जिन र डीएनएले कसरी आफ्नो प्रतिलिपि बनाउँछन्?

“हामीले यो भुलेका छैनौँ कि हामीले देखाएको डीएनएको दुई त्यान्द्राको डबल हेलिकल जोडाइको आधारमा जेनेटीक पदार्थले प्रतिलिपि बनाउन सम्भव हुन सक्छ”- वाट्सन र क्रिक, नेचर, १९५३ 

डीएनएको संरचना पत्ता लागेपछि शुरू भएका अनुसन्धान
बिसौँ शताब्दीको शुरूवातका दशकमा आनुवंशिक/जेनेटीक सूचनाहरू प्रोटिनले सञ्चय गर्छ भन्ने धेरैलाई लाग्थ्यो। हुन पनि शरीरमा अनेकौँ जटिल कार्यहरू गर्ने भिन्नभिन्न स्वरूपका धेरै थरी प्रोटिन हुन्छन्। त्यो समय, कोषको केन्द्रमा पाइने डीएनएजस्तो सामान्य अणुले जेनेटीक सूचना राख्न सक्छ भनेर कसैले पनि सोचेका थिएनन्। सन् १९५२ मा मार्था चेस र अल्फ्रेड हर्सीले ब्याक्टेरियालाई संक्रमण गर्ने टी ब्याक्टेरियोफेज भाइरसमा गरेको अनुसन्धान पछि मात्रै प्रोटिनले नभई डीएनएले जेनेटीक सूचना सञ्चय गर्छ भनेर ठोस प्रमाण आएको हो।

सन् १९५३ को मार्चमा वाट्सन र क्रिकले डीएनएको संरचनाको पूर्ण मोडल बनाए। अर्को महिना  'मलिकुलर सट्रक्चर अफ न्युक्लिक एसिड' भनेर डीएनए संरचनाबारे उनीहरूको पेपर नै नेचरमा जर्नलमा आइसकेको थियो। डीएनएको दुई त्यान्द्रे डबल-हेलिक्स संरचना हुन्छ भनेर देखाएका उनीहरूले शुरूको त्यही भनाइसाथ पेपर टुंग्याएका थिए। यसै विषय पढेको मलाई डीएनएको संरचना कस्तो हुन्छ भन्दा पनि डीएनएले कसरी आफ्नो प्रतिलिपि बनाउँछ भनेर थाहा पाउनु बढी महत्त्वपूर्ण लाग्छ।

मार्था र हर्सीले जेनेटीक सूचना र 'जिन' डीएनएमा हुन्छ भनेर प्रमाण दिएका थिए। वाट्सन र क्रिकले डीएनएको संरचना यस्तो हुन्छ भनेर देखाइदिए। मेन्डलको अमूर्त जिनले त्यसपछि डीएनएमा ठेगाना पाएको थियो। डीएनएले आफ्नो प्रतिलिपि कसरी बनाउँछ (डीएनए रेप्लिकेसन) भनेर खोजी त्यसपछि शुरू भयो।  सन् १९५३ देखि १९५७ मा प्रतिलिपि बन्ने प्रक्रियाको प्रमाण आउनुअघि भिन्नभिन्न मोडलहरू आएका थिए।

डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने प्रक्रिया सुझाउने प्रथम दुई व्यक्ति वाट्सन-क्रिक नै हुन्। सन् १९५३ को मे महिनामा नेचरमा उनीहरूको अर्को पेपर आएको थियो, 'जेनेटीक इम्प्लिकेसन अफ द स्ट्रक्चर अफ डियोक्सी राइबो न्युक्लिक एसिड (डीएनए)'।

उनीहरू आफैले दुई महिनाअघि देखाएको डीएनएको संरचनाको व्याख्या गर्दै त्यसैको आधारमा कसरी डीएनएले आफ्नो प्रतिलिपि बनाउन सक्छ भनेर भनेर मोडल बनाएर देखाए। उनीहरूको दिएको 'डीएनए रेप्लिकेसनको सेमिकन्जरभेटिभ मोडल' नै पछि गएर सत्य पनि साबित भयो। उनीहरूको मोडल अनुसार, नयाँ बन्ने डीएनएमा, आधा भाग (एक त्यान्द्रा) पुरानो रहन्छ भने त्यसैको पूरक बनेर अर्को आधा नयाँ (नयाँ त्यान्द्रा) भाग बन्छ।

(डीएनए शृंखलाको अघिल्लो लेख: रोजालिन्ड फ्रांकलिन: डीएनएको खोजीमा भुलिएका योगदान) 

उनीहरूले दिएको मोडलले काम गर्न, दुई त्यान्द्राको घुमाउरो डीएनएको संरचना कुनै किसिमले खुल्नुपर्छ। डीएनएको प्रतिलिपि बन्न, शुरूमा जेलिएर बसेका ती त्यान्द्रालाई खुलाउने काम हेलिकेज इन्जाइमले गर्छ। हेलिकेज इन्जाइम र त्यसको काम के हो भनेर पत्ता लागिसकेको समयमा, डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने अरू रोचक मोडलहरू पनि आएका थिए। डीएनएको प्रतिलिपि यसरी बन्छ भनेर ठोस प्रमाण आउनचाहिँ सन् १९५७ मा मैथ्यु मेसेलसन र फ्र्याङ्कलिन स्टाहललाई पर्खनु परेको थियो।

यस लेखमा डीएनएले के प्रक्रियाले र कारणहरूले गर्दा जस्ताको तस्तै नयाँ प्रतिलिपि बनाउँछ भनेर चर्चा गर्ने जमर्को गरेको छु। डीएनएले प्रतिलिपि कसरी बनाउँछ भनेर बुझ्न भएका अनुसन्धानहरू पनि जोड्ने प्रयास गर्नेछु। डीएनए प्रतिलिपि बनाउने क्रममा गल्तीहरू पनि हुन सक्छ, गल्ती भयो भने त्यसको असर के हुन्छ त? मैले बुझेको आधारमा केही बुझाउन खोजेको छु।

‘जिन’ र ‘एलि’: मेन्डलले केराउका बिरुवामा गरेका अनुसन्धान
डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने प्रक्रियाबारे बुझ्नभन्दा पहिले वंशाणुगत जानकारीहरू राख्ने इकाई, 'जिन' लाई चिन्न पर्छ। जिनको खोजी गर्दैगर्दा पुग्नुपर्छ, सन् १८५७ को हंगेरीका एक जना पादरी ग्रेगर मेन्डल र उनले मटर (केराउ) का बिरुवाहरूमा गरेका अनुसन्धानसम्म।

'जेनेटीक्सका पिता' भनेर चिनिने मेन्डलले मटरको बिरुवाहरूका केही विशेष गुणहरू छानेर तिनीहरू कसरी नयाँ पुस्तामा जान्छन् भनेर झन्डै सात वर्ष लगाएर अध्ययन गरेका थिए। उनका अध्ययनले नयाँ जन्मने मटरका बिरुवाहरू र त्यसपछिका पुस्ताहरूमा 'वंशाणुगत/हेरीडेटरी गुणहरू' निश्चित नियममा बाँधिएर एक पुस्ताबाट अर्को पुस्तामा जान्छ भनेर देखाएको थियो। सामान्यझैँ लाग्ने मेन्डलको अनुसन्धानकै आधारमा हरेक जिन बन्न दुई वटा 'एलि' चाहिन्छ भनेर थाहा भएको हो। त्यस्तै, यौनिक प्रजनन गर्ने सबै प्रजातिमा एउटा एलि ‘बुवा’ र अर्को एलि ‘आमा’बाट आएर एउटा पूर्ण जिन बनेको हुनपर्छ भनेर पनि मेन्डलका अध्ययनहरूले नै देखाएको हो।

जिन बनाउने यी एलिहरू प्रभावशाली/डोमीनेन्ट र अप्रभावसाली/रिसेसिभ रूपमा रहेका हुन्छन्।। प्रभावशाली एलिले अप्रभावसाली एलिलाई दबाएर राखेको हुन्छ। अर्थात् प्रभावशाली र अप्रभावसाली एलि मिलेर कुनै जिन बनेको छ भने प्रभावशाली एलिको निर्देशन अनुसार त्यो जिनले काम गर्छ।

मेन्डलले आफ्ना प्रयोगहरूमा, मटरकोसाको रङ एउटा जिनले निर्धारण गरेको हुन्छ भनेर मानेका थिए। उनले शुद्ध हरियो र पहेँले मटरकोसा फलाउने ‘शुद्ध’ बिरुवाहरू बनाउन धेरै पटक तिनीहरूलाई स्व-परागण गराएका थिए। मेन्डलले लगातारको परागणपछि बनेका हरियो र पहेँलो मटरकोसा फलाउने ‘शुद्ध’ बिरुवामा रङ निर्धारण गर्ने जिन क्रमशः  हरियो-हरियो  र पहेँलो-पहेँलो दुई एलि मिलेर बनेको हुन्छ। 

मेन्डलले मटरकोसाको हरियो र पहेँलो रङलाई क्रमशः ‘प्रभावशाली हरियो’ र ‘अप्रभावशाली पहेँलो’ एलि भनेर मानेका थिए। प्रभावशाली-अप्रभावशाली जिनको नियमअनुसार, दुईवटा एलि नै हरियो या एउटा एलि हरियो र अर्को पहेँलो भएपनि हरियो रङको मटरकोसा बन्ने भयो भने पहेँलो मटरकोसा बन्नको लागि दुईवटै एलि पहेँलो हुनुपर्छ। 

मेन्डलले ‘शुद्ध’ बोटहरूमा परागण गर्दा  उम्रिएका नयाँ बिरुवाले पहिलो पुस्तामा हरियो मटरकोसा मात्रै फलाए। पहिलो पुस्ताका सबै नयाँ बिरुवाहरूमा हरियो र पहेँलो दुवै एलिबाट बनेको जिन (हरियो-पहेँलो) भएका बिरुबाहरू जन्मिएका थिए। हरियो-पहेँलो दुवै एलि भएका बिरूवाहरूको परागण पछि दोस्रो पुस्तामा भने केही पहेँलो मटरकोसा  भएका केराउका बिरुवाहरू पनि उम्रिए। दोस्रो पुस्ताका हरेक चार बिरुवामा एलिहरूको समीकरण यस्तो हुन्छ: एउटा- हरियो-हरियो, दुई वटा- हरियो-पहेँलो र चौथो- पहेँलो-पहेँलो । 

मेन्डलको नियमहरू अनुसार प्रभावशाली (हरियो) एलिले अप्रभावसाली (पहेँलो) एलिलाई दबाएर राख्ने गर्छ। अर्थात, नयाँ उम्रने हरेक चार बिरुवामध्ये तीन वटाले हरियो मटरकोसा फलाउने भए। चौथो, पहेँलो-पहेँलो अप्रभावसाली एलिमात्रै भएको बिरुवाले भने पहेँलो रङको मटरकोसा फलाउने भयो।

मेन्डलले डीएनए र क्रोमोजोमबारे केही थाहा नहुँदै दिएको आनुवंशिकता/हेरिडिटीका नियमहरू हामी 'मेन्डलका नियमहरू' भनेर अझै पढिरहेका छौँ। प्रभावशाली र अप्रभावसाली जिनहरू बारेको उनको बुझाइ अझै पनि सान्दर्भिक छ। बेलायतकी रानी भिक्टोरियाको कारण युरोपका राजदरबारहरूमा पुगेको 'हेमोफिलीया' मेन्डलका नियमहरू अनुसार नै फैलिएको थियो। 'शाही रोग' (रोयल डिजिज) भनेर चिनिने हेमोफिलियाको प्रसङ्ग  अन्त्यतिर जोड्ने छु। 

सन् १८६५ मा ब्रुन नेचुरल हिस्ट्री सोसाइटीमा आफ्ना अनुसन्धानहरू प्रस्तुत गरेका उनलाई कसैले प्रश्न गरेनन्। त्यो बैठकको कार्य विवरणमा जीव-विज्ञानको इतिहासकै सबैभन्दा नमिठो टिपोट लेखिएको थियो, “आज पादरी मेन्डलले मटरका बिरुवामा ७ वर्ष लगाएर गरेको अनुसन्धान प्रस्तुत गर्नुभएको थियो। कसैले केही टिप्पणी र प्रश्न नगरेकाले हामी अगाडी बढ्यौँ।” मेन्डलको प्रयोगहरूबारे अर्को वर्ष त्यही सोसाइटीको जर्नलमा पेपर छापिएको थियो, 'बिरुवाको वर्णशंकरमा गरिएका प्रयोगहरू'।

जिन र क्रोमोजोम: मेन्डलको पुनर्जन्म र क्रोमोजोमको आविष्कार
मेन्डललाई उन्नाइसौँ शताब्दीसम्म बेवास्ता गरेर नै सकियो। 'मेन्डलका नियमहरू' र उनले गरेका अनुसन्धानबारे झन्डै ३५ वर्षसम्म कसैले पढेनन्। सन् १९०० मा तीन वैज्ञानिकहरू; ह्युगो डे भ्रीस, कार्ल कोरेन्स र एरिक फोन चेरमक; आफू-आफूले मेन्डलकै झैं प्रयोगहरू गरेर हेरीडिटीबारे नयाँ धारणाको पेपर छपाउन लाग्दा मेन्डलको त्यही पेपर भेटाएका थिए। उनीहरूले नै, आफूले गरेका प्रयोगहरू हंगेरीका एकजना पादरीले ३५ वर्ष अघि नै गरिसकेको रहेछन भेनर सबैलाई जानकारी गराएका थिए। त्यसपछि, बल्ल आजभोलि चिन्नेजस्तै 'जेनेटीक्सका पिता' भनेर मेन्डललाई चिनिन थालिएको थियो। 

ब्रुन नेचुरल हिस्ट्री सोसाइटीको बैठकपछि विज्ञान र विज्ञानका प्रयोगहरूलाई चटक्कै छाडेका मेन्डल भने सन् १८८७ मै बितिसकेका थिए। वाल्टर फ्लेमिङले १८७९ मा पत्ता लगाएको क्रोमोजोमबारे मेन्डलले सुनेका थिए कि?

मेन्डलले बिसौँ शताब्दीको शुरूवातमा 'पुनर्जन्म' लिँदै गर्दा, मेन्डलको हेरिडिटीका नियमहरू क्रोमोजोममार्फत बुझ्न सकिन्छ भनेर अरू वैज्ञानिकहरूले देखाउन/प्रस्ट पार्न थालेका थिए। फ्लेमिङले कोषको केन्द्रमा पाइने केही मसिना त्यान्द्राहरू कोष विभाजन हुँदा छुट्टिएर प्रतिलिपि बनी दुवै कोषमा जान्छन् भनेर देखेका रहेछन्। माइक्रोस्कोपमा हेर्दा धागोको त्यान्द्रामा मसिना थोप्लाहरू जस्तै देखिने यी इकाइलाई क्रोमोजोम भनेर नाम चाहिँ १८८८ मा जर्मन वैज्ञानिक हेइनरिच् विल्हेल्म वाल्डेयरले दिएका थिए।

सन् १९०० मा जर्मनीका थियोडर बोभेरीले, सी-अर्चीनमा गरेका प्रयोगहरूबाट, क्रोमोजोममा जिन हुन सक्छ भनेर पहिलो पटक संकेत गरेका थिए। अर्को वर्ष, अमेरिकी वाल्टर सुटोनले क्रोमोजोम जोडा-जोडा बनेर आउँछ र क्रोमोजोममार्फत मेन्डलको जिन र एलिलाई बुझ्न सकिन्छ भनेर फट्याङ्ग्राहरूमा गरेको प्रयोगहरूमार्फत देखाएका थिए। 

यी दुईले गरेका अनुसन्धानहरूले क्रोमोजोमहरू नै वंशाणुगत इकाइका बाहक या जिनहरू रहने ठाउँ हो भनेर पहिलो पटक थाहा भयो। क्रोमोजोमहरूका भिन्न-भिन्न ठाउँले भिन्नभिन्न वंशाणुगत सूचनाहरू राखेका हुन्छन भनेर पनि उनीहरूले नै पहिलोपटक देखाएका थिए।

क्रोमोजोम र जिन:  प्रोटिन या डीएनएको अस्पष्टता
सन् १८६९ मा नै फ्रेडरिक मिस्चरले 'न्युक्लिन' पत्ता लगाएका थिए। मिस्चरका विद्यार्थी रिचार्ड अल्टम्यानले क्रोममोजोममा मात्रै पाइने न्युक्लिनलाई 'न्युक्लिक एसिड' भनेर १८८९ मा नयाँ 'न्वारन' गरिदिएका, न्युक्लिक एसिड डीएनए बन्न अझै धेरै दशक बाँकी थियो र क्रोमोजोममा डीएनए मात्रै  हुँदैन।

हरेक क्रोमोजोममा डीएनएको डबल हेलिक्सलाई वरिपरिबाट घेरेर राख्ने हिस्टोन भनिने चार-थरीका प्रोटिन हुन्छन्। लामो डबल हेलिकल डीएनएलाई खुम्चाएर छोटो क्रोमोजोमभित्र अटाउन सक्ने बनाउने पनि हिस्टोनले गर्दा नै हो।एक हिसाबले हेर्ने हो भने, हिस्टोन प्रोटिनहरूले बाहिरी खोल बनेर डीएनएलाई बचाएर राखेका हुन्छन्। हिस्टोनबाहेक पनि, क्रोमोजोममा डीएनएको प्रतिलिपि बनाउने, डीएनएबाट आरएनए बनाउने,हिस्टोनहरूलाई नियमन गर्ने आदि अरू धेरै प्रोटिनहरू पनि हुन्छन्। 

हाम्रो शरीरमा भएको सबै (वंशाणुगत) डीएनए ४६ वटा क्रोमोजममा बाँडिएर बसेको हुन्छ। सबैमा २३ वटा क्रोमोजोम बुवा र २३ वटा क्रोमोजोम आमाबाट आएको हुन्छ। बाइस वटा क्रोमोजोम महिला पुरुष दुबैमा एउटै/उस्तै हुन्छ र बाइस जोडा क्रोमोजम बनेर बसेका हुन्छन्।। महिला-पुरुष लिंग निर्धारण गर्ने तेइसौँ क्रोमोजोमलाई सेक्स क्रोमोजोम भनिन्छ। यिनको जोडा अलिकति फरक तरिकाले बनेको हुन्छ: महिलामा एक्स-एक्स क्रोमोजोमको जोडा हुन्छ (एक्स-एक्स) भने पुरुषमा एउटा एक्स र अर्को झुन्डिएको छोटो वाइ क्रोमोजोम (एक्स-वाइ) हुन्छ। 

क्रोमोजोममा डीएनएभन्दा धेरै बढी त प्रोटिनहरू भेटिन्छन्।प्रोटिनहरू डीएनएभन्दा प्रशस्त, ठूला र जटिल संरचना भएका हुन्छन्। मेन्डलको एलिलाई त क्रोमोजोमहरूको यो जोडाबाट  त मेन्डलले एली भनेर बुझेका रहेछन। हरेक जीन बन्नको लागि एलि/क्रोमोजोम एक-एक प्रती बुवा-आमा बाट आउन पर्छ र क्रोमोजोम पनि त्यसरि नै बाँडिएर जान्छन भनेर पनि बुझिएको थियो। तर, क्रोमोजोमको, डीएनए या प्रोटिन, कुन अणुले जेनेटीक सुचना संचय गर्छ भनेर अझै पनि अनभिज्ञता थियो। 

प्रोटिन या डीएनए: जिनले डीएनएमा पाएको ठेगाना
सन् १९५२ मा मार्था र हर्सीले गरेका अनुसन्धानहरूले मात्रै प्रोटिनले नभई डीएनएले जेनेटीक सुचना तथा जानकारी राख्ने भर्छ भनेर प्रमाणित गरि देखाएका थिए। 

सन् १९२८ मा, फ्रेडरीक ग्रिफतले मुसाहरूमा गरेको प्रयोगहरूका आधारमा डीएनएले जेनेटीक सूचना बोकेको हुन्छ कि भनेर पहिलो पटक शंका गरेका थिए। मुसामा निमोनिया लगाउने  एक प्रकारको घातक र अर्का निष्क्रिय ब्याक्टेरियाहरूमा उनले आफ्ना प्रयोगहरू गरेका थिए। ‘जीवित निष्क्रिय’ र ‘मृत घातक’ ब्याक्टेरियालाई एकै ठाउँमा राख्दा मृत घातक ब्याक्टेरियाबाट कुनै 'रहस्यमय पदार्थ' निष्क्रिय ब्याक्टेरियामा गएर तिनीहरूलाई पनि घातक बनाइदिएको थियो। ग्रिफिथले यस प्रक्रियालाई 'रूपान्तरण' नाम दिए तर  के कारणले रूपान्तरण हुन्छ  भनेर खुलाउनचाहिँ सकेका थिएनन्।

ओस्वाल्ड अभेरी, ग्रिफितको रूपान्तरणबारे पढेर डीएनएको अनुसन्धनमा जोडिएका थिए। अभेरीले ग्रिफितको रूपान्तरण के कारणले भएको हो भनेर खोजी गर्नलाई ब्याक्टेरियाका मुख्य अणुहरू (कार्बोहाइड्रेट,प्रोटिन,फ्याट,डीएनए र आरएनए) विघटन गर्ने छुट्टाछुट्टै इन्जाइमहरूको प्रयोग गरेका थिए। घातक, रोग लगाउन सक्ने ब्याक्टेरियाको अरू सबै अणु विघटन गर्दा असर परेन। तर,डीएनए विघटन गर्दा रोग लगाउने क्षमता निष्क्रिय ब्याक्टेरियामा जान सकेन। सन् १९४४ मा आफ्ना नतिजाहरू सार्वजनिक गर्दै अभेरीले डीएनएले नै ग्रिफितले भनेको रूपान्तरण गर्ने क्षमता राख्छ भनेर दावी गरेका थिए। 

अभेरीको नतिजाहरूले एरबिन चारगाफ्लाई डीएनएको अनुसन्धानतिर धकेल्यो। तर, अभेरी र ग्रिफितले सोचेको 'रूपान्तरण' गर्ने क्षमता राखेपनि, डीएनएमा नै जिनहरू हुने या डीएनएले नै वंशाणुगत जानकारी राख्ने र अर्को पुस्तामा पुर्याउने गर्छ भनेर धेरैले मानिहालेका थिएनन्।

सन् १९५२ मा मार्था चेस र अल्फ्रेड हर्शीले, ब्याक्टेरियालाई सङ्क्रमण गर्ने टी ब्याक्टेरियोफेज भनिने डीएनए र प्रोटिनबाट मात्रै बनेको भाइरसमा गरेका प्रयोगहरूले मात्रै प्रोटिनले नभई डीएनएले जेनेटीक क्षमता राख्छ भनेर प्रमाणित गरिदिएको थियो। 

मार्था र हर्सीले अनुसन्धानको लागि भाइरसको प्रोटिनमा मात्रै पाइने सल्फर र डीएनएमा पाइने फस्फरसलाई फरक-फरक रेडियोधर्मी पदार्थसँग जोडेका थिए। ब्याक्टेरियामामा संक्रमण गर्ने बेला  टी ब्याक्टेरियोफेज भाइरसको डीएनए, प्रोटिन या दुवै भित्र पसेर नयाँ भाइरस बन्छ भनेर खोज गर्न रेडियोधर्मी सल्फर र फस्फरस ब्याक्टेरियामा कता पुग्छ भनेर खोजी गरेका थिए। 

भाइरसको केन्द्रमा पाइने डीएनए ब्याक्टेरियाको कोषभित्र छिर्‍यो। भाइरसको बाहिरी आवरणमा हुने प्रोटिन ब्याक्टेरियाको बाहिरी झिल्ली बाहिर नै अड्किएर बस्यो। यसैको आधारमा, उनीहरूले डीएनए नै वंशाणुगत पदार्थ भएको निष्कर्ष निकालेका हुन। पछि अरू भाइरसहरूमा पनि त्यसैगरी डीएनए मात्रै ब्याक्टेरियाभित्र जाने नतिजा देखिएपछी, डीएनएनै वंशाणुगत सुचनाको इकाइ हो भनेर अब संदेह रहेको थिएन। 

मार्था र हर्सीको प्रयोगहरूपछि नै वंशाणुगत इकाईहरू अमूर्त 'जिन' बाट क्रोमोजममा पाइने डीएनएको भौतिक संरचनाभित्र हुन्छ भनेर विज्ञान जगतले मान्न थालेको हो। कोष विभाजनको बेला क्रोमोजोमहरू प्रतिलिपि बनाउँछन् भनेर त थाह नै थियो- मार्था र हर्सीको खोजले जेनेटीक अनुसन्धानलाई नयाँ मोड दियो। 

‘अदृश्य जिन'बाट अब  जिन र डीएनएले कसरी आफ्नो प्रतिलिपि बनाउँछन भनेर अनुसन्धानमा बढी केन्द्रित हुन थालेको थियो। यसै बेला चार्गाफ्का नियमहरू र रोजालिन्डको 'फोटो ५१' ले क्रोमोजोम भित्रको डीएनए बारेको बुझाइलाई निकै अगाडी बढाइसकेको थियो। अर्को वर्षको शुरूमै डीएनएको संरचना र प्रतिलिपि बन्ने पद्धति दुवै नै वाट्सन र क्रिकले देखाउन लागेका थिए।

वाट्सन-क्रिक: डीएनएको दुई त्यान्द्रे संरचना र प्रतिलिपि बनाउने सेमिकन्जरभेटिभ मोडल
वाट्सन-क्रिकले सन् १९५३ को अप्रिलमा डीएनए दुई त्यान्द्रे संरचनामा जेलिएर बसेको हुन्छ भनेर डबल हेलिकल मोडलमा देखाए। डीएनएको प्रत्येक त्यान्द्राको भित्रपट्टि नाइट्रोजन बेस, त्योभन्दा बाहिर चीनी र फोस्फेटको मेरुदण्ड हुन्छ। न्युक्लियोटाइडको दोहरिइरहने श्रृंखलाबाट बनेका यी दुई त्यान्द्राहरू उल्टो समानान्तर (एउटा त्यान्द्रा ५’-३’ र अर्को त्यान्द्रा ३’-५’) दिशामा, नाइट्रोजन बेसहरू,एक अर्काको पूरक बनेर, हाइड्रोजन बोन्डमार्फत जोडिएर बसेका हुन्छन्। डीएनएको कुनै डोरी या तार घुमाएजस्तो डबल हेलिक्सको निश्चित नियमहरूमा बसेर दोहोरी रहने संरचना हुन्छ भनेर उनीहरूको १९५३ अप्रिलको पेपर,'मलिकुलर स्ट्रक्चर अफ न्युक्लिक एसीड'मा देखाएका थियो।

अर्को महिना 'नेचर'मा नै  वाट्सन-क्रिकको अर्को पेपर आयो,'जेनेटीक इम्प्लिकेसन अफ द स्ट्रक्चर अफ डियोक्सी राइबो न्युक्लिक एसिड (डीएनए)'। उनीहरूले जेनेटीक इम्पलिकेसनमा आफूले अप्रिलमा दिएको डीएनएको मोडलको विस्तारमा व्याख्या गरेका गर्दै  डीएनएको संरचनाको आधारमा कसरी डीएनए र त्यसमा हुने जिनले आफ्नो प्रतिलिपि बनाउन सक्छ भनेर 'सेमिकन्जरभेटिभ' मोडलमा देखाएका थिए। वाट्सन-क्रिकको सेमिकन्जरभेटिभ मोडल अनुसार डीएनएको दुई वटा त्यान्द्राहरू जसरी मिलेर बसेका हुन्छन्,त्यसरी नै डीएनएले प्रतिलिपि बनाउँदा पुराना त्यान्द्राले नयाँ त्यान्द्राको लागि ढाँचाको रूपमा काम गर्छ। वाट्सन-क्रिकको मोडलले प्रतिलिपि डीएनएमा एउटा त्यान्द्रा नयाँ बन्छ भने अर्को त्यान्द्रा पुरानो नै रहन्छ।

डीएनएको प्रतिलिपि बन्नको लागि सबैभन्दा पहिले कुनै किसिमले दुई त्यान्द्रा जोडेका नाइट्रोजन बेसहरू बीचको हाइड्रोजन बोन्ड टुटेर दुई त्यान्द्रा छुटिनुपर्छ। वाट्सन-क्रिकले डीएनएको डबल हेलिक्स कसरी खुल्छ,अथवा डीएनएको नयाँ त्यान्द्रा कसले बनाउँछ भनेर भन्न सकेका थिएनन्।

डीएनएको प्रतिलिपि: प्रतिलिपि बन्ने प्रक्रियाबारे आएका भिन्न-भिन्न मोडल र प्रमाण
जेनेटीक इम्प्लिकेसन अन्त्य गर्दा, वाट्सन-क्रिकले प्रोटिनबाट बनेको इन्जाइमहरूले डीएनएलाई खोल्न, नयाँ न्युक्लियोटाइड बनाउन र थप्नलाई सहयोग गर्न सक्छ कि भनेर शंका गरेका थिए।

उनीहरूले दिएको 'सेमिकन्जरभेटिभ' मोडल धेरैले मानेका थिए त्यो बेला। केही शंका गर्ने वैज्ञानिकहरू थिए, जसले डीएनएको जेलिएको संरचना खुल्ने-बन्द हुने गरिरहन सम्भव हुँदैन भन्ने ठान्थे। डीएनए हेलिकेज निकैपछि (१९७०) मात्रै पत्ता लाग्यो, डीएनए पोलिमरेज पत्ता लाग्न पनि १९५६ सम्म कुर्न परेको थियो। डीएनए पोलिमरेजले एउटा दिशा (५’-३’) मा मात्रै नयाँ न्युक्लियोटाइड बनाउने सक्ने भएकोले असमन्जस्यता अरू पनि थपिएका थिए।

यस्तै शंका गर्ने वैज्ञानिक थिए म्याक्स डेलब्रुक, जसले डीएनए प्रतिलिपि बन्ने दुई वटा छुट्टाछुट्टै मोडल दिएका थिए। उनले सन् १९५३ मा दिएको पहिलो मोडललाई 'कन्जरभेटिभ' मोडल भनिन्छ।

डिएनले प्रतिलिपि बनाउनको लागि डबल हेलिक्समा नजेलिएको अर्को तेस्रो त्यान्द्रा बनाउँछ। त्यसैको आधारमा पुरानो कोषमा पुरानै डीएनए रहन्छ भने नयाँ कोषमा दुवै त्यान्द्रा नयाँ भएको डीएनए जान्छ भनेर डेलब्रुकको मोडलले देखाएको थियो। सन् १९५३ को अन्त्यमा वाट्सनको लेक्चर सुनेर यो मोडलबारे काम गर्न छाडेका उनले सन् १९५४ मा अर्को 'डिस्परसिभ' मोडल निकालेका थिए।

डीएनए कसैगरी पनि छुट्टिन सक्दैन भनेर अड्डी कसेर बसेका उनले डिस्परसिभ मोडलमा नयाँ डीएनएको साना साना टुक्राहरू जोडिएर बन्छ भन्ने देखाएका थिए। डीएनएको प्रत्येक डबल हेलिक्स (१० वटा न्युक्लियोटाइडको चक्र) लाई बीचमा छुट्यायो भने डीएनएका त्यान्द्राहरू नजेलिने हुन्छ भनेर देखाउन खोजेका थिए। यसरी बन्ने डीएनएको त्यान्द्राहरूमा नयाँ पुरानो दुबैका भागहरू मिसिएको भएर त्यसैगरी नाम दिइएको थियो।

डेलब्रुकले भिन्नभिन्न सिद्धान्तहरू ल्याइरहेका थिए। वाट्सन्-क्रिकले सोचेका इन्जाइमहरू अझै पनि पत्ता लागिसकेका थिएनन्। वाट्सन आफैलाई आफ्ना मोडलहरू माथि शंका लाग्न थालेको रहेछ। सन् १९५४ मा अमेरिकाको क्यालटेक आइपुगेका वाट्सनले त्यहाँ प्रतिलिपि बनाउने न्युक्लियोटाइड बेसहरू बाहिर भएको थप तीन वटा मोडलहरू बनाएका थिए भन्ने सुनिन्छ।

सन् १९५३ मा वाट्सन र क्रिकले डीएनएको डबल-हेलिक्स संरचना प्रस्ताव गर्दैगर्दा डीएनएले आफ्नो प्रतिलिपि कसरी बनाउँछ भनेर लेखेका थिए, “डीएनएले आआफ्नो प्रतिलिपि बनाउँदै गर्दा, नयाँ बन्ने प्रत्येक अणुमा एक पुरानो र एक नयाँ त्यान्द्रा हुन्छ।”

वाट्सन-क्रिकको यो परिकल्पनालाई सन् १९५८ मा दुई अमेरिकी वैज्ञानिक, म्याथ्यु मेसेलसन र फ्र्याङ्कलिन स्टाहलले प्रयोगद्वारा प्रमाणित गरे। उनीहरूको अनुसन्धानको लागि आर्थिक सहयोग उनै डेलब्रुकले गरेका थिए। डीएनएको प्रतिलिपिबारे निस्केका तीन मोडलहरूको नाम पनि खासमा मेसलस्न र स्टाहलले नै दिएका हुन्।

मेसलस्न र स्टाहलले ई. कोली ब्याक्टेरियालाई भारी१६ नाइट्रोजनको माध्यममा धेरै सन्ततिसम्म हुर्काए। उनीहरूले भारी१६ नाइट्रोजनमा हुर्किएका र डीएनएमा भारी१६ नाइट्रोजन भएका ती ब्याक्टेरियालाई पछि हल्का१४ नाइट्रोजन भएको माध्यम प्रयोग गरी हुर्काउन थालेका थिए। ब्याक्टेरियाको पहिलो नयाँ पुस्ताका सबै डीएनए मध्यम घनत्वका (हल्का१४ र भारी१६ बीचमा) भएको नतिजाले देखायो। दोस्रो पुस्तामा दुई तहमा बाँडिएर गएको थियो- एक हल्का र एक मध्यम।

मेसलस्न र स्टाहलले यो नतिजाले अब स्पष्ट रूपमा डीएनएको प्रतिलिपि सेमी-कनजरभेटिभ मोडेल अनुसार नै बन्छ भन्ने प्रमाणित गरेको थियो। डीएनएको सेमी-कनजरभेटिभ मोडलको आधुनिक जेनेटीक अध्ययनको ढोका खोलेको त थियो, डीएनए कसरी विभाजन हुन्छ भनेर यकिन हुन अरू कहीँ वर्ष कुर्न परेको थियो।

डीएनएको प्रतिलिपि: प्रमुख र सहायक त्यान्द्रामा छुट्टा-छुट्टै प्रक्रियाबाट डीएनएको नयाँ त्यान्द्रा बन्छ
डीएनएको प्रतिलिपि बन्न सबैभन्दा पहिले त डीएनएको डबल-हेलिक्स खुल्नुपर्छ। डीएनए प्रतिलिपि बनाउने प्रक्रियाको शुरूमा हेलिकेज इन्जाइम आएर जोडिन्छ। हेलिकेजले नाइट्रोजन बेसहरू बीचको हाइड्रोजन बोन्डलाई खुलाएर डीएनएका दुई वटा त्यान्द्रालाई छुट्टाएर 'रेप्लिकेसन फोर्क' बनाएपछि  प्रतिलिपि बनाउने प्रक्रिया शुरू हुन्छ।

डीएनएको त्यान्द्राहरू छुट्टिने बित्तिक्कै दुई वटा समस्या आउँछ। दुई वटा त्यान्द्रा जेलिएर बनेको डोरीलाई बीचबाट कसैले दुई वटा त्यान्द्रा छुटाउन खोज्यो भने विपरीत दिशाबाट डोरीले त्यसो हुन नदिन बल गर्छ नि, होइन? रेप्लिकेसन फोर्कको विपरीत दिशाबाट डीएनएले गर्ने त्यस्तै प्रयासलाई शिथील डीएनए टोपोआईसोमरेज इन्जाइमले बनाइदिन्छ।

छुट्टिएका त्यान्द्राहरू फेरि जोडिन खोज्दा अर्को समस्या आउँछ। हेलिकेज इन्जाइमले छुट्टाएका त्यान्द्राहरू फेरी हाइड्रोजन बोन्डले जोडिन खोजी हाल्छन्। छुट्टिएका त्यान्द्राहरूलाई फेरि जोडिन नदिई त्यही अवस्थामा राखिराख्ने काम एस-एस-बी (सिङगल स्ट्रान्ड बाइन्डीङ) प्रोटिनले गर्छन्। 

हेलिकेजले यसरी डबल हेलिक्स छुट्टाउने क्रम चलिरहँदा रेप्लिकेसन फोर्क पनि बढ्दै जान्छ। हेलिकेजले छुट्टाएका त्यान्द्राहरूले ढाँचा बनेर, डीएनएको प्रतिलिपि बनाउने प्रक्रिया शुरू हुन्छ। छुट्टिएर बसेका डीएनएका त्यान्द्राहरू जसरी एउटा ५’-३’ र अर्को ३’-५’ को दिशामा बसेका हुन्छन्, तिनको ढाँचामा न्युक्लियोटाइड थपिँदै जाँदा, नयाँ बन्ने डीएनएको त्यान्द्रा त्यसैगरी नै क्रमशः ३’-५’ र ५’-३’ को दिशामा बन्न पर्छ।

डीएनएको नयाँ त्यान्द्रा बनाउने इन्जाइम,डीएनए पोलिमरेज-३ ले नयाँ त्यान्द्रामा ५’-३’ को दिशामा मात्रै न्युक्लियोटाइड जोड्न सक्छ। त्यसैको आधारमा डीएनएका पुराना त्यान्द्रालाई प्रमुख/लिडिङ (३’-५’) र सहायक/ल्यागिङ (५’-३’) त्यान्द्रा भनेर चिनिन्छ। प्रमुख त्यान्द्रामा डीएनएको प्रतिलिपि निरन्तर बन्न सक्छ भने सहायक त्यान्द्रामा रोकिँदै शुरू गर्दै बन्नपर्ने हुन्छ।

प्रमुख र सहायक दुवै त्यान्द्रामा नयाँ डीएनए बन्न शुरू गर्दा, सबैभन्दा पहिले आरएनएको सानो टुक्रा (आरएनए प्राइमर) आएर जोडिनुपर्छ। डीएनए हेलिकेजले खोलेको पुराना डीएनएले ढाँचाको पुरक आरएनए प्राइमर इन्जाइमले पूरक आरएनएको साना टुक्रा ल्याएर जोडिदिने काम आरएनए प्राइमेजले गर्छ। आरएनए प्राइमर जोडिएपछि, त्यसलाई चिनेर डीएनए पोलीमरेज-१ इन्जाइम आएर जोडिन्छ।

डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने क्रममा दुई थरी डीएनए पोलिमरेज मुख्य हुन्छन्। ‘डीएनए पोलिमरेज-१’ वा ‘आरएनज-एच’ भनिने इन्जाइमले शुरूमा जोडिएका आरएनएका टुक्राहरू हटाउँछ। डीएनएको प्रतिलिपि बनाउन मुख्य भूमिका डीएनए पोलीमरेज-३ ले गर्छ।

प्रमुख त्यान्द्रामा डीएनएको प्रतिलिपि यसरी बन्छ: डीएनएको प्रमुख त्यान्द्रा (३’-५’) मा आरएनएको सानो टुक्रा विपरीत दिशा (५’-३’) मा आएर बस्छ। आरएनएलाई डीएनएको न्युक्लियोटाइडहरूले विस्थापित गरेपछि डीएनए पोलिमरेज-३ जोडिन्छ। डीएनएको प्रमुख त्यान्द्रामा डीएनए पोलिमरेज-३ ले निरन्तर हेलिकेजले खोलिरहेको दिशामा नयाँ दुई-त्यान्द्रे डीएनए बनाइरहन सक्छ। नयाँ त्यान्द्रा बन्नेबित्तिकै एक-त्यान्द्रे हुँदा जोडिएका एस-एस-बी प्रोटिनहरू छुट्टिएर निस्कन्छन्।

डीएनए पोलीमरेज-३ ले ५’-३’को दिशामा मात्रै न्युक्लियोटाइड थप्न सक्छ। सहायक त्यान्द्रामा भने हेलिकेज र प्रमुख त्यान्द्राको विपरीत दिशामा (३’-५’) डीएनए बनाउनु पर्ने भएकाले त्यो प्रक्रिया निरन्तर हुँदैन। 

छोटकरीमा बुझ्दा: हेलिकेज इन्जाइमले रेप्लिकेसन फोर्क खोल्दै गर्दा सहायक त्यान्द्रामा नयाँ आरएनएका टुक्राहरू जोडिँदै जान्छन्। जोडिएका आरएनएका टुक्राहरू थाहा पाएर तिनीहरूलाई हटाउन डीएनए पोलीमरेज-१ जोडिएर आउँछ। डीएनए पोलीमरेज-१ ले आरएनएका टुक्राहरू हटाएपछि डीएनए पोलिमरेज-३ जोडिएर ५’-३’ को दिशामा डीएनएको साना साना टुक्रा बनाउँदै जान्छ। डीएनए पोलिमरेजले नयाँ न्युक्योटाइड भएको डीएनए बनाउन त सक्छ, बनिसकेको डीएनएका टुक्राहरूलाई जोड्न भने सक्दैन। डीएनएका साना साना टुक्राहरूलाई त्यसपछि डीएनए लाइगेज आएर जोडिदिन पर्छ।

डीएनएको सहायक त्यान्द्रामा बनेका तर नजोडिइसकेका यिनै डीएनएका साना टुक्राहरूलाई ओकाजाकी फ्रयागमेन्ट्स भनिएको हो। जापानी वैज्ञानिकहरू सुनेको र रेजी ओकाजाकीले सन् १९६० मा सहायक त्यान्द्रामा डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने यो प्रक्रिया पत्ता लगाएका थिए। त्यसपछि बल्ल वाट्सन-क्रिकले भनेजस्तै सेमिकन्जरभेटिभ मोडलमा डीएनएले कसरी प्रतिलिपि बनाउँछ भनेर पूर्ण रूपमा थाहा भएको थियो।

ब्याक्टेरियामा डीएनए छोटो र गोलो हुन्छ। हेलिकेजले डीएनए एक ठाउँमा खोलिदिएर रेप्लिकेसन फोर्क बनेपछि शुरू भएको डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने प्रक्रिया दुईवटा नयाँ डीएनए र संग-संगै दुईवटा नयाँ ब्याक्टेरिया बनेर टुङ्गिन्छ। हेलिकेज आएर जोडिने ठाउँलाई ओरिजिन अफ रेप्लिनेसन (प्रतिलिपि उत्पत्ति) भनिन्छ र ब्याक्टेरियामा त्यो एउटा मात्रै हुन्छ।

क्रोमोजमको रूपमा खुम्चिएको हाम्रो डीएनएको प्रतिलिपि बन्ने क्रममा भने त्यस्तो ओरिजिन अफ रेप्लिकेसन अथवा ‘रेप्लिकेसन फोर्क’ धरै वटा हुन सक्छन। हेलिकेज इन्जाइमले डीएनए खोलेर बनाएको रेप्लिकेसन फोर्क नयाँ डीएनएसँगै बढ्दै जाँदा अर्को ठाउँबाट शुरू भएको रेप्लिकेसन फोर्कसँग जोडिन्छ। रेप्लिकेसन फोर्कहरू जोडिएसँगै नयाँ बनेको डीएनएको त्यान्द्राका टुक्राहरू पनि जोडिन्छन्। प्रत्येक क्रोमोजोममा हुने यो प्रक्रिया सकिएपछि डीएनएको नयाँ प्रतिलिपि बन्छ। 

डीएनए म्युटेसन: प्रतिलिपि बनाउँदा हुने गल्तीहरू र सच्चाउने संयन्त्र
डीएनए पोलिमरेजले नयाँ न्युक्लियोटाइडहरू जोडेर डीएनएको प्रतिलिपि बनाउँदै गर्दा गल्तीहरू पक्कै हुन्छन्। नयाँ बन्ने डीएनएमा पुरानो त्यान्द्राको ढाँचाअनुसार नयाँ न्युक्लियोटाइड थप्दै जाँदा बेस पेयरिङमा बेमेल भएर यस्ता गल्ती हुने गर्छन्। डीएनएको न्युक्लियोटाइड बेसहरू निश्चित नियममा बाँधिएर बसेका हुन्छन्। पुरानो डीएनएमा न्युक्लियोटाइडको नाइट्रोजन बेस एडीनिन(ए) भए नयाँ बन्दा थाइमिन (टि); अथवा, गुएनाइन(जी) भए साइटोसिन(सी) भएको न्युक्लियोटाइड जोडिन पर्छ। डीएनए पोलीमरेज-३ ले ५’-३’ को दिशामा नयाँ न्युक्लियोटाइडहरू थप्दै जाँदा लगभग दश हजार बेस थपिँदा एउटा गल्ती हुने गर्छ।

डीएनए पोलीमरेज-३ इन्जाइमको आफ्नै भुल सुधार गर्ने संयन्त्र हुन्छ। डीएनए पोलिमरेज ले न्युक्लियोटाइड थप्ने क्रममा बेस पेयरिङ नमिलेर भएका गल्तीहरू धेरै हदसम्म आफै थाह पाउँछ र सुधार गर्न सक्छ। डीएनए पोलिमरेज ले ५’-३’ को दिशामा नयाँ न्युक्लियोटाइड थप्दै गर्दा, त्यसैको भुल सुधार गर्ने संयन्त्र चाहिँ उल्टो (३’-५’) दिशामा काम गरिरहेको हुन्छ। बेस पेयरिङमा गल्ती भए डीएनए पोलिमरेजले नयाँ न्युक्लियोटाइड जोड्न रोक्छ, भएको गल्तीलाई हटाउँछ र फेरि नयाँ न्युक्लियोटाइड थप्न शुरू गर्छ। डीएनए पोलिमरेजको यो भुल सुधार गर्ने क्षमताले गर्दा नै डीएनए प्रतिलिपि बन्दा हुने गल्तीहरू घटेर लगभग १० लाख न्युक्लियोटाइड थपिँदा एउटा मात्रै गल्ती हुने बनाइदिन्छ।

डीएनएको प्रतिलिपि बन्दा बेस पेयरीङ नमिलेर हुने गल्तीहरूलाई सुधार गर्ने अर्को थप संयन्त्र पनि हुन्छ। त्यान्द्राहरूको बेमेललाई मर्मत गर्ने एम-एम-आर (मिस-म्याच रिपयेर) भन्ने अर्कोथरी प्रोटिन हुन्छन्। डीएनए पोलिमरेजले गल्तीहरू सुधार गर्ने क्रममा कहिलेकाहीँ नयाँ बनेको न्युक्लियोटाइड नभएर ढाँचाको पुराना न्युक्लियोटाइड बेसलाई नै गल्ती भनेर चिन्न पनि सक्छ। कहिलेकाहीँ हुने यस्ता गल्तीहरू एउटा मात्रै वा एकभन्दा बढी न्युक्लियोटाइडहरूमा हुन सक्छ। बेसहरू मिलेर नहुने यस्ता बेमेलहरू साधरणतया क्रोमोजोमको टुप्पातिर पुग्दा बढी हुने गरेको देखिन्छ।

एम-एम-आर प्रोटिनहरू त्यस्तै बेमेलहरू खोज्दै बस्छन्, गल्ती भएका न्युक्लियोटाइडहरू हटाउँछन्। खाली भएका ठाउँ डीएनए पोलीमरेजको सहयोगमा सच्चिएर भरिन्छ। एम-एम-आर प्रोटिनले गल्ती सच्चाएपछि अब लगभग एक अर्ब नयाँ बेस थपिँदा एउटा मात्रै गल्ती हुने गर्छ।  

हाम्रो क्रोमोजोमहरूमा भएको सबै डीएनएलाई जोड्ने हो भने हाम्रो हरेक कोषमा झन्डै ३.२ अर्ब न्युक्लियोटाइड बेस लामो डीएनए हुन्छ। यस हिसाबले भन्दा एक पटक कोष विभाजन भएर डीएनएले आफ्नो प्रतिलिपि बनाउँदा जम्मा ~३ वटा जति गल्ती हुन सक्छ।

डीएनएको प्रतिलिपि बन्दा यस्तो गल्तीहरूलाई नै म्युटेसन/उत्परिवर्तन भनिएको हो। हाम्रो उमेर बढ्दै गएपछि अथवा प्रतिकुल वातावरण भए डीएनए प्रतिलिपि बन्दा हुने गल्तीहरू थाहा पाउने र सुधार गर्ने संयन्त्रहरू कमजोर हुँदै जान्छन्। 

डीएनएमा हुने यस्ता म्युटेसन प्रतिलिपि बन्ने क्रममा मात्रै आउँछ भन्ने हुँदैन। बाहिरी कारणहरू- रेडिएसन, कार्सिनोजेन आदीले पनि डीएनएको न्युक्लियोटाइडहरू परिवर्तन गर्न सक्छन्। डीएनएको न्युक्लियोटाइडमा आएका यस्ता परिवर्तनहरू प्रतिलिपि बन्ने क्रममा नयाँ कोषमा सर्दै जान्छ। यदि यस्ता गल्तीहरू, जर्मिनल सेल- शुक्राणु र अण्डामा भयो भने नयाँ पुस्तामा ती गल्तीहरू पनि पुस्तान्तरण भएर जान्छ।

डीएनएले आफ्नो प्रतिलिपि कसरी बनाउँछ भनेर थाहा भएपछि, क्रोमोजोम र डीएनएले बोक्ने जिनहरू कसरी एउटा कोषबाट अर्को कोष वा अर्को पुस्तामा जान सक्छन् भनेर बुझ्न सहज भएको थियो। साधारण भाषामा भन्दा डीएनएबाट आरएनए अनि आरएनएबाट प्रोटिन बन्न र बनाउन सक्ने डीएनएको इकाइलाई नै जिन भनिएको हो।

प्राय: सबै जिनहरूलाई नियमन गर्ने प्रमोटर र इन्हान्सर भन्ने ठाउँहरू डीएनएमा हुन्छन्। यिनीहरू जिनभन्दा धेरै टाढा र धेरै ठूला हुन सक्छन्। जिनभित्र पनि जिनको छोटो भाग 'एक्जोन'बाट आरएनए र त्यसपछि प्रोटिन बन्छ। जिनको अधिकांश भाग 'इन्ट्रोन'ले त्यो प्रक्रियालाई नियमन मात्रै गर्छ। हाम्रो डीएनएमा लगभग जम्मा २ प्रतिशत एक्जोन हुन्छ भने झन्डै २४ प्रतिशत इन्ट्रोन। जिनमा भएको सबै डीएनए प्रोटिन बन्न नसक्ने भएर नै हाम्रो डीएनएबाट बन्ने जम्मा-जम्मी ३०,००० वटा जति प्रोटिनहरू मात्रै छन। शरिरमा भेटीने सबै प्रोटिनलाई जोड्ने हो भने झन्डै १६ लाख एमिनो एसीड वा ४८ लाख न्युक्लियोटाइड बेसहरू मात्रै पुग्छ।

हाम्रो शरीरका सबै जिन डीएनए भए पनि सबै डीएनए भनेको जिन या जिनसँग जोडिएको नै हुन्छ भन्नेचाहिँ होइन। कुनै डीएनए आरएनए मात्रै बनाउन सक्ने पनि हुन्छन जसबाट कहिल्यै प्रोटिन बन्न सक्दैन। केही पनि बनाउन नसक्ने भनेर भनिएको 'नन-कोडिङ डीएनए' पनि हुन्छ। हरेक क्रोमोजमको पुच्छर र टुप्पोमा टेलोमियर भन्ने न्युक्लियोटाइडहरूको दोहोरीरहने संरचना हुन्छ, जसले डीएनए र क्रोमोजोमलाई स्थायित्व प्रदान गर्छ। त्यस्तै, हरेक क्रोमोजोमको मध्यमा सेन्ट्रोमियर हुन्छ, जसले कोष र क्रोमोजोमको विभाजनमा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यिनिहरू आफैले आरएनए या प्रोटिन बनाउन भने सक्दैनन।  

क्रोमोजोमको झन्डै १० प्रतिशत डीएनए त बेस्सरी कस्सिएर, खुम्चिएर काम नलाग्ने भएर बसेको हुन्छ। हेटेरोक्रोमाटीन भनिने यो डीएनएबाट कहिल्यै आरएनए बन्न सक्दैन। पुरुषहरूको वाइ-क्रोमोजोमको धेरैजसो डीएनए यस्तै हेटेरोक्रोम्याटीन/आरएनए बनाउन सक्ने गरी खुलेको बाँक ९० प्रतिशत डीएनएलाई युक्रोमाटीन भनिन्छ।

डीएनएमा हुने म्युटेसन जिनको प्रोटिन बन्ने ठाउँमा देखियो भने त्यसको असर धेरै देखिने भयो। नियमन गर्ने इकाईमा पर्‍यो भने त्यसको असर कम देखिने भयो। इन्ट्रोन, नन कोडिङ डीएनए या हेटेरोक्रोमाटीनमा पर्‍यो भने खासै नदेखिने भयो।

जीनले डीएनएमा भेटाएको ठेगाना: मेन्डलको जिन र पुस्तान्तरणका नियम
मेन्डलले भनेझैँ जिन क्रोमोजोमको डीएनएमा भेटियो।अब अन्त्यमा, एक पटक फर्केर मेन्डलसम्म पुगौँ र जिन र एलिलाई डीएनएको रूपमा बुझ्न खोजौँ। 

क्रोमोजोम जोडामा बस्ने, जोडाको एउटा भाग बुवाबाट आउँछ भने अर्को भाग आमाबाट आउँछ। यसैको आधारमा भन्दा, हरेक जिनका दुई वटा प्रतिलिपि हुन्छन्, त्यसैलाई मेन्डलको भाषामा एलि भनिएको थियो। जिनबाट आरएनए र त्यसपछि प्रोटिन बनाउन दुवै एलि सक्षम भए पनि साधरणतया दुईमध्ये एकले मात्रै त्यसो गर्छ। आरएनए र प्रोटिन बनाउन सक्षम एलिलाई प्रभावकारी र असक्षमलाई अप्रभावकारी एलि भनिएको हो।

डीएनएको प्रतिलिपि बनाउने क्रममा भएका वा अरू कारणले भएका गल्तीहरू जिनमा परे त्यहीअनुसार असर पर्ने भयो। डीएनएमा हुने कुनै म्युटेसनहरूले कहिलेकाहीँ जिनको त्यो क्षमता बढाउने या घटाउने पनि गर्न सक्छन्। यस्तो अवस्थामा, क्षमता बढेको एलिलाई प्राथमिकता दिइन्छ र बन्ने प्रोटिनहरू पनि त्यसैगरी बनेर आउँछन्। डीएनएको पुस्तान्तरण हुँदा पनि त्यसैगरी प्रभावकारी गुणहरू देखिँदै जाने गर्छ भने अप्रभावकारी गुणहरू कहिलेकाहीँ देखिन सक्छ। जिनको प्रभावकारी एलि त्यति प्रभावशाली नहुँदा कहिलेकाहीँ भने दुवै एलि मिसिएर बिचको गुण पनि आउन सक्छन।

प्रभावकारी र अप्रभावकारी एलिलाई डीएनए र क्रोमोजोमको माध्यमबाट बुझ्न खोज्दा बेलायतकी रानी भिक्टोरियाबाट शुरू भएको 'शाही रोग' या 'हेमोफिलिया' को उदाहरण लिएर बुझ्दा पनि होला। हेमोफिलिया रगत जमाउन चाहिने जिनहरूमा हुने गल्ती/म्युटेसनको कारणले हुने गर्छ। एक्स क्रोमोजोमा मात्रै देखिने र 'अप्रभावकारी गल्ती' मानिने यो म्युटेसनले दुई वटा एक्स क्रोमोजम हुँदा केही असर देखाउँदैन।

भिक्टोरियाको एउटा एक्स क्रोमोजोममा मात्रै त्यस्तो गल्ती थियो। अर्थात्, ऊनको क्रोमोजोममा भएको हेमोफेलीया जिनको दुई वटा एलि थिए। मेन्डलको भाषामा भन्दा, भिक्टोरियामा सामान्य प्रभावशाली एलीले हेमोफिलिया गराउने म्युटेसनलाई दबाएर राखेको थियो। यसैले गर्दा, भिक्टोरियाले रोगको कारण (एउटा एलि) बोके पनि उनीलाई भने त्यो रोग देखिएन।

भिक्टोरियामा भएको यो अप्रभावकारी गल्ती मेन्डलको नियमअनुसार उनका सन्तानहरूमा सर्दै जान्छ; ऊनका छोराहरूमा हेमोफिलीया हुने सम्भावना ५०%, अनि छोरीहरूमा भिक्टोरियाजस्तै रोग बोक्ने सम्भावना ५० प्रतिशत हुन्छ। भिक्टोरियाको छोरा लियोपोल्ड हेमोफिलियाले गर्दा सानैमा बिते। उनका छोरीहरूले युरोपका राजकुमारहरूसँग विवाह गर्दा युरोपका धेरै राजदरबारमा सो शाही रोग पनि पुग्यो। 

अरू धेरै जेनेटीक रोगहरू पनि त्यसैगरि पुस्तान्तरण हुन सक्छ। एक्स/वाइ बाहेक अरू क्रोमोजोमहरूमा भएका डीएनएमा पनि यस्तै परिवर्तन हुन सक्छन, र प्रभावशाली र अप्रभावशाली एलि बनेर हाम्रो शरीरमा रहेका हुन सक्छन्। दबेर बसेको अप्रभावशाली एलिहरू केही कारण देखियो भने हेमोफिलियाजस्तै अरू रोग देखिन सक्छ। 

कतिपय सामाजिक नियम पनि यिनै प्रभावकारी र अप्रभावकारी जिनहरूकै कारण बनाइएको हुन सक्छ। एउटै परिवार र नातागोतामा विवाह गर्नु हुँदैन भन्ने कारण पनि यसैले गर्दा हो। आमाबुवाको जिन जति धेरै मिल्यो, नयाँ सन्तानमा दबेर बसेका अप्रभावकारी जिन देखापर्ने सम्भावना बढ्न सक्छ। 

डीएनए र जिनको पुस्तान्तरणको आधारमा विवाहलगायत अन्य सामाजिक नियमको तर्क, कारण र असरहरूलाई अझै विस्तारमा चर्चा गर्ने प्रयास अर्को शृंखलामा गर्ने प्रयास गर्नेछु। 

(खतिवडा, कोलम्बिया युनिभर्सिटीमा पोस्टडक्टरल इम्युनोलोजीमा रिसर्च गर्दैछन्।)