গ্যাজেট যা ডিএনএ সিকোয়েন্সিং সন্তানের প্লে করে

পিসি ডেমোক্র্যাটাইজ করে কম্পিউটারের গণমাধ্যমে যেভাবে জনসাধারণের জন্য বায়োটেক উন্মুক্ত করেছে মাইনয়ন। এই নতুন শক্তি নিয়ে আমরা কী করব?

মাইনিয়ন (অক্সফোর্ড ন্যানোপুরের সৌজন্যে)

আমি মঙ্গলবার বিকেলে এবং নিউইয়র্ক সিটির ১২ বছরের এক কিশোরী পপি তার ক্লাসের সামনে দাঁড়িয়ে তার সহকর্মীদের কাছে ব্যাখ্যা করে যে কীভাবে ন্যানোপুর নামক কোনও ডিএনএ স্ট্র্যান্ড পেরিয়ে জীবনযন্ত্রটি পড়া যায় how । প্লেডএনএ-এর একটি অংশ হিসাবে, আমি একটি প্রোগ্রামের সহ-প্রতিষ্ঠা করেছি, শিক্ষার্থীরা গত এক সপ্তাহ ধরে শসা কুচি করছে। তারা আচারের পাত্রে তরলটির পিএইচ পরিমাপ করেছে এবং ক্রমবর্ধমান মেঘলা থেকে দেখেছেন যে ব্যাকটিরিয়া কোষগুলির সংখ্যা দ্বিগুণ হচ্ছে। এবং তাদের আগে প্রজন্মের বিজ্ঞান শ্রেণীর বিপরীতে, তারা তাদের ডিএনএ দ্বারা ব্যাকটিরিয়া প্রজাতিগুলি সনাক্ত করতে জারগুলি থেকে নমুনা নিয়েছে।

এখন তাদের আচারের জারে অদৃশ্য জীবনটি প্রকাশের সময় এসেছে। শিক্ষার্থীরা টেবিলের চারপাশে জড়ো হয় এবং তাদের শিক্ষকের সাথে মিলে একটি ক্ষুদ্র ডিএনএ সিকোয়েন্সারে একটি সত্যিকারের ব্যাকটেরিয়াল ডিএনএ নমুনা রাখে, যা কেবল একটি কম্পিউটারের ইউএসবি পোর্টে প্লাগ হয়। কয়েক মিনিট পরে প্রথম ডিএনএ পাঠাগুলি তাদের পর্দায় আসল সময়ে উপস্থিত হয়।

অক্সফোর্ড ন্যানোপুর টেকনোলজিস দ্বারা তৈরি মাইনিয়ন নামে পরিচিত মাইনিচার ডিএনএ সিকোয়েন্সারের কারণে একটি মধ্য বিদ্যালয়ে এটি সম্ভব। আমি নিউ ইয়র্ক জিনোম সেন্টারে প্রায় দুই বছর ধরে এই ডিভাইসটি ব্যবহার করে আসছি, যেখানে আমি ডিএনএ নমুনাগুলির পুনঃ সনাক্তকরণের জন্য এটি কীভাবে ব্যবহার করব তা নিয়ে গবেষণা করি। আমার উপদেষ্টা, ইনিভ এরলিচ এবং আমিই প্রথম কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি শ্রেণিকক্ষে এটি প্রয়োগ করেছি এবং এখন এটি স্থানীয় স্কুলগুলিতে আমাদের প্লেডিএনএ প্রোগ্রামের অংশ। আমি নিশ্চিত যে এটি প্রযুক্তির একটি মাইলফলক উপস্থাপন করে। পোর্টেবল ডিএনএ সিকোয়েন্সিং ফ্যানসিস্ট ক্যামেরা প্রদান করতে পারে তার চেয়ে উচ্চতর রেজোলিউশনে জীবন দেখার জন্য, কেবল বিজ্ঞানীই নয়, কাউকে ক্ষমতায়িত করে - এবং কোনও প্রাণী চলে যাওয়ার পরেও। খালি চোখে দেখা যায় এমন নয়, সমস্ত প্রজাতি দেখতে আমরা আমাদের দৃষ্টি প্রসারিত করতে পারি।

MinION এর মূল্য $ 1,000 এবং এটি একটি ক্যান্ডি বারের আকার। এটি একটি ল্যাপটপ কম্পিউটারের ইউএসবি পোর্টের সাথে সংযোগ স্থাপন করে। এটি একটি ডিএনএ নমুনা পড়ার জন্য, আপনি মাইনোনে মিলিমিটার আকারের খোলার মাধ্যমে একটি "ডিএনএ লাইব্রেরি" (আরও এক মিনিটের মধ্যে) ফেলে দেওয়ার জন্য একটি মাইক্রোপিকেট ব্যবহার করেন। ডিভাইসটির অভ্যন্তরে ন্যানোপোরগুলি রয়েছে, শঙ্কুগুলি এক মিটার প্রস্থের এক বিলিয়ন অংশের বেশি, একটি ঝিল্লিতে রাখা। একটি অবিচলিত আয়ন বর্তমান এই ন্যানোপোরগুলির মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়। যেহেতু প্রতিটি নিউক্লিওটাইড (এ, টি, সি বা জি) এর একটি অনন্য আণবিক মেকআপ রয়েছে, তাই প্রত্যেকেরই কিছুটা আলাদাভাবে আকৃতির হয়। ছিদ্র দিয়ে অদ্বিতীয় অনন্য আকার একটি নির্দিষ্ট উপায়ে আয়ন কারেন্টকে বাধা দেয়। আমরা যেমন কোনও প্রাচীরের ছায়া বিশ্লেষণ করে কোনও আকারকে অনুমান করতে পারি, তেমনি আমরা আয়ন স্রোতের ফলে সৃষ্টি হওয়া ঝামেলা থেকে নিউক্লিওটাইডের পরিচয় অনুমান করতে পারি। এইভাবে ডিভাইস ঘাঁটিগুলিকে কম্পিউটারে রূপান্তরিত করে বিটগুলিতে রূপান্তর করে।

ন্যানোপুরের মধ্য দিয়ে কীভাবে ডিএনএ এবং একটি বর্তমান প্রবাহ রয়েছে তার একটি চিত্র। (অক্সফোর্ড ন্যানোপুরের সৌজন্যে)

আমরা এখনও মিনায়নে সরাসরি মাইক্রোপিকেট আচারের রস সক্ষম করতে পারি না। ধারাবাহিকভাবে ডিএনএ লাইব্রেরি প্রস্তুত করতে কয়েকটি উন্নত পদক্ষেপের প্রয়োজন। প্রথমে আপনাকে আখের রসের কোষগুলি খুলতে হবে এবং তাদের ডিএনএ শুদ্ধ করতে হবে। কোষগুলি সমস্ত আলাদা - আপনি জীববিজ্ঞানের শ্রেণীর থেকে মনে করতে পারেন যে গাছের কোষের প্রাচীরগুলি ব্যাকটিরিয়া কোষের প্রাচীরের মতো নয় যা স্তন্যপায়ী কোষগুলির ঝিল্লিগুলির থেকে পৃথক - এবং প্রতিটি কোষের ধরণের নিজস্ব পদ্ধতি প্রয়োজন। তারপরে, শুদ্ধ ডিএনএ এমনভাবে প্রস্তুত করা দরকার যাতে মাইনওনানটি এটি পড়তে পারে। ডিএনএ লাইব্রেরি তৈরির এই পদক্ষেপগুলির জন্য মাইক্রো সেন্ট্রিফিউজ এবং থার্মো সাইক্লার সহ কোনও অ-বিশেষজ্ঞের জন্য এখনও ব্যবহারকারী বান্ধব নয় এমন মেশিনগুলির প্রয়োজন হয় (ডেমোক্র্যাটাইজিং ডিএনএ ফিঙ্গারপ্রিন্টিংয়ে আপনি আমাকে এই লাইব্রেরির প্রস্তুতি এবং ডিএনএ সিকোয়েন্সিং ছাদে দেখতে পারবেন) নিউ ইয়র্ক সিটি). তবে ভবিষ্যতে, এই পদক্ষেপগুলি একটি একক, বহনযোগ্য ক্ষুদ্রাকৃতির ডিভাইসেও করা হবে।

এটি মাঠ খুলবে। লোকেরা তাদের রান্নাঘরে তৈরি রান্নাঘরের সামগ্রীগুলি (এটিতে কি গরুর মাংস রয়েছে বা এটি ঘোড়াজাতীয়?) বা রোগজীবাণু এবং অ্যালার্জেন নজরদারি করার জন্য এটি ব্যবহার করতে তাদের রান্নাঘরে মাইনিয়নটি ব্যবহার করতে সক্ষম হবে। অক্সফোর্ড ন্যানোপুর এমনকি স্মিডিজিয়ন দিয়ে আরও এক ধাপ এগিয়ে যাওয়ার পরিকল্পনা করছে: একটি ডিএনএ সিকোয়েন্সার আপনি আপনার ফোনে প্লাগ করতে পারেন।

তবে আমরা এখনও কেবল এই প্রযুক্তিটি দিয়ে লোকেরা কী করবে তা দেখতে শুরু করছি। বিজ্ঞানীরা এন্টার্টিকার ম্যাকমুরডো ড্রাই ভ্যালিজের মতো প্রত্যন্ত অঞ্চলে জীববৈচিত্র্য নিরীক্ষণের জন্য মাইনওয়ের বহনযোগ্যতার সুযোগ নিয়েছেন। মহাকাশে নভোচারীদের স্বাস্থ্যের অবস্থা পর্যবেক্ষণ করতে নাসা ডিভাইসটি ব্যবহার করছে এবং শেষ পর্যন্ত বহির্মুখী জীবনকে কল্পনা করতে এটি ব্যবহার করতে পারে। কেনিয়ার কর্তৃপক্ষগুলি শীঘ্রই তাত্ক্ষণিকভাবে পরীক্ষা করতে পারেন মাংসটি বেআইনী শিকার থেকে আসে কিনা।

নিউইয়র্ক জিনোম সেন্টারে আমাদের ল্যাবে আমরা অপরাধ দৃশ্যে মাইনওয়নটি ব্যবহার করার একটি পদ্ধতি তৈরি করেছি। আমরা আবিষ্কার করেছি যে একটি পোর্টেবল সিকোয়েন্সার, যা কয়েক মিনিটের মধ্যে ফলাফল সরবরাহ করতে পারে, তদন্তকারীদের ক্ষতিগ্রস্থ বা সন্দেহভাজনদের সনাক্তকরণের জন্য একটি সূচনা দিতে পারে। Ditionতিহ্যবাহী ফরেনসিক পদ্ধতিতে কয়েক দিন সময় লাগে, কখনও কখনও কয়েক সপ্তাহ। কারও কারও পক্ষে নমুনাগুলি অপরাধের দৃশ্য থেকে শুরু করে সুসজ্জিত পরীক্ষাগারে নিয়ে যেতে হয়, যেখানে ব্যয়বহুল মেশিন চালানোর আগে প্রমাণগুলি একটি সারিতে বসে থাকে।

ন্যানোপুর সিকোয়েন্সিং সেন্সরগুলি জিনোমিক্সের ক্ষেত্রের একটি সংযোজন এবং বাজার নেতা, ইলুমিনা দ্বারা উত্পাদিত মত, আরও প্রথাগত সিকোয়েন্সিং প্ল্যাটফর্মগুলি প্রতিস্থাপনের সম্ভাবনা নেই। এই ডিএনএ সিকোয়েন্সিং প্ল্যাটফর্মগুলি অত্যন্ত নির্ভুল, একটি সম্পূর্ণ জিনোম (কয়েকবার) পড়ার জন্য এগুলি অনিবার্য করে তোলে, যা প্রয়োজন, যা বলা দরকার যা নির্ধারণ করে মানুষের মধ্যে কোন জিনগত পরিবর্তনগুলি রোগের দিকে পরিচালিত করে।

এই ধরণের কাজটি বর্তমানে MinION এর শক্তি নয়। এটিতে প্রায় 5 শতাংশের ত্রুটির হার রয়েছে, যার অর্থ প্রতি 20 নিউক্লিয়োটাইডে একটির পড়ার ত্রুটি রয়েছে। এটি বিবেচ্য যে দুটি ব্যক্তির মধ্যে পার্থক্যটি 0.1 শতাংশ (প্রতি 1000 নিউক্লিয়োটাইডে একটি ভিন্নতা)। তবে মাইনআউন থেকে পঠিত পঠন এখনও অপরাধ-দৃশ্যের বিশ্লেষণের জন্য যে অ্যালগরিদমকে আমরা তৈরি করেছিলাম তা খাওয়ানোর পক্ষে যথেষ্ট। এই অ্যালগরিদম কোনও অপরাধের দৃশ্যে পাওয়া চুল বা অন্য কিছু উপাদান একটি বিশেষ পুলিশ ডাটাবেসে কোনও ব্যক্তির সাথে মেলে এমন সম্ভাবনাটি গণনা করে।

এটি উচ্চ ত্রুটির হারের সাথেও কেন কাজ করে তা বুঝতে, কল্পনা করুন যে আমি আপনাকে "ভলডামর্ড" নাম দিয়েছি এবং আমি কোন বইয়ের উল্লেখ করছি তা বলার জন্য জিজ্ঞাসা করব। আপনি সম্ভবত এটি হ্যারি পটার বইটি চিনতে পারেন কারণ আপনার মাথায় এমন একটি ডাটাবেস রয়েছে যা পড়ার মাধ্যমে তৈরি হয়েছিল, যদিও আমি আপনাকে যে শব্দটি দিচ্ছি তাতে টাইপস রয়েছে। আপনার পুরো 300 পৃষ্ঠার বইটি পুনরায় পড়ার দরকার নেই বা "ভলডেমর্ট" ঠিক ঠিক উপস্থাপন করার দরকার নেই। জিনোমিক্স একই নীতিটি নিয়ে কাজ করে। একবার আপনার দরকারী ডাটাবেস হয়ে গেলে, আচারের নমুনাগুলিতে কোন ব্যাকটিরিয়া প্রজাতি উপস্থিত রয়েছে বা কখনও কখনও ডিএনএ থেকে এসেছে এমন ব্যক্তি সনাক্ত করতে আপনাকে কেবল কিছু তথ্যমূলক ডিএনএ টুকরো দরকার।

এখন যেহেতু সর্বব্যাপী ডিএনএ সিকোয়েন্সিংয়ের যুগটি নিকটবর্তী হচ্ছে, আমাদের জিনগত সাক্ষরতার উন্নতি করতে হবে। কীভাবে আমরা এই জিনোমিক "বিগ ডেটা" পরিচালনা করব? এই জাতীয় প্রশ্নের সমাধানের জন্য, ইয়ানিভ এরলিচ এবং আমি ২০১৩ সালে কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয় কম্পিউটার বিজ্ঞান বিভাগে সর্বব্যাপী জিনোমিক্স নামে একটি ক্লাস শুরু করেছি। আমরা শিক্ষার্থীদের এই কাটিয়া-প্রযুক্তি প্রযুক্তি সম্পর্কে শিখিয়েছি এবং তাদের সম্ভাবনাটি অনুভব করতে পেরেছি। শিক্ষার্থীরা তাদের নিজের হাতে ডিএনএকে সিকোয়েন্সড করেছিল এবং তাদের ডেটা বিশ্লেষণের জন্য গণনা পদ্ধতিগুলি বিকাশের জন্য উত্সাহিত হয়েছিল। "একীভূত শেখার" ক্ষেত্রে এই প্রচেষ্টার সাফল্য আমাদের ভাবার জন্য উত্সাহিত করেছিল যে আমরা জিনোমিক্স এবং ডেটা বিশ্লেষণে স্কুলছাত্রীদের জড়িত করার মতো কিছু করতে পারি। আমরা সেই লক্ষ্য নিয়ে প্লেডিএনএ প্রতিষ্ঠা করেছি।

মাইনওনেশনের সাথে ব্যবহৃত মাইক্রোপেটের একটি ক্লোজআপ। (অক্সফোর্ড ন্যানোপুরের সৌজন্যে)

প্রথম প্লেডিএনএ পাইলট ক্লাস শুরুর আগের দিন আগে, আমি আমার মধ্যাহ্নভোজ থেকে বেশ কয়েকটি উপাদান আলাদা করে রেখেছিলাম যা পরে একটি রহস্য ডিএনএ নমুনায় শেষ হতে পারে যা শিক্ষার্থীদের সনাক্ত করতে হয়েছিল। প্লেডিএনএ ক্লাসরুমের ডিএনএ আহরণ এবং ডিএনএ গ্রন্থাগার প্রস্তুত করার বিষয়ে চিন্তা করার জন্য অবকাঠামো সরবরাহ করে, তাই শিক্ষার্থীরা সরাসরি ডিএনএ সিকোয়েন্সিং এবং তাদের ডেটা ব্যাখ্যা করতে শুরু করতে পারে। দ্বাদশ-বছর বয়সী শিক্ষার্থীরা, যারা কেবল কয়েক ঘন্টা মাইক্রোপিকেট প্রশিক্ষণ পেয়েছিল, ক্লাসরুমে আসার দুই ঘন্টা পরে নয়, ডিএনএ সিকোয়েন্স করছিল। জৈবিক তথ্যকে রিয়েল-টাইম রূপান্তর বড় ডেটাতে বিষয়টিকে আলোকিত করে; শিক্ষার্থীরা ডিএনএ পাঠ্যক্রমগুলিতে কোন প্রজাতিটি স্পট করতে পারে তা জানতে আগ্রহী ছিল। পরের সপ্তাহের জন্য তাদের অ্যাসাইনমেন্টটি ছিল ডেটা বিশ্লেষণ করা এবং আমার মধ্যাহ্নভোজনের উপাদান এবং তাদের অনুপাতগুলি সনাক্ত করা। নিশ্চিতভাবেই, পরের সপ্তাহে একটি দল জিজ্ঞাসা করেছিল: "সোফি, আপনি কি দুপুরের খাবারের জন্য একটি টমেটো সালাদ এবং কিছু ভেড়ার মাংস খান?"

প্রযুক্তি কি আপনার রান্নাঘরের কাউন্টারের জন্য প্রস্তুত? আমি কিছুক্ষণের জন্য জায়গা তৈরি বন্ধ করে দিতাম। সিকোয়েন্সিংয়ের পূর্বে পদক্ষেপগুলি পরিচালনা করতে ডিএনএ পরিষ্কার করার মতো কিছু পদক্ষেপ এখনও গ্রহণ করতে পারে still অক্সফোর্ড ন্যানোপুর এই পদক্ষেপগুলি স্বয়ংক্রিয় করার পদ্ধতিতেও কাজ করছে। অবশেষে, আমি এমন একটি পরিবারের ভবিষ্যদ্বাণী করতে পারি যেখানে বাচ্চারা বাস্তব প্রজাতির সাথে পার্কে পোকেমন গোয়ের একটি নতুন সংস্করণ খেলতে স্মিডজিওন ব্যবহার করছে, যখন মা বাবাকে জিজ্ঞাসা করেছেন: "ডার্লিং, আপনি কি টেবিলটি সেট করেছিলেন এবং আপনি লাসাগ্নার সিক্যুয়েন্স করেছেন?"

সোফি জায়েজার হ'ল নিউইয়র্ক জিনোম সেন্টারের পোস্টডক্টোরাল ফেলো এবং প্লেডিএনএ-এর প্রধান নির্বাহী, যা মধ্য বিদ্যালয়, উচ্চ বিদ্যালয় এবং বিশ্ববিদ্যালয় শিক্ষার জন্য জিনোমিক-ডেটা ক্লাস বিকাশ করছে।