जीन नॉकआउट

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September 2026

जीन नॉकआउट (जिसे जीन विलोपन या जीन निष्क्रियता भी कहा जाता है) एक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीक है जिसमें किसी जीव के जीनोम के भीतर एक विशिष्ट जीन को लक्षित रूप से हटाना या निष्क्रिय करना शामिल है। यह homologous recombination, CRISPR-Cas9, और TALENs सहित कई तरीकों से किया जा सकता है।

जीन नॉकआउट के मुख्य लाभों में से एक यह है कि वे शोधकर्ताओं को इन विवो (जीव के भीतर) एक विशिष्ट जीन के कार्य का अध्ययन करने और सामान्य विकास और शरीर क्रिया विज्ञान के साथ-साथ बीमारियों के विकृति विज्ञान में जीन की भूमिका को समझने की अनुमति देते हैं। नॉकआउट जीन वाले जीव के phenotype का अध्ययन करके, शोधकर्ता उन जैविक प्रक्रियाओं के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकते हैं जिनमें जीन शामिल है।

जीन नॉकआउट के दो मुख्य प्रकार हैं: पूर्ण और सशर्त (conditional)। एक पूर्ण जीन नॉकआउट स्थायी रूप से जीन को निष्क्रिय कर देता है, जबकि एक सशर्त जीन नॉकआउट जीन को विशिष्ट समय पर या विशिष्ट ऊतकों में बंद और चालू करने की अनुमति देता है। सशर्त नॉकआउट विकासात्मक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने और विशिष्ट कोशिका प्रकारों या ऊतकों में जीन की भूमिका को समझने के लिए विशेष रूप से उपयोगी हैं।

जीन नॉकआउट का उपयोग bacteria, yeast, zebrafish, Drosophila melanogaster और चूहों सहित कई अलग-अलग जीवों में व्यापक रूप से किया गया है। चूहों में, जीन नॉकआउट का उपयोग आमतौर पर विकास, शरीर क्रिया विज्ञान और कैंसर अनुसंधान में विशिष्ट जीनों के कार्य का अध्ययन करने के लिए किया जाता है।

माउस मॉडल में जीन नॉकआउट का उपयोग मानव रोगों के अध्ययन में विशेष रूप से मूल्यवान रहा है। उदाहरण के लिए, चूहों में जीन नॉकआउट का उपयोग कैंसर, तंत्रिका संबंधी विकारों, प्रतिरक्षा विकारों और चयापचय विकारों में विशिष्ट जीनों की भूमिका का अध्ययन करने के लिए किया गया है।

हालाँकि, जीन नॉकआउट की कुछ सीमाएँ भी हैं। उदाहरण के लिए, एक एकल जीन का नुकसान आनुवंशिक विकार के प्रभावों की पूरी तरह से नकल नहीं कर सकता है, और नॉकआउट के अन्य जीनों या मार्गों पर अनपेक्षित प्रभाव हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, जीन नॉकआउट हमेशा मानव रोग के लिए एक अच्छा मॉडल नहीं होते हैं क्योंकि माउस जीनोम मानव जीनोम के समान नहीं है, और माउस शरीर क्रिया विज्ञान मानव शरीर क्रिया विज्ञान से भिन्न है।

KO तकनीक अनिवार्य रूप से gene knock-in के विपरीत है। एक जीव में एक साथ दो जीनों को नॉकआउट करने को डबल नॉकआउट (DKO) के रूप में जाना जाता है। इसी तरह ट्रिपल नॉकआउट (TKO) और क्वाड्रपल नॉकआउट (QKO) शब्दों का उपयोग क्रमशः तीन या चार नॉकआउट जीनों का वर्णन करने के लिए किया जाता है। हालाँकि, विषमयुग्मजी (heterozygous) और समयुग्मजी (homozygous) KOs के बीच अंतर करना आवश्यक है। पूर्व में, दो जीन प्रतियों (alleles) में से केवल एक को नॉकआउट किया जाता है, बाद वाले में दोनों को नॉकआउट किया जाता है।

विधियाँ

नॉकआउट विभिन्न तकनीकों के माध्यम से पूरे किए जाते हैं। मूल रूप से, प्राकृतिक रूप से होने वाले mutations की पहचान की गई थी और फिर जीन के नुकसान या निष्क्रियता को DNA sequencing या अन्य तरीकों से स्थापित करना पड़ा था।[1]

उत्परिवर्तन द्वारा जीन नॉकआउट

उत्परिवर्तन (mutation) द्वारा जीन नॉकआउट आमतौर पर बैक्टीरिया में किया जाता है। Escherichia coli में इस तकनीक के उपयोग का एक प्रारंभिक उदाहरण 1989 में हैमिल्टन, एट अल द्वारा प्रकाशित किया गया था।[2] इस प्रयोग में, जीन को हटाने के लिए दो क्रमिक पुनर्संयोजन (recombinations) का उपयोग किया गया था। इस कार्य ने बैक्टीरिया में एक कार्यात्मक जीन को हटाने या बदलने की व्यवहार्यता स्थापित की। उस विधि को तब से अन्य जीवों, विशेष रूप से अनुसंधान जानवरों, जैसे चूहों के लिए विकसित किया गया है। नॉकआउट चूहों का उपयोग आमतौर पर मानव समकक्षों वाले जीनों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जो बीमारी के लिए महत्व रख सकते हैं। नॉकआउट चूहों का उपयोग करने वाले अध्ययन का एक उदाहरण चीनी हान आबादी में सडन अनएक्सप्लेन्ड नॉक्टर्नल डेथ सिंड्रोम (SUNDS) और ब्रुगाडा सिंड्रोम में Xirp प्रोटीन की भूमिकाओं की जांच है।

जीन साइलेंसिंग

जीन नॉकआउट जांच के लिए, RNA interference (RNAi), एक अधिक हालिया विधि, जिसे जीन साइलेंसिंग के रूप में भी जाना जाता है, ने लोकप्रियता हासिल की है। RNA इंटरफेरेंस (RNAi) में, किसी विशेष जीन के लिए मैसेंजर RNA को स्मॉल इंटरफेरिंग RNA (siRNA) या शॉर्ट हेयरपिन RNA (shRNA) का उपयोग करके निष्क्रिय कर दिया जाता है। यह प्रभावी रूप से जीन को व्यक्त होने से रोकता है। bcl-2 और p53 जैसे ऑन्कोजीन, साथ ही तंत्रिका संबंधी बीमारी, आनुवंशिक विकारों और वायरल संक्रमणों से जुड़े जीनों को RNA इंटरफेरेंस (RNAi) का उपयोग करके gene silencing के लिए लक्षित किया गया है।[3]

समजात पुनर्संयोजन (Homologous recombination)

মূল নিবন্ধ: Homologous recombination समजात पुनर्संयोजन दो DNA स्ट्रैंड्स के बीच जीनों का आदान-प्रदान है जिसमें बेस अनुक्रमों के व्यापक क्षेत्र शामिल होते हैं जो एक-दूसरे के समान होते हैं। यूकेरियोटिक प्रजातियों, बैक्टीरिया और कुछ वायरस में, समजात पुनर्संयोजन अनायास होता है और आनुवंशिक इंजीनियरिंग में एक उपयोगी उपकरण है। समजात पुनर्संयोजन, जो यूकेरियोट्स में अर्धसूत्रीविभाजन (meiosis) के दौरान होता है, डबल-स्ट्रैंडेड DNA ब्रेक की मरम्मत के लिए आवश्यक है और गुणसूत्र क्रॉसिंग के दौरान आनुवंशिक जानकारी की आवाजाही की अनुमति देकर आनुवंशिक भिन्नता को बढ़ावा देता है। बैक्टीरिया में एक प्रमुख DNA मरम्मत तंत्र, समजात पुनर्संयोजन, जीनों के क्षैतिज हस्तांतरण और परिवर्तन के माध्यम से प्राप्त आनुवंशिक सामग्री को DNA में डालने में सक्षम बनाता है। वायरस में समजात पुनर्संयोजन वायरल विकास के पाठ्यक्रम को प्रभावित करता है। आनुवंशिक इंजीनियरिंग में उपयोग किए जाने वाले जीन टारगेटिंग का एक प्रकार, समजात पुनर्संयोजन में उस जीन के कार्य के बारे में अधिक जानने के लिए एक विशेष जीन में एक इंजीनियर उत्परिवर्तन का परिचय शामिल है। इस विधि में एक कोशिका में विदेशी DNA डालना शामिल है जिसमें लक्ष्य जीन के समान अनुक्रम होता है, जबकि लक्ष्य जीन के अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम समान अनुक्रमों द्वारा घिरा होता है। प्रतिकृति के दौरान जब कोशिका समान फ्लैंकिंग क्षेत्रों को समजात (homologues) के रूप में पहचानती है, तो लक्ष्य जीन का DNA विदेशी DNA अनुक्रम के साथ प्रतिस्थापित हो जाता है। लक्ष्य जीन का आदान-प्रदान करके उसे "नॉक आउट" कर दिया जाता है। चूहों में भ्रूण स्टेम कोशिकाओं में विशेष एलील को लक्षित करने के लिए इस तकनीक का उपयोग करके, नॉकआउट चूहों को बनाना संभव है। जीन टारगेटिंग की सहायता से, कई माउस जीनों को बंद कर दिया गया है, जिससे कैंसर, मधुमेह, हृदय रोगों और तंत्रिका संबंधी विकारों जैसी विभिन्न मानव बीमारियों के सैकड़ों अलग-अलग माउस मॉडल का निर्माण हुआ है। मारियो कैप्ची, सर मार्टिन जे. इवांस और ओलिवर स्मिथिस ने माउस स्टेम कोशिकाओं में समजात पुनर्संयोजन पर अभूतपूर्व शोध किया, और उन्होंने अपने निष्कर्षों के लिए 2007 का फिजियोलॉजी या मेडिसिन में नोबेल पुरस्कार साझा किया।[4] पारंपरिक रूप से, homologous recombination जीन नॉकआउट का कारण बनने का मुख्य तरीका था। इस विधि में वांछित उत्परिवर्तन युक्त एक DNA construct बनाना शामिल है। नॉकआउट उद्देश्यों के लिए, इसमें आमतौर पर वांछित नॉकआउट जीन के स्थान पर एक दवा प्रतिरोध मार्कर शामिल होता है। निर्माण में लक्ष्य अनुक्रम के लिए समरूपता के न्यूनतम 2kb भी शामिल होंगे। निर्माण को microinjection या electroporation के माध्यम से stem cells तक पहुंचाया जा सकता है। यह विधि फिर DNA निर्माण को मौजूदा DNA में पुनर्संयोजित करने के लिए कोशिका के अपने मरम्मत तंत्र पर निर्भर करती है। इसके परिणामस्वरूप जीन का अनुक्रम बदल जाता है, और अधिकांश मामलों में जीन को एक गैर-कार्यात्मक protein में अनुवादित किया जाएगा, यदि इसे अनुवादित किया भी जाता है। हालाँकि, यह एक अक्षम प्रक्रिया है, क्योंकि समजात पुनर्संयोजन DNA एकीकरण के केवल 10−2 से 10−3 के लिए जिम्मेदार है। अक्सर, निर्माण पर दवा चयन मार्कर का उपयोग उन कोशिकाओं का चयन करने के लिए किया जाता है जिनमें पुनर्संयोजन घटना हुई है।

[5] इन स्टेम कोशिकाओं में, जिनमें अब जीन की कमी है, का उपयोग in vivo किया जा सकता है, उदाहरण के लिए चूहों में, उन्हें शुरुआती भ्रूणों में डालकर। यदि परिणामी काइमेरिक माउस में उनके जर्मलाइन में आनुवंशिक परिवर्तन शामिल है, तो इसे संतानों में पारित किया जा सकता है।

द्विगुणित जीवों में, जिनमें अधिकांश जीनों के लिए दो एलील होते हैं, और जिनमें समान भूमिका में सहयोग करने वाले कई संबंधित जीन भी हो सकते हैं, तब तक ट्रांसफॉर्मेशन और चयन के अतिरिक्त दौर किए जाते हैं जब तक कि प्रत्येक लक्षित जीन नॉकआउट न हो जाए। समयुग्मजी नॉकआउट जानवरों का उत्पादन करने के लिए चयनात्मक प्रजनन की आवश्यकता हो सकती है।

साइट-विशिष्ट न्यूक्लिएज

वर्तमान में तीन विधियाँ उपयोग में हैं जिनमें डबल-स्ट्रैंडेड ब्रेक (दोहरे-रज्जुक विखंडन) को पेश करने के लिए डीएनए अनुक्रम को सटीक रूप से लक्षित करना शामिल है। एक बार जब यह होता है, तो कोशिका की मरम्मत तंत्र इस डबल-स्ट्रैंडेड ब्रेक की मरम्मत करने का प्रयास करेगा, अक्सर नॉन-होमोलॉगस एंड जॉइनिंग (NHEJ) के माध्यम से, जिसमें दो कटे हुए सिरों को सीधे जोड़ना शामिल है।[6] यह अपूर्ण रूप से किया जा सकता है, इसलिए कभी-कभी बेस पेयर के सम्मिलन (insertions) या विलोपन (deletions) का कारण बनता है, जो फ्रेमशिफ्ट म्यूटेशन का कारण बनते हैं। ये म्यूटेशन उस जीन को गैर-कार्यात्मक बना सकते हैं जिसमें वे होते हैं, इस प्रकार उस जीन का नॉकआउट तैयार होता है। यह प्रक्रिया होमोलॉगस रिकॉम्बिनेशन की तुलना में अधिक कुशल है, और इसलिए इसे बायलेलिक (biallelic) नॉकआउट बनाने के लिए अधिक आसानी से उपयोग किया जा सकता है।

जिंक-फिंगर्स

মূল নিবন্ধ: Zinc-finger nuclease जिंक-फिंगर न्यूक्लिएज में डीएनए बाइंडिंग डोमेन होते हैं जो डीएनए अनुक्रम को सटीक रूप से लक्षित कर सकते हैं।[6] प्रत्येक जिंक-फिंगर वांछित डीएनए अनुक्रम के कोडन को पहचान सकता है, और इसलिए इसे एक विशेष अनुक्रम से बांधने के लिए मॉड्यूलर रूप से इकट्ठा किया जा सकता है। ये बाइंडिंग डोमेन एक रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिएज के साथ जुड़े होते हैं जो डीएनए में डबल स्ट्रैंडेड ब्रेक (DSB) पैदा कर सकते हैं। मरम्मत प्रक्रियाएं ऐसे म्यूटेशन पेश कर सकती हैं जो जीन की कार्यक्षमता को नष्ट कर देते हैं।

TALENs

মূল নিবন্ধ: Transcription activator-like effector nuclease ट्रांसक्रिप्शन एक्टिवेटर-लाइक इफेक्टर न्यूक्लिएज (TALENs) में भी एक डीएनए बाइंडिंग डोमेन और एक न्यूक्लिएज होता है जो डीएनए को काट सकता है।[7] डीएनए बाइंडिंग क्षेत्र में अमीनो एसिड रिपीट होते हैं जो प्रत्येक वांछित लक्षित डीएनए अनुक्रम के एक एकल बेस पेयर को पहचानते हैं। यदि यह विखंडन (cleavage) जीन कोडिंग क्षेत्र को लक्षित करता है, और NHEJ-मध्यस्थता मरम्मत सम्मिलन और विलोपन पेश करती है, तो अक्सर एक फ्रेमशिफ्ट म्यूटेशन होता है, जिससे जीन का कार्य बाधित हो जाता है।

CRISPR/Cas9

মূল নিবন্ধ: CRISPR CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) एक आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीक है जो जीनोम के सटीक संपादन की अनुमति देती है। CRISPR का एक अनुप्रयोग जीन नॉकआउट है, जिसमें किसी जीव में एक विशिष्ट जीन को अक्षम करना या "नॉक आउट" करना शामिल है।[8]

CRISPR के साथ जीन नॉकआउट की प्रक्रिया में तीन मुख्य चरण शामिल हैं: एक गाइड आरएनए (gRNA) डिजाइन करना जो जीनोम में एक विशिष्ट स्थान को लक्षित करता है, gRNA और एक Cas9 एंजाइम (जो आणविक कैंची के रूप में कार्य करता है) को लक्षित कोशिका तक पहुंचाना, और फिर कोशिका को डीएनए में कट की मरम्मत करने देना। जब कोशिका कट की मरम्मत करती है, तो वह या तो कटे हुए सिरों को वापस जोड़ सकती है, जिसके परिणामस्वरूप एक गैर-कार्यात्मक जीन बनता है, या एक म्यूटेशन पेश कर सकती है जो जीन के कार्य को बाधित करता है।

इस तकनीक का उपयोग बैक्टीरिया, खमीर, पौधों और जानवरों सहित विभिन्न जीवों में किया जा सकता है, और यह वैज्ञानिकों को उनकी अनुपस्थिति के प्रभावों का अवलोकन करके विशिष्ट जीनों के कार्य का अध्ययन करने की अनुमति देता है। CRISPR-आधारित जीन नॉकआउट बीमारी के आनुवंशिक आधार को समझने और नए उपचार विकसित करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है।

CRISPR-आधारित जीन नॉकआउट, किसी भी आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीक की तरह, जीव पर अनपेक्षित या हानिकारक प्रभाव पैदा करने की क्षमता रखता है, इसलिए इसका उपयोग सावधानी के साथ किया जाना चाहिए।[9] युग्मित Cas9 डीएनए में एक डबल स्ट्रैंडेड ब्रेक का कारण बनेगा। जिंक-फिंगर्स और TALENs के समान सिद्धांत का पालन करते हुए, इन डबल स्ट्रैंडेड ब्रेक की मरम्मत के प्रयास अक्सर फ्रेमशिफ्ट म्यूटेशन में परिणत होते हैं जो एक गैर-कार्यात्मक जीन का कारण बनते हैं। गैर-आक्रामक CRISPR-Cas9 तकनीक ने चूहों में अवसाद और चिंता से जुड़े एक जीन को सफलतापूर्वक नॉक आउट किया है, जो जीन संशोधन को सक्षम करने के लिए रक्त-मस्तिष्क बाधा को पार करने वाली पहली सफल डिलीवरी है।

नॉक-इन

মূল নিবন্ধ: Gene knock-in जीन नॉक-इन जीन नॉकआउट के समान है, लेकिन यह जीन को हटाने के बजाय उसे दूसरे जीन के साथ बदल देता है।

प्रकार

सशर्त नॉकआउट (Conditional knockouts)

মূল নিবন্ধ: Conditional gene knockout एक सशर्त जीन नॉकआउट ऊतक-विशिष्ट तरीके से जीन विलोपन की अनुमति देता है। यदि नल म्यूटेशन भ्रूण की मृत्यु का कारण बनता है, या कोई विशिष्ट ऊतक या कोशिका प्रकार विशेष रुचि का है, तो जीन नॉकआउट के स्थान पर इसकी आवश्यकता होती है। यह जीन के चारों ओर loxP साइट नामक छोटे अनुक्रमों को पेश करके किया जाता है। ये अनुक्रम नॉकआउट के समान तंत्र के माध्यम से जर्म-लाइन में पेश किए जाएंगे। इस जर्म-लाइन को फिर एक अन्य जर्मलाइन के साथ क्रॉस किया जा सकता है जिसमें Cre-recombinase होता है, जो एक वायरल एंजाइम है जो इन अनुक्रमों को पहचान सकता है, उन्हें पुनर्संयोजित (recombines) करता है और इन साइटों द्वारा घिरे जीन को हटा देता है। तब से अन्य रिकॉम्बिनेज बनाए गए हैं और सशर्त नॉकआउट प्रयोगों में नियोजित किए गए हैं।

उपयोग

नॉकआउट का उपयोग मुख्य रूप से एक विशिष्ट जीन या डीएनए क्षेत्र की भूमिका को समझने के लिए किया जाता है, जिसमें नॉकआउट जीव की तुलना समान आनुवंशिक पृष्ठभूमि वाले वाइल्डटाइप से की जाती है।[10]

नॉकआउट जीवों का उपयोग दवाओं के विकास में स्क्रीनिंग टूल के रूप में भी किया जाता है, ताकि विशिष्ट नॉकआउट का उपयोग करके विशिष्ट जैविक प्रक्रियाओं या कमियों को लक्षित किया जा सके, या Saccharomyces cerevisiae जैसे पूरे जीनोम में फैले नॉकआउट जीवों की एक लाइब्रेरी का उपयोग करके किसी दवा की क्रिया के तंत्र को समझा जा सके।[11]

इन्हें भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ (2000). An Introduction to Genetic Analysis. W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3771-1.
  2. ↑ (September 1989). "New method for generating deletions and gene replacements in Escherichia coli". Journal of Bacteriology. 171 (9) 4617–4622. doi:10.1128/jb.171.9.4617-4622.1989.
  3. ↑ Caplen, Natasha J. (July 2003). RNAi as a gene therapy approach. Expert Opinion on Biological Therapy. 3 (4) 575–586. doi:10.1517/14712598.3.4.575.
  4. ↑ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2007. The Nobel Foundation.
  5. ↑ (2002). "High frequency of phenotypic deviations in Physcomitrella patens plants transformed with a gene-disruption library". BMC Plant Biology. 2 (1) 6. doi:10.1186/1471-2229-2-6.
  6. ↑ 6.0 6.1 (2008-04-15). "Targeted gene knockout in mammalian cells by using engineered zinc-finger nucleases". Proceedings of the National Academy of Sciences. 105 (15) 5809–5814. doi:10.1073/pnas.0800940105.
  7. ↑ (January 2013). "TALENs: a widely applicable technology for targeted genome editing". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 14 (1) 49–55. doi:10.1038/nrm3486.
  8. ↑ (2024). Escaping from CRISPR–Cas-mediated knockout: the facts, mechanisms, and applications. Cell & Bioscience.
  9. ↑ (2013). "ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering". Trends in Biotechnology. 31 (7) 397–405. doi:10.1016/j.tibtech.2013.04.004.
  10. ↑ (2024). Escaping from CRISPR–Cas-mediated knockout: the facts, mechanisms, and applications. Cell & Bioscience.
  11. ↑ YeastDeletionWebPages.

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के “Gene knockout” लेख का अनुवाद। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Gene_knockout यह अनुवाद स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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