રૂપાંતરણ (વનસ્પતિ)

રૂપાંતરણ (વનસ્પતિ) : બૅક્ટેરિયામાં જનીન-પુન:સંયોજન (gene recombination) દરમિયાન જોવા મળતો જનીનિક વિનિમયનો એક પ્રકાર. બૅક્ટેરિયામાં જનીન-વિનિમયની પ્રક્રિયા ત્રણ પદ્ધતિઓ દ્વારા થાય છે : (1) રૂપાંતરણ (transformation), (2) સંયુગ્મન (conjugation) અને (3) પરાંતરણ (transduction).

રૂપાંતરણ દરમિયાન દાતા કોષમાંથી કે પર્યાવરણમાંથી મુક્ત DNAનો ખંડ સંગતિ દર્શાવતા જીવંત ગ્રાહકકોષમાં પ્રવેશી તેના જનીન સંકુલ સાથે ભળે છે. સસીમકેન્દ્રી (eukargotic) કોષના કૅન્સરવાળા કોષમાં થતા પરિવર્તનને પણ રૂપાંતરણ કહે છે.

રૂપાંતરણની પ્રક્રિયાની સૌપ્રથમ શોધ ગ્રિફિથે (1928) Diplococcus pneumoniae નામના બૅક્ટેરિયા પરના પ્રયોગો દરમિયાન કરી. આ બૅક્ટેરિયાના કેટલાક વિભેદો (strains) પાતળું અને લીસું પૉલિસૅકેરાઇડનું બનેલું પ્રાવર (capsule) ધરાવે છે અને ન્યૂમોનિયા રોગ લાગુ  પડે છે. તેમને રોગજનક (pathogenic) કે ઉગ્ર (virulent) ‘S’ (smooth) પ્રકાર દ્વારા ઓળખાવાય છે. બીજા એક વિકૃત (mutant) વિભેદને પ્રાવર હોતું નથી અને અગરની પ્લેટની સપાટી ઉપર સંવર્ધિત કરતાં તેઓ નાની અનિયમિત વસાહતો બનાવે છે. તે વિભેદ અરોગજનક (non-pathogenic) કે અનુગ્ર (avirulent) હોય છે. તેનો ‘R’ (rough) પ્રકાર તરીકે ઓળખાવાય છે.

આ બૅક્ટેરિયાની રોગજનકતા(pathogenicity)નો આધાર પ્રાવર પર રહેલો છે અને પ્રાવરની હાજરી કે ગેરહાજરી અને તેનું રાસાયણિક બંધારણ તેનાં આનુવંશિક લક્ષણો છે. જુદું જુદું બંધારણ ધરાવતા પ્રાવરને II અને III પ્રકાર તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. II પ્રકાર સસલાના રુધિરમાં પ્રતિકાયો (antibodies) ઉત્પન્ન કરે છે, જે III પ્રકાર દ્વારા ઉદભવતા પ્રતિકાયો કરતાં અલગ હોય છે. આ પ્રાવરના પ્રકારો દ્વારા બૅક્ટેરિયલ વિભેદોનાં વિશિષ્ટ લક્ષણ પ્રરૂપ (phenotype) અભિવ્યક્ત થાય છે. બૅક્ટેરિયાનો એક પ્રકાર બીજા પ્રકારના બૅક્ટેરિયાના શુદ્ધ સંવર્ધનમાં વિકાસ પામતો નથી. II S પ્રકારનાં દસ લાખ બૅક્ટેરિયા પૈકી એક વિકૃતિ પામી અરોગજનક પ્રાવરવિહીન II R પ્રકારમાં પરિણમે છે. લગભગ તે જ દરે III S પ્રકાર III R પ્રકારમાં વિકૃતિ પામે છે. II R, II Sમાં કે III R, III Sમાં અત્યંત અલ્પ પ્રમાણમાં વિકૃતિ પામી શકે છે.

ગ્રિફિથના પ્રયોગ અનુસાર, જ્યારે ‘S’ પ્રકારના બૅક્ટેરિયા ઉંદરમાં દાખલ કરવામાં આવ્યા, ત્યારે ઉંદરને ન્યૂમોનિયા રોગ લાગુ પડ્યો અને તે મૃત્યુ પામ્યા. ‘S’ પ્રકારના બૅક્ટેરિયાને 65° સે. તાપમાને ગરમ કરીને મારી નાખવામાં આવ્યા ત્યારે તેઓ અરોગજનક બન્યાં. ગ્રિફિથે ગરમીથી મારી નાખવામાં આવેલ III S કોષો અને જીવંત II R કોષોનું મિશ્રણ ઉંદરમાં દાખલ કર્યું; તો તેમને ન્યૂમોનિયા થયો અને તેઓ મૃત્યુ પામ્યા. આવા રોગિષ્ઠ ઉંદરોના રુધિરનું વિશ્લેષણ કરતાં તેમાં જીવંત III S ડિપ્લોકોકસ જોવા મળ્યાં. આ III S કોષો ગુણન કરીને અનેક પેઢીઓ સુધી તેમનાં લક્ષણો જાળવી શક્યા.

વિકૃતિ દરમિયાન II R પ્રકારનું જીવંત II S પ્રકારમાં રૂપાંતર થઈ શકે, પરંતુ III S પ્રકારમાં થતું નથી. જે તાપમાને III S પ્રકારના કોષોને મારવામાં આવ્યા, તે મહત્વનું છે. III S પ્રકારને ખૂબ ઊંચું કે ખૂબ નીચું તાપમાન આપતાં રોગજનકતાનું લક્ષણ અભિવ્યક્ત થતું નથી; છતાં આ મૃત બૅક્ટેરિયાના કેટલાક ઉષ્માસ્થાયી (thermostable) ઘટકો જીવંત II R કોષોમાં આ લક્ષણને સ્થાપિત કરી શક્યા. ગ્રિફિથના મત પ્રમાણે, મૃત III S બૅક્ટેરિયાના આ ઘટકો અરોગજનક કોષોમાં પ્રવેશતાં II R પ્રકારના કોષોના આનુવંશિક ગુણધર્મોમાં રૂપાંતર થયું અને તેઓ III S પ્રકારમાં પરિવર્તન પામ્યા.

જોકે ગ્રિફિથ રૂપાંતરણની પ્રક્રિયાને સમજાવી ન શક્યા, પરંતુ તેમની આ શોધથી DNAના આનુવંશિકીય મહત્વને સમજાવવા માટેનો એક તખ્તો તૈયાર થયો.

ઓ. ટી. એવરી, સી. એમ. મૅક્લિયૉડ અને એમ. મેક્કાર્ટીએ (1944) ગ્રિફિથના રૂપાંતરણના પ્રયોગ દરમિયાન રૂપાંતરણની પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર રાસાયણિક ઘટકોનું નિષ્કર્ષણ કરી વિશ્લેષણ કર્યું. તેઓએ પ્રાયોગિક રીતે પુરવાર કર્યું કે મૃત III પ્રકારમાંથી પ્રાપ્ત કરેલ અત્યંત શુદ્ધ DNA II R કોષોનું III S પ્રકારના કોષોમાં રૂપાંતર કરી શકે છે.

ત્યારપછી Hemophilus influenzae, Bacillus subtilis, Escherichila Coli, Rhizobium, Neisseria અને અન્ય બૅક્ટેરિયામાં રૂપાંતરણની પ્રક્રિયાનાં સંશોધનો થયાં છે અને રૂપાંતરણની પ્રક્રિયા લાભદાયી જનીનોનાં સ્થાન નક્કી કરવામાં ઉપયોગી સિદ્ધ થઈ છે.

રૂપાંતરણની ક્રિયાવિધિ : જ્યારે ગ્રાહકકોષોને મૃતદાતા-કોષોની હાજરીમાં સંવર્ધિત કરવામાં આવે છે ત્યારે રૂપાંતરણની ક્રિયા થાય છે. દાતા-કોષનો DNA ગ્રાહકકોષમાં સ્થાનાંતર પામે છે, જ્યાં તે

ગ્રાહક રંગસૂત્ર સાથે જનીનિક વિનિમય કરી પુન:સંયોજિત (recombinant) પેઢી ઉત્પન્ન કરે છે. આ પ્રક્રિયાની સફળતાનો આધાર કેટલાંક પરિબળો ઉપર રહેલો છે :

(1) દાતા DNAના ખંડોનું કદ બૅક્ટેરિયાની જુદી જુદી જાતિઓમાં જુદું જુદું હોય છે; (2) દાતા DNAનું આણ્વીય બંધારણ દ્વિકુંતલમય હોવું જોઈએ; (3) ગ્રાહકકોષ દેહધાર્મિક ક્ષમતા (competence) ધરાવતો હોવો જોઈએ; જે સંવર્ધન દરમિયાન મર્યાદિત સમય પૂરતું જ હોય છે. આ દેહધાર્મિક ક્ષમતાનું લક્ષણ આનુવંશિક છે; (4) પ્રત્યેક ગ્રાહકકોષમાં નવો ઉમેરાયેલો DNAનો જથ્થો ગ્રાહકકોષમાં રહેલા DNAની સાંદ્રતા પર આધાર રાખે છે. રૂપાંતરણની પ્રક્રિયા ગ્રાહક DNAની નિશ્ચિત સાંદ્રતા સુધી સમપ્રમાણમાં થાય છે.

ક્ષમતા : ગ્રાહકકોષ દાતા DNAનું શોષણ કરવાની ક્ષમતા ધરાવતો હોય અને રૂપાંતરણ પામી શકતો હોય ત્યારે આવા કોષને સક્ષમ કોષ કહે છે. ક્ષમતાની આ સ્થિતિના વિકાસનો આધાર કોષની ગીચતા ઉપર રહેલો છે. આમ, સંવર્ધન માધ્યમમાં કોષોની નિશ્ચિત સંખ્યાએ ઘણાખરા કોષો ક્ષમતા ધરાવે છે. માટે ક્ષમતા વસ્તીના જીવનમાં ક્ષણિક (transient) અવસ્થાનું નિદર્શન કરે છે. બૅક્ટેરિયાની નિશ્ચિત પ્રજાતિ માટે ક્ષમતાનો ચોક્કસ સમયગાળો હોય છે. કોષો સંવર્ધન માધ્યમમાં ક્ષમતા પ્રાપ્ત કરે છે ત્યારે ક્ષમતાકારક નામનું પ્રોટીન ઉત્પન્ન થાય છે. તે અન્ય કોષોમાં પણ ક્ષમતા ઉત્પન્ન કરે છે. ક્ષમતાકારક ગ્રાહક-કેન્દ્રોના નિર્માણ દ્વારા અથવા દાતા અણુઓની પારગમ્યતા(permeability)ના વધારા દ્વારા ગ્રાહક કોષની સપાટીના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર લાવે છે. ચક્રિય AMP (એડિનોસાઇન મૉનો-ફૉસ્ફેટ) ક્ષમતાના વિકાસમાં મહત્વનો ભાગ ભજવે છે. સંવર્ધન માધ્યમમાં તેને ઉમેરવામાં આવતાં કોષોમાં ક્ષમતાનું પ્રમાણ ખૂબ વધે છે. ગ્રાહકકોષને CaCl₂(કૅલ્શિયમ ક્લૉરાઇડ)ની ચિકિત્સા આપતાં તેની પારગમ્યતામાં વધારો થાય છે.

DNAનું ગ્રહણ : દ્વિકુંતલમય દાતા DNAના અણુઓ ગ્રાહકકોષની સપાટીએ ગ્રાહકકેન્દ્ર સાથે બંધાય છે. Diplococcus દ્વારા સમજાત (homologous) DNA અને અસંબંધિત જાતિના DNAના અણુનું ગ્રહણ થાય છે, જ્યારે Hemophilus દ્વારા માત્ર સમજાત DNAનું જ ગ્રહણ થાય છે. બૅક્ટેરિયાની જાતિ ઉપર આધાર રાખીને દાતા DNAના ખંડોનું નિશ્ચિત કદમાં એન્ડોન્યૂક્લિયેઝની મદદ વડે વિખંડન થાય છે.

ગ્રાહકકોષની કોષદીવાલ સાથે જોડાયા પછી દાતા DNAનું ગ્રાહકકોષમાં સક્રિય રીતે વહન થાય છે. DNAના પ્રવેશ બાદ, તુરત જ તેનું એક કુંતલમાં વિઘટન થાય છે. રૂપાંતરણની ક્રિયા તરત જ થતી નથી. આ સમયગાળાને ગ્રહણકાળ (eclipse period) કહે છે. સમય જતાં આ કુંતલ ગ્રાહકકોષના રંગસૂત્રના સમજાત પ્રદેશમાં ગોઠવાય છે. હવે જનીનિક વિનિમય થાય છે. તે દરમિયાનમાં દાતા DNAના એક કુંતલમાં રહેલાં એક કે તેથી વધારે જનીનો ગ્રાહક DNAના સમજાત પ્રદેશમાં સંયોજન પામે છે. દાતા DNAના ગ્રાહક DNA સાથે નહિ સંધાયેલા ખંડનું વિઘટન થાય છે.

પ્રાયોગિક રીતે રૂપાંતરણની પ્રત્યાવર્તતા(reversibility)નું નિદર્શન પણ થઈ શકે છે. એમ. ફૉક્સની પ્રયોગશાળામાં થયેલાં રૂપાંતરણ ઉપરનાં શ્રેણીબદ્ધ સંશોધનો દર્શાવે છે કે રૂપાંતરણ દરમિયાન થતાં પુન:સંયોજનની અંતિમ નીપજ દ્વિકુંતલમય DNA છે, જેનો એક ખંડ દાતા DNAનો અને બીજો ખંડ ગ્રાહક DNAનો હોય છે. આમ, પરખ અને યુગ્મમાં થતી ગોઠવણી પૂર્વે કે પછી દાતા DNAનો એક ખંડ અને ગ્રાહક DNAનો એક ખંડ વિઘટન પામી અદૃશ્ય થાય છે. સંકર DNAના નિર્માણ-સમયે બંને જુદા સ્રોતમાંથી આવતા DNAના ખંડોને DNA લાઇગેઝ નામના ઉત્સેચક દ્વારા સાંધવામાં આવે છે. બંને ખંડોના સંયોજન પછી જ તે લક્ષણપ્રરૂપી અસર નિપજાવી શકે છે.

DNAના ગ્રહણ માટેની અન્ય બિનકાર્યક્ષમ ક્રિયાવિધિઓ (દા. ત., પરાંતરણ) ધરાવતા બૅક્ટેરિયામાં રૂપાંતરણ સક્ષમ પદ્ધતિ છે. મૃદાના બૅક્ટેરિયમ Bacillus subtilisમાં રૂપાંતરણ દ્વારા જનીનોનું પ્રતિચિત્રણ (mapping) કરી શકાયું છે. જોકે E. Coliમાં રૂપાંતરણની પ્રક્રિયા સક્ષમ નથી.

બળદેવભાઈ પટેલ