जैविक उत्परिवर्तके हा जनुकाच्या संरचनेत किंवा डीएनए क्रमामध्ये होणारे बदल घडवणाऱ्या घटकांचा एक प्रकार आहे. भौतिक उत्परिवर्तके आणि रासायनिक उत्परिवर्तके हे इतर दोन प्रकारचे घटक उत्परिवर्तने घडवून आणतात. जीवाणूंच्या (Bacteria) अनेक प्रजाती, तसेच काही प्रकारचे विषाणू (Viruses) यांमध्ये उत्परिवर्तन घडवण्याची क्षमता निसर्गत:च असते. तसेच सजीवांच्या जीनोममधील स्थान-परिवर्ती घटकांमुळे (Transposons) देखील उत्परिवर्तने घडतात. उत्परिवर्तने घडवणाऱ्या या जैविक घटकांना जैविक उत्परिवर्तके असे म्हणतात.
स्थान-परिवर्ती घटक : सजीवांच्या जीनोममध्ये काही वैशिष्ट्यपूर्ण डीएनएक्रम आढळतात. हे डीएनएचे तुकडे जीनोममधील एका ठिकाणाहून दुसरीकडे जाऊ शकतात. या घटकांना उड्या मारणारे किंवा स्थान परिवर्तन करणारे जनुक (Jumping genes) म्हणून ओळखले जाते. जीनोममध्ये पुढे-मागे जाऊन हे घटक डीएनएक्रमामध्ये फेरफार करतात व उत्परिवर्तन घडवतात. स्थान-परिवर्ती घटकांच्या शोधाचे श्रेय बार्बरा मॅक्लींटॉक (Barbara McClintock) या अमेरिकन महिला वैज्ञानिकांना जाते. त्यांना स्थान बदलणाऱ्या डीएनए क्रमांमुळे मक्याच्या जीनोममध्ये उत्परिवर्तने होऊन मक्याचे काही गुणधर्म बदलतात हे त्यांनी प्रकाशात आणले. स्थान-परिवर्ती घटक स्वत:च्या प्रती तयार करतात व जीनोममध्ये ठिकठिकाणी शिरकाव करतात. ज्या ठिकाणी या अतिरिक्त डीएनएक्रमाचा शिरकाव होतो तेथील जनुकांचा डीएनएक्रम बदलतो व उत्परिवर्तने घडतात. स्थान-परिवर्ती घटक जनुकांच्या संरचनेवर चार प्रकारे परिणाम करतात.
(१) जनुकांच्या प्रवर्तक-क्षेत्रामध्ये (Promoter region) अतिरिक्त डीएनएक्रमाचा शिरकाव झाल्यास प्रवर्तक सक्रिय किंवा निष्क्रिय होतात. परिणामी संबंधित जनुकांचे कार्य वाढीस लागते किंवा थांबते. अशा उत्परिवर्तनांमुळे अनेक अनुवांशिक विकार उद्भवतात.
(२) काहीवेळा जनुकांच्या अधेमधे अतिरिक्त डीएनएक्रम जोडला जातो. त्यामुळे जनुकाची संरचना पूर्णपणे बदलते. बदललेल्या डीएनएक्रमापासून तयार झालेले प्रथिन मूळ प्रथिनापेक्षा वेगळे असते. ही अनपेक्षित उत्परिवर्तित प्रथिने विविध विकारांसाठी कारणीभूत ठरतात.
(३) काही स्थान-परिवर्ती घटकांचे स्वत:चे प्रवर्तक असतात. ज्या ठिकाणी हे डीएनएक्रम जोडले जातात तेथील संलग्न जनुके देखील (Linked genes) या प्रवर्तकांमुळे सक्रिय होतात. यामुळे काही अनियमित जनुकांची अभिव्यक्ती सुरू होते आणि असाधारण दृश्यप्रारूपे (Mutant phenotypes) किंवा विकार उद्भवतात.
(४) स्थान-परिवर्ती घटकाने जागा बदलल्यानंतर डीएनए शृंखलेमध्ये पोकळी तयार होते. ती भरून काढतेवेळी होणाऱ्या चुकांमधून उत्परिवर्तन घडून येते.
दृश्यकेंद्रकी सजीवांमध्ये दोन प्रकारचे स्थान-परिवर्ती घटक आढळतात. या दोन्हींची संरचना तसेच कार्यप्रणाली वेगवेगळ्या आहेत. पहिला प्रकार म्हणजे पश्च-स्थान-परिवर्ती घटक (Retro-transposons). या घटकांची कार्यपद्धती स्वप्रतबद्धता (Copy and paste) आज्ञावलीप्रमाणे असते. व्युत्क्रमी संकेतअनुलेखी विकराच्या (Reverse transcriptase) मदतीने हे डीएनएक्रम स्वत:च्या प्रती तयार करतात. प्रथम पॉलीमरेज विकराच्या (RNA polymerase) साहाय्याने पूरक आरएनए-प्रत तयार केली जाते. आरएनएचा तुकडा जीनोममध्ये अन्यत्र जाऊन चिकटतो. व्युत्क्रमी संकेतअनुलेखी विकर या आरएनएपासून पुन्हा पूरक डीएनए-साखळी तयार करते. हा डीएनक्रम मूळ जीनोममध्ये जोडला जातो. दुसरा प्रकार म्हणजे डीएनए-स्थान-परिवर्ती (DNA-transposons) घटक. हे स्थान-परिवर्ती डीएनएक्रम ट्रान्सपोसेस विकरांच्या (Transposase enzymes) मदतीने काम करतात. ही विकरे स्थान-परिवर्ती डीएनएक्रम एका ठिकाणाहून कापून दुसऱ्या ठिकाणी चिकटवतात.
स्थान-परिवर्ती घटकांचे काम केवळ उत्परिवर्तन घडवण्यापुरते मर्यादित नाही. हे घटक गुणसूत्रांच्या द्विगुणन (Chromosome duplication) प्रक्रियेमध्ये देखील अडथळे निर्माण करत असल्याचे दिसून आले आहे. त्यांच्यामुळे जीनोममध्ये विविध प्रकारचे बदल घडतात. अधिक रक्तस्राव (Haemophilia), पॉर्फिरिनता (Porphyria), गंभीर प्रतिक्षम न्यूनता (Severe combines immuno-deficiency) ही स्थान-परिवर्ती घटकांनी घडवलेल्या उत्परिवर्तनामुळे होणाऱ्या विकारांची उदाहरणे आहेत. तसेच अनेक प्रकारचे कर्करोग देखील या उत्परिवर्तनांमुळे होत असल्याचे स्पष्ट झाले आहे.
हेलिकोबॅक्टर पायलॉरी (Helicobacter pylori) हा जीवाणूदेखील जैविक उत्परिवर्तक म्हणून गणला जातो. या जीवाणूचा संसर्ग व पचनसंस्थेचे कर्करोग यांचा परस्परसंबंध असल्याचे निदर्शनास आले आहे. हेलिकोबॅक्टर पायलॉरी जीवाणू जठर व आतड्याच्या ऊतींमध्ये दाह (Inflammation) निर्माण करतो. सतत दाह होत असल्याने ऊतींच्या अवतीभवती क्रियाशील ऑक्सिजन मुक्तकण (Reactive oxygen radicals) मोठ्या प्रमाणात उत्पन्न होतात. हे मुक्तकणांमुळे डीएनए शृंखला खंडित होणे, आधारकाची (बेसची) अदलाबदल, आधारक वगळला जाणे किंवा न्यूक्लिओटाइड द्विवारीके (Nucleotide dimer) बनणे यांसारखे दोष उत्पन्न होतात. तसेच हे रेणू डीएनए दुरुस्तीच्या कार्यात अडथळा आणतात. या दोषांमधून उत्परिवर्तने घडतात व कर्करोग होण्याची शक्यता वाढते.
उत्परिवर्तक विषाणू (Viral mutagens) : काही विषाणू आश्रयी पेशीच्या डीएनएक्रमामध्ये बदल घडवू शकतात. अशा विषाणूंना कर्ककारक विषाणू (Oncogenic Viruses) असे संबोधतात. विविध कुलांमधील डीएनए-विषाणू (DNA viruses) तसेच आरएनए-विषाणू (RNA viruses) यांमध्ये उत्परिवर्तक क्षमता आढळते. या विषाणूंमुळे अनेक प्रकारचे कर्करोग उद्भवतात.
जैविक उत्परिवर्तकांची क्षमता संपूर्णपणे नैसर्गिक असते. त्यांच्यामुळे जीनोममध्ये विविध प्रकारचे बदल घडतात. यातील बहुतांश बदल अपायकारक असतात. परंतु, काही बदल जनुकांच्या उत्क्रांतीमध्ये हातभार लावतात.
जैविक उत्परिवर्तके व त्यांची कार्यप्रणाली यांवर जगभरात सर्वत्र संशोधन केले जाते. त्यांच्या उत्परिवर्तनक्षमतेचा वापर करून जनुकीय उपचार पद्धती (Gene therapy) विकसित करण्याचा प्रयत्न वैज्ञानिक करीत आहेत.
पहा : उत्परिवर्तन, डीएनए : क्षति आणि क्षतीपूर्ती, उत्परिवर्तके : भौतिक, उत्परिवर्तके : रासायनिक.
संदर्भ :
1. https://www.britannica.com/science/transposon
2. https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2018/transposons-your-dna-thats-on-the-go
3. WhiteaMartyn K., Paganob Joseph S., KhaliliaKamel, Viruses and Human Cancers : a Long Road of Discovery of Molecular Paradigms, Clinical Microbiology Reviews, 27, 3, 463, 2014.
4. Schiller John T., Lowy Douglas R., Virus infection and human cancer : an overview, Recent Results Cancer Res, 193,1, 2014.
समीक्षक : प्रमोद जोगळेकर
