सजीवांच्या जीनोममध्ये इतर सजीवांचा डीएनए सामावून घेतला जातो. या प्रकारास रचनांतरण म्हणतात. विशेषत: जीवाणूसारख्या सजीवामध्ये डीएनए सामावून घेण्याची क्रिया मोठ्या प्रमाणात अभ्यासली गेली आहे. समांतर जनुक हस्तांतरण (Horizontal gene transfer) ही उत्क्रांती व अनुकूलनातील एक महत्त्वाची व सातत्याने घडणारी प्रक्रिया आहे. यामागे अनेक नैसर्गिक प्रक्रिया असतात. बाह्य डीएनएचे (Exogenous DNA) तुकडे जीनोममध्ये सामावून घेण्यासाठी निसर्गात वेगवेगळ्या पद्धती आढळतात. जीवाणूंमध्ये रचनांतरण (Transformation), स्थानांतरण (Transduction) आणि संयुग्मन (Conjugation) या तीन मार्गांनी समांतर जनुक हस्तांतरण होते.
रचनांतरण ही प्रक्रिया संशोधकांना १९२०−३० च्या दशकापासून माहिती आहे. परंतु, सर्वप्रथम १९२८ मध्ये फ्रेडरिक ग्रिफिथ (Frederick Griffith) या ब्रिटिश वैज्ञानिकांना जीवाणूतील जनुक रचनांतरण प्रक्रिया ओळखण्यात यश मिळाले. जीवाणूच्या विविध प्रभेदांमध्ये रोगकारक जनुकांची देवाणघेवाण होत असल्याचे ग्रिफिथ यांना आढळले. रोगकारक क्षमता नसलेले जीवाणू (Non-virulent) उष्णतेने मृत झालेल्या रोगकारक (Virulent) जीवाणूंच्या संपर्कात आले व त्यांच्यात रोगकारकता निर्माण झाली. रोगकारकता निर्माण करणाऱ्या या घटकांना ग्रिफिथ यांनी परिवर्तक/रचनांतरीत घटक (Transforming principle) असे नाव दिले. १९४४ मध्ये ओस्वाल्ड एव्हरी (Oswald Avery), कोलिन मॅक्लिओड (Colin MacLeod) आणि मॅक्लिन मॅकार्थी (Maclyn McCarty) या वैज्ञानिकांनी हे परिवर्तक घटक म्हणजेच डीएनए असल्याचे नमूद केले. त्यांच्या प्रयोगांमुळे रचनांतरणाची प्रक्रिया सुस्पष्ट झाली.
रचनांतरण प्रक्रिया : जीवाणूंच्या काही प्रजाती आजूबाजूच्या माध्यमात तरंगणारे बाह्य डीएनएचे तुकडे उचलतात व त्यांमधील जनुके जीनोममध्ये सामावून घेतात, या प्रक्रियेला रचनांतरण असे म्हणतात. चाळीसपेक्षा अधिक जनुके एकत्रित काम करणारी ही प्रक्रिया गुंतागुंतीची असते. बाह्य डीएनएच्या संपर्कात आल्यानंतर जीवाणू पेशीचे आवरण (Cell membrane) काही काळापुरते पारगम्य (Permeable) होते. पेशी आवरणाची पारगम्यता वाढवण्यात विविध प्रकारची प्रथिने साहाय्य करतात. ग्रॅम निगेटिव्ह जीवाणू (Gram negative bacteria) पेशींच्या पृष्ठभागावर असलेली पायलस प्रकार-४ (type IV pilus family;T4P) ही प्रथिने वापरून डीएनएचे तुकडे पेशीमध्ये ओढून घेतात, तर ग्रॅम पॉझिटिव्ह जीवाणूमध्ये अन्य काही टी४पी (T4P) सदृश प्रथिने हे काम करतात. पेशीबाह्य डीएनए सामावून घेण्याची क्षमता म्हणजेच रचनांतरण सिद्धता (Competence) होय. पेशीबाह्य डीएनए सामावून घेतल्याने जीनोममध्ये बदल घडणे सर्वस्वी त्या जीवाणूच्या क्षमतेवर अवलंबून असते. पेशी बाह्य डीएनए सामावून घेण्याची क्षमता ८० पेक्षा अधिक जीवाणूंमध्ये निसर्गत:च आढळते. बॅसिलस सबटिलिस (Bacillus subtilis), स्ट्रेप्टोकॉकस न्यूमोनिआय (Streptococcus pneumoniae), नायसेरिया गोनोऱ्हिओई (Neisseria gonorrhoeae), हिमोफिलस एन्फ्लुएंझी (Haemophilus influenzae) आणि असिनेटोबॅक्टर (Acinetobacter) अशा जीवाणूंमध्ये नैसर्गिक रचनांतरण सिद्धता (Natural competence) असते. वेगवेगळ्या परिस्थितींमध्ये ही क्षमता व्यक्त होते. काही जीवाणूंमध्ये हे बाह्य डीएनएचे तुकडे जीनोममध्ये समाविष्ट होतात व जीवाणूचे अप्रत्यक्षपणे जनुकीय सुधारित प्रतीकरण (Transgenesis) होते. अन्य काही प्रजातींमध्ये बाह्य डीएनएचे तुकडे प्लाझ्मिडच्या स्वरूपात जीवाणू पेशीमध्ये राहतात.
उपयुक्तता : रचनांतरण प्रक्रियेचे जीवाणूंना अनेक फायदे होतात. रचनांतरणामुळे प्रतिजैविकरोधन क्षमता (Antibiotic resistance) तसेच विषारी द्रव्यांचे विघटन करण्याची क्षमता जीवाणूंना प्राप्त होते. एवढेच नव्हे तर रचनांतरणामुळे जीवाणूंच्या विविध प्रभेदांमध्ये रोगकारक जनुकांची (Virulence genes) देवघेव देखील होते. रेणूजीवशास्त्रामध्ये १९८०−९० च्या दशकात क्रांती घडून जनुकांमध्ये बदल घडवणे शक्य झाले आणि रचनांतरण प्रक्रियेची उपयुक्तता खऱ्या अर्थाने पुढे आली. प्रयोगशाळेमध्ये कृत्रिम रचनांतरण घडवण्याच्या प्रक्रियेमध्ये अनेक वर्षांच्या प्रयोगांमधून सुधारणा घडत घडत त्याची प्रमाणित पद्धती प्रस्थापित झाली. या पद्धतीचा आधार घेऊन जगभरातील प्रयोगशाळांमध्ये जनुक अभियांत्रिकीचे अनेकविध प्रयोग केले जातात. प्रत्येक प्रयोगशाळेत गरजेनुसार थोडेफार बदल होत असले तरी रचनांतरणाची मूळ पद्धत एकसारखीच असते. जैवतंत्रज्ञान आणि जनुक अभियांत्रिकीच्या क्षेत्रामध्ये रचनांतरण ही पद्धत आता मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते. डीएनए पुनर्संयोजन तंत्रज्ञानामध्ये (Recombinant DNA technology) तसेच सी-डीएनए संग्रह (cDNA libraries) तयार करण्यामध्ये हे तंत्र उपयोगी ठरते.
पहा : कृत्रिम रचनांतरण, जैवतंत्रज्ञान साधने.
संदर्भ :
- https://courses.lumenlearning.com/microbiology/chapter/microbes-and-the-tools-of-genetic-engineering/
- Johnston C, Martin B, Fichant G, Polard P, Claverys JP, 2014, Bacterial transformation: distribution, shared mechanisms and divergent control, Nature Reviews, Microbiology, 12, 3,181.
- Mell Joshua Chang, Redfield Rosemary J., 2014, Natural Competence and the Evolution of DNA Uptake Specificity, Journal of Bacteriology, 196, 8.
- https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/griffiths-experiment#
समीक्षक : प्रमोद जोगळेकर
