प्रातिनिधिक सजीव – किण्व (Model organism-Yeast )

किण्व (Yeast) हे दृश्यकेंद्रकी (Eukaryotic) एकपेशीय सजीव आहेत. पंचसृष्टी वर्गीकरणानुसार त्यांचा समावेश कवक सृष्टीत (Kingdom Fungi) केला जातो. किण्वाच्या सुमारे १,५०० जाती असून यातील बहुसंख्य जाती ॲस्कोमायकोटा (Ascomycota) या प्रसृष्टीत (Phylum) मोडतात. किण्वांमधील सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसिआय (Saccharomyces cerevisiae) आणि स्किझोसॅकरोमायसिस पोंबे (Schizosaccharomyces pombe) या दोन जाती जीववैज्ञानिक संशोधनात प्रातिनिधिक सजीव म्हणून वापरल्या जातात.

किण्व हे मानवाला ज्ञात असलेल्या सर्वांत जुन्या सूक्ष्मजीवांपैकी एक आहेत. मद्य, ब्रेड, तसेच आंबवलेले अन्य पदार्थ बनवण्यासाठी ४००० वर्षांपासून किण्वाचा वापर होत आला आहे. वैज्ञानिक संशोधनात किण्वाचा वापर एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस सुरू झाला. पेशींचे जीवनचक्र आणि विभाजन यांचा अभ्यास करण्यासाठी किण्व पेशी उपयुक्त ठरतात. पेशीस्तरावर जनुकीय द्रव्याचे (Genetic material) हस्तांतरण कसे होते, याबद्दल महत्त्वाची माहिती या प्रयोगांमधून पुढे आली. सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसिआय अथवा बेकर्स यीस्ट (Baker’s yeast) या जातीचा प्रातिनिधिक सजीव म्हणून वापर १९७० नंतर वेगाने वाढला.

किण्व प्रातिनिधिक सजीव म्हणून संशोधकांमध्ये लोकप्रिय होण्याची महत्त्वाची कारणे पुढीलप्रमाणे आहेत –

(१) किण्वपेशींना प्रयोगशाळेत वाढवणे सोपे आणि स्वस्त असते. किण्वपेशीवर तापमान व आर्द्रतेमधील बदलांचा फारसा परिणाम होत नाही. पोषकद्रव्यांचे (Nutrients) साधे मिश्रण वगळता या पेशींना कोणतेही विशेष खाद्य लागत नाही.

(२) किण्व दृश्यकेंद्रकीय सजीव आहेत. किण्व आणि मानव यांच्या केंद्रक व गुणसूत्रांच्या रचनेत साम्य आहे. जनुकांची रचना (Structure) व अभिव्यक्ती (Expression) नियंत्रण प्रणाली एकसारख्या आहेत.

(३) किण्व आणि मानवी पेशींची रचना आणि मूलभूत गुणधर्म एकसारखे असतात. पेशी प्रक्रियांचा अभ्यास करण्यासाठी हे साम्य उपयुक्त ठरते. किण्व आणि मानवी पेशींमधील चयापचय आणि संदेश वहनाच्या प्रक्रिया एकसारख्या असतात. तसेच पेशीविभाजनामागील घटकांमध्येही कमालीचे साधर्म्य आहे; उदा., किण्वपेशी व मानवी पेशीद्रवातील ग्लूकोजलयन (Glycolysis) तंतोतंत एकसारखे आहे.

(४) किण्वपेशींची वाढ वेगाने होते, तर त्यांचे विभाजन काही तासांत पूर्ण होते. त्यामुळे वाढीच्या विविध टप्प्यामधील पेशी नियमित आणि सहज प्रयोगांसाठी उपलब्ध होत राहतात.

(५) एकपेशीय असल्याने किण्वाच्या पेशींमध्ये जनुकीय बदल घडवणे सोपे असते. जनुकीय बदलांचे परिणाम किण्वपेशींमध्ये सहज दिसून येत असल्याने नव्याने घुसवलेल्या, काढून टाकलेल्या (Knock-on/off) अथवा बदललेल्या जनुकांचे परिणाम तपासण्यासाठी किण्वपेशी उपयुक्त ठरतात.

(६) किण्वांच्या जीनोमचे संपूर्ण क्रमनिर्धारण झाले आहे. सन १९९६ मध्ये सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसिआय आणि २००२ मध्ये स्किझोसॅकरोमायसिस पोंबे या प्रजातीच्या जीनोमचा अर्थ लावला गेला. संपूर्ण जीनोमचे क्रमनिर्धारण झालेला किण्व हा पहिला दृश्यकेंद्रकीय सजीव आहे. आकाराने लहान असलेल्या या जीनोममध्ये १.२ कोटी आधारक जोड्या (Base pairs) असतात. सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसिआय या जातीमध्ये ६,००० जनुक ओळखण्यात आले आहेत. स्किझोसॅकरोमायसिस पोंबे या जातीच्या जीनोममधील जनुकांची संख्या ५,००० आहे. सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसिआय या जातीचा संपूर्ण जीनोम ‘सॅकरोमायसिस जीनोम डेटाबेस’ (Saccharomyces Genome Database) या माहितीकोषात (SGD; http://www.yeastgenome.org) संकलित केलेला आहे.

(७) पेशी विभाजनाशी निगडीत विकारांचा अभ्यास करण्यासाठी किण्वाच्या पेशी उत्तम माध्यम ठरतात. एकविसाव्या शतकाच्या पहिल्या दोन दशकांमध्ये किण्व या प्रातिनिधिक सजीवाचा उपयोग करून विकारविज्ञानातील (Disease biology) अनेक महत्त्वाचे शोध लावले गेले आहेत. पेशी विभाजनाच्या विविध टप्प्यामध्ये कोणते रेणू नियंत्रक म्हणून काम करतात याचा तपशीलवार अभ्यास करण्यासाठी किण्वपेशी ही आदर्श प्रणाली ठरली आहे. पेशी विभाजनात डीएनए (DNA) रेणूच्या प्रती तयार होताना घडणाऱ्या चुका किंवा डीएनएची हानी झाल्यामुळे काही जन्मजात विकार व कर्करोग उद्भवतात. या विकारांचा अभ्यास करण्यासाठी किण्वपेशी उत्तम माध्यम ठरतात. या सर्व अभ्यासातून मिळणारी माहिती कर्करोगविषयक संशोधनामध्ये मोलाची भर घालत आहे. मानवी विकारांच्या १,००० पेक्षा अधिक जनुकांचे समांतर जनुक (Orthologs) किण्वामध्ये सापडतात. या साधर्म्याचा उपयोग करून अल्झायमर (Alzheimer’s disease), पार्किन्सन (Parkinsons Disease) आणि हंटिंग्टन (Huntington’s diseases) या चेतासंस्थेशी निगडीत विकारांमधील संशोधनात किण्वपेशी प्रतिकात्मक नमुने म्हणून (Disease model) वापरल्या जातात.

जीनोमचे क्रमनिर्धारण झाल्यानंतर सॅकरोमायसिस सेरेव्हिसिआय या किण्व जातीवरील संशोधनाला चालना मिळाली. पेशीविज्ञानामधील (Cell biology) संशोधनात किण्वचा वापर आता मोठ्या प्रमाणात होत आहे. कार्यात्मक जनुकविज्ञान (Functional genomics) आणि जैविक प्रणालींचे जीवशास्त्र (Systems biology) या जीवविज्ञानाच्या दोन नवीन शाखांचा उगम यातून झाला असे मानतात. ह्या नवीन शाखा फक्त एकेकट्या जनुकांचा अभ्यास न करता त्यांच्या एकत्रित कार्याला अधिक महत्त्व देतात. जनुकांचे परस्पर संबंध उलगडण्यात किण्व या प्रातिनिधिक सजीवाचे बहुमूल्य योगदान आहे.

किण्ववरील संशोधनातून आतापर्यंत पाच नोबेल पुरस्कार मिळाले आहेत (पहा : तक्ता).

किण्वचा उपयोग करून लागलेले महत्त्वाचे शोध

संदर्भ :

https://www.yourgenome.org/facts/why-use-yeast-in-research

https://www.yourgenome.org/stories/using-yeast-in-biology

https://www.britannica.com/science/fungus

समीक्षक : प्रमोद जोगळेकर