Synthetic cell कोशिका ने chemical निर्देशों का पालन कर आकार बदला, एक महत्वपूर्ण biological function!

Johns Hopkins Medicine के वैज्ञानिकों ने एक minimal synthetic cell बनाई है जो external chemical cue का पालन करती है | जो एक महत्वपूर्ण biological function है | और “symmetry breaking” नामक एक मूलभूत जैविक सिद्धांत का प्रदर्शन करती है। यह उपलब्धि, जो यह समझने के उद्देश्य से है कि कोशिकाएं कैसे चलती हैं और शरीर के माध्यम से दवाओं को ले जाने के नए तरीकों को बनाने के लिए, synthetic biology के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण कदम है।

इस नए प्रकार की synthetic cell को बनाना कोई आसान कार्य नहीं था। वैज्ञानिकों ने कई वर्षों तक कड़ी मेहनत और अनुसंधान किया, जिससे वे यह समझ सके कि cells के movement का मूलभूत सिद्धांत क्या है।

Symmetry breaking वह प्रक्रिया है जिसमें एक cell अपनी प्रारंभिक symmetrical अवस्था को छोड़कर एक नई, असममित अवस्था में चली जाती है। यह प्रक्रिया कोशिकाओं के movement के लिए महत्वपूर्ण होती है, और इसे समझना चिकित्सा विज्ञान में कई नई संभावनाओं के द्वार खोल सकता है।

इसके अलावा, इस तकनीक का उपयोग शरीर के भीतर दवाओं को सही जगह तक पहुंचाने के लिए किया जा सकता है, जिससे चिकित्सा क्षेत्र में क्रांति आ सकती है। उदाहरण के लिए, कैंसर जैसी बीमारियों के इलाज में दवाओं को सीधे कैंसर कोशिकाओं तक पहुंचाना संभव हो सकता है, जिससे इलाज अधिक प्रभावी और कम हानिकारक हो सकता है।

यह अनुसंधान synthetic biology के क्षेत्र में एक नई दिशा प्रदान करता है और भविष्य में इसके कई अनुप्रयोग हो सकते हैं।

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The Importance of Symmetry Breaking in Biology (synthetic cell)

Symmetry breaking biology में एक महत्वपूर्ण कदम है जो cell movement से पहले होता है। यह तब होता है जब एक cell के molecules, जो प्रारंभ में symmetrical रूप में व्यवस्थित होते हैं, stimuli के response में एक asymmetric pattern या shape में reorganize हो जाते हैं। यह प्रक्रिया वैसे ही है जैसे प्रवासी पक्षी symmetry को तोड़ते हैं जब वे environmental cues जैसे sunlight या landmarks के response में एक नई formation में shift होते हैं। एक microscopic स्तर पर, immune cells infection site पर concentrated chemical signals को sense करते हैं और symmetry को तोड़कर एक blood vessel की दीवार को पार कर संक्रमित tissue तक पहुंचते हैं।

“Symmetry breaking की अवधारणा जीवन के लिए महत्वपूर्ण है, और यह biology, physics और cosmology जैसे विविध क्षेत्रों को प्रभावित करती है,” कहते हैं Shiva Razavi, Ph.D., जिन्होंने Johns Hopkins में graduate student के रूप में इस अनुसंधान का नेतृत्व किया और अब Massachusetts Institute of Technology में एक postdoctoral fellow हैं। “Symmetry breaking कैसे काम करता है इसे समझना biology के मूलभूत सिद्धांतों को समझने और इस जानकारी का उपयोग करके नए therapeutic methods विकसित करने की कुंजी है।”

Engineering a Synthetic Cell with Chemical-Sensing Ability

इस अध्ययन के लिए, वैज्ञानिकों ने एक विशाल vesicle बनाया, जिसमें double-layered membrane थी – यह एक simplified synthetic cell या protocell है, जो phospholipids, purified proteins, salts, और ATP से बनी होती है, जो ऊर्जा प्रदान करती है। इसे “the bubble” नाम दिया गया है। इस protocell को chemical-sensing ability के साथ इंजीनियर किया गया है, जिससे यह symmetry तोड़ने के लिए प्रेरित होती है और लगभग perfect sphere से एक uneven shape में बदल जाती है। यह प्रणाली immune response के पहले कदम की नकल करने के लिए डिज़ाइन की गई है, जो neutrophils को आस-पास के proteins को sense करके germs पर हमला करने का संकेत देती है।

“हमारा अध्ययन यह प्रदर्शित करता है कि एक cell-like entity बाहरी chemical cues की दिशा को कैसे sense कर सकती है, जो जीवित जीव में पाई जाने वाली स्थितियों की तरह है।”  Razavi कहते हैं। “शुरू से एक cell-like structure बनाकर, हम यह पहचान और समझ सकते हैं कि एक cell के लिए symmetry तोड़ने के लिए आवश्यक मुख्य घटक कौन से हैं।”

वैज्ञानिकों ने vesicle की chemical-sensing ability को सक्रिय करने के लिए FKBP और FRB नामक दो proteins को synthetic cell के भीतर molecular switches के रूप में लगाया। जब वैज्ञानिकों ने bubble cell के बाहर rapamycin नामक chemical पेश किया, तो FKBP membrane की ओर बढ़ गया और FRB के साथ bind हो गया, जिससे actin polymerization नामक प्रक्रिया शुरू हुई। इसके परिणामस्वरूप एक rod-like structure बना, जिसने cell membrane पर pressure डाला और उसे bend कर दिया।

आगे देखते हुए, शोधकर्ताओं का लक्ष्य इन synthetic cells को एक वांछित लक्ष्य की ओर move करने की क्षमता से लैस करना है। “विचार यह है कि आप इन bubbles में जो चाहें pack कर सकते हैं — protein, RNA, DNA, dyes या small molecules — chemical sensing का उपयोग करके cell को बताएं कि कहां जाना है और फिर cell को अपने इच्छित लक्ष्य के पास burst करने दें ताकि drug को release किया जा सके,” वरिष्ठ लेखक Takanari Inoue, Ph.D., professor of cell biology और Johns Hopkins Medicine में Center for Cell Dynamics के निदेशक कहते हैं।

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