Human artificial chromosome
માનવ કૃત્રિમ રંગસૂત્ર (એચ. એ. સી.) એક માઇક્રોક્રોમોઝોમ છે જે માનવ કોષોની વસ્તીમાં નવા રંગસૂત્ર તરીકે કામ કરી શકે છે. એટલે કે, 46 રંગસૂત્રોને બદલે, કોષમાં 47 હોઈ શકે છે, જેમાં 47મો ભાગ ખૂબ જ નાનો હોય છે, કુદરતી રંગસૂત્રો માટે 50-250 Mb ને બદલે આશરે 6-10 મેગાબેઝ (Mb) કદમાં હોય છે, અને માનવ સંશોધકો દ્વારા રજૂ કરાયેલા નવા જનીનોને વહન કરવામાં સક્ષમ હોય છે. આદર્શ રીતે, સંશોધકો વિવિધ જનીનોને એકીકૃત કરી શકે છે જે રોગ સંરક્ષણ સહિત વિવિધ કાર્યો કરે છે. ટ્રાન્સજીન્સ બનાવવાની વૈકલ્પિક પદ્ધતિઓ, જેમ કે યીસ્ટના કૃત્રિમ રંગસૂત્રો અને બેક્ટેરિયલ કૃત્રિમ રંગસૂત્રોનો ઉપયોગ, અણધારી સમસ્યાઓ તરફ દોરી જાય છે. આ વેક્ટર દ્વારા રજૂ કરાયેલ આનુવંશિક સામગ્રી માત્ર વિવિધ અભિવ્યક્તિ સ્તરો તરફ દોરી જતી નથી, પરંતુ દાખલ કરવાથી મૂળ જિનોમમાં પણ વિક્ષેપ પડે છે. એચ. એ. સી. આ સંબંધમાં અલગ છે, કારણ કે તે સંપૂર્ણપણે અલગ રંગસૂત્રો છે. હાલની આનુવંશિક સામગ્રીથી આ અલગતા ધારે છે કે કોઈ નિવેશિત મ્યુટન્ટ્સ ઊભી થશે નહીં. આ સ્થિરતા અને ચોકસાઈ એચ. એ. સી. ને વાયરલ વેક્ટર, વાય. એ. સી. અને બી. એ. સી. જેવી અન્ય પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ સારી બનાવે છે. એચ. એ. સી. વાયરલ વેક્ટર સાથે શક્ય હોય તેના કરતા વધુ ડીએનએ (પ્રમોટર અને કોપી-નંબર ભિન્નતા સહિત) પહોંચાડવાની મંજૂરી આપે છે. યીસ્ટ કૃત્રિમ રંગસૂત્રો અને બેક્ટેરિયલ કૃત્રિમ રંગસૂત્રો માનવ કૃત્રિમ રંગસૂત્રો પહેલાં બનાવવામાં આવ્યા હતા, જે સૌપ્રથમ 1997 માં વિકસાવવામાં આવ્યા હતા. એચ. એ. સી. અભિવ્યક્તિ અભ્યાસોમાં જનીન સ્થાનાંતરણ વાહક તરીકે, માનવ રંગસૂત્ર કાર્યને સ્પષ્ટ કરવા માટેના સાધન તરીકે અને માનવ જીનોમની સક્રિય રીતે ટિપ્પણી કરવાની પદ્ધતિ તરીકે ઉપયોગી છે. માનવ એચટી1080 કોષોમાં ટેલોમેરિક અને જીનોમિક ડીએનએમાં આલ્ફા-સેટેલાઇટ ડીએનએ ઉમેરીને 1997માં સૌપ્રથમ વખત એચએસીનું નિર્માણ કરવામાં આવ્યું હતું. આના પરિણામે એક સંપૂર્ણપણે નવું માઇક્રોક્રોમોઝોમ બન્યું જેમાં રસ ધરાવતું ડીએનએ હતું, તેમજ ટેલોમેરિક અને સેન્ટ્રોમેરિક સિક્વન્સ જેવા માળખાકીય અને માઇટોટિક રીતે સ્થિર રહેવાના તત્વો પણ હતા. ડી નોવો એચ. એ. સી. ની રચનાની મુશ્કેલીને કારણે, આ પદ્ધતિ મોટા ભાગે છોડી દેવામાં આવી છે. બાંધકામ પદ્ધતિઓ માનવ કૃત્રિમ રંગસૂત્ર વાહકની રચના માટે હાલમાં બે સ્વીકૃત નમૂનાઓ છે. પ્રથમ એ છે કે કુદરતી માનવ રંગસૂત્રમાં ફેરફાર કરીને એક નાનું નાનું રંગસૂત્ર બનાવવું. આ કુદરતી રંગસૂત્રને કાપીને પૂર્ણ થાય છે, ત્યારબાદ પુનઃસંયોજનની ક્રી-લોક્સ પ્રણાલી દ્વારા અનન્ય આનુવંશિક સામગ્રીની રજૂઆત થાય છે. બીજી પદ્ધતિમાં નવતર રંગસૂત્ર ડી નોવોની શાબ્દિક રચનાનો સમાવેશ થાય છે. ડી નોવો એચ. એ. સી. ની રચના અંગેની પ્રગતિ મર્યાદિત રહી છે, કારણ કે ઘણા મોટા જીનોમિક ટુકડાઓ ડી નોવો વેક્ટરમાં સફળતાપૂર્વક એકીકૃત થશે નહીં. ડી નોવો વેક્ટરની રચનાને મર્યાદિત કરતું બીજું પરિબળ બાંધકામ માટે કયા ઘટકોની જરૂર છે તેનું મર્યાદિત જ્ઞાન છે, ખાસ કરીને સેન્ટ્રોમેરિક સિક્વન્સ. જો કે, સેન્ટ્રોમેરિક સિક્વન્સને લગતા પડકારોને દૂર કરવાનું શરૂ થઈ ગયું છે. 2009ના એક અભ્યાસમાં એચ. એ. સી. ના વધારાના ફાયદા દર્શાવવામાં આવ્યા છે, એટલે કે અત્યંત મોટા જીનોમિક ટુકડાઓને સ્થિર રાખવાની તેમની ક્ષમતા. સંશોધકોએ 2.4Mb ડિસ્ટ્રોફિન જનીનનો સમાવેશ કર્યો, જેમાં પરિવર્તન એ ડુચેન સ્નાયુબદ્ધ ડિસ્ટ્રોફીનું મુખ્ય કારણભૂત તત્વ છે. પરિણામી એચ. એ. સી. માઇટોટિકલી સ્થિર હતું, અને ચીમેરિક ઉંદરમાં ડિસ્ટ્રોફિનને યોગ્ય રીતે વ્યક્ત કર્યું હતું. ડિસ્ટ્રોફિનને યોગ્ય રીતે વ્યક્ત કરવાના અગાઉના પ્રયાસો નિષ્ફળ ગયા છે. તેના મોટા કદને કારણે, તેને અગાઉ ક્યારેય સફળતાપૂર્વક વેક્ટરમાં એકીકૃત કરવામાં આવ્યું નથી. 2010માં, 21એચએસી નામના શુદ્ધ માનવ કૃત્રિમ રંગસૂત્રની જાણ કરવામાં આવી હતી. 21એચએસી માનવ રંગસૂત્ર 21ની તોડેલી નકલ પર આધારિત છે, જે લંબાઈમાં 5 એમબી રંગસૂત્ર ઉત્પન્ન કરે છે. રંગસૂત્ર 21ના કાપણીના પરિણામે માનવ કૃત્રિમ રંગસૂત્ર બન્યું જે માઇટોટિકલી સ્થિર હતું. 21એચએસી વિવિધ પ્રજાતિઓ (ઉંદર, ચિકન, મનુષ્યો) માંથી કોષોમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં પણ સક્ષમ હતું. 21એચએસીનો ઉપયોગ કરીને, સંશોધકો ગાંઠના કોષોમાં હર્પીસ સિમ્પ્લેક્સ વાયરસ થાઇમિડીન કિનેઝ કોડિંગ જનીન દાખલ કરવામાં સક્ષમ હતા. આ "આત્મહત્યા જનીન" ઘણી એન્ટિવાયરલ દવાઓ સક્રિય કરવા માટે જરૂરી છે. આ લક્ષિત ગાંઠના કોષોને તંદુરસ્ત કોષો સહિત વસ્તીમાં એન્ટિવાયરલ ડ્રગ ગેન્સીક્લોવિર દ્વારા સફળતાપૂર્વક અને પસંદગીયુક્ત રીતે સમાપ્ત કરવામાં આવ્યા હતા. આ સંશોધન જનીન ઉપચારમાં એચ. એ. સી. નો ઉપયોગ કરવા માટે વિવિધ તકો ખોલે છે. 2011 માં, સંશોધકોએ રંગસૂત્ર 14 ને કાપીને માનવ કૃત્રિમ રંગસૂત્રની રચના કરી. ત્યારબાદ ક્રી-લોક્સ પુનઃસંયોજન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને આનુવંશિક સામગ્રી રજૂ કરવામાં આવી હતી. આ ખાસ અભ્યાસ હાલના જીનોમિક ડીએનએના ભાગોને છોડીને અભિવ્યક્તિના સ્તરોમાં ફેરફારો પર કેન્દ્રિત હતો. હાલના ટેલોમેરિક અને પેટા-ટેલોમેરિક ક્રમને છોડીને, સંશોધકો એરિથ્રોપોઇટીન ઉત્પાદન માટે જનીન કોડિંગના અભિવ્યક્તિ સ્તરને 1000 ગણાથી વધુ વિસ્તૃત કરવામાં સક્ષમ હતા. આ કાર્યમાં જનીન ઉપચારની મોટી અસરો પણ છે, કારણ કે એરિથ્રોપોઇટીન લાલ રક્તકણોની રચનાને નિયંત્રિત કરે છે. એચ. એ. સી. નો ઉપયોગ માનવ રોગના પ્રાણીઓના નમૂના તરીકે અને ઉપચારાત્મક ઉત્પાદનોના ઉત્પાદન માટે ટ્રાન્સજેનિક પ્રાણીઓ બનાવવા માટે કરવામાં આવે છે. પ્લાઝમિડ કોસ્મિડ ફોસ્મિડ સંદર્ભો મોલેક્યુલર બાયોલોજી પણ જુઓ.