Genome editing
जीनोम संपादन, या जीनोम इंजीनियरिंग, या जीन संपादन, एक प्रकार की आनुवंशिक इंजीनियरिंग है जिसमें किसी जीवित जीव के जीनोम में डी. एन. ए. डाला जाता है, हटाया जाता है, संशोधित किया जाता है या प्रतिस्थापित किया जाता है। प्रारंभिक आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीकों के विपरीत जो यादृच्छिक रूप से एक मेजबान जीनोम में आनुवंशिक सामग्री डालती हैं, जीनोम संपादन साइट-विशिष्ट स्थानों पर सम्मिलन को लक्षित करता है। प्रोग्रामेबल न्यूक्लियस के माध्यम से आनुवंशिक हेरफेर में शामिल बुनियादी तंत्र लक्ष्य जीनोमिक लोकी की पहचान और प्रभावक डीएनए-बाइंडिंग डोमेन (डीबीडी) का बंधन, प्रतिबंध एंडोन्यूक्लीसेस (एफओकेआई और सीएएस) द्वारा लक्ष्य डीएनए में डबल-स्ट्रैंड ब्रेक (डीएसबी), और होमोलॉजी-निर्देशित पुनर्संयोजन (एचडीआर) या गैर-होमोलॉगस एंड जॉइनिंग (एनएचईजे) के माध्यम से डीएसबी की मरम्मत है। सामान्य वर्तमान न्यूक्लियस-आधारित जीन संपादन प्लेटफार्मों के आगमन से पहले, 1990 के दशक में जीनोम संपादन का बीड़ा उठाया गया था, हालांकि, इसका उपयोग संपादन की कम क्षमताओं के कारण सीमित था। इंजीनियर न्यूक्लियस के साथ जीनोम संपादन, अर्थात। इन एंजाइमों के सभी तीन प्रमुख वर्गों-जिंक फिंगर न्यूक्लियस (जेड. एफ. एन.), ट्रांसक्रिप्शन एक्टिवेटर जैसे इफेक्टर न्यूक्लियस (टी. ए. एल. ई. एन.) और इंजीनियर मेगानुक्लियस-को नेचर मेथड्स द्वारा वर्ष 2011 की विधि के रूप में चुना गया था। सी. आर. आई. एस. पी. आर.-सी. ए. एस. प्रणाली को विज्ञान द्वारा वर्ष 2015 की सफलता के रूप में चुना गया था। इंजीनियर नाभिकों के चार परिवारों का उपयोग किया गयाः मेगन्यूक्लीज़, जिंक फिंगर नाभिक (ZFNs), प्रतिलेखन सक्रियक जैसे प्रभावक-आधारित नाभिक (TALEN), और नियमित रूप से अंतरित लघु पैलिन्ड्रोमिक पुनरावृत्ति (CRISPR/Cas9) प्रणाली। नौ जीनोम संपादक उपलब्ध थे। 2018 में, इस तरह के संपादन के लिए सामान्य तरीकों में इंजीनियर न्यूक्लियस, या "आणविक कैंची" का उपयोग किया गया। ये नाभिक जीनोम में वांछित स्थानों पर साइट-विशिष्ट डबल-स्ट्रैंड ब्रेक (डी. एस. बी.) बनाते हैं। प्रेरित डबल-स्ट्रैंड ब्रेक की मरम्मत नॉनहोमोलॉगस एंड-जॉइनिंग (एन. एच. ई. जे.) या होमोलॉगस रिकॉम्बिनेशन (एच. आर.) के माध्यम से की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप लक्षित उत्परिवर्तन ('संपादन') होते हैं। मई 2019 में, चीन में वकीलों ने बताया कि चीनी वैज्ञानिक हे जियानकुई द्वारा पहले जीन-संपादित मनुष्यों की कथित रचना के आलोक में (लुलु और नाना विवाद देखें), नियमों का मसौदा तैयार किया गया कि जो कोई भी जीन-संपादन तकनीकों द्वारा मानव जीनोम में हेरफेर करता है, जैसे कि CRISPR, किसी भी संबंधित प्रतिकूल परिणामों के लिए जिम्मेदार ठहराया जाएगा। सी. आर. आई. एस. पी. आर. और संबंधित जैव प्रौद्योगिकियों के संभावित अंधे धब्बों और जोखिमों पर एक सावधानीपूर्ण परिप्रेक्ष्य पर हाल ही में चर्चा की गई है, जो सेलुलर नियंत्रण प्रक्रियाओं की यादृच्छिक प्रकृति पर ध्यान केंद्रित करता है। एडिनबर्ग विश्वविद्यालय के रोसलिन संस्थान ने एक ऐसे वायरस के प्रति प्रतिरोधी सूअरों का निर्माण किया जो पोर्सिन प्रजनन और श्वसन सिंड्रोम का कारण बनता है, जिससे अमेरिका और यूरोपीय सुअर किसानों को सालाना 26 करोड़ डॉलर का नुकसान होता है। फरवरी 2020 में, एक अमेरिकी परीक्षण ने 3 कैंसर रोगियों पर सी. आर. आई. एस. पी. आर. जीन संपादन को सुरक्षित रूप से दिखाया। 2020 में सिसिलियन रूज हाई जी. ए. बी. ए., एक टमाटर जो एक एमिनो एसिड का अधिक उत्पादन करता है जिसे विश्राम को बढ़ावा देने के लिए कहा जाता है, जापान में बिक्री के लिए अनुमोदित किया गया था। 2021 में, इंग्लैंड (शेष यूके नहीं) ने जीन-संपादित पौधों और जानवरों पर प्रतिबंधों को हटाने की योजना बनाई, जो यूरोपीय संघ-अनुपालन विनियमन से अमेरिका और कुछ अन्य देशों के नियमों के करीब चले गए। अप्रैल 2021 की यूरोपीय आयोग की एक रिपोर्ट में "मजबूत संकेत" पाए गए कि वर्तमान नियामक शासन जीन संपादन के लिए उपयुक्त नहीं था, बाद में 2021 में, शोधकर्ताओं ने एक CRISPR विकल्प की घोषणा की, जिसे अनिवार्य मोबाइल तत्व-निर्देशित गतिविधि (OMEGA) प्रोटीन के रूप में लेबल किया गया, जिसमें IScB, IsrB और TnpB शामिल हैं, जो ट्रांसपोसन में पाए जाने वाले एंडोन्यूक्लीज़ के रूप में हैं, और छोटे ωRNAs द्वारा निर्देशित हैं। पृष्ठभूमि आनुवंशिक इंजीनियरिंग जीवों में नए आनुवंशिक तत्वों को पेश करने की विधि के रूप में 1970 के दशक से चली आ रही है। इस तकनीक की एक कमी यादृच्छिक प्रकृति रही है जिसके साथ डी. एन. ए. को मेजबान जीनोम में डाला जाता है, जो जीव के भीतर अन्य जीनों को खराब या बदल सकता है। हालाँकि, कई विधियों की खोज की गई है जो एक जीव जीनोम के भीतर विशिष्ट स्थलों पर डाले गए जीन को लक्षित करती हैं। इसने जीनोम के भीतर विशिष्ट अनुक्रमों के संपादन के साथ-साथ लक्षित प्रभावों को भी कम किया है। इसका उपयोग अनुसंधान उद्देश्यों के लिए, विशिष्ट जीन में उत्परिवर्तन को लक्षित करके और जीन चिकित्सा में किया जा सकता है। एक जीव में एक कार्यात्मक जीन डालने और दोषपूर्ण जीन को बदलने के लिए इसे लक्षित करने से कुछ आनुवंशिक रोगों को ठीक करना संभव हो सकता है। जीन लक्ष्यीकरण समरूप पुनर्संयोजन किसी जीव के जीनोम (जिसे जीन लक्ष्यीकरण कहा जाता है) के भीतर कुछ स्थानों पर जीन को लक्षित करने के प्रारंभिक तरीके समरूप पुनर्संयोजन (एचआर) पर निर्भर थे। डी. एन. ए. संरचनाओं का निर्माण करके जिसमें एक टेम्पलेट होता है जो लक्षित जीनोम अनुक्रम से मेल खाता है, यह संभव है कि कोशिका के भीतर एच. आर. प्रक्रियाएं वांछित स्थान पर संरचना को सम्मिलित करेंगी। भ्रूण स्टेम कोशिकाओं पर इस विधि का उपयोग करने से लक्षित जीन के साथ ट्रांसजेनिक चूहों का विकास हुआ। जीन में दस्तक देना या जीन अभिव्यक्ति पैटर्न को बदलना भी संभव हो गया है। भ्रूण स्टेम कोशिकाओं के माध्यम से चूहों में आनुवंशिक संशोधनों को पेश करने के लिए समरूप पुनर्संयोजन का उपयोग कैसे किया जा सकता है, इसकी उनकी खोज की मान्यता में, मारियो कैपेची, मार्टिन इवांस और ओलिवर स्मिथिस को 2007 के शरीर विज्ञान या चिकित्सा के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। सशर्त लक्ष्यीकरण यदि एक महत्वपूर्ण जीन को बाहर कर दिया जाता है तो यह जीव के लिए घातक साबित हो सकता है। इन जीनों के कार्य का अध्ययन करने के लिए साइट विशिष्ट पुनर्संयोजन (एसएसआर) का उपयोग किया गया था। दो सबसे आम प्रकार क्रे-लॉक्सपी और एफएलपी-एफआरटी प्रणालियाँ हैं। क्रे रिकॉम्बिनेस एक एंजाइम है जो लॉक्स-पी साइटों के रूप में ज्ञात बाध्यकारी अनुक्रमों के बीच समरूप पुनर्संयोजन द्वारा डी. एन. ए. को हटा देता है। फ़्लिप-एफ. आर. टी. प्रणाली एफ. आर. टी. अनुक्रमों को पहचानने वाले फ़्लिप पुनर्संयोजन के साथ इसी तरह से काम करती है। ऊतक विशिष्ट प्रवर्तकों के नियंत्रण में एसएसआर को व्यक्त करने वाले जीव के साथ रुचि के जीन को फ़्लैंकिंग करने वाले पुनर्संयोजन स्थलों वाले जीव को पार करके, केवल कुछ कोशिकाओं में ही जीन को बाहर निकालना या चालू करना संभव है। इन तकनीकों का उपयोग ट्रांसजेनिक जानवरों से मार्कर जीन को हटाने के लिए भी किया गया था। इन प्रणालियों के आगे के संशोधनों ने शोधकर्ताओं को केवल कुछ स्थितियों में पुनर्संयोजन को प्रेरित करने की अनुमति दी, जिससे जीन को वांछित समय या विकास के चरणों में बाहर निकाला जा सके या व्यक्त किया जा सके। प्रोसेस डबल स्ट्रैंड ब्रेक रिपेयर जीनोम एडिटिंग का एक सामान्य रूप डीएनए डबल स्ट्रैंडेड ब्रेक (डीएसबी) रिपेयर मैकेनिक्स की अवधारणा पर निर्भर करता है। डी. एस. बी. की मरम्मत करने वाले दो प्रमुख मार्ग हैं; गैर-समरूप अंत संयोजन (एन. एच. ई. जे.) और समरूपता निर्देशित मरम्मत (एच. डी. आर.)। एन. एच. ई. जे. डी. एन. ए. छोरों को सीधे जोड़ने के लिए विभिन्न प्रकार के एंजाइमों का उपयोग करता है जबकि अधिक सटीक एच. डी. आर. ब्रेक पॉइंट पर लापता डी. एन. ए. अनुक्रमों के पुनर्जनन के लिए एक टेम्पलेट के रूप में एक समरूप अनुक्रम का उपयोग करता है। इसका उपयोग एक अनुक्रम के भीतर वांछित आनुवंशिक तत्वों के साथ एक वेक्टर बनाकर किया जा सकता है जो एक डी. एस. बी. के पार्श्व अनुक्रमों के लिए समरूप है। इसके परिणामस्वरूप डी. एस. बी. के स्थल पर वांछित परिवर्तन डाला जाएगा। जबकि एच. डी. आर. आधारित जीन संपादन समरूप पुनर्संयोजन आधारित जीन लक्ष्यीकरण के समान है, पुनर्संयोजन की दर कम से कम परिमाण के तीन क्रम से बढ़ जाती है। इंजीनियर न्यूक्लियस जीनोम संपादन की कुंजी जीनोम के भीतर एक विशिष्ट बिंदु पर डी. एस. बी. का निर्माण करना है। आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले प्रतिबंध एंजाइम डी. एन. ए. को काटने में प्रभावी होते हैं, लेकिन आम तौर पर कई स्थानों पर पहचानते हैं और काटते हैं। इस चुनौती को दूर करने और स्थल-विशिष्ट डी. एस. बी. बनाने के लिए, नाभिकों के तीन अलग-अलग वर्गों की खोज की गई है और आज तक जैव-इंजीनियर किया गया है। ये हैं जिंक फिंगर न्यूक्लियस (जेड. एफ. एन.), ट्रांसक्रिप्शन-एक्टिवेटर जैसे इफेक्टर न्यूक्लियस (टी. ए. एल. ई. एन.), मेगानुक्लियस और क्लस्टर्ड रेगुलर इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिन्ड्रोमिक रिपीट्स (सी. आर. आई. एस. पी. आर./सी. ए. एस. 9) प्रणाली। 1980 के दशक के अंत में खोजे गए मेगन्यूक्लीज़ मेगन्यूक्लीज़, एंडोन्यूक्लीज़ परिवार में एंजाइम हैं जो बड़े डीएनए अनुक्रमों (14 से 40 आधार जोड़े) को पहचानने और काटने की उनकी क्षमता की विशेषता है। एल. ए. जी. एल. आई. डी. ए. डी. जी. परिवार में सबसे व्यापक और सबसे प्रसिद्ध मेगानुक्लीज़ प्रोटीन हैं, जो एक संरक्षित एमिनो एसिड अनुक्रम के कारण अपना नाम रखते हैं। आमतौर पर सूक्ष्मजीव प्रजातियों में पाए जाने वाले मेगानुक्लीज़ में बहुत लंबे पहचान अनुक्रम (> 14 बी. पी.) होने का अनूठा गुण होता है, इस प्रकार वे स्वाभाविक रूप से बहुत विशिष्ट हो जाते हैं। हालाँकि, किसी चुने हुए विशिष्ट डी. एन. ए. अनुक्रम पर कार्य करने के लिए आवश्यक सटीक मेगानुक्लीज़ को खोजने की लगभग कोई संभावना नहीं है। इस चुनौती को दूर करने के लिए, म्यूटेजेनेसिस और उच्च थ्रूपुट स्क्रीनिंग विधियों का उपयोग मेगानुक्लीज़ प्रकार बनाने के लिए किया गया है जो अद्वितीय अनुक्रमों को पहचानते हैं। अन्य लोग विभिन्न मेगानुक्लीज़ को फ्यूज करने और संकर एंजाइम बनाने में सक्षम हुए हैं जो एक नए अनुक्रम को पहचानते हैं। फिर भी अन्य लोगों ने तर्कसंगत रूप से डिज़ाइन किए गए मेगन्यूक्लीज़ नामक विधि में अनुक्रम विशिष्ट मेगन्यूक्लीज़ को डिज़ाइन करने के लिए मेगन्यूक्लीज़ के डी. एन. ए. अंतःक्रियाशील एमिनो एसिड को बदलने का प्रयास किया है। एक अन्य दृष्टिकोण में कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करना शामिल है ताकि संशोधित मेगन्यूक्लीज़ की गतिविधि और मान्यता प्राप्त न्यूक्लिक अनुक्रम की विशिष्टता की यथासंभव सटीक भविष्यवाणी करने का प्रयास किया जा सके। हजारों प्रोटीन इकाइयों वाला एक बड़ा बैंक बनाया गया है। इन इकाइयों को लक्ष्य स्थल को पहचानने वाले चिमेरिक मेगानुक्लीज़ प्राप्त करने के लिए जोड़ा जा सकता है, जिससे अनुसंधान और विकास उपकरण प्रदान किए जाते हैं जो आवश्यकताओं की एक विस्तृत श्रृंखला (मौलिक अनुसंधान, स्वास्थ्य, कृषि, उद्योग, ऊर्जा, आदि) को पूरा करते हैं। इनमें मानव एक्स. पी. सी. जीन को तोड़ने में सक्षम दो मेगन्यूक्लीज़ का औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन शामिल है; इस जीन में उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप ज़ेरोडर्मा पिगमेंटोसम होता है, जो एक गंभीर मोनोजेनिक विकार है जो रोगियों को त्वचा के कैंसर के लिए पूर्वनिर्धारित करता है और जब भी उनकी त्वचा यू. वी. किरणों के संपर्क में आती है तो जलती है। मेगानुक्लिएज़ को जिंक फिंगर न्यूक्लियस (जेडएफएन) जैसी विधियों की तुलना में कोशिकाओं में कम विषाक्तता पैदा करने का लाभ होता है, संभवतः अधिक कठोर डीएनए अनुक्रम पहचान के कारण; हालाँकि, सभी संभावित अनुक्रमों के लिए अनुक्रम-विशिष्ट एंजाइमों का निर्माण महंगा और समय लेने वाला है, क्योंकि किसी को संयुक्त संभावनाओं से लाभ नहीं हो रहा है जो जेडएफएन और टीएएलएन-आधारित संलयन जैसी विधियों का उपयोग करते हैं। जिंक फिंगर न्यूक्लियस मेगानुक्लियस के विपरीत, जेड. एफ. एन. और टी. ए. एल. ई. एन. प्रौद्योगिकी के पीछे की अवधारणा एक गैर-विशिष्ट डी. एन. ए. कटिंग उत्प्रेरक क्षेत्र पर आधारित है, जिसे तब जस्ता उंगलियों और प्रतिलेखन सक्रियक जैसे प्रभावकों (टी. ए. एल. ई.) जैसे पेप्टाइड्स को पहचानने वाले विशिष्ट डी. एन. ए. अनुक्रम से जोड़ा जा सकता है। इसके लिए पहला कदम एक एंडोन्यूक्लीज़ का पता लगाना था जिसका डी. एन. ए. पहचान स्थल और क्लीविंग साइट एक दूसरे से अलग थे, एक ऐसी स्थिति जो प्रतिबंध एंजाइमों में सबसे आम नहीं है। एक बार जब यह एंजाइम मिल जाता है, तो इसके अलग होने वाले हिस्से को अलग किया जा सकता है जो बहुत ही गैर-विशिष्ट होगा क्योंकि इसमें पहचानने की कोई क्षमता नहीं होगी। इस हिस्से को तब पेप्टाइड्स को पहचानने वाले अनुक्रम से जोड़ा जा सकता है जिससे बहुत अधिक विशिष्टता हो सकती है। जिंक फिंगर मोटिफ कई प्रतिलेखन कारकों में होते हैं। सभी मानव प्रोटीनों के 8 प्रतिशत में पाया जाने वाला जस्ता आयन उनकी त्रि-आयामी संरचना के संगठन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। प्रतिलेखन कारकों में, यह अक्सर प्रोटीन-डी. एन. ए. अंतःक्रिया स्थलों पर स्थित होता है, जहां यह रूपांकन को स्थिर करता है। प्रत्येक अँगुली का सी-टर्मिनल भाग डी. एन. ए. अनुक्रम की विशिष्ट पहचान के लिए जिम्मेदार है। मान्यता प्राप्त अनुक्रम छोटे होते हैं, जो लगभग 3 आधार जोड़े से बने होते हैं, लेकिन 6 से 8 जस्ता उंगलियों को मिलाकर जिनकी पहचान स्थलों की विशेषता है, लगभग 20 आधार जोड़े के अनुक्रमों के लिए विशिष्ट प्रोटीन प्राप्त करना संभव है। इसलिए एक विशिष्ट जीन की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करना संभव है। यह प्रदर्शित किया गया है कि इस रणनीति का उपयोग जानवरों में एंजियोजेनेसिस की प्रक्रिया को बढ़ावा देने के लिए किया जा सकता है। एक लक्षित डी. एन. ए. टूटने को प्रेरित करने के लिए एक एंडोन्यूक्लीज़ के उत्प्रेरक क्षेत्र के साथ इस तरह से निर्मित प्रोटीन को फ्यूज करना भी संभव है, और इसलिए इन प्रोटीनों का उपयोग जीनोम इंजीनियरिंग उपकरण के रूप में किया जा सकता है। इसके लिए आम तौर पर अपनाई जाने वाली विधि में दो डी. एन. ए. बाइंडिंग प्रोटीन को जोड़ना शामिल है-प्रत्येक में 3 से 6 विशेष रूप से चुनी गई जस्ता उंगलियां होती हैं-एफ. ओ. के. आई. एंडोन्यूक्लीज़ के उत्प्रेरक क्षेत्र के साथ जिसे डबल-स्ट्रैंड डी. एन. ए. को विभाजित करने के लिए डिमेराइज़ करने की आवश्यकता होती है। दोनों प्रोटीन दो डी. एन. ए. अनुक्रमों को पहचानते हैं जो कुछ न्यूक्लियोटाइड्स अलग होते हैं। दो जिंक फिंगर प्रोटीन को उनके संबंधित अनुक्रमों से जोड़ना दोनों एफओकेआई डोमेन को एक दूसरे के करीब लाता है। एफ. ओ. के. आई. को नाभिकीय गतिविधि के लिए द्विमितीकरण की आवश्यकता होती है और इसका मतलब है कि विशिष्टता नाटकीय रूप से बढ़ जाती है क्योंकि प्रत्येक नाभिकीय भागीदार एक अद्वितीय डी. एन. ए. अनुक्रम को पहचान लेगा। इस प्रभाव को बढ़ाने के लिए, एफ. ओ. के. आई. नाभिकों को इंजीनियर किया गया है जो केवल हेटेरोडाइमर के रूप में कार्य कर सकते हैं। चयनित अनुक्रमों के लिए विशिष्ट जस्ता उंगली नाभिकों को डिजाइन करने के लिए कई दृष्टिकोणों का उपयोग किया जाता है। सबसे व्यापक में ज्ञात विशिष्टताओं (मॉड्यूलर असेंबली) के साथ जस्ता-उंगली इकाइयों का संयोजन शामिल है। बैक्टीरिया, खमीर या स्तनधारी कोशिकाओं का उपयोग करके विभिन्न चयन तकनीकों को उन संयोजनों की पहचान करने के लिए विकसित किया गया है जो सर्वोत्तम विशिष्टता और सर्वोत्तम कोशिका सहिष्णुता प्रदान करते हैं। हालांकि जिंक फिंगर न्यूक्लियस गतिविधि के प्रत्यक्ष जीनोम-वाइड लक्षण वर्णन की सूचना नहीं दी गई है, कोशिकाओं में डबल-स्ट्रैंड डीएनए टूटने की कुल संख्या को मापने वाले एक परीक्षण में पाया गया है कि 24 बी. पी. समग्र पहचान स्थल और बाध्यकारी हेटेरोडाइमर एफ. ओ. के. आई. न्यूक्लियस डोमेन के साथ जिंक फिंगर न्यूक्लियस के साथ इलाज की गई कोशिकाओं में पृष्ठभूमि के ऊपर केवल एक से दो ऐसे ब्रेक होते हैं। हेटेरोडाइमर कार्यशील नाभिक अवांछित होमोडिमर गतिविधि की संभावना से बचेंगे और इस प्रकार डी. एस. बी. की विशिष्टता में वृद्धि करेंगे। हालाँकि जेड. एफ. एन. और टी. ए. एल. ई. एन. दोनों निर्माणों के नाभिकीय भागों में समान गुण होते हैं, लेकिन इन इंजीनियर नाभिकीयों के बीच का अंतर उनके डी. एन. ए. पहचान पेप्टाइड में होता है। जेड. एफ. एन. सी. एस. 2-हिस 2 जस्ता उंगलियों पर निर्भर करते हैं और टी. ए. एल. ई. पर टी. ए. एल. ई. एन. निर्माण करते हैं। पेप्टाइड डोमेन को पहचानने वाले इन दोनों डी. एन. ए. की विशेषता यह है कि वे स्वाभाविक रूप से अपने प्रोटीन में संयोजन में पाए जाते हैं। सी. आई. एस. 2-हिस 2 जिंक उंगलियाँ आम तौर पर उन पुनरावृत्तियों में होती हैं जो 3 बी. पी. की दूरी पर होती हैं और विभिन्न प्रकार के न्यूक्लिक एसिड इंटरैक्टिंग प्रोटीन जैसे प्रतिलेखन कारकों में विविध संयोजनों में पाई जाती हैं। जिंक फिंगर डोमेन की प्रत्येक उंगली पूरी तरह से स्वतंत्र है और एक उंगली की बंधन क्षमता उसके पड़ोसी से प्रभावित होती है। दूसरी ओर टी. ए. एल. ई. एमिनो एसिड और मान्यता प्राप्त न्यूक्लियोटाइड जोड़े के बीच एक-से-एक पहचान अनुपात के साथ दोहराव में पाए जाते हैं। चूँकि जस्ता उंगलियाँ और टी. ए. एल. ई. दोनों बार-बार होने वाले पैटर्न में होते हैं, इसलिए विभिन्न प्रकार की अनुक्रम विशिष्टताओं को बनाने के लिए विभिन्न संयोजनों का प्रयास किया जा सकता है। इन शब्दों और दृष्टिकोणों में जस्ता उंगलियों को अधिक स्थापित किया गया है जैसे कि मॉड्यूलर असेंबली (जहां आवश्यक अनुक्रम को कवर करने के लिए एक ट्रिपल अनुक्रम के साथ सहसंबद्ध जस्ता उंगलियों को एक पंक्ति में जोड़ा जाता है), ओपन (पेप्टाइड डोमेन बनाम ट्रिपल न्यूक्लियोटाइड्स का निम्न-कठोरता चयन जिसके बाद पेप्टाइड संयोजन बनाम बैक्टीरिया प्रणालियों में अंतिम लक्ष्य का उच्च-कठोरता चयन), और साइट विशिष्ट न्यूक्लियस बनाने के लिए अन्य तरीकों के बीच जस्ता उंगली पुस्तकालयों की जीवाणु एक-संकर जांच का उपयोग किया गया है। जिंक फिंगर न्यूक्लियस अनुसंधान और विकास उपकरण हैं जिनका उपयोग पहले से ही जीनोम की एक श्रृंखला को संशोधित करने के लिए किया जा चुका है, विशेष रूप से जिंक फिंगर कंसोर्टियम की प्रयोगशालाओं द्वारा। अमेरिकी कंपनी संगामो बायोसाइंसेज स्टेम कोशिकाओं की आनुवंशिक इंजीनियरिंग और चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए प्रतिरक्षा कोशिकाओं के संशोधन में अनुसंधान करने के लिए जस्ता उंगली नाभिक का उपयोग करती है। संशोधित टी लिम्फोसाइट्स वर्तमान में एक प्रकार के ब्रेन ट्यूमर (ग्लियोब्लास्टोमा) के इलाज और एड्स के खिलाफ लड़ाई में पहले चरण के नैदानिक परीक्षणों से गुजर रहे हैं। टी. ए. एल. ई. एन. प्रतिलेखन सक्रियक सदृश प्रभावक नाभिक (टी. ए. एल. ई. एन.) विशिष्ट डी. एन. ए.-बाध्यकारी प्रोटीन हैं जिनमें 33 या 34-एमिनो एसिड पुनरावृत्तियों की एक श्रृंखला होती है। टी. ए. एल. ई. एन. कृत्रिम प्रतिबंध एंजाइम हैं जिन्हें एक नाभिक के डी. एन. ए. काटने वाले क्षेत्र को टी. ए. एल. ई. क्षेत्रों में फ्यूज करके डिज़ाइन किया गया है, जिन्हें विशेष रूप से एक अद्वितीय डी. एन. ए. अनुक्रम को पहचानने के लिए तैयार किया जा सकता है। ये संलयन प्रोटीन जीन संपादन अनुप्रयोगों के लिए आसानी से लक्षित "डीएनए कैंची" के रूप में काम करते हैं जो जीवित कोशिकाओं में अनुक्रम सम्मिलन, विलोपन, मरम्मत और प्रतिस्थापन जैसे लक्षित जीनोम संशोधन करने में सक्षम होते हैं। डी. एन. ए. बाइंडिंग डोमेन, जिसे किसी भी वांछित डी. एन. ए. अनुक्रम को बांधने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, टी. ए. एल. प्रभावकों, डी. एन. ए.-बाइंडिंग प्रोटीन से आता है जो पादप रोगजनक ज़ैंथोमैनोस ऐप द्वारा उत्सर्जित होता है। टी. ए. एल. प्रभावकों में दोहराए गए क्षेत्र होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में 34 एमिनो एसिड का अत्यधिक संरक्षित अनुक्रम होता है, और लक्ष्य स्थल के भीतर एक एकल डी. एन. ए. न्यूक्लियोटाइड को पहचानते हैं। नाभिक लक्ष्य स्थल पर दोहरे स्ट्रैंड ब्रेक बना सकते हैं जिन्हें त्रुटि-प्रवण गैर-समरूप अंत-जुड़ाव (एन. एच. ई. जे.) द्वारा ठीक किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप छोटे सम्मिलन या विलोपन की शुरुआत के माध्यम से जीन व्यवधान पैदा होते हैं। एमिनो एसिड स्थिति 12 और 13 पर तथाकथित दोहराए जाने वाले चर डाइ-अवशेषों (आर. वी. डी.) के अपवाद के साथ प्रत्येक पुनरावृत्ति संरक्षित है। आर. वी. डी. डी. एन. ए. अनुक्रम निर्धारित करता है जिससे टी. ए. एल. ई. बंधेगा। टी. ए. एल. ई. दोहराता है और संबंधित डी. एन. ए. अनुक्रम के बीच यह सरल एक-से-एक पत्राचार नए डी. एन. ए. अनुक्रमों को सीधे पहचानने के लिए दोहराए गए सरणियों को इकट्ठा करने की प्रक्रिया बनाता है। इन टी. ए. एल. ई. को एक प्रतिलेखन सक्रियक जैसे प्रभावक नाभिक (टी. ए. एल. ई. एन.) उत्पन्न करने के लिए डी. एन. ए. नाभिक, एफ. ओ. के. आई. से उत्प्रेरक क्षेत्र में जोड़ा जा सकता है। परिणामी टी. ए. एल. ई. एन. निर्माण विशिष्टता और गतिविधि को जोड़ते हैं, प्रभावी रूप से इंजीनियर अनुक्रम-विशिष्ट नाभिक उत्पन्न करते हैं जो केवल पूर्व-चयनित स्थलों पर डी. एन. ए. अनुक्रमों को बांधते और तोड़ते हैं। टी. ए. एल. ई. एन. लक्ष्य पहचान प्रणाली अनुमान लगाने में आसान कोड पर आधारित है। टी. ए. एल. नाभिक अपने 30 + आधार जोड़े बंधन स्थल की लंबाई के कारण अपने लक्ष्य के लिए विशिष्ट होते हैं। TALEN को पूरे जीनोम में किसी भी एकल न्यूक्लियोटाइड के 6 आधार जोड़े की सीमा के भीतर किया जा सकता है। टी. ए. एल. ई. एन. संरचनाओं का उपयोग डिज़ाइन किए गए जिंक फिंगर न्यूक्लियस के समान ही किया जाता है, और लक्षित उत्परिवर्तन में इसके तीन फायदे हैंः (1) डी. एन. ए. बंधन विशिष्टता अधिक है, (2) लक्ष्य से बाहर के प्रभाव कम हैं, और (3) डी. एन. ए.-बंधन डोमेन का निर्माण आसान है। सी. आर. आई. एस. पी. आर. सी. आर. आई. एस. पी. आर. (क्लस्टर्ड रेगुलरली इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिन्ड्रोमिक रिपीट्स) आनुवंशिक तत्व हैं जिनका उपयोग बैक्टीरिया वायरस से बचाने के लिए एक प्रकार की अर्जित प्रतिरक्षा के रूप में करते हैं। इनमें छोटे अनुक्रम होते हैं जो वायरल जीनोम से उत्पन्न होते हैं और बैक्टीरियल जीनोम में शामिल किए गए हैं। कैस (सी. आर. आई. एस. पी. आर. से जुड़े प्रोटीन) इन अनुक्रमों को संसाधित करते हैं और मिलान करने वाले वायरल डी. एन. ए. अनुक्रमों को काटते हैं। कैस जीन वाले प्लास्मिड और विशेष रूप से निर्मित सी. आर. आई. एस. पी. आर. को यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पेश करके, यूकेरियोटिक जीनोम को किसी भी वांछित स्थिति में काटा जा सकता है। न्यूक्लियोबेस संशोधन द्वारा संपादन (आधार संपादन) न्यूक्लिक एसिड को कुशलता से संपादित करने के शुरुआती तरीकों में से एक न्यूक्लिक एसिड गाइड अनुक्रमों द्वारा निर्देशित न्यूक्लियोबेस संशोधित करने वाले एंजाइमों को पहली बार 1990 के दशक में वर्णित किया गया था और हाल ही में पुनरुत्थान देखा गया है। इस विधि का लाभ यह है कि इसमें जीनोमिक डीएनए स्ट्रैंड को तोड़ने की आवश्यकता नहीं होती है, और इस प्रकार डीएनए स्ट्रैंड टूटने से जुड़े यादृच्छिक सम्मिलन और विलोपन से बचा जाता है। यह केवल एकल न्यूक्लियोटाइड परिवर्तनों की आवश्यकता वाले सटीक संपादन के लिए उपयुक्त है और इस प्रकार के संपादन के लिए अत्यधिक कुशल पाया गया है। ए. आर. सी. यू. टी. ए. आर. सी. यू. टी. का अर्थ है कृत्रिम प्रतिबंध डी. एन. ए. कटर, यह कोमियामा द्वारा विकसित एक तकनीक है। यह विधि गुणसूत्र के भीतर दरार स्थल की पहचान करने के लिए छद्म-पूरक पेप्टाइड न्यूक्लिक एसिड (पीसीपीएनए) का उपयोग करती है। एक बार पी. सी. पी. एन. ए. साइट को निर्दिष्ट करने के बाद, सिरियम (सी. ई.) और ई. डी. टी. ए. (रासायनिक मिश्रण) द्वारा छेदन किया जाता है, जो स्प्लिसिंग कार्य करता है। जीन संपादन की इंजीनियर न्यूक्लियस मेगानुक्लियस विधि की परिशुद्धता और दक्षता ऊपर उल्लिखित विधियों में सबसे कम कुशल है। इसके डी. एन. ए.-बाइंडिंग तत्व और क्लीविंग तत्व की प्रकृति के कारण, यह प्रत्येक 1,000 न्यूक्लियोटाइड्स में एक संभावित लक्ष्य को पहचानने तक सीमित है। जेड. एफ. एन. को मेगानुक्लीज़ की सीमाओं को दूर करने के लिए विकसित किया गया था। जेड. एफ. एन. द्वारा पहचाने जा सकने वाले संभावित लक्ष्यों की संख्या को प्रत्येक 140 न्यूक्लियोटाइड्स में से एक तक बढ़ा दिया गया था। हालाँकि, दोनों विधियाँ अप्रत्याशित हैं क्योंकि उनके डीएनए-बाध्यकारी तत्व एक दूसरे को प्रभावित करते हैं। नतीजतन, उच्च स्तर की विशेषज्ञता और लंबी और महंगी सत्यापन प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। टेल न्यूक्लियस सबसे सटीक और विशिष्ट विधि होने के कारण पिछली दो विधियों की तुलना में अधिक दक्षता प्राप्त करती है। यह ऐसी दक्षता प्राप्त करता है क्योंकि डीएनए-बाध्यकारी तत्व में टेल उप-इकाइयों की एक श्रृंखला होती है, जिनमें से प्रत्येक में दूसरों से स्वतंत्र एक विशिष्ट डीएनए न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला को पहचानने की क्षमता होती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च सटीकता के साथ लक्ष्य स्थलों की संख्या अधिक होती है। आणविक जीव विज्ञान और प्रोटीन इंजीनियरिंग में विशिष्ट विशेषज्ञता के साथ नए टेल नाभिक बनाने में लगभग एक सप्ताह और कुछ सौ डॉलर लगते हैं। टी. ए. एल. ई. नाभिकों की तुलना में सी. आर. आई. एस. पी. आर. नाभिकों की सटीकता थोड़ी कम होती है। यह गाइड आर. एन. ए. का उत्पादन करने के लिए एक छोर पर एक विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड की आवश्यकता के कारण होता है जिसका उपयोग सी. आर. आई. एस. पी. आर. अपने द्वारा प्रेरित डबल-स्ट्रैंड ब्रेक की मरम्मत के लिए करता है। इसे सबसे तेज़ और सबसे सस्ता तरीका दिखाया गया है, जिसकी लागत केवल दो सौ डॉलर से कम है और कुछ दिनों का समय है। सी. आर. आई. एस. पी. आर. को आणविक जीव विज्ञान में कम से कम विशेषज्ञता की भी आवश्यकता होती है क्योंकि डिजाइन प्रोटीन के बजाय गाइड आर. एन. ए. में होता है। सी. आर. आई. एस. पी. आर. का जेड. एफ. एन. और टी. ए. एल. ई. एन. विधियों पर एक प्रमुख लाभ यह है कि इसे अपने ~ 80एन. टी. सी. आर. आई. एस. पी. आर. एस. जी. आर. एन. ए. का उपयोग करके विभिन्न डी. एन. ए. अनुक्रमों को लक्षित करने के लिए निर्देशित किया जा सकता है, जबकि जेड. एफ. एन. और टी. ए. एल. ई. एन. दोनों विधियों के लिए प्रत्येक डी. एन. ए. अनुक्रम को लक्षित करने के लिए बनाए गए प्रोटीन के निर्माण और परीक्षण की आवश्यकता होती है। चूँकि एक सक्रिय नाभिक की गैर-लक्षित गतिविधि के आनुवंशिक और जैविक स्तरों पर संभावित रूप से खतरनाक परिणाम होंगे, इसलिए मेगानुक्लीज़, जेड. एफ. एन., सी. आर. आई. एस. पी. आर. और टी. ए. एल. ई. एन.-आधारित संलयन की सटीकता अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र रहा है। जबकि परिवर्तनशील आंकड़ों की सूचना दी गई है, ZFN में TALEN विधियों या RNA-निर्देशित नाभिकों की तुलना में अधिक साइटोटॉक्सिसिटी होती है, जबकि TALEN और RNA-निर्देशित दृष्टिकोणों में सबसे अधिक दक्षता और कम ऑफ-टारगेट प्रभाव होते हैं। डी. एन. ए. बंधन और नाभिकीय गतिविधि के बीच अधिकतम सैद्धांतिक दूरी के आधार पर, टी. ए. एल. ई. एन. दृष्टिकोण सबसे बड़ी सटीकता में परिणाम देता है। मल्टीप्लेक्स ऑटोमेटेड जीनोमिक इंजीनियरिंग (एमएजीई) जीनोमिक विविधता और सभी संभावित संबंधित फेनोटाइप का अध्ययन करने के इच्छुक वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं के लिए तरीके बहुत धीमे, महंगे और अक्षम थे। इस नई क्रांति से पहले, शोधकर्ताओं को एकल-जीन हेरफेर करना होगा और जीनोम को एक बार में एक छोटे से खंड में बदलना होगा, फेनोटाइप का निरीक्षण करना होगा, और एक अलग एकल-जीन हेरफेर के साथ प्रक्रिया शुरू करनी होगी। इसलिए, हार्वर्ड विश्वविद्यालय में Wyss संस्थान के शोधकर्ताओं ने MAGE तैयार किया, जो एक शक्तिशाली तकनीक है जो इन विवो जीनोम संपादन की प्रक्रिया में सुधार करती है। यह एक जीनोम के त्वरित और कुशल हेरफेर की अनुमति देता है, यह सब एक छोटी मशीन में हो रहा है जो एक छोटी रसोई की मेज के ऊपर रखने के लिए पर्याप्त है। वे उत्परिवर्तन उस भिन्नता के साथ जुड़ते हैं जो स्वाभाविक रूप से कोशिका माइटोसिस के दौरान होती है जिससे अरबों सेलुलर उत्परिवर्तन होते हैं। रासायनिक रूप से संयुक्त, सिंथेटिक सिंगल-स्ट्रैंडेड डीएनए (एसएसडीएनए) और ऑलिगियोन्यूक्लियोटाइड्स का एक पूल कोशिका के लक्षित क्षेत्रों में पेश किया जाता है जिससे आनुवंशिक संशोधन होते हैं। चक्रीय प्रक्रिया में एस. एस. डी. एन. ए. (इलेक्ट्रोपोरेशन द्वारा) का परिवर्तन शामिल है जिसके बाद वृद्धि होती है, जिसके दौरान बैक्टीरियोफेज समरूप पुनर्संयोजन प्रोटीन एस. एस. डी. एन. ए. को उनके जीनोमिक लक्ष्यों तक पहुँचाने में मध्यस्थता करते हैं। चयनात्मक फेनोटाइपिक मार्करों को लक्षित करने वाले प्रयोगों की जांच की जाती है और अंतर माध्यमों पर कोशिकाओं को चढ़ाकर उनकी पहचान की जाती है। प्रत्येक चक्र को अंततः प्रक्रिया करने में ढाई घंटे लगते हैं, जिसमें आइसोजेनिक संस्कृतियों को विकसित करने और उत्परिवर्तन की विशेषता के लिए अतिरिक्त समय की आवश्यकता होती है। कई स्थलों को लक्षित करने वाले म्यूटेजेनिक एस. एस. डी. एन. ए. के पुस्तकालयों को बार-बार पेश करके, एम. ए. जी. ई. एक कोशिका आबादी में संयुक्त आनुवंशिक विविधता उत्पन्न कर सकता है। एकल न्यूक्लियोटाइड आधार जोड़े से लेकर पूरे जीनोम या जीन नेटवर्क तक एक साथ 50 जीनोम संपादन हो सकते हैं, जिसके परिणाम कुछ ही दिनों में सामने आ सकते हैं। मेजर प्रयोगों को तीन वर्गों में विभाजित किया जा सकता है, जो पैमाने और जटिलता की अलग-अलग डिग्री द्वारा विशेषता हैः (i) कई लक्षित स्थल, एकल आनुवंशिक उत्परिवर्तन; (ii) एकल लक्षित स्थल, कई आनुवंशिक उत्परिवर्तन; और (iii) कई लक्षित स्थल, कई आनुवंशिक उत्परिवर्तन। कक्षा तीन का एक उदाहरण 2009 में परिलक्षित हुआ, जहाँ चर्च और उनके सहयोगी सामान्य मात्रा से पाँच गुना अधिक लाइकोपीन का उत्पादन करने के लिए एस्चेरिचिया कोलाई प्रोग्राम करने में सक्षम थे, जो आमतौर पर टमाटर के बीजों में पाया जाने वाला एक एंटीऑक्सीडेंट है और कैंसर-रोधी गुणों से जुड़ा हुआ है। उन्होंने आइसोप्रेनोइड लाइकोपीन का अधिक उत्पादन करने के लिए एस्चेरिचिया कोलाई में 1-डीऑक्सी-डी-ज़ाइलूलोज़-5-फॉस्फेट (डीएक्सपी) चयापचय मार्ग को अनुकूलित करने के लिए एमएजीई का उपयोग किया। इसमें उन्हें लगभग 3 दिन और सामग्री में सिर्फ 1,000 डॉलर से अधिक का समय लगा। जिस आसानी, गति और लागत दक्षता में एम. ए. जी. ई. जीनोम को बदल सकता है, वह बायोइंजीनियरिंग, बायोएनर्जी, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग, सिंथेटिक बायोलॉजी, फार्मास्युटिकल, कृषि और रासायनिक उद्योगों में महत्वपूर्ण यौगिकों के निर्माण और उत्पादन के लिए उद्योगों के दृष्टिकोण को बदल सकता है। 2012 तक पौधों से लेकर जानवरों तक की प्रयोगात्मक प्रणालियों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए कुशल जीनोम संपादन विकसित किया गया था, जो अक्सर नैदानिक रुचि से परे था, और अनुसंधान प्रयोगशालाओं में एक मानक प्रयोगात्मक रणनीति बन रहा था। चूहा, ज़ेबराफिश, मक्का और तंबाकू जेड. एफ. एन.-मध्यस्थ उत्परिवर्तकों की हालिया पीढ़ी और टी. ए. एल. ई. एन.-आधारित दृष्टिकोणों में सुधार विधियों के महत्व की गवाही देते हैं, और सूची तेजी से विस्तार कर रही है। इंजीनियर न्यूक्लियस के साथ जीनोम संपादन संभवतः पौधों और जानवरों में जीन कार्यों का अध्ययन करने से लेकर मनुष्यों में जीन थेरेपी तक जीवन विज्ञान के कई क्षेत्रों में योगदान देगा। उदाहरण के लिए, कृत्रिम जीव विज्ञान का क्षेत्र जिसका उद्देश्य कोशिकाओं और जीवों को नए कार्य करने के लिए इंजीनियर करना है, जीनोमिक तत्वों को जोड़ने या हटाने के लिए इंजीनियर न्यूक्लियस की क्षमता से लाभान्वित होने की संभावना है और इसलिए जटिल प्रणालियों का निर्माण करता है। इसके अलावा, इंजीनियर न्यूक्लियस के साथ स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करके जीन कार्यों का अध्ययन किया जा सकता है। नीचे सूचीबद्ध कुछ विशिष्ट कार्य हैं जिन्हें यह विधि पूरा कर सकती हैः लक्षित जीन उत्परिवर्तन जीन थेरेपी गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था का निर्माण स्टेम कोशिकाओं के साथ अध्ययन जीन कार्य ट्रांसजेनिक जानवर एंडोजेनस जीन लेबलिंग लक्षित ट्रांसजीन जोड़ जानवरों में लक्षित जीन संशोधन आनुवंशिक इंजीनियरिंग में हाल की खोजों का संयोजन, विशेष रूप से जीन संपादन और गोजातीय प्रजनन प्रौद्योगिकियों में नवीनतम सुधार (जैसे। इन विट्रो एम्ब्रियो कल्चर) सिंथेटिक अत्यधिक विशिष्ट एंडोन्यूक्लीज़ का उपयोग करके सीधे निषेचित अंडकोशिकाओं में जीनोम संपादन की अनुमति देता है। आर. एन. ए.-निर्देशित एंडोन्यूक्लीज़ः क्लस्टर्ड रेगुलर इंटरस्पेस्ड शॉर्ट पैलिन्ड्रोमिक रिपीट्स एसोसिएटेड कैस9 (सी. आर. आई. एस. पी. आर./कैस9) एक नया उपकरण है, जो उपलब्ध विधियों की सीमा को और बढ़ाता है। विशेष रूप से सी. आर. आई. एस. पी. आर./सी. ए. एस. 9 इंजीनियर एंडोन्यूक्लीज़ स्तनधारी युग्मक जीवों पर साइटोप्लाज्मिक डायरेक्ट इंजेक्शन (सी. डी. आई.) द्वारा एक चरण में एक साथ नॉकआउट (के. ओ.) के लिए कई गाइड आर. एन. ए. के उपयोग की अनुमति देता है। इसके अलावा, अटलांटिक सैल्मन जैसी जलीय कृषि में कुछ प्रकार की मछलियों पर जीन संपादन लागू किया जा सकता है। मछली में जीन संपादन वर्तमान में प्रयोगात्मक है, लेकिन संभावनाओं में वृद्धि, रोग प्रतिरोध, बांझपन, नियंत्रित प्रजनन और रंग शामिल हैं। इन लक्षणों के लिए चयन करने से अधिक टिकाऊ वातावरण और मछलियों के लिए बेहतर कल्याण की अनुमति मिल सकती है। एक्वा एडवांटेज सैल्मन एक आनुवंशिक रूप से संशोधित अटलांटिक सैल्मन है जिसे एक्वाबाउंटी टेक्नोलॉजीज द्वारा विकसित किया गया है। अटलांटिक सैल्मन में विकास हार्मोन-विनियमन जीन को प्रशांत चिनूक सैल्मन से विकास हार्मोन-विनियमन जीन और महासागर पाउट से एक प्रवर्तक अनुक्रम के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है एकल-कोशिका प्रतिलेखन, जीनोम संपादन और नए स्टेम सेल मॉडल के समानांतर विकास के लिए धन्यवाद अब हम वैज्ञानिक रूप से रोमांचक अवधि में प्रवेश कर रहे हैं जहां कार्यात्मक आनुवंशिकी अब पशु मॉडल तक ही सीमित नहीं है, बल्कि सीधे मानव नमूनों में किया जा सकता है। एकल-कोशिका जीन अभिव्यक्ति विश्लेषण ने मानव विकास के एक प्रतिलेखन रोड-मैप को हल किया है जिससे कार्यात्मक अध्ययन के लिए प्रमुख उम्मीदवार जीन की पहचान की जा रही है। प्रयोग का मार्गदर्शन करने के लिए वैश्विक ट्रांसक्रिप्टोमिक्स डेटा का उपयोग करते हुए, सी. आर. आई. एस. पी. आर. आधारित जीनोम संपादन उपकरण ने मानव परिवेश में कार्य को स्पष्ट करने के लिए प्रमुख जीनों को बाधित करना या हटाना संभव बना दिया है। मेगान्यूक्लीज़, जेड. एफ. एन. और टी. ए. एल. ई. एन. का उपयोग करके पौधों के जीनोम संपादन में लक्षित जीन संशोधन पौधों में आनुवंशिक हेरफेर के लिए एक नई रणनीति प्रदान करता है और अंतर्जात जीन को संशोधित करके वांछित पौधों के लक्षणों के इंजीनियरिंग में सहायता करने की संभावना है। उदाहरण के लिए, प्रमुख फसल प्रजातियों में स्थल-विशिष्ट जीन जोड़ का उपयोग 'विशेषता ढेर' के लिए किया जा सकता है, जिसमें कई वांछित लक्षण प्रजनन प्रक्रियाओं के दौरान उनके सह-विभाजन को सुनिश्चित करने के लिए भौतिक रूप से जुड़े होते हैं। ऐसे मामलों में प्रगति हाल ही में अरबीडोप्सिस थालियाना और ज़ी मेज़ में दर्ज की गई है। अरबीडोप्सिस थालियाना में, जेड. एफ. एन.-सहायता प्राप्त जीन लक्ष्यीकरण का उपयोग करते हुए, दो जड़ी-बूटी प्रतिरोधी जीन (तंबाकू एसीटोलेक्टेट सिंथेस एस. यू. आर. ए. और एस. यू. आर. बी.) को एस. यू. आर. लोकी में उत्परिवर्तन के साथ 2 प्रतिशत तक उच्च परिवर्तित कोशिकाओं के साथ पेश किया गया था। ज़ी मेज़ में, लक्ष्य स्थान का व्यवधान जेड. एफ. एन.-प्रेरित डी. एस. बी. और परिणामस्वरूप एन. एच. ई. जे. द्वारा प्राप्त किया गया था। जेड. एफ. एन. का उपयोग इस मामले में लक्षित एंडोजेनस लोकस आई. पी. के. 1 में जड़ी-बूटी-सहिष्णुता जीन अभिव्यक्ति कैसेट (पी. ए. टी.) को चलाने के लिए भी किया गया था। पुनरुत्पादित पौधों में देखे गए इस तरह के जीनोम संशोधन को वंशानुगत दिखाया गया है और इसे अगली पीढ़ी में प्रेषित किया गया है। फसल सुधार में जीनोम संपादन तकनीकों के अनुप्रयोग का एक संभावित सफल उदाहरण केले में पाया जा सकता है, जहां वैज्ञानिकों ने केले के बी जीनोम (मूसा एसपीपी) में अंतर्जात केले की लकीर वायरस को निष्क्रिय करने के लिए सी. आर. आई. एस. पी. आर./कैस9 संपादन का उपयोग किया। केले के प्रजनन में एक बड़ी चुनौती को दूर करने के लिए। इसके अलावा, टी. ए. एल. ई. एन. आधारित जीनोम इंजीनियरिंग का बड़े पैमाने पर परीक्षण किया गया है और पौधों में उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया है। एक अमेरिकी खाद्य घटक कंपनी, कैलिक्स्ट द्वारा भी सोयाबीन तेल उत्पादों की गुणवत्ता में सुधार करने और आलू की भंडारण क्षमता बढ़ाने के लिए TALEN संलयन का उपयोग किया गया है, ZFN-मध्यस्थ लक्ष्यीकरण का उपयोग करके पादप जीनोम के संपादन में सुधार करने के लिए कई अनुकूलन किए जाने की आवश्यकता है। न्यूक्लियस के विश्वसनीय डिजाइन और बाद के परीक्षण, न्यूक्लियस की विषाक्तता की अनुपस्थिति, लक्ष्यीकरण के लिए पौधे के ऊतक का उचित विकल्प, एंजाइम गतिविधि के प्रेरण के मार्ग, ऑफ-टारगेट उत्परिवर्तन की कमी, और उत्परिवर्तित मामलों का एक विश्वसनीय पता लगाने की आवश्यकता है। पौधों में सी. आर. आई. एस. पी. आर./सी. ए. एस. 9 के लिए एक सामान्य वितरण विधि एग्रोबैक्टीरियम-आधारित परिवर्तन है। टी-डी. एन. ए. को टी. 4. एस. एस. तंत्र द्वारा सीधे पौधे के जीनोम में डाला जाता है। कैस9 और जी. आर. एन. ए. आधारित अभिव्यक्ति कैसेटों को टी. आई. प्लास्मिड में बदल दिया जाता है, जिन्हें पादप अनुप्रयोग के लिए एग्रोबैक्टीरियम में बदल दिया जाता है। जीवित पौधों में कैस9 वितरण में सुधार के लिए, वायरस का अधिक प्रभावी ट्रांसजीन वितरण के लिए उपयोग किया जा रहा है। अनुसंधान जीन चिकित्सा आदर्श जीन चिकित्सा अभ्यास वह है जो दोषपूर्ण जीन को उसके प्राकृतिक स्थान पर एक सामान्य एलील से बदल देता है। यह एक वायरल रूप से वितरित जीन की तुलना में फायदेमंद है क्योंकि पूर्ण कोडिंग अनुक्रमों और नियामक अनुक्रमों को शामिल करने की कोई आवश्यकता नहीं है जब जीन के केवल एक छोटे अनुपात को बदलने की आवश्यकता होती है जैसा कि अक्सर होता है। आंशिक रूप से प्रतिस्थापित जीन की अभिव्यक्ति भी वायरल वैक्टर द्वारा ले जाए जाने वाले पूर्ण जीन की तुलना में सामान्य कोशिका जीव विज्ञान के साथ अधिक सुसंगत है। TALEN-आधारित जीनोम संपादन का पहला नैदानिक उपयोग 2015 में एक 11 महीने के बच्चे में CD19 + तीव्र लिम्फोब्लास्टिक ल्यूकेमिया के उपचार में किया गया था। संशोधित दाता टी कोशिकाओं को ल्यूकेमिया कोशिकाओं पर हमला करने, अलेमटुज़ुमाब के प्रतिरोधी होने और परिचय के बाद मेजबान प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा पता लगाने से बचने के लिए इंजीनियर किया गया था। डाउन सिंड्रोम, स्पाइना बिफिडा, एनेन्सेफली और टर्नर और क्लाइनफेल्टर सिंड्रोम जैसी आनुवंशिक बीमारियों का कारण बनने वाले आनुवंशिक उत्परिवर्तन को ठीक करने का प्रयास करने के लिए CRISPR-Cas9 का उपयोग करके कोशिकाओं और जानवरों में व्यापक शोध किया गया है। फरवरी 2019 में, कैलिफोर्निया के रिचमंड में मुख्यालय वाले संगामो थेरेप्यूटिक्स के साथ काम करने वाले चिकित्सा वैज्ञानिकों ने हंटर सिंड्रोम वाले एक रोगी में डीएनए को स्थायी रूप से बदलने के लिए पहली बार "शरीर में" मानव जीन संपादन चिकित्सा की घोषणा की। जिंक फिंगर न्यूक्लियस (जेडएफएन) का उपयोग करके जीन संपादन से जुड़े संगामो द्वारा नैदानिक परीक्षण जारी हैं। रोगों का उन्मूलन शोधकर्ताओं ने मलेरिया के वाहक ए. गैम्बिया में बांझपन से जुड़े जीन को संशोधित करने के लिए सी. आर. आई. एस. पी. आर.-सी. ए. एस. 9 जीन ड्राइव का उपयोग किया है। इस तकनीक का पीला बुखार, डेंगू और जीका जैसी अन्य वेक्टर जनित बीमारियों को खत्म करने में और प्रभाव पड़ता है। सी. आर. आई. एस. पी. आर.-सी. ए. एस. 9 प्रणाली को नैदानिक जीनोटाइप या महामारी विज्ञान संबंधी आइसोलेट्स को लक्षित करके किसी भी जीवाणु प्रजाति की आबादी को संशोधित करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है। यह रोगजनक को समाप्त करके हानिकारक पर लाभकारी जीवाणु प्रजातियों को चुनिंदा रूप से सक्षम कर सकता है, जो इसे व्यापक-स्पेक्ट्रम एंटीबायोटिक दवाओं पर एक लाभ देता है। एच. आई. वी., दाद और हेपेटाइटिस बी वायरस जैसे मानव वायरस को लक्षित करने वाले उपचारों के लिए एंटीवायरल अनुप्रयोगों पर शोध चल रहा है। सी. आर. आई. एस. पी. आर. का उपयोग वायरस या मेजबान को लक्षित करने के लिए किया जा सकता है ताकि वायरस कोशिका-सतह रिसेप्टर प्रोटीन को एन्कोडिंग करने वाले जीन को बाधित किया जा सके। नवंबर 2018 में, हे जियानकुई ने घोषणा की कि उन्होंने दो मानव भ्रूणों को संपादित किया है, ताकि सी. सी. आर. 5 के लिए जीन को अक्षम करने का प्रयास किया जा सके, जो एक रिसेप्टर के लिए कोड है जिसका उपयोग एच. आई. वी. कोशिकाओं में प्रवेश करने के लिए करता है। उन्होंने कहा कि जुड़वां लड़कियों, लुलु और नाना का जन्म कुछ हफ्ते पहले हुआ था। उन्होंने कहा कि लड़कियों के पास अभी भी विकलांग सी. सी. आर. 5 (मोज़ेकवाद) के साथ सी. सी. आर. 5 की कार्यात्मक प्रतियां थीं और वे अभी भी एच. आई. वी. की चपेट में थीं। इस काम की व्यापक रूप से अनैतिक, खतरनाक और अपरिपक्व के रूप में निंदा की गई थी। जनवरी 2019 में, चीन में वैज्ञानिकों ने पांच समान क्लोन किए गए जीन-संपादित बंदरों के निर्माण की सूचना दी, उसी क्लोनिंग तकनीक का उपयोग करते हुए जिसका उपयोग झोंग झोंग और हुआ हुआ के साथ किया गया था-पहली बार क्लोन किए गए बंदर-और डॉली भेड़, और वही जीन-संपादन क्रिस्पर-कैस 9 तकनीक जिसका कथित रूप से हे जियानकुई द्वारा पहली बार जीन-संशोधित मानव शिशु लुलु और नाना बनाने में उपयोग किया गया था। कई चिकित्सा रोगों का अध्ययन करने के लिए बंदर क्लोन बनाए गए थे। संभावनाएँ और सीमाएँ भविष्य में, इंजीनियर न्यूक्लियस के साथ जीनोम संपादन में अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण लक्ष्य न्यूक्लियस क्रिया की सुरक्षा और विशिष्टता में सुधार होना चाहिए। उदाहरण के लिए, लक्ष्य से बाहर की घटनाओं का पता लगाने की क्षमता में सुधार से उन्हें रोकने के तरीकों के बारे में जानने की हमारी क्षमता में सुधार हो सकता है। इसके अलावा, जेड. एफ. एन. में उपयोग की जाने वाली जस्ता-उंगलियां शायद ही कभी पूरी तरह से विशिष्ट होती हैं, और कुछ विषाक्त प्रतिक्रिया का कारण बन सकती हैं। हालांकि, जेडएफएन के क्लीवेज डोमेन पर किए गए संशोधनों से विषाक्तता कम होने की सूचना मिली है। इसके अलावा, इंजीनियर न्यूक्लियस के साथ जीनोम को संशोधित करने में डाना कैरोल द्वारा किए गए शोध ने डीएनए के बुनियादी पुनर्संयोजन और मरम्मत तंत्र की बेहतर समझ की आवश्यकता को दिखाया है। भविष्य में, द्वितीयक लक्ष्यों की पहचान करने का एक संभावित तरीका जेडएफएन को व्यक्त करने वाली कोशिकाओं से टूटे हुए सिरों को पकड़ना और उच्च-थ्रूपुट अनुक्रमण का उपयोग करके पार्श्व डीएनए को अनुक्रमित करना होगा। सी. आर. आई. एस. पी. आर. के उपयोग में आसानी और लागत-दक्षता के कारण, वर्तमान में इस पर व्यापक शोध किया जा रहा है। सी. आर. आई. एस. पी. आर. की खोज कितनी हाल ही में हुई है, इसके बावजूद अब जेड. एफ. एन. और टी. ए. एल. ई. एन. की तुलना में सी. आर. आई. एस. पी. आर. पर अधिक प्रकाशन हैं। सी. आर. आई. एस. पी. आर. और टी. ए. एल. ई. एन. दोनों को उनकी सटीकता और दक्षता के कारण बड़े पैमाने पर उत्पादन में लागू करने के लिए पसंद किया जाता है। जीनोम संपादन कृत्रिम आनुवंशिक अभियांत्रिकी के बिना एक प्राकृतिक प्रक्रिया के रूप में भी होता है। आनुवंशिक कोड को संपादित करने में सक्षम एजेंट वायरस या सबवायरल आर. एन. ए.-एजेंट होते हैं। यद्यपि जी. ई. ई. एन. में विपरीत आनुवंशिकी में कई अन्य विधियों की तुलना में उच्च दक्षता है, फिर भी यह अत्यधिक कुशल नहीं है; कई मामलों में उपचारित आबादी के आधे से भी कम वांछित परिवर्तन प्राप्त करते हैं। उदाहरण के लिए, जब कोई उत्परिवर्तन बनाने के लिए कोशिका के एन. एच. ई. जे. का उपयोग करने की योजना बना रहा है, तो कोशिका की एच. डी. आर. प्रणाली भी कम उत्परिवर्तन दर के साथ डी. एस. बी. को ठीक करने का काम करेगी। परंपरागत रूप से, रोग मॉडल के मेजबान के रूप में शोधकर्ताओं के लिए चूहे सबसे आम विकल्प रहे हैं। सी. आर. आई. एस. पी. आर. सुअर, कुत्ते और गैर-मानव नरवानर जैसे बड़े जानवरों में ट्रांसजेनिक रोग मॉडल बनाकर इस मॉडल और मानव नैदानिक परीक्षणों के बीच की खाई को पाटने में मदद कर सकता है। सी. आर. आई. एस. पी. आर.-सी. ए. एस. 9 प्रणाली का उपयोग करते हुए, कृन्तकों में ट्रांसजेनिक मॉडल बनाते समय वांछित जीन संशोधनों को प्राप्त करने के लिए प्रोग्राम किए गए कैस 9 प्रोटीन और एस. जी. आर. एन. ए. को सीधे निषेचित जाइगोट्स में पेश किया जा सकता है। यह ट्रांसजेनिक रेखाओं को उत्पन्न करने में सामान्य कोशिका लक्ष्यीकरण चरण को दरकिनार करने की अनुमति देता है, और इसके परिणामस्वरूप, यह उत्पादन समय को 90 प्रतिशत तक कम कर देता है। एक क्षमता जो सी. आर. आई. एस. पी. आर. अपनी प्रभावशीलता के साथ लाता है, वह है ज़ेनोट्रांसप्लांटेशन का अनुप्रयोग। पिछले शोध परीक्षणों में, सी. आर. आई. एस. पी. आर. ने एंडोजेनस रेट्रोवायरस को लक्षित करने और समाप्त करने की क्षमता का प्रदर्शन किया, जो रोगों के संचरण के जोखिम को कम करता है और प्रतिरक्षा बाधाओं को कम करता है। इन समस्याओं को समाप्त करने से दाता अंग के कार्य में सुधार होता है, जो इस अनुप्रयोग को वास्तविकता के करीब लाता है। पौधों में, जीनोम संपादन को जैव विविधता के संरक्षण के लिए एक व्यवहार्य समाधान के रूप में देखा जाता है। जीन ड्राइव आक्रामक प्रजातियों की प्रजनन दर को बदलने के लिए एक संभावित उपकरण है, हालांकि इससे महत्वपूर्ण संबंधित जोखिम हैं। मानव वृद्धि कई ट्रांसह्यूमनिस्ट जीनोम संपादन को मानव वृद्धि के लिए एक संभावित उपकरण के रूप में देखते हैं। ऑस्ट्रेलियाई जीवविज्ञानी और आनुवंशिकी के प्रोफेसर डेविड एंड्रयू सिनक्लेयर ने नोट किया कि "जीनोम संपादन के साथ नई तकनीकों का उपयोग व्यक्तियों पर (.) स्वस्थ बच्चों के लिए (.) डिजाइनर शिशुओं के लिए किया जा सकता है। भविष्य में बायोएथिक्स पर नफील्ड काउंसिल की सितंबर 2016 की एक रिपोर्ट के अनुसार अन्य जीवों या पूरी तरह से सिंथेटिक जीन वाले लोगों को बढ़ाना संभव हो सकता है ताकि उदाहरण के लिए रात की दृष्टि और गंध की भावना में सुधार हो सके। जॉर्ज चर्च ने संभवतः लाभप्रद लक्षणों के लिए संभावित आनुवंशिक संशोधनों की एक सूची संकलित की है जैसे कि नींद की कम आवश्यकता, अनुभूति से संबंधित परिवर्तन जो अल्जाइमर रोग से बचाते हैं, रोग प्रतिरोध और कुछ संबंधित अध्ययनों और संभावित नकारात्मक प्रभावों के साथ सीखने की क्षमताओं में वृद्धि। अमेरिकन नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज और नेशनल एकेडमी ऑफ मेडिसिन ने फरवरी 2017 में मानव जीनोम संपादन को योग्य समर्थन देते हुए एक रिपोर्ट जारी की। उन्होंने सिफारिश की कि सुरक्षा और दक्षता समस्याओं के जवाब मिलने के बाद एक दिन जीनोम संपादन के लिए नैदानिक परीक्षणों की अनुमति दी जा सकती है "लेकिन केवल कड़ी निगरानी के तहत गंभीर स्थितियों के लिए।" अमेरिकी खुफिया समुदाय के 2016 के विश्वव्यापी खतरे के आकलन के बयान में संयुक्त राज्य अमेरिका के राष्ट्रीय खुफिया निदेशक जेम्स आर. क्लैपर ने जीनोम संपादन को सामूहिक विनाश के संभावित हथियार के रूप में नामित किया, जिसमें कहा गया कि "पश्चिमी देशों से अलग" नियामक या नैतिक मानकों वाले देशों द्वारा किए गए जीनोम संपादन से शायद हानिकारक जैविक एजेंटों या उत्पादों के निर्माण का खतरा बढ़ जाता है। बयान के अनुसार इस प्रौद्योगिकी के व्यापक वितरण, कम लागत और विकास की त्वरित गति, इसके जानबूझकर या अनजाने में दुरुपयोग से दूरगामी आर्थिक और राष्ट्रीय सुरक्षा निहितार्थ हो सकते हैं। उदाहरण के लिए सी. आर. आई. एस. पी. आर. जैसी तकनीकों का उपयोग "घातक मच्छर" बनाने के लिए किया जा सकता है जो महामारी का कारण बनते हैं जो मुख्य फसलों को मिटा देते हैं। बायोएथिक्स पर नफील्ड काउंसिल की सितंबर 2016 की एक रिपोर्ट के अनुसार, आनुवंशिक कोड को संपादित करने के लिए उपकरणों की सरलता और कम लागत शौकिया "बायोहैकर्स" को अपने स्वयं के प्रयोग करने की अनुमति देगी, जिससे आनुवंशिक रूप से संशोधित कीड़े की रिहाई से संभावित जोखिम पैदा होगा। समीक्षा में यह भी पाया गया कि किसी व्यक्ति के जीनोम को संशोधित करने और उन परिवर्तनों को आने वाली पीढ़ियों तक पहुँचाने के जोखिम और लाभ इतने जटिल हैं कि वे तत्काल नैतिक जांच की मांग करते हैं। इस तरह के संशोधनों के अनपेक्षित परिणाम हो सकते हैं जो न केवल बच्चे को, बल्कि उनके भावी बच्चों को भी नुकसान पहुंचा सकते हैं, क्योंकि परिवर्तित जीन उनके शुक्राणु या अंडों में होगा। 2001 में ऑस्ट्रेलियाई शोधकर्ताओं रोनाल्ड जैक्सन और इयान रामशॉ की जर्नल ऑफ वायरोलॉजी में एक पेपर प्रकाशित करने के लिए आलोचना की गई थी, जिसमें चूहों के संभावित नियंत्रण की खोज की गई थी, जो ऑस्ट्रेलिया में एक प्रमुख कीट है, उन्हें एक परिवर्तित माउसपॉक्स वायरस से संक्रमित करके जो बांझपन का कारण बन सकता है क्योंकि प्रदान की गई संवेदनशील जानकारी संभावित जैविक आतंकवादियों द्वारा जैविक हथियारों के निर्माण का कारण बन सकती है जो ज्ञान का उपयोग अन्य पॉक्स वायरस, जैसे चेचक, जो मनुष्यों को प्रभावित कर सकते हैं, के टीके प्रतिरोधी उपभेदों को बनाने के लिए कर सकते हैं। इसके अलावा, जंगली आबादी में जीन ड्राइव जारी करने के पारिस्थितिक जोखिमों के बारे में अतिरिक्त चिंताएं हैं। 2007 में, शरीर विज्ञान या चिकित्सा के लिए नोबेल पुरस्कार मारियो केपेची, मार्टिन इवांस और ओलिवर स्मिथिस को "भ्रूण स्टेम कोशिकाओं के उपयोग द्वारा चूहों में विशिष्ट जीन संशोधनों को पेश करने के लिए सिद्धांतों की उनकी खोजों के लिए" प्रदान किया गया था। 2020 में, रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार इमैनुएल चार्पेंटियर और जेनिफर डौडना को "जीनोम संपादन के लिए एक विधि के विकास" के लिए दिया गया था। सी. आर. आई. एस. पी. आर./सी. पी. एफ. 1 आर. एन. ए. संपादन एपिजेनोम संपादन एक आनुवंशिक उपकरण के रूप में प्राइम संपादन ट्रांसपोज़न्स जर्मिनल चॉइस तकनीक एन. जी. ए. गो, एक एस. एस. डी. एन. ए.-निर्देशित आर्गोनॉट एंडोन्यूक्लीज़ संदर्भ "डब्ल्यू. एच. ओ. ने मानव जीनोम संपादन पर वैश्विक रजिस्ट्री शुरू की"। फार्माबिज, 31 अगस्त 2019। गेल जनरल वनफाइल, 27 अप्रैल को पहुँचा गया। 2020. आगे पढ़ें