நியூக்கிளிக் அமிலங்கள் தமது ஒற்றை மூலகங்களிலிருந்து தம்மைத்தாமே பின்புறமடிக்கும் (replicate) தகைமை கொண்டவை. பெரும்பாலான அங்கிகளில் DNA (Deoxyribonucleic Acid) பாரம்பரியப் பதார்த்தமாகக் காணப்படுகின்றது; எனினும் பிடிசுர வைரசு (influenza virus) போன்ற சில வைரசுகள் தமது பாரம்பரியப் பதார்த்தமாக RNA ஐக் கொண்டுள்ளன. DNA ஐ மிகமுக்கியமான பாரம்பரியப் பதார்த்தமாக ஆக்கும் மூன்று இயல்புகள்: செம்மையான பின்புறமடிதல் (ஒவ்வொரு தலைமுறைக்கும் துல்லியமான நகல்கள்), தலைமுறைக் கடத்தல் (ஒரு தலைமுறையிலிருந்து அடுத்ததற்குத் தகவல் கடத்தப்படல்), மற்றும் தகவல் சேமிப்பும் வெளிப்பாடும் (RNA வழியாகப் புரதமாக வெளிப்படுத்தும் திறன்).
ரோசலிண்ட் ஃபிராங்க்ளின் பெற்ற DNA இன் ஓ-கதிர்ப்பளிங்கியல் தரவுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டு, ஜேம்ஸ் வாட்சன் மற்றும் ஃபிரான்சிஸ் கிரிக் ஆகியோர் 1953 இல் இரட்டை விரிபரப்புச்சுருள் மாதிரியை (double helix model) முன்வைத்தனர். ஆறு மூலக்கூறுகள் — டீஒட்சிறைபோஸ் வெல்லம், பொஸ்பேற்றுக் கூட்டம், நான்கு வேறுபட்ட நைதரசன் மூலங்கள் — ஒழுங்கமைக்கப்பட்டு DNA ஐ ஆக்குகின்றன. DNA முறுக்கப்பட்ட ஏணி போன்றது: ஏணியின் பக்கச்சட்டங்கள் மாறிமாறி வரும் பொஸ்பேற்று மற்றும் வெல்ல மூலக்கூறுகளால் ஆன முதுகெலும்பு; ஏணியின் படிகள் சோடியாக்கப்பட்ட நைதரசன் மூலங்கள். மூலச்சோடியாதல் விதியின்படி ஒரு பியூரின் ஒரு பிரிமிடீனுடன் சோடியாகும்: A=T (இரண்டு ஐதரசன் பிணைப்பு), G≡C (மூன்று ஐதரசன் பிணைப்பு); இரு பட்டிகைகளும் எதிர்-இணை (antiparallel).
புரோகரியோட்டு (பற்றீரிய) நிறமூர்த்தம் ஒரு சில புரத மூலக்கூறுகளுடன் இணைந்த, தனித்த, வட்ட, இரட்டைப் பட்டிகை DNA மூலக்கூறாகும்; இது சுருளவைத்து மிகைச்சுருளலடையச் செய்யப்பட்டு நிய+க்கிளியோயிட்டினுள் அடங்கும், மேலும் இதற்குப் புறம்பாகச் சில புரோகரியோட்டுகள் பிளாஸ்மிட்டுகளையும் (வட்ட DNA) கொண்டுள்ளன. யூகரியோட்டுகள் பல நிறமூர்த்தங்களைக் கொண்டவை; ஒவ்வொன்றும் கிஸ்டோன்கள் எனும் புரதங்களுடன் இணைந்த நேரியல் இரட்டைப் பட்டிகை DNA ஆகும். இந்த DNA-புரதக் கூட்டுப்பொருள் குரோமற்றின் (chromatin) எனப்படும்; இது நெகிழ்வான, பரம்பரையலகு செறிந்த, ரான்ஸ்கிரிப்ஷனில் உயிர்ப்புள்ள இயூகுரோமற்றின் ஆகவோ, செறிவான, பெரும்பாலும் உயிர்ப்பற்ற கெற்றரோகுரோமற்றின் ஆகவோ பொதிசெய்யப்படலாம். ஒரு கலத்தினுள் இவ்வளவு பெரும் DNA ஐ அடக்குதல் DNA பொதிசெய்தல் (DNA packaging) எனப்படும்.
DNA பிரதிபிறப்பு என்பது ஓர் இரட்டைப் பட்டிகை DNA மூலக்கூறிலிருந்து இரண்டு ஒத்த பிரதிகளை உருவாக்கும் செயன்முறை. புதிய DNA தொகுப்பு ஏற்கனவே உள்ள பட்டிகைகளின் மேலேயே நடைபெறுவதால், ஒவ்வொரு புதிய இரட்டைச்சுருளிலும் ஒரு பழைய பெற்றோர் பட்டிகையும் ஒரு புதிய நிரப்புப் பட்டிகையும் காணப்படும் — இதனை எதிர்க்காப்புப் பிரதிபிறப்பு (semiconservative replication) என அழைக்கின்றனர். பிரதிபிறப்பு இன்றியமையாதது: பல்கல உயிரிகள் புதிய கலங்கள் சேர்வதன் மூலம் வளர்கின்றன; அலிங்க இனப்பெருக்கத்தில் இழையுருப்பிரிவு (mitosis) மூலம் ஒத்த சந்ததி உருவாகிறது; ஒடுக்கற்பிரிவுக்கு (meiosis) முன்னரும் பிரதிபிறப்பு நடைபெறுகிறது — இது நிறமூர்த்த எண்ணிக்கை மாறாமல் பேண உதவும். பிரதிபிறப்பு மிகத் துல்லியமானது எனினும் அரிதான பிழைகள் விளையுருமாற்றங்களை (mutations) ஏற்படுத்தி வேறுபாட்டை உருவாக்கி, பரிணாமத்திற்கு வழிவகுக்கின்றன.
வேறாக்கம் பிரதிபிறப்புத் தொடக்கத்தானத்தில் (Ori) நிகழ்கிறது; இங்கிருந்து DNA இரு திசைகளிலும் பிரதிபிறப்புச் செய்யப்படுகிறது. தொகுப்பு நொதியம் 5'→3' திசையில் மட்டுமே நகர முடியுமாதலால், ஒரு புதிய பட்டிகை தொடர்ச்சியாக (முன்செல்லும் பட்டிகை / leading strand) மற்றொன்று சிறிய துண்டங்களாக (இடைதல் பட்டிகை / lagging strand — ஒகசாகி துண்டங்கள்) தொகுக்கப்படுகிறது.
DNA பாலிமரேஸ் தவறான நியூக்கிளியோட்டைச் சேர்த்தால் அதே நொதியம் அப்பொருந்தாமையை இனங்கண்டு 3'→5' exonuclease தொழிலால் அதை அகற்றி மீண்டும் தொகுப்பைத் தொடரும் — இதுவே பிழை திருத்தும் (proofreading) தொழில்; இதனால் இறுதித் தவறு விகிதம் ~1 in 10¹⁰ ஆக மிகக் குறைவாகிறது. மற்றொரு DNA பாலிமரேஸ் RNA பிறைமரை அகற்றி DNA ஆல் நிரப்பும்; இறுதியில் DNA லிகேஸ் இடைவெளிகளை மூடும்.
| அம்சம் | புரோகரியோட்டு | யூகரியோட்டு |
|---|---|---|
| Ori எண்ணிக்கை | பொதுவாக ஒன்று | பல (பெரிய நிறமூர்த்தம்) |
| நேரம் | தொடர்ச்சியாக நிகழும் | கலவட்டத்தின் S-அவத்தையில் மட்டும் |
| DNA பாலிமரேஸ் | கட்டமைப்பில் வேறுபடும் — தொழில் ஒத்தது | கட்டமைப்பில் வேறுபடும் — தொழில் ஒத்தது |
1860 இல் கிரிகோர் மெண்டல் தாவரத்தின் இயல்புகளைக் கட்டுப்படுத்தும் காரணிகளை பரம்பரைக் காரணிகள் என அழைத்தார்; இவை இன்று மரபணுக்கள் (genes) — பரம்பரையின் பௌதிக மற்றும் தொழிற்பாட்டலகுகள் — எனும் பெயரில் நிறமூர்த்தங்களில் தனித்துவமான அலகுகளாக அறியப்படுகின்றன. நிறமூர்த்தத்தில் ஒரு மரபணு அமைந்துள்ள தானம் லோக்கசு (locus) எனப்படும்; வெவ்வேறு நிறமூர்த்தங்களில் ஒரே லோக்கசில் அமைந்துள்ள மாற்று வடிவங்கள் அலீல்கள் (alleles) எனப்படும். யூகரியோட்டு நிறமூர்த்தங்கள் இருமடியக் கலங்களில் சோடிகளாகக் காணப்படுவதால் மரபணுக்களும் சோடிகளாக அமைகின்றன; புரோகரியோட்டிக் மரபணுக்கள் வட்ட DNA இல் தனித்த பகுதிகளாக லோக்கசுகளில் அமைந்துள்ளன.
புரோகரியோட்டுகளில் நிறமூர்த்தத்தின் எல்லா DNA பகுதிகளும் தொழிற்படுபவை; யூகரியோட்டுகளில் மரபணுக்களுக்கு இடையேயுள்ள இடைமரபணு DNA (intergenic DNA) பெருமளவில் காணப்படுகிறது, தொழில் இனங்காணப்படவில்லை. மரபணுவினுள்ளும் ரான்ஸ்கிரிப்ஷனுக்கு உள்ளாகி ஆனால் பல்பெப்ரைட்டாக மொழிபெயர்க்கப்படாத தொடரிகள் உள்ளன — இவை இன்ட்ரோன்கள் (introns); பல்பெப்ரைட்டுக்குக் குழுக்குறிக்கும் தொடரிகள் எக்சோன்கள் (exons). ஆரம்பப் பிரதி முன்-mRNA; செயன்முறையின்போது இன்ட்ரோன்கள் வெட்டியகற்றப்பட்டு எக்சோன்கள் இணைக்கப்பட்டு முதிர்ந்த mRNA உருவாகும்.
நியூக்கிளிக் அமிலத்தின் மொழியில் நான்கு எழுத்துகள் (நியூக்ளியோடைடுகள்); புரதத்தின் மொழியில் 20 எழுத்துகள் (அமினோ அமிலங்கள்). ஆகவே அமினோ அமிலங்கள் மூன்றன் தொகுதி (triplet) நியூக்ளியோடைடுகளால் குறிக்கப்படுகின்றன — 4³ = 64 கோடோன்கள்.
| இயல்பு | விளக்கம் |
|---|---|
| முப்படை (Triplet) | மூன்று தொடர்ச்சியான நியூக்ளியோடைடுகள் (ஒரு கோடோன்) ஒரு அமினோ அமிலத்தைக் குறிக்கும் |
| படியாத (Non-overlapping) | ஒவ்வொரு நியூக்ளியோடைடும் ஒரே கோடோனுக்கே சொந்தம்; தொடர்ச்சியாக வாசிக்கப்படும் |
| இடைவெளியற்ற (Comma-free) | எல்லாச் சொற்களும் மூன்றெழுத்தாதலால் பிரிக்க இடைவெளி தேவையில்லை |
| சுருக்கமான (Degenerate) | 61 கோடோன்கள் 20 அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும்; மூன்றாம் எழுத்தில் தடுமாற்றம் (wobble) |
| பொதுமை (Universal) | ஏறத்தாழ எல்லா அங்கிகளும் ஒத்த குறியீடு — மீள்சேர்க்கை DNA தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படை |
64 கோடோன்களில் 61 கோடோன்கள் 20 அமினோ அமிலங்களைக் குறிக்கும்; ஏனைய 3 கோடோன்கள் நிறுத்தச் சைகைகளாகும் (UAA, UAG, UGA). AUG மெதியோனைனைக் குறித்து தொடக்கக் கோடோனாகவும் செயற்படும்; எனவே அனைத்துப் புரதங்களினதும் முதலாவது அமினோ அமிலம் மெதியோனைன் ஆகும் — மொழிபெயர்ப்பின் பின்னர் இது அகற்றப்படலாம். செய்தியைத் திருத்தமாக வாசிக்க தொடக்கப்புள்ளி, முடிவுப்புள்ளி, சரியான தொடரி தேவை — இதுவே வாசிப்புச் சட்டகம் (reading frame); வாசிப்பு மரபுரீதியாக இடமிருந்து வலமாக அமையும்; ஒரு எழுத்து விடுபட்டாலோ சேர்க்கப்பட்டாலோ அப்புள்ளியிலிருந்து தவறான பல்பெப்ரைட்டு தொகுக்கப்படும்.
எழுத்தாக்கம் (transcription) என்பது DNA ஆல் இயக்கப்படும் RNA தொகுப்பு ஆகும். இது பிரதிபிறப்பை ஒத்திருந்தாலும், இங்கு பிரதி ஒரு mRNA மூலக்கூறு; இரட்டைப் பட்டிகையில் ஒரே ஒரு பட்டிகை மட்டுமே படித்தகடாகச் (template strand) செயற்படுகிறது — ஏனெனில் அப்பட்டிகை மட்டுமே தூண்டித் தொடரியைச் சரியான திசைகோட்டுச் சேர்க்கையில் கொண்டிருப்பதால் RNA பொலிமரேஸ் பிணைதலை எளிதாக்குகிறது. எழுத்தாக்கத்தை வினையூக்கும் முக்கிய நொதியம் RNA பொலிமரேஸ்.
யூகரியோட்டுகளில் செயன்முறையாக்கத்தின்போது உட்புரிகள் (introns) வெட்டியகற்றப்பட்டு, வெளிப்புரிகள் (exons) இணைக்கப்பட்டு முதிர்ந்த mRNA உருவாகி கருவிலிருந்து வெளியேறுகிறது.
| அம்சம் | எழுத்தாக்கம் | பிரதிபிறப்பு |
|---|---|---|
| பொருள் | RNA (mRNA) | DNA |
| படியெடுக்கப்படும் பட்டிகை | ஒரு பட்டிகை மட்டும் | இரண்டு பட்டிகைகளும் |
| நொதியம் | RNA பொலிமரேஸ் | DNA பொலிமரேஸ் |
| திசை | 5'→3' | 5'→3' |
மொழிபெயர்ப்பு (Translation) என்பது mRNA இல் எழுதப்பட்டுள்ள கோடோன்களின் வரிசையை இறைபோசோம்கள் வாசித்து, அதனை ஒரு பல்பெப்ரைட் சங்கிலியின் அமினோ அமில வரிசையாக மாற்றும் செயன்முறை; இது குழியவுருவில் உள்ள இறைபோசோம்களில் நடைபெறுகிறது.
| RNA வகை | தொழில் |
|---|---|
| mRNA | கோடோன் வரிசையாகக் குறியீட்டுத் தகவலைத் தாங்கிச் செல்லும் |
| tRNA | ஒரு குறிப்பிட்ட அமினோ அமிலத்தை ஒரு முனையில் பிணைத்து இறைபோசோமிற்குக் கொண்டுவரும்; எதிர்க்கோடோன் (anticodon) மூலம் mRNA கோடோனுடன் சோடியாகும் — கோடோனுக்கும் அமினோ அமிலத்துக்கும் இடையேயான தகவொடு மூலக்கூறு (adaptor) |
| rRNA | இறைபோசோமின் கட்டமைப்புக் கூறு; பெப்ரைட் பிணைப்பு உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கும் (peptidyl transferase) |
இறைபோசோமில் பெரிய, சிறிய உபஅலகுகள் (rRNA + புரதம்) உள்ளன; tRNA பிணையும் மூன்று தானங்கள்: A தானம் (வரும் அமினோஏசைல் tRNA ஐ ஏற்கும்), P தானம் (வளரும் சங்கிலியைத் தாங்கும் tRNA), E தானம் (வெறுமையான tRNA வெளியேறும்).
தொடக்கம் (Initiation): சிறிய உபஅலகு mRNA உடனும் மெதியோனைனைக் காவும் தொடக்கி tRNA உடனும் இணைந்து பெரிய உபஅலகுடன் சேர்ந்து மொழிபெயர்ப்புத் தொடக்கச் சிக்கலை உருவாக்குகிறது; AUG கோடோன் P தானத்துடன் வரிசைப்படுகிறது.
முடிவுபெறல் (Termination): நிறுத்தல் கோடோன் (UAA/UAG/UGA) A தானத்தை அடையும்போது எந்த tRNA உம் வராது; முடிந்த பல்பெப்ரைட் சங்கிலி விடுவிக்கப்பட்டு இறைபோசோம் பிரிகிறது. mRNA போதுமான தொலைவு நகர்ந்தவுடன் இரண்டாவது இறைபோசோம் அதனுடன் பிணையலாம் — பல இறைபோசோம்கள் ஒரே mRNA இல் மொழிபெயர்ப்பதை பாலிரைபோசோம் (polysome) என்கிறோம்; இது மொழிபெயர்ப்பு வீதத்தை அதிகரிக்கும்.
மரபணு வெளிப்பாடு என்பது ஒரு மரபணுவில் சேமிக்கப்பட்ட தகவலைப் பயன்படுத்தி ஒரு செயற்படு பெறுபேற்றை (பெரும்பாலும் பல்பெப்டைட்டு, சில சமயம் நேரடியாக rRNA/tRNA) உருவாக்கும் செயன்முறை; இது ரான்ஸ்கிரிப்ஷன் (DNA → mRNA) மற்றும் மொழிபெயர்ப்பு (mRNA → அமினோ அமிலத் தொடர்) என இரு படிகளில் நடைபெறுகிறது.
ஒரு உயிரிரசாயனப் பாதையின் பல படிகளும் தனித்தனி மரபணுக்களால் கட்டுப்படுத்தப்படும். யூகரியோட்டுகளில் இவை பல நிறமூர்த்தங்களிடையே பரம்பியிருக்கும்; ஆனால் புரோகரியோட்டுகளில் இக்கொத்துகள் ஒரே கட்டுப்பாட்டுப் பிரதேசத்தால் ஒன்றாக வெளிப்படுத்தப்பட்டு ஒரே mRNA ஆக ரான்ஸ்கிரிப் பண்ணப்படுகின்றன — இதுவே ஒப்பரோன் (operon). ஒரு ஒப்பரோன் கொண்டவை:
| அம்சம் | புரோகரியோட்டு | யூகரியோட்டு |
|---|---|---|
| மரபணு ஒழுங்கமைப்பு | ஒப்பரோன்களாகக் கொத்தாக | பல நிறமூர்த்தங்களிடையே பரம்பி |
| mRNA | பல்சிஸ்ட்ரோனிக் (ஒன்று → பல பல்பெப்தைட்டு) | பெரும்பாலும் ஒரு மரபணுவுக்கு ஒரு mRNA |
| DNA இன் தொழில் | அனைத்தும் தொழிற்பாட்டுக்குரியது | பெரும்பாகம் தொழில் அறியப்படாதது |
கண்ணாடிக் குழலினுள் (in vitro) DNA இன் வெட்டல், இணைத்தல், பிரதிபண்ணல் ஆகிய தொழில்களுக்கு நொதியங்கள் தேவை — இவையே மரபணுத் தொழினுட்பவியலின் அடிப்படைக் கருவிகள்.
ரெஸ்டிரிக்ஷன் என்டோநிய+க்கிளியேசுகள் DNA இன் குறிப்பிட்ட தொடரிகளை இனங்கண்டு அத்தானங்களிலோ அருகிலோ DNA ஐ வெட்டும்; வெட்டப்படும் தானம் ரெஸ்டிரிக்ஷன் தானம் / வெட்டுத் தானம் (cleavage site) எனப்படும். உதாரணம்: EcoRI — மூலம் E. coli பாக்டீரியா. ஒரு நொதியத்தால் வெட்டும்போது DNA இல் நிரப்புகின்ற ஒட்டுமுனைகள் (sticky ends) உருவாகலாம்; ஒரே நொதியத்தால் வெட்டப்பட்ட வெவ்வேறு மூலங்களின் துண்டங்கள் இந்த ஒட்டுமுனைகள் வழியே ஒன்றுடன் ஒன்று பிணையக்கூடியன — இதுவே மீளச்சேர்க்கைக்குரிய DNA (recombinant DNA) உருவாக்கத்தின் அடிப்படை.
DNA இலிகேஸ் வெவ்வேறு மூலங்களிலிருந்து வெட்டியெடுக்கப்பட்ட DNA துண்டங்களைப் பாஸ்போடையஸ்டர் பிணைப்பை உருவாக்கி இணைத்து, அருகிலுள்ள நியூக்ளியோட்டைடுகளுக்கிடையேயான இடைவெளியை அடைத்து தொடர்ச்சியான பட்டிகையை உருவாக்கும். T4 DNA லிகேஸ் மிகப் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் DNA இணைக்கும் நொதியம்; இதன் மூலம் T4 பாக்டீரியம் விழுங்கி (bacteriophage). அதே நொதியம் கலத்தினுள் பிரதிபிறப்பின்போது ஒகசாகி துண்டங்களுக்கிடையேயான இடைவெளிகளை மூடுவதிலும் பங்குபற்றுகிறது.
| நொதியம் | தொழில் | பிணைப்பு |
|---|---|---|
| ரெஸ்டிரிக்ஷன் என்டோநிய+க்கிளியேசு | குறிப்பிட்ட தொடரியை இனங்கண்டு DNA ஐ வெட்டுதல் | பாஸ்போடையஸ்டர் பிணைப்பை உடைத்தல் |
| DNA இலிகேஸ் | DNA துண்டங்களை இணைத்தல் | பாஸ்போடையஸ்டர் பிணைப்பை உருவாக்கல் |
மீளச்சேர்ந்த காவியை உருவாக்க, ஆர்வத்துக்குரிய மரபணுவும் காவியும் (பிளாஸ்மிட் அல்லது வைரசுக்குரிய DNA) ஒரே ரெஸ்டிரிக்ஷன் நொதியத்தால் வெட்டப்பட்டு, கலக்கப்பட்டு, DNA இலிகேஸால் இணைக்கப்படுகின்றன.
எல்லா உயிரினங்களும் ஒரே பரம்பரைக் குறியீட்டைப் பயன்படுத்துவதே மீளச்சேர்க்கை DNA தொழினுட்பத்தின் அடிப்படை — ஒரு மரபணு பற்றீரியாவில், தாவரத்தில் அல்லது விலங்கில் வெளிப்படுத்தப்பட்டாலும் அதே பெப்டைட்டே குறியீடாக்கப்படும். மீளச்சேர்க்கை DNA மூலக்கூறை உருவாக்க: வெவ்வேறு மூலங்களிலிருந்து DNA தனிமைப்படுத்தல் → மட்டுப்படுத்தல் நொதியங்களால் நறுக்கல் செரித்தல் → ஜெல் மின்னயனத்தால் துண்டுகளைப் பிரித்தல் → ஆய்வுக்கருவிகளால் (probes) சரியான துண்டை இனங்காணல் → DNA இலிகேஸால் இணைத்தல்.
கலங்கள் வெளிநின்று வரும் DNA ஐ உள்ளெடுப்பதைத் தடுப்பதால், சில விருந்துவழங்கிக் கலங்களாவது ஒரு பிரதியைப் பெறுவதை உறுதிசெய்ய பல பிரதிகள் தேவை — இதற்கு DNA முளைவகைப்பெருக்கம் (DNA cloning) பயன்படும். இதில் விருந்துவழங்கிக் கலத்தின் பிரதிபிறப்பு பொறியம் பயன்படுத்தப்படுகிறது; ஆனால் DNA துண்டத்தில் பிரதிபிறப்புத் தோற்றத்தானம் (Ori) இல்லாவிடின் அது பிரதிபண்ணப்படாது. இத்தகைய தானாகப் பிரதிபிறக்கும் அலகுகள் காவிகள் (vectors) எனப்படும். காவி வெளியீட்டு DNA ஐக் காவும்போது மீளச்சேர்ந்த காவி எனப்படும்; DNA இணைக்கப்படும் தானம் பல நொதியத் தானங்களைக் கொண்டிருப்பதால் மடங்கு முளைவகைப்பெருக்கத் தானம் (MCS) எனப்படும்.
மாற்றத்தின் வினைத்திறன் மிகக் குறைவு என்பதால் தேர்வுக்குரிய குறியீடுகள் (selectable markers) — பொதுவாக நுண்ணுயிர்க்கொல்லி எதிர்ப்புப் பரம்பரையலகுகள் — காவியில் பொறியமைக்கப்படும். புகுத்தல் உள்ளதா என அறிய, MCS இல் அமைந்த இரண்டாவது குறியீடு தேவை — புகுத்தலினால் இது செயலிழக்கும். pBR322 ஓர் உதாரணக் காவி: ampr + tetr குறியீடுகள், MCS, Ori கொண்டது.
| காவி வகை | சிறப்பியல்பு |
|---|---|
| பிளாஸ்மிட் | பற்றீரியாவில்; சிறிய வட்ட DNA; அதிக பிரதி எண்ணிக்கை; சிறிய துண்டுகள் முளைவகைப்பெருக்கம் |
| பற்றீரியம்விழுங்கி | தொற்றுகை வழியே வினைத்திறன் உள்ள உட்செலுத்தல் |
| மதுவ செயற்கை நிறமூர்த்தம் (YAC) | பெரிய DNA துண்டுகள்; மையப்பாத்துத் தொடரி + ARS கொண்டு நிறமூர்த்தமாகச் செயற்படும் |
ஜீனோம் சீரற்ற துண்டுகளாக வெட்டப்பட்டு காவிகளில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட நுண்ணுயிர் வளர்ப்புகளின் தொகுப்பு ஜீனோமிக் DNA நூலகம் எனப்படும் — மனித ஜீனோம் திட்டம் இவ்வாறே தொடங்கியது. mRNA இன் தலைகீழ் படியெழுத்தலால் (reverse transcriptase நொதியம்) பெறப்படும் நிரப்பு DNA கொண்ட நூலகம் cDNA நூலகம்; இது ஒரு கலத்தின் மரபணு வெளிப்பாட்டுப் பாணியை (transcriptome) பிரதிபலிக்கும்.
PCR என்பது குறிப்பிட்ட DNA தொடரிகளை கண்ணாடிக்குழலினுள் பிரதிபண்ண (கலத்தினுள் நடக்கும் DNA பிரதிபிறப்பை பிரதியாக்கி) பயன்படும் நுட்பம். கலவையின் கூறுகள்: படித்தகட்டு DNA, நான்கு dNTP (dATP, dGTP, dTTP, dCTP), இரண்டு பிறைமர்கள் (இலக்கு DNA இன் 3' முனைக்கு நிரப்பான ஒலிகோநியூக்ளியோட்டைடுகள்), Taq DNA பாலிமரேஸ் (வெப்பவுறுதியான நொதியம்; Thermus aquaticus வெப்பநாடிப் பாக்டீரியாவிலிருந்து), மற்றும் Mg²⁺ இணைக்காரணி.
முதல் சுழற்சியில் ஒவ்வொரு பட்டிகைக்கும் ஒரு பிரதி உருவாகும் (இலக்கை விடப் பெரியது); சில சுழற்சிகளுக்குப் பின் சரியான அளவிலான பிரதி கிடைக்கும்; பின்னர் ஒவ்வொரு சுழற்சியிலும் DNA அளவு முளைவகையாக (2, 4, 8, 16…) இரட்டிக்கும். வழமையான PCR ஒன்றில் 35–40 சுழற்சிகள் உள்ளன; முடிவில் ஒற்றை படித்தகட்டு மூலக்கூறிலிருந்து மில்லியன் கணக்கான பிரதிகள் கிடைக்கும். 95°C இல் சாதாரண நொதியங்கள் இயற்கையகற்றப்படுவதால் ஒவ்வொரு சுழற்சிக்கும் மீண்டும் சேர்க்க வேண்டியிருக்கும்; வெப்பநாடி அங்கிகளின் நொதியமான Taq ஒரு முறை சேர்த்தாலே போதுமானது. இச்சுழற்சிகள் தானியங்கி வெப்பச்சுழற்சி இயந்திரத்தில் (thermal cycler) நடத்தப்படும்.
மட்டுப்படுத்தல் நொதியங்களால் DNA வெட்டப்படும்போது வேறுபட்ட பருமனுள்ள துண்டங்களின் கலவை உருவாகும். மின்னயனம் (electrophoresis) மின்புலமொன்றில் ஏற்றம் கொண்ட பெரிய மூலக்கூறுகளை (DNA, RNA, புரதம்) அவற்றின் அசைவு ஆற்றலுக்கேற்ப வேறாக்கும் தொழினுட்பம். நியூக்கிளிக்கமிலங்களின் தேறிய ஏற்றம் நீளத்தில் தங்கியிருப்பதால், வேறாக்கல் முதன்மையாகப் பருமனை அடிப்படையாகக் கொண்டது.
அகரொஸ் ஜெல் மின்னயனமே DNA வேறாக்கலில் பெரும்பாலும் பயன்படுத்தப்படும் தொழினுட்பம் — அகரொஸ் ஒரு கடற்சாதாழையிலிருந்து பெறப்பட்ட சுத்திகரிக்கப்பட்ட அகர். ஜெல்லில் ஏற்படுத்தப்படும் கிணறுகளில் DNA சுமையேற்றப்பட்டு, மின்னோட்டம் வழங்கப்படும்போது எதிராக மின்னேற்றப்பட்ட DNA அனோட்டை (நேர் முனை) நோக்கி நகரும்; பெரிய மூலக்கூறுகள் மெதுவாகவும் சிறியவை விரைவாகவும் நகரும். வேறாக்கப்பட்ட DNA எதிடியம் புரோமைட்டால் சாயமேற்றப்பட்டு UV ஒளி மூலம் காட்சிப்படுத்தப்படும்; அறியப்பட்ட பருமன்களைக் கொண்ட DNA பருமன் குறிப்பான் (ladder) உடன் ஓடவிடப்படும்.
ஒரு குறிப்பிட்ட நியூக்ளியோட்டைடு தொடரியைக் கொண்ட பட்டையை மற்றையதிலிருந்து வேறுபிரித்துக் காட்ட DNA ஆயி (probe) — நிரப்புகின்ற தொடரியைக் கண்டறியப் பயன்படும் தனித்த பட்டிகை, சுட்டியிடப்பட்ட (கதிர்த்தொழிற்பாடு அல்லது உறிஞ்சியொளிவீசும் சாயம்) DNA துண்டம் — பயன்படுத்தப்படும். ஆயியுடன் இணைவதற்கு முன் இரட்டைப்பட்டிகை DNA இயற்கையகற்றப்பட வேண்டும். சதேர்ன் ஒத்தி செயன்முறையில், இயற்கையகற்றப்பட்ட பட்டைகள் நைலோன்/நைதரோசெலுலோசு மென்சவ்வுக்கு இடமாற்றப்பட்டு நிலைநிறுத்தப்படும்; சுட்டியிடப்பட்ட ஆயி சேர்க்கப்பட்டு, நிரப்புத் தொடரிகளுடன் மட்டும் பிணைந்த பின் கழுவப்பட்டு, சுயகதிரியல் அல்லது UV ஒளியால் இலக்குப் பட்டை இனங்காணப்படும்.
ஒரு தனிநபரின் தனித்துவமான DNA விரலடையாளம் STR குறிப்பான்கள் (Short Tandem Repeats) அல்லது நுண்துணைக்கோள் DNA ஆல் ஆனது — 2 முதல் 6 காரயிணைகள் தொடர்ச்சியாக 100–1000 முறை மீளும் குறியீடற்ற தொடரிகள்; இவற்றின் நீளம் தனிநபர்களிடையே வேறுபடும். STR குறிப்பான்கள் PCR மூலம் பெருக்கப்பட்டு ஜெல் மின்னயனத்தால் வேறாக்கப்படும். 13 குறிப்பான்கள் சேர்த்துப் பயன்படுத்தினால், பொருந்தும் நிகழ்தகவு 10 பில்லியனுக்கு 1 முதல் பல ட்ரில்லியனுக்கு 1 வரை — உலக மக்கள்தொகை ~7 பில்லியன் என்பதால் ஒத்த இரட்டையரைத் தவிர இரு நபர்கள் ஒரே விரலடையாளம் கொண்டிருத்தல் மிக அரிது.
DNA மூலக்கூறு எதிர்த்திசையான, நிரப்புத் தன்மையுள்ள இரு கோடுகளால் ஆனது — ஒவ்வொன்றும் A, G, C, T என்ற நான்கு மூலங்களின் தொடரி. இம்மூலங்களின் சரியான வரிசையைத் துணியும் செயன்முறை DNA தொடரிப்படுத்தல்; இது 1977 இல் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது.
| சந்ததி | சிறப்பியல்பு |
|---|---|
| முதலாவது (1977) | நீண்ட காலம் தேவை; குறுகிய துண்டுகளை மட்டும் தொடரிப்படுத்தும். மனித ஜீனோம் திட்டத்தில் (2003) பயன்பட்டது — 15 வருடங்கள் ஆனது. |
| இரண்டாவது (NGS) | அடுத்த சந்ததித் தொடரிப்படுத்தல்; மிக வேகமானது. |
| மூன்றாவது | மில்லியன் கணக்கான நியூக்ளியோட்டைடுகள் கொண்ட பட்டிகைகளைத் தொடரிப்படுத்தும்; நேரம் பெரிதும் குறைந்தது. |
மூலக்கூற்று உயிரியல்: பரம்பரையலகுகளின் அமைவிடத்தையும் புரதத் தொழிற்பாட்டைக் குறிக்கும் டொமைன்களையும் (எ.கா. மென்சவ்வுக் குறுக்கான புரதமா, DNA பிணையும் புரதமா) அறிய உதவும்; மனித ஜீனோமில் மரபணுக்களின் மடங்குப் பிரதிகள் இருப்பதையும் வெளிப்படுத்தியுள்ளது. பரிணாம உயிரியல்: தொடரிகளின் ஒற்றுமை/வேற்றுமைகள் கூர்ப்பு உறவுகளை வெளிப்படுத்தும்; மம்மிகள், பனியில் புதைந்த, தொல்லுயிரியல் மனித எச்சங்களிலிருந்து பெறப்பட்ட DNA Homo sapiens கூர்ப்பு காலத்தையும் குடிபெயர்வையும் காட்டியுள்ளது. மருத்துவம்: ஆரோக்கியமான நபர் காவியா (carrier) என்பதை வெளிப்படுத்தும்; புற்றுநோய் நிதானிப்பு, முதிர்மூலவுருவின் சூல்வித்தகத்திலிருந்து பிறப்புரிமை ஒழுங்கீனங்களின் ஆரம்ப நோய்நிதானிப்புக்கும் பயன்படும். தடயஅறிவியல்: ஒத்த இரட்டையரைத் தவிர இரு தனியன்களின் DNA தொடரி ஒரே மாதிரியிருப்பது அரிது — குற்ற இடத்துப் பொருள்/தந்தைமைச் சோதனைக்குப் பயன்படும். மெற்றாஜீனோமிக்ஸ்: தூயவளர்ப்பில் வளர்க்க முடியாத நுண்ணங்கிகளையும் உள்ளடக்கி, ஒரு சூழலின் மொத்த சாகிய DNA ஐப் பிரித்தெடுத்து படிக்கும் விஞ்ஞானம் — சூழலியல், தொற்றுநோயியலுக்கு முக்கியமானது.
வெளியிலுள்ள DNA ஐ உள்ளெடுத்த கலம் மாற்றப்பட்ட கலம் (transformed cell) எனப்படும். ஆர்வத்துக்குரிய DNA ஐ (பெரும்பாலும் மீளச்சேர்ந்த காவியில்) விருந்துவழங்கிக் கலத்தினுள் புகுத்த பல DNA விநியோக முறைகள் பயன்படுகின்றன.
| முறை | எந்திரவியல் | பயன்பாடு |
|---|---|---|
| மாற்றம் (Transformation) | தகைமைக் கலங்கள் சூழலிலிருந்து DNA ஐ நேரடியாக உள்ளெடுக்கும் | பற்றீரிய குளோனிங்; வினைத்திறன் மிகக் குறைவு |
| குறுக்குக் கடத்துகை (Transduction) | பற்றீரியம்விழுங்கி/வைரஸ் தனது தொற்றுதலினூடாக DNA ஐக் கடத்தும் — கப்சிட் DNA ஐப் பாதுகாக்கும் | அதிக வினைத்திறன்; மரபணுச் சிகிச்சையில் பயன்படும் |
| பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி (Gene Gun) | DNA உறையிடப்பட்ட பொன் துணிக்கைகள் உயர்வேகத்தில் சுடப்படும் | தாவர மரபணு மாற்றம் |
| Agrobacterium மத்தியஸ்தம் | Ti பிளாஸ்மிட்டின் T-DNA தாவர ஜீனோமினுள் இடமாற்றப்படும் | தாவர மரபணுப் பொறியியலில் மிக பயனுள்ளது |
மாற்றத்தில் விருந்துவழங்கிக் கலங்களின் தேர்ச்சி (competency) பரிகரிப்பு முறைகளால் அதிகரிக்கப்பட்ட தகைமைக் கலங்கள் பயன்படுத்தப்படும். குறுக்குக் கடத்துகையில் ஆர்வத்துக்குரிய மரபணு மாற்றியமைக்கப்பட்ட வைரஸ் ஜீனோமுடன் இணைக்கப்பட்டு புரதக் கப்சிட்டினுள் பொதிசெய்யப்படும்.
Agrobacterium தாவரங்களைத் தொற்றும் ஒரு மண்வாழ் பற்றீரியா; தொற்றினால் நுனிக்காய்ப்பு நோய் (crown gall disease) எனும் கழலை ஏற்படுகிறது. கழலைக் கலங்கள் Agrobacterium இன் Ti (கழலை தூண்டும்) பிளாஸ்மிட்டின் ஒரு துண்டால் — T-DNA — மரபுரீதியாக மாற்றப்பட்டவை. DNA இடமாற்றத்திற்கு உண்மையில் தேவைப்படுவது T-DNA இன் இடது/வலது விளிம்புத் தொடரிகள் மட்டுமே; எனவே விஞ்ஞானிகள் உக்கிரமான பரம்பரையலகுகளை அகற்றி (T-DNA ஐ நிராயுதபாணியாக்குதல்), விளிம்புகளுக்கு இடையே ஆர்வத்துக்குரிய மரபணுவை உட்புகுத்துகின்றனர். Agrobacterium தனது தொற்றும் தகவினால் இம்மாற்றியமைக்கப்பட்ட T-DNA ஐத் தாவரக் கலங்களினுள் விநியோகிக்கும்; தாவரம் நோய்நிலைமைக்கு உள்ளாகாது.
ஒரு புதிய இயல்பு புகுத்தப்பட்ட விருந்துவழங்கி மரபணுமாற்றப்பட்ட உயிரி (GMO) எனப்படும்; தொடர்புடைய பதங்கள் GEM, இடப்பெயர்வுயிரி (transgenic), LMO. GMO இலிருந்து பெறப்படும் உணவு GMF எனப்படும். (விலங்குக் கூளனாக்கம் மரபணு செருகல் படிமுறைகளை உள்ளடக்காததால் மரபணுத் தொழில்நுட்பம் அல்ல.)
தாவரக் கலங்கள் முழுமைத்திறன் (totipotent) கொண்டவை என்பதால் ஒரு மரபணுமாற்றப்பட்ட கலத்திலிருந்து முழுத் தாவரத்தையும் மீளுருவாக்க முடியும். Bt பயிர்கள் — Bacillus thuringiensis இலிருந்து பெறப்பட்ட நச்சு மரபணு பருத்தி, மக்காச்சோளம், கனோலா, உருளைக்கிழங்கில் செருகப்பட்டு புழு நிலைப் பூச்சிகளைக் கொல்லும்; இந்த Bt நச்சு பாலூட்டிகளுக்குத் தீங்கற்றது, உயிரியச் சிதைவடையக்கூடியது — எனினும் நீண்டகாலப் பயன்பாட்டால் பூச்சிகள் எதிர்ப்பாற்றல் வளர்க்கலாம், மகரந்தம் வழியே இலக்கல்லாப் பூச்சிகளையும் பாதிக்கலாம். நோய் எதிர்ப்புப் பயிர்கள் — பப்பாளி வளைய புள்ளி வைரசை (PRSV) தாங்கும் பப்பாளியும் ஸ்குவாஷும்; PVY/PLRV/பிந்திய அழுகல் நோயைத் தாங்கும் உருளைக்கிழங்கு. களைக்கொல்லி தாங்கும் பயிர்கள் (HTCs) — glyphosate தாங்கும் "RoundUp Ready" பயிர்கள் (பருத்தி, மக்காச்சோளம், கனோலா, சோயா, கோதுமை), glufosinate தாங்கும் "Liberty Link"/"InVigor"; தொடர் பயன்பாடு மீக்களைகளை (superweeds) உருவாக்கலாம் — பயிர்ச்சுழற்சி மூலம் தவிர்க்கலாம். மேம்பட்ட ஊட்டச்சத்து — பொன்னரிசி (Golden Rice), Pantoea ananatis இன் மஞ்சள் நிறமி மரபணுக்களால் மாற்றப்பட்டு முன்வைட்டமின் A அதிக மட்டத்துடன் வைட்டமின் A குறைபாட்டைப் போக்க உதவும்; மேலும் அதிக ட்ரைகிளிசரைடு/பைட்டேஸ் கனோலா, மெது பழுத்தல் தக்காளி, பழுப்பாகாத ஆப்பிள், வறட்சி தாங்கும் மக்காச்சோளம்/சோயா.
மனித இன்சுலின் — மனித இன்சுலின் மரபணு செருகப்பட்ட E. coli இலிருந்து உற்பத்தி; முன்னர் விலங்குகளிலிருந்து எடுத்த இன்சுலின் பக்கவிளைவுகளையும் அதிக செலவையும் கொடுத்தது, இன்று முழு வழங்கலும் E. coli இலிருந்தே. Hepatitis B தடுப்பூசி — யீஸ்ட்டில் உற்பத்தி செய்யப்படும் மீளச்சேர்க்கை தடுப்பூசி; தாவரத்தில் ஆன்டிஜன் வெளிப்படுத்தும் உண்ணத்தக்க தடுப்பூசிகள் பரிசோதனை நிலையில். Factor VIII, tPA — கல வளர்ப்பில் வளர்க்கப்படும் GM பாலூட்டிக் கலங்களிலிருந்து; இரத்தக்கசிவு நோயாளர்கள், மாரடைப்பு/பக்கவாத நோயாளர்களுக்கு. மரபணுச் சிகிச்சை — சிக்கிள் செல் இரத்தசோகையில் எலும்பு மச்சையின் இரத்தம் உருவாக்கும் தண்டுக்கலங்களை எடுத்து சரியான பீட்டா-குளோபின் மரபணுவைச் செருகி மீளப் புகுத்துதல் — அமெரிக்காவில் வெள்ளை இரத்த அணுப் புற்றுநோய்க்கான சிகிச்சையே முதல் வகை. GM கொசுக்கள் — மலட்டுப் பூச்சி தொழில்நுட்பம் (SIT) பிரேசிலில் களச் சோதனையில் Aedes aegypti தொகையை 95% குறைத்தது.
கைமோசின் — GMO மூலம் அங்கீகரிக்கப்பட்ட முதலாவது நொதியம்; பாலாடைக்கட்டி உற்பத்திக்கு; முன்னர் கன்றுகளின் இரைப்பையிலிருந்து எடுக்கப்பட்டது, இன்று GM யீஸ்ட்டிலிருந்து மலிவாகவும் தூய்மையாகவும் கிடைக்கிறது. அமைலோமால்டேஸ் — GM Bacillus sp. இலிருந்து, பால்தொழிலில் மாப்பொருள் மாற்றத்திற்கு. அஸ்பார்ட்டேம் — GM E. coli இலிருந்து இனிப்புப் பொருள்.
| துறை | எடுத்துக்காட்டு | உயிரி / மூலம் |
|---|---|---|
| மருத்துவம் | மனித இன்சுலின் | E. coli |
| மருத்துவம் | Hepatitis B தடுப்பூசி | யீஸ்ட் |
| வேளாண்மை | Bt பருத்தி/மக்காச்சோளம் | Bacillus thuringiensis மரபணு |
| வேளாண்மை | பொன்னரிசி | Pantoea ananatis மரபணு |
| கைத்தொழில் | கைமோசின் | GM யீஸ்ட் |
GMO இன் மிக முக்கியமான இடராபத்து அதன் சாத்தியமான இலக்கற்ற விளைவுகள் — இது ஒப்பீட்டளவில் புதிய தொழினுட்பமாதலால் பொதுமக்கள் தயங்குகின்றனர்.
எலி/சுண்டெலிக்கு GM உணவு ஊட்டிய சில பரிசோதனைகளில் இழையம்க்களுக்குச் சேதம் காணப்பட்டாலும், முறையியல் கேள்விக்குள்ளாக்கப்பட்டு விளைவுகள் மீள உருவாக்க முடியவில்லை என பல விஞ்ஞானிகள் கூறுகின்றனர் — சுயாதீன ஆராய்ச்சி தேவை. அலர்ஜி: அயல் DNA இணைதல் மரபணு வெளிப்பாட்டை மாற்றி அலர்ஜிக்காரம்/நச்சு/புற்றுநோய்க்காரமான பொருட்களை உருவாக்கலாம் எனினும் உறுதியான ஆதாரம் இல்லை. கிடையான பரம்பரையலகு இடமாற்றம்: நுண்ணுயிர்கொல்லி எதிர்ப்புக் குறியீட்டு மரபணுக்கள் மனிதனுக்கு இடமாறும் வாய்ப்பு மிகக் குறைவு, ஆனால் பற்றீரியாக்களிடையே அதிகம்.
காப்புரிமை (patenting): விவசாயிகள் ஒவ்வொரு வருடமும் பெரிய கம்பனிகளிடமிருந்து விதைகளை அதிக பணம் கொடுத்து வாங்க வேண்டியிருக்கும். உயிரிக் கொள்ளை (biopiracy): உண்ணாட்டு மக்களின் அனுமதியின்றி உயிரியல் வளங்கள்/மரபுசார் அறிவு எடுத்துக்கொள்ளப்படுதல். சுட்டியிடல்: சில நாடுகளில் கட்டாயம்; ஒழுக்கவியல்/மத எதிர்ப்பும் உண்டு.
உயிரியல் பல்வகைமை சமவாயத்திற்கான (CBD, 1992 ரியோ உச்சிமாநாடு) துணை ஒப்பந்தமான கார்டஜீனா நெறிமுறை 2000 மே 15 இல் மொன்றியலில் கையொப்பமிடப்பட்டு, 2003 செப்டம்பர் 11 நடைமுறைக்கு வந்தது; 100 க்கும் மேற்பட்ட நாடுகள் கையொப்பமிட்டுள்ளன — இலங்கை 2004 ஏப்ரல் 28 இல் முறையான இணக்கம் தெரிவித்தது. இது முன்னெச்சரிக்கைக் கோட்பாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டு, LMO களின் தேசக்கடந்த நகர்வு/போக்குவரத்து/கையாளுகை/பயன்பாட்டை உள்ளடக்குகிறது; போதிய தகவல் இல்லை என நினைக்கும் நாடு LMO நுழைவைக் கட்டுப்படுத்தலாம். தகவல் பரிமாற்றத்துக்கு உயிர்பாதுகாப்புத் தகவல் பரிவர்த்தனை மையம் (BCH) நிறுவப்பட்டது.
இலங்கையின் தேசிய உயிர்பாதுகாப்புக் கட்டமைப்பு (NBFSL) 2005 இல் சுற்றாடல் இயற்கை வள அமைச்சால் (இப்போது MoMDE) நிறைவு செய்யப்பட்டது — நிரந்தர உயிர்பாதுகாப்புச் சட்டக் கட்டமைப்புக்கான தொடக்கப்புள்ளி இதுவே. இதன் கீழ் தேசிய உயிர்பாதுகாப்புக் கொள்கை 2005 உருவாக்கப்பட்டது; 2013 இல் வளங்களின் அணுகல்/நன்மைப் பகிர்வு கொள்கையும் உருவானது — எனினும் இவை இன்னும் சட்டமாக்கப்படவில்லை. தேசிய உயிர்ப்பல்வகைமை மூலோபாய செயற்திட்டம் 2016–2022 இன் இலக்கு 12: "2022 ஆம் ஆண்டளவில் உயிர்பாதுகாப்பு உறுதிப்படுத்தப்படும்".