৎসা তৈরি করা যেতে পারে। উপরন্তু, 2016 সালে, একটি গবেষণা দল রিপ্রেসিলেটরের পূর্ববর্তী নকশার উপর উন্নতি করেছে। গোলমাল (সংকেত প্রক্রিয়াকরণ) বিশ্লেষণের পরে, লেখকরা জি. এফ. পি রিপোর্টার গঠনকে রিপ্রেসিলেটর প্লাজমিডে স্থানান্তরিত করেন এবং প্রতিটি রিপ্রেসার প্রোটিন থেকে এস. এস. আর. এ অবক্ষয় ট্যাগগুলি সরিয়ে ফেলেন। এটি সময়কাল বাড়ায় এবং দমনকারীর দোলনগুলির নিয়মিততা উন্নত করে। 2019 সালে, একটি গবেষণা একটি অনন্য স্থিতিশীল অবস্থা এবং নতুন হার ফাংশন সহ একটি মডেল অর্জন করে দমনকারী ব্যবস্থার উন্নতি করে এলোভিটস এবং লাইবলারের মডেলকে এগিয়ে নিয়ে যায়। এই পরীক্ষাটি দমন এবং জিন নিয়ন্ত্রণের বর্তমান জ্ঞানকে প্রসারিত করেছে। তাৎপর্য সিন্থেটিক বায়োলজি ই. কোলাই-তে একটি সিন্থেটিক ইনহিবিশন লুপ বসানোর মাধ্যমে কৃত্রিম দমনকারী আবিষ্কৃত হয়েছিল। এটি কোনও জীবের মধ্যে কৃত্রিম দোলনগুলির প্রথম বাস্তবায়নের প্রতিনিধিত্ব করে। এর আরও প্রভাবের মধ্যে রয়েছে মডেল জীবের মধ্যে কৃত্রিমভাবে দোলনগুলির পরিবর্তিত উপাদানগুলি উদ্ধার করার সম্ভাবনা। কৃত্রিম দমনকারী কৃত্রিম জীববিজ্ঞানের একটি মাইলফলক যা দেখায় যে জেনেটিক নিয়ন্ত্রক নেটওয়ার্কগুলি নতুন কাজ সম্পাদনের জন্য ডিজাইন এবং প্রয়োগ করা যেতে পারে। যাইহোক, এটি দেখা গেছে যে কোষের দোলনগুলি একটি নির্দিষ্ট সময়ের পরে পর্যায় থেকে সরে যায় এবং কৃত্রিম দমনকারীর ক্রিয়াকলাপ কোষের বৃদ্ধির দ্বারা প্রভাবিত হয়। প্রাথমিক পরীক্ষাটি তাই অনেক জীবের মধ্যে পাওয়া সার্কাডিয়ান ঘড়িকে নতুন প্রশংসা দিয়েছে, কারণ অন্তঃসত্ত্বা দমনকারীগুলি প্রতিস্থাপিত কৃত্রিম দমনকারীগুলির তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি শক্তিশালী। রিকেন কোয়ান্টিটেটিভ বায়োলজি সেন্টারের নতুন তদন্তে দেখা গেছে যে একটি একক প্রোটিন অণুর রাসায়নিক পরিবর্তন একটি তাপমাত্রা স্বাধীন, স্ব-টেকসই দোলক গঠন করতে পারে। কৃত্রিম দমনকারীগুলি সার্কাডিয়ান জীববিজ্ঞান থেকে শুরু করে এন্ডোক্রিনোলজি পর্যন্ত বিভিন্ন ক্ষেত্রে গবেষণা এবং চিকিৎসায় সম্ভাব্যভাবে সহায়তা করতে পারে। তারা ক্রমবর্ধমানভাবে প্রাকৃতিক জৈবিক ব্যবস্থার সহজাত সমন্বয় এবং তাদের প্রভাবিত করে এমন কারণগুলি প্রদর্শন করতে সক্ষম। সার্কাডিয়ান বায়োলজি এ. থালিয়ানার মতো অন্তঃসত্ত্বা, সার্কাডিয়ান সময় সহ মডেল জীবের মধ্যে প্রাকৃতিকভাবে ঘটে যাওয়া দমনকারী সম্পর্কে আরও ভাল ধারণা কৃষিতে, বিশেষত উদ্ভিদ পালন এবং প্রাণিসম্পদ পরিচালনার ক্ষেত্রে প্রয়োগ রয়েছে। রেফারেন্স বাহ্যিক লিঙ্ক রিপ্রেসিলেটর মডেলের সরাসরি লিঙ্ক এবং বায়োমডেলস ডাটাবেসের একটি বিবরণ আর-এ রিপ্রেসিলেটরের একটি সিমুলেশনঃ https://gist.github.com/AndreyAkinshin/37f3e68a1576f9ea1e5c01f2fd64fe5e রিপ্রেসিলেটরের একটি অনলাইন সিমুলেশনঃ https://www.yschaerli.com/repressilator.html এ. থালিয়ানায় ফিডব্যাক লুপ সিস্টেমের একটি চিত্র সিসিএ1 জিন এবং এ. থালিয়ানা সিন্থেটিক বায়োলজিতে এটি যে ভূমিকা পালন করে সে সম্পর্কে তথ্যের সরাসরি লিঙ্ক