शोधकर्ताओं ने प्रकाश का उपयोग करके अभूतपूर्व सटीकता के साथ जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करने के लिए एक नई विधि विकसित की है। नेचर केमिस्ट्री में प्रकाशित इस प्रगति में, एक डीएनए जी-क्वाड्रुप्लेक्स [gee-quad-ru-plex] को लक्षित करने वाला प्रतिवर्ती प्रकाश स्विच पेश किया गया है। यह आणविक नवाचार गतिशील, गैर-आक्रामक जीन विनियमन प्रौद्योगिकियों को जन्म दे सकता है।
यह शोध जी-क्वाड्रुप्लेक्स (जी4) डीएनए संरचनाओं पर केंद्रित है, जो जीनोम के भीतर गुआनिन-समृद्ध अनुक्रमों में पाई जाने वाली अद्वितीय चार-स्ट्रैंड वाली संरचनाएं हैं। जी4 प्रतिलेखन और प्रतिकृति जैसी प्रमुख सेलुलर प्रक्रियाओं में शामिल हैं। वैज्ञानिकों ने एक प्रकाश-स्विच करने योग्य अणु डिजाइन किया है जो चुनिंदा रूप से इन जी4 संरचनाओं से बंधता है।
यह प्रकाश स्विच प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य के जवाब में जी4 के अनुरूपण को संशोधित करता है। यह जीन अभिव्यक्ति पर स्थानिक और लौकिक नियंत्रण की अनुमति देता है। शोधकर्ता उपयुक्त रंग का प्रकाश डालकर जीवित कोशिकाओं में जीन गतिविधि को प्रभावी ढंग से 'चालू' या 'बंद' कर सकते हैं।
प्रकाश स्विच एज़ोबेंजीन [azo-ben-zene] डेरिवेटिव पर आधारित है, जो अणु अपने प्रकाश-प्रेरित प्रतिवर्ती आइसोमेराइजेशन के लिए जाने जाते हैं। टीम ने जी4 डीएनए के लिए बंधन आत्मीयता और विशिष्टता सुनिश्चित करने के लिए रासायनिक ढांचे को अनुकूलित किया। दृश्य श्रेणी में प्रकाश तरंग दैर्ध्य कोशिकाओं को महत्वपूर्ण फोटोडैमेज किए बिना संरचनात्मक परिवर्तन को प्रेरित करती हैं।
प्रायोगिक सत्यापन से पता चला कि एक प्रकाश तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण जी4 संरचना को स्थिर करता है, प्रतिलेखन कारक बंधन को बाधित करता है और लक्ष्य जीन अभिव्यक्ति को कम करता है। इसके विपरीत, एक वैकल्पिक तरंग दैर्ध्य के संपर्क में आने से प्रकाश स्विच आइसोमेराइजेशन प्रेरित होता है, जी4 अनुरूपण को आराम मिलता है और जीन प्रतिलेखन बहाल होता है। यह दोहरी-तरंग दैर्ध्य नियंत्रण सटीक जीन विनियमन की अनुमति देता है।
दूर से और उत्क्रमणीय रूप से विशिष्ट जीन को संशोधित करने की क्षमता अगली पीढ़ी के जीन थेरेपी विकसित करने का वादा करती है। रोग से जुड़े जीन को लक्षित किया जा सकता है और आवश्यकता पड़ने पर शांत किया जा सकता है और रोगी की स्थिति विकसित होने पर फिर से सक्रिय किया जा सकता है। यह बाहरी रूप से लागू प्रकाश दालों के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।
टीम ने लाल और निकट-अवरक्त प्रकाश के प्रति संवेदनशील प्रकाश स्विच को इंजीनियर किया, जो तरंग दैर्ध्य ऊतकों में गहराई तक प्रवेश करते हैं। व्यापक विषाक्तता परीक्षणों ने पुष्टि की कि प्रकाश स्विच यौगिक और उनके प्रकाश सक्रियण चक्र कोशिका विषाक्तता या जीनोमिक अस्थिरता को प्रेरित नहीं करते हैं। यह सुनिश्चित करता है कि सिस्टम का उपयोग प्रयोगात्मक और नैदानिक सेटिंग में सुरक्षित रूप से किया जा सकता है।
मॉड्यूलर डिज़ाइन रणनीति प्रकाश स्विच के आगे कार्यात्मककरण और ट्यूनिंग की सुविधा प्रदान करती है। भविष्य के पुनरावृत्तियों में लक्षित लिगैंड या फ्लोरोसेंट रिपोर्टर शामिल हो सकते हैं। लेखकों का मानना है कि इस तकनीक को उन्नत आनुवंशिक मॉड्यूलेशन के लिए मौजूदा ऑप्टोजेनेटिक और नैनो टेक्नोलॉजिकल दृष्टिकोणों के साथ एकीकृत किया जा रहा है।