అణు జీవశాస్త్రం

అణు జీవశాస్త్రం (Molecular biology) అనేది జీవశాస్త్రం (biology) లో ఒక ముఖ్యమైన భాగం. భూమి మీద ఉన్న జీవులు అణువుల (molecules) స్థాయిలో ఎలా పనిచేస్తాయో ఈ శాస్త్రం వివరిస్తుంది. ఈ విభాగంలో పనిచేసే శాస్త్రవేత్తలు మొక్కలు, జంతువులు, మనుషుల యొక్క కణాలను (cells) పరిశీలిస్తారు. జీవం సాధ్యపడటానికి కారణమయ్యే రసాయన భాగాలను అర్థం చేసుకోవడం వీరి ప్రధాన ఉద్దేశ్యం. ఈ పనిలో ఎక్కువ భాగం న్యూక్లియిక్ ఆమ్లాలు (nucleic acids) అనబడే DNA, RNA, మరియు ప్రోటీన్ (protein) లేదా మాంసకృత్తుల మీద జరుగుతుంది.

అణు జీవశాస్త్రం ఈ పెద్ద అణువులు ఎలా తయారవుతాయో వివరిస్తుంది. కణం పెరగడానికి, ఆరోగ్యంగా ఉండటానికి ఈ అణువులు ఒకదానితో ఒకటి ఎలా మాట్లాడుకుంటాయో లేదా ఎలా స్పందిస్తాయో కూడా ఇది చెబుతుంది. ఇది కేవలం ఒకే శాస్త్రం కాదు, అనేక శాస్త్రాల కలయిక. ఇందులో జన్యుశాస్త్రం (genetics), జీవ రసాయన శాస్త్రం (biochemistry), కంప్యూటర్ సైన్స్ లేదా బయో ఇన్ఫర్మేటిక్స్ (bioinformatics) వంటి అంశాలు కలిసి ఉంటాయి. ఆధునిక వైద్యం, వ్యవసాయం వంటి రంగాలు కొత్త మందులను కనుగొనడానికి, మంచి ఆహారాన్ని పండించడానికి ఈ శాస్త్రం మీద చాలా ఆధారపడుతున్నాయి.

 అణు జీవశాస్త్రం యొక్క చరిత్ర  
అణు జీవశాస్త్రం 20వ శతాబ్దంలో వేగంగా అభివృద్ధి చెందడం మొదలైంది. దీనికంటే ముందు, ప్రజలు సూక్ష్మదర్శిని (microscope) ద్వారా కణాలను చూడగలిగేవారు, కానీ కణం లోపల అసలు ఏమి జరుగుతుందో వారికి తెలియదు. 1945వ సంవత్సరంలో, విలియం ఆస్టబరీ (William Astbury) అనే వ్యక్తి మొదటిసారిగా "మాలిక్యులర్ బయాలజీ" (Molecular biology) అనే పదాన్ని ఉపయోగించారు. ఒక అణువు యొక్క భౌతిక ఆకారం, అది జీవిలో చేసే పనిని ఎలా మారుస్తుందో తెలుసుకోవాలని ఆయన అనుకున్నారు.

1953లో ఒక గొప్ప ఆవిష్కరణ జరిగింది. ఫ్రాన్సిస్ క్రిక్ (Francis Crick), జేమ్స్ వాట్సన్ (James Watson), మరియు రోసాలిండ్ ఫ్రాంక్లిన్ (Rosalind Franklin) అనే శాస్త్రవేత్తలు DNA యొక్క ఆకారాన్ని కనుగొన్నారు. DNA అనేది ఒక మెలితిరిగిన నిచ్చెనలా ఉంటుందని వారు ప్రపంచానికి చూపించారు. దీనిని ద్వికుండలిని (double helix) అని పిలుస్తారు. తల్లిదండ్రుల నుండి పిల్లలకు లక్షణాలు ఎలా వస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ ఆవిష్కరణ శాస్త్రవేత్తలకు ఎంతో సహాయపడింది. ఆ తర్వాత, 1962లో వాట్సన్, క్రిక్ తమ కృషికి గాను నోబెల్ బహుమతి (Nobel Prize) గెలుచుకున్నారు.

 ప్రాథమిక ప్రయోగాలు (Early experiments) 
DNA ఆకారం తెలియక ముందే, ఇతర శాస్త్రవేత్తలు కొన్ని ముఖ్యమైన పరీక్షలు చేశారు:

గ్రిఫిత్ ప్రయోగం (1928): ఫ్రెడరిక్ గ్రిఫిత్ (Frederick Griffith) అనే శాస్త్రవేత్త బాక్టీరియా ఒకదాని నుండి ఒకటి "ఏదో" తీసుకోవడం ద్వారా తమ లక్షణాలను మార్చుకోగలవని కనుగొన్నారు. దీనిని 'ట్రాన్స్‌ఫర్మేషన్' అని పిలుస్తారు.

అవరీ-మాక్లియాడ్-మెకార్టీ ప్రయోగం (1944): బాక్టీరియాను మార్చిన ఆ "ఏదో" ఒక పదార్థం DNA అని ఈ శాస్త్రవేత్తలు నిరూపించారు. దీనికంటే ముందు, చాలా మంది ప్రజలు ప్రోటీన్లు మాత్రమే జన్యు సమాచారాన్ని మోస్తాయని అనుకునేవారు.

హెర్షే-చేజ్ ప్రయోగం (1952): వైరస్‌లను ఉపయోగించి చేసిన ఈ పరీక్ష ద్వారా, జన్యువులను మోసే పదార్థం DNA అని చివరిసారిగా, కచ్చితంగా నిరూపించారు.

 ముఖ్యమైన అణువులు (Important molecules) 
అణు జీవశాస్త్రం ప్రధానంగా మూడు రకాల అణువుల మీద దృష్టి పెడుతుంది. వీటిని జీవానికి పునాది రాళ్లుగా పిలుస్తారు.

 DNA (డీఎన్ఏ) 
DNA అంటే డిఆక్సిరైబో న్యూక్లియిక్ ఆమ్లం. ఇది ఒక ఇంటికి సంబంధించిన ప్లాన్ లేదా సూచనల పుస్తకం లాంటిది. ప్రతి జీవి కణాలలో DNA ఉంటుంది. కణం ఎలా పెరగాలి, ఏం చేయాలి అనేది ఇది చెబుతుంది. DNA నాలుగు ముఖ్యమైన భాగాలతో తయారవుతుంది, వీటిని బేసెస్ (bases) అంటారు. ఈ బేసెస్ ఉండే వరుస క్రమం ద్వారా జన్యు సంకేతం (genetic code) తయారవుతుంది.

 RNA (ఆర్ఎన్ఏ) 
RNA అనేది DNA లాగే ఉంటుంది. దీని ప్రధాన పని DNA నుండి సూచనలను తీసుకుని, వాటిని ఉపయోగించి ప్రోటీన్లను తయారు చేయడం. RNAలో రకాలు ఉన్నాయి. కొన్ని సందేశాన్ని మోసుకుపోతే, మరికొన్ని కణ భాగాలను నిర్మించడంలో సహాయపడతాయి.

 ప్రోటీన్లు (Proteins) 
ప్రోటీన్ లేదా మాంసకృత్తులు కణంలో ఎక్కువ పనిని చేస్తాయి. కొన్ని ప్రోటీన్లు కణానికి ఒక ఆకారాన్ని ఇస్తాయి. మరికొన్నింటిని ఎంజైమ్‌లు (enzymes) అని పిలుస్తారు. ఇవి కణంలో జరిగే రసాయన చర్యలను వేగవంతం చేస్తాయి. ప్రోటీన్లు లేకపోతే జీవం ఉండదు.

 సాధారణ సాంకేతిక పద్ధతులు  
ఈ సూక్ష్మమైన అణువులను అధ్యయనం చేయడానికి శాస్త్రవేత్తలు ప్రత్యేకమైన పనిముట్లు, పద్ధతులను ఉపయోగిస్తారు.

 PCR (DNA కాపీ చేయడం) 
పాలిమరేజ్ చైన్ రియాక్షన్ (PCR) అనేది ఒక చిన్న DNA ముక్క నుండి అనేక కాపీలను తయారు చేసే పద్ధతి. ఇది చాలా వేగంగా జరుగుతుంది. కేవలం కొన్ని గంటల్లోనే, ఒక DNA ముక్క బిలియన్ల కాపీలుగా మారుతుంది. డాక్టర్లు వైరస్‌లను గుర్తించడానికి లేదా జన్యుపరమైన వ్యాధులను తనిఖీ చేయడానికి PCR ఉపయోగిస్తారు.

 జెల్ ఎలక్ట్రోఫోరోసిస్ (Gel electrophoresis) 
DNA లేదా ప్రోటీన్ల వంటి అణువులను వాటి పరిమాణం (size) ఆధారంగా విడదీయడానికి ఈ పద్ధతిని వాడతారు. శాస్త్రవేత్తలు అణువులను ఒక ప్రత్యేకమైన జెల్ (ఒక రకమైన జెల్లీ) లో ఉంచుతారు. తర్వాత, విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపిస్తారు. చిన్న ముక్కలు పెద్ద ముక్కల కంటే వేగంగా జెల్ ద్వారా కదులుతాయి. ఒక నమూనాలో ఏమేమి ఉన్నాయో చూడటానికి ఇది శాస్త్రవేత్తలకు సహాయపడుతుంది.

 అణు క్లోనింగ్ (Molecular cloning) 
క్లోనింగ్ అంటే శాస్త్రవేత్తలు ఒక జీవి నుండి ఒక జన్యువును తీసుకుని మరొక జీవిలో ఉంచడం. ఉదాహరణకు, వారు ఒక మానవ జన్యువును బాక్టీరియా కణంలో ఉంచవచ్చు. దీనివల్ల డయాబెటిస్ ఉన్న వారికి అవసరమైన ఇన్సులిన్ (insulin) వంటి మందులను తయారు చేయడం సులభం అవుతుంది.

 బ్లాటింగ్ (Blotting) 
ఒక పెద్ద సమూహంలో ఒక నిర్దిష్ట అణువును కనుగొనడానికి బ్లాటింగ్ అనే పద్ధతిని ఉపయోగిస్తారు.

సదరన్ బ్లాట్ (Southern blot): DNAను కనుగొనడానికి ఉపయోగిస్తారు.

నార్తర్న్ బ్లాట్ (Northern blot): RNAను కనుగొనడానికి ఉపయోగిస్తారు.

వెస్ట్రన్ బ్లాట్ (Western blot): ప్రోటీన్లను కనుగొనడానికి ఉపయోగిస్తారు.

 అణు జీవశాస్త్రం ఎందుకు ముఖ్యం? 
ఈ శాస్త్రం ప్రతిరోజూ మనకు అనేక విధాలుగా సహాయపడుతుంది. వైద్య రంగంలో, ఒక వ్యక్తి యొక్క జన్యువులను చూడటం ద్వారా వ్యాధికి గల కారణాన్ని డాక్టర్లు కనుగొనవచ్చు. దీనిని మాలిక్యులర్ మెడిసిన్ (molecular medicine) అని అంటారు. సురక్షితమైన, మెరుగైన టీకాలు (vaccines) మరియు కొత్త మందులను తయారు చేయడంలో కూడా ఇది తోడ్పడుతుంది.

వ్యవసాయంలో, తక్కువ నీటితో పెరిగే లేదా పురుగులను తట్టుకునే మొక్కలను తయారు చేయడానికి అణు జీవశాస్త్రం ఉపయోగపడుతుంది. ప్రపంచవ్యాప్తంగా ఎక్కువ మందికి ఆహారాన్ని అందించడానికి ఇది సహాయపడుతుంది. మిలియన్ల సంవత్సరాలుగా DNA ఎలా మారిందో చూడటం ద్వారా, భూమిపై జీవం యొక్క చరిత్రను అర్థం చేసుకోవడానికి కూడా ఇది మనకు దారి చూపిస్తుంది.

 ఆధునిక అణు జీవశాస్త్రం (Modern molecular biology) 
ప్రస్తుతం మనం ఈ శాస్త్రం యొక్క "స్వర్ణ యుగం" (golden age) లో ఉన్నాము. CRISPR వంటి కొత్త పరికరాల వల్ల శాస్త్రవేత్తలు జన్యువులను చాలా సులభంగా మార్చగలుగుతున్నారు. దీనివల్ల అనారోగ్యాన్ని కలిగించే చెడిపోయిన జన్యువులను సరిచేయడానికి అవకాశం ఉంటుంది. అలాగే, ఇప్పుడు కంప్యూటర్లు చాలా వేగంగా పనిచేస్తున్నాయి. ఒక మనిషి యొక్క పూర్తి జన్యుక్రమం (genome) ను చాలా తక్కువ సమయంలో చదవగలవు. కొందరు వ్యక్తులు ఎందుకు అనారోగ్యానికి గురవుతారు, మరికొందరు ఎందుకు ఆరోగ్యంగా ఉంటారు అనే విషయాలను తెలుసుకోవడానికి ఇది శాస్త్రవేత్తలకు సహాయం చేస్తోంది.

 ఇతర సంబంధిత శాస్త్రాలు (Related sciences) 
అణు జీవశాస్త్రం ఇతర అధ్యయన రంగాలకు చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది:

జీవ రసాయన శాస్త్రం (Biochemistry): జీవులలో ఉండే రసాయనాలు, శక్తి మీద దృష్టి పెడుతుంది.

జన్యుశాస్త్రం (Genetics): తల్లిదండ్రుల నుండి పిల్లలకు లక్షణాలు ఎలా వస్తాయో వివరిస్తుంది.

కణ జీవశాస్త్రం (Cell biology): మొత్తం కణం ఒక యూనిట్‌గా ఎలా పనిచేస్తుందో వివరిస్తుంది.

సమస్యలను పరిష్కరించడానికి శాస్త్రవేత్తలు తరచుగా ఈ మూడు రంగాల నుండి ఆలోచనలను ఒకేసారి ఉపయోగిస్తారు.

 ముఖ్యమైన ప్రయోగాల సారాంశం 
 సంవత్సరం  ప్రయోగం పేరు  ఏం నిరూపించారు? 1928  గ్రిఫిత్ పరీక్ష  బాక్టీరియా సమాచారాన్ని బదిలీ చేయగలదు. 1944  అవరీ-మాక్లియాడ్  DNA అనేది 'మార్పు చేసే' (transforming) పదార్థం. 1952  హెర్షే-చేజ్  వైరస్‌లలో DNA అనేది జన్యు పదార్థం. 1953  వాట్సన్ మరియు క్రిక్  DNA ద్వికుండలిని (double helix) ఆకారాన్ని కలిగి ఉంటుంది. 1958  మెసెల్సన్-స్టాల్  DNA తనను తాను సెమీ-కన్జర్వేటివ్ పద్ధతిలో కాపీ చేసుకుంటుంది.

 ఇవి కూడా చూడండి 

జీవశాస్త్రం

రసాయన శాస్త్రం

 మూలాలు 

 మరింత సమాచారం కోసం 

Category:అణు జీవశాస్త్రం
Category:జీవశాస్త్రం