বায়োইনফরমেটিক্স পরিচিতি – লেকচার ০২ – DNA ক্রমবিন্যাসকরন

Print PDF

কোর্সের মূলপাতা | কোর্সের নিবন্ধন ফর্ম

[এই লেকচারটি স্ক্রিপ্ট এবং ভিডিও দুইটিই আছে। মূল লেকচার স্ক্রিপ্ট প্রথমে দিয়ে দিলাম। একেবারে শেষে ড্রপবক্সে ভিডিওলিঙ্ক গুলো দেয়া হলো।]
আমি সব সময় কোন লেখা অথবা নোট একটু অন্য রকম কিছু দিয়ে শুরু করতে চাই। এতে অনেকে মজা পায়, হয়তো অনেকে বিরক্ত হয়, কিন্তু পদ্ধতিটা কাজের খুব! মানুষ সাধারনত মজা না পেলে অথবা স্বার্থ না থাকলে কিছু করে না। আর ও একটা কথা লেকচার এর শুরু তে বলে দেই। আমি কিন্তু কাউকে পড়াচ্ছি না। আমার মতো একটা পিচ্চি মানুষ আপনাদের কে পড়াতে পারবো না। আমি শুধু মাত্র আপনাদের কে মজা দিতে চেষ্টা করবো। আর এক এর পর এক গল্প বলে যাবো।

আমার এই লেকচার তা যারা life science এর লোক তাদের কাছে খুব এ দূর্বল মনে হবে। কিন্তু computer, statistics, mathematics, physics সহ অন্য লাইন এর মানুষদের কাছে ভাবনার খোরাক হবে বলে আশা করি। বেশি কথা না বলে লেকচার এ চলে আশা যাক। নিচে একটা ছবি দিলাম। এই ছবিতে কিছু জিনিস লেখা আছে। দেখেন তো পড়তে পারেন কিনা?

আমি নিশ্চিত যে পড়তে পারেন নাই। কিন্তু যদি আগে থেকে এই ছবি টার কাহিনী জানেন অথবা স্মার্ট হয়ে google করে থাকেন,তাহলে পারবেন। প্রশ্ন করতে পারেন যে আমি কিভাবে এটা নিশ্চিত হলাম? কারণ, এই ছবিতে কি লেখা আছে টা পড়তে প্রায় ১৫০ বছর অপেক্ষা করা লেগেছিল। এই চিঠিটা Edgar Alan Poe এর কাছে তার এক পাঠক (Tyler) পাঠিয়েছিলেন সমাধান করতে। কিন্তু তিনি প্রায় ১০০ টা লেখার সমাধান করতে পারলেও দুইটা করতে পারেন নি। তিনি বলেছিলেন যে,এই দুইটা সমস্যা সমধান করার মতো তিনি সময় পান নি। কিন্তু অনেকে বলে থাকেন যে,এই সমস্যা দুটি আসলে উনি নিজেই তৈরি করে গিয়েছিলেন তার ভবিষ্যৎ পাঠকদের জন্য। ভুলে যাই সে সব গল্প। এর সমাধান করেছিলেন Terence Whalen ১৯৯২ সালে।

সমাধানঃ
“The soul secure in her existence smiles at the drawn dagger and defies its point. The stars shall fade away, the sun himself grow dim with age and nature sink in years, but thou shalt flourish in immortal youth, unhurt amid the war of elements, the wreck of matter and the crush of worlds.”

ব্যাখ্যাঃ
According to Rosenheim’s account in “The Cryptographic Imagination” Whalen’s solution proceeded from recognition that the three-character pattern of “comma-dagger-section symbol”, repeated seven times in eight lines, most likely represented the word “the” or “and”. It turned out to be “the”. Another clue was taken from Tyler’s correspondence to Poe in which he discussed the difficulty of deciphering text that was written backwards (“eht”, rather than “the”), and spaces and punctuation are omitted.

আমি এখন কাজের কথায় আসবো। আমাদের লেকচার এ আপনাদের কে এমন কোন জটিল প্রবলেম দেয়া হবে না যাতে আর ও ১৫০ বছর অপেক্ষা করা লাগে! আমাদের লাগবে DNA,RNA,protein। কিন্তু DNA,RNA,protein গুলো আমাদের কাছে কিভাবে লেখা আছে?তারা ও Poe অথবা Tyler এর মতো করে লেখা থাকে নাকি? তাহলে তো সর্বনাশ!

DNA sequence:
TGCGATGCCCTACGTGCATGCTACGATCGAGCGGTAGTCGATCGAGCCCGTTACCGATCGATCGTCGAGCCCGTTA

CCGTACGTGCATGCTACGATCGAGCACGATCGAGCGGTAGTCGATCGAGCCCGTTACCGATCGATCGTGCGATGCC

CTACGTGCATGCTACGATCGAGCGGTAGTCGATCGAGCCCGTTACCGATCGATCGTCGAGCCCGTTACCGTACGTG

CATGCTACGATCGAGCACGATCGAGCGGTAGTCGATCGAGCCCGTTACCGATCTGCGATGCCCTACGTGCATGCTA

CGATCGAGCGGTAGTCGATCGAGCCCGTTACCGATCGATCGTCGAGCCCGTTACCGTACGTGCATGCTACGATCGA

GCACGATCGAGCGGTAGTCGATCGAGCCCGTTACCGATC

RNA sequence:

AUGCUUUUCGUGCAGGUGUACGUGUGGACAUCGAUCGAUCGAUCGAUCGAUCAUGAUUUUUUUUUCAUCGG

GGGGGGACAUGAUCGAUAUGCUUUUCGUGCAGGUGUACGUGUGGACAUCGAUCGAUCGAUCGAUCGAUCAU

GAUUUUUUUUUCAUCGGGGGGGGACAUGAUCGAUAUGCUUUUCGUGCAGGUGUACGUGUGGACAUCGAUCG

AUCGAUCGAUCGAUCAUGAUUUUUUUUUCAUCGGGGGGGGACAUGAUCGAU

Protein sequence:

MNRKVAAFLGRHNFSIHQDINSIVEAMLFDMNEGLSGRPSGEDMIRTYANPPSQATAGKSVIVIDAGGTNFRSCLVTFDS

NGNPSIDFMEKTRMPGVDRELSKKEFFDQISANLEHLKDKSSSIGFCFSYPVDIQEDGDGVLINFTKEVKAPEVEGSHIG

KELEKALKEHGWKNKLHVSMLNDTVSALLAGAADPDEGMKYSSYVGFILGTGMNSAYIQTASPEYKNLKTQIINCESGK

FDKVARSDFDISFDKKSEKPGIGIMEKLCSGAYMGPIAFEAVTAAGKENLFSEKLSEKLSQLDSLTQIEMDSFLHAPYSTN

SKLGSIMAECAKDDDYDVLFQLLDALVERCARMAAAILSACVIKSGEGKTADKPVCILCNGTSFFKTYKVRQRVLGYLEE

ILVKERGLYFDVISRENDITLGTAIGGLL

কী দেখছেন? কতোগুলো অক্ষর বার বার আসছে?এর মানে কি? এর থেকে আমরা কি বুঝতে পারি? এর মাঝে কি কিছু আসলেই বলা আছে? অনেকগুলো প্রশ্ন। ঠিক তাই।

ভাল ঝামেলা তো। Poe এর প্রবলেম না হয় সমাধান না করলে ও হবে। কিন্তু এই জিনিসের রহস্য তো আমাদের জানতে হবে। কারন, এই জিনিস আমাদের কে decipher করতে হবে আমাদের নিজেদের প্রয়োজনে। যদি আমরা এই জিনিস decipher করতে না পারি তাহলে আমরা কারা, কোথা থেকে এসেছি, কোথায় যাবো, কি আছে আমাদের জীবনে,তার কিছুই জানতে পারবো না। এর কোনটাই আমরা চাইবো না। তাহলে চলেন দেখি কি করা যায়।

আমাদের প্রথমে জানতে হবে আমরা কি খুঁজছি? তা কোথায় পাওয়া যাবে? পেয়ে কি করবো? ধাপে ধাপে এগিয়ে যাই আমরা।
আমরা সবাই আশা করি কখনো এই তিনটার নাম শুনেছি। gene, DNA, chromosome। সত্যি কি আমরা জানি যে তারা কে কোথায় কিভাবে বসে আছে? কথা দিয়ে বুঝাতে গেলে শুধু শুধু আমার ও সময় নষ্ট হবে,আর আপনাদেরও। তার চেয়ে ভালো আমরা যদি একটা ছবি দেখি। ভয় পাওয়ার কিছু নেই,এই টা Tyler এর চিঠির মতো কোন ছবি হবে না।

উপরে একটা ছবি দেখতে পাচ্ছেন আশা করি। আর সবাই বুঝে ও ফেলেছেন। মানব দেহ থেকে নেয়া হচ্ছে একটা কোষ অথবা cell। আর cell এর মধ্যে আছে chromosome। আর chromosome থেকে পাচ্ছি DNA। এই ছবিতে অবশ্য gene এর কিছু নাই। gene হল DNA এর একটা অংশ যা থেকে protein এবং catalytic RNA তৈরি হয়। এক একটা gene থাকে এক একটা নির্দিষ্ট chromosome এ। তাহলে আমাদের প্রথম কাজ হলো DNA কে isolate করা। তারপর এই DNA টা কে পড়া। এবং বোঝার চেষ্টা করা। আর এই DNA টা কে পড়া বলতে বুঝায় DNA ক্রমবিন্যাসকরন অথবা DNA sequencing।

Biology জিনিসটা আমরা সবাই কম বেশি ভয় পাই। তাই খুব একটা বাড়াবাড়ি করার ইচ্ছা আমার নেই। কিন্তু DNA sequencing করার আগে তারা দেখতে কেমন, তা একটু দেখে নেয়া যাক। Nucleic acid গুলো তৈরি হয় sugar, base এবং phosphate group দিয়ে। DNA এবং RNA তে দুই রকমের sugar থাকে।

উপরের ছবিতে বাম পাশে যে sugar টি দেখছেন, টা থাকে DNA তে। আর ডান পাশের টি থাকে RNA তে। তাদের মধ্যে সব কিছু মিল আছে শুধু মাত্র ২’ জায়গা টা ছাড়া। আশা করি আপনারা টা খেয়াল করেছেন।

উপরের ছবি তে কিছু base এর ছবি দেখানো হচ্ছে যা DNA তে থাকে এবং উপরের ছবির মতই নিজেদের মধ্যে hydrogen bond দিয়ে যুক্ত থাকে।

RNA তে thymine এর বদলে uracil থাকে। আর phosphate group গুলো DNA এবং RNA এর জন্য একই। এবার চলুন দেখি, কিভাবে তারা যুক্ত হয়ে DNA এবং RNA তৈরি করে। আবারো ছবি একটি ছবি দেখুন।

দেখছেন যে, ৩’ নাম্বার এর –OH group এর সাথে ৫’ নাম্বার এর phosphate group গুলো জোড়া লাগছে। অতি সাধারন কথা,কিন্তু এই কথাটাই মনে রাখুন। একটু পর কাজে লাগবে।
প্রাথমিক শিক্ষা শেষ। এখন একটু জটিল কিছু দেখার পালা।

Sanger’s Method

কিছু বলা শুরু করার আগে একটা সালাম দেন উপরের ভদ্রলোকটিকে। উনার নাম Frederick Sanger, জীবনে দুই বার Nobel Prize পেয়েছেন। আর মজার ব্যাপার হল দুই বারই sequencing এর জন্য। আর এতো বিনয়ী মানুষ! ১৯৫৮ সালে insulin এর sequencing করার জন্য এবং ১৯৮০ সালে DNA sequencing method এর জন্য দুই বার Nobel Prize পান। উনাকে আমার ভালো লাগার একটা কারন হল, উনি সারা জীবনে sequencing নিয়েই ছিলেন। সত্যি কথা হল,পরে যেসব মেথড ব্যাবহার করা হয়েছিলো তা কিন্তু Sanger method এর উপর ভিত্তি করেই করা হয়েছিলো। এখন তার মেথড টা বুঝার পালা। আর ইতিহাস না!

কিছু ছবি দেখব।যার ফলে আমাকে বেশি কথা বলা লাগবে না। আর আপনারা একটা visual understanding পাবেন,ইনশাল্লাহ।

আর ও একটা ছবি দেখেন।

যা বলার তার চেয়ে বেশি লেকচার এ বলসি বলে মনে করি। আর তার পরও যদি বুঝাতে না পারি তাহলে মেইল করুন, ভিডিও দেখেন। একটা লিংক দিয়ে দিলাম। এটা দেখলে বুঝা ছাড়া কোন উপায় নাই!
http://www.wellcome.ac.uk/Education-resources/Teaching-and-education/Animations/DNA/WTDV026689.htm

Shot gun method

এতো সময় ধরে আমরা যা দেখলাম তা দিয়ে DNA sequence করা যাবে। তা আমরা বুঝতে পারলাম। কিন্তু আমরা এটা ও বুঝতে পারছি যে এমন করে sequencing করতে অনেক সময় লাগবে। আর যখন আমরা কোন বড় genome sequence করব,তখন আমাদের কে এর চেয়ে speed এ কাজ করবে এমন কিছুর কথা ভাবতে হবে।
আবার ও গল্প বলার সময় এসে গেলো।বিরক্ত হবেন না। গল্প ছাড়া এই সব বেপার বুঝা যে কতো তা কষ্টের তা as usual biology class করতে গেলে বুঝা যায়। আশা করি আপনারা Human Genome Project এর কথা শুনেছেন।

সত্যি কথা বলতে কি,এই Human Genome Project কে ঘিরে তৈরি হয়ে ছিল competition, আর এই দৌড়ে ছিলেন Craig Venter এবং Francis Collins। এই দৌড়ে অবশেষে Craig Venter সফল হন। কিন্তু কি এমন strategy ছিল তার। তিনি যেই method তা ব্যাবহার করেছিলেন সেই টা কে বলে Shot Gun Sequencing method।  Craig Venter নিজে Vietnam War এর against এ ছিলেন। কিন্তু তাকে যেতে হয়েছিলো war এ। আর সেই যুদ্ধ থেকে ফিরে তিনি পুরা Scientist হয়ে গেলেন! মজা করে বলা হয়,যুদ্ধ থেকে ফিরে এসে তিনি যখন দেখলেন sequencing করতে এতো সময় লাগছে,তখন তার মেজাজ খারাপ হয়েগেলো। তিনি বললেন,এত টাইম নাই। পুরা genome কেটে টুকরা টুকরা করে ফেলো। ঠিক যেমন টা যুদ্ধে করা হয় gun ব্যাবহার করে। তারপর সেই টুকরোগুলো সিকোয়েন্সিঙ করে আবার জোড়া লাগাও 🙂
আর বক বক করবো না। নিচের লিংক থেকে ভিডিও টা দেখে নিন। আর মনে কোন প্রশ্ন আসলে করে ফেলেন।

http://smcg.ccg.unam.mx/enp-unam/03-EstructuraDelGenoma/animaciones/humanShot.swf

Genome mapping

ধরুন,আপনি কোন নতুন একটা জায়গায় যাবেন। কি করবেন?একটা ঠিকানা লাগবে। কি ভাবে কিভাবে কোন দিকে যাবেন টা জেনে নিবেন। তাই না?তার মানে আপনি কিন্তু cartographer না হয়েই মনের মাঝে একটা map একে ফেলেছেন। বাহ !Biology নিয়ে কাজ করতে গেলে আপনি ঠিক তেমনি নিজের অজান্তেই genome এর map খুজে বের করবেন। আবারো গল্প। এবারের গল্প টা genome mapping নিয়ে। কথা দিচ্ছি,এই তাই লেকচার এর শেষ গল্প।

Alfred T. Sturtevant ছিলেন আমার মতো একজন undergrad student (আমার মতো বলার কারন টা একটু পরে বলছি)!তিনি Morgan এর ল্যাব এ কাজ করতেন। এক রাতে তিনি algebra homework করতে করতে বিরক্ত হয়ে তা ছুঁড়ে ফেলে দিলেন। তারপর তিনি তার ল্যাব থেকে পাওয়া কিছু data নিয়ে analysis করতে বসে গেলেন। এখন বলব কেন আমার মতো বললাম। আমাদের মতো যারা young scientist (নিজেদের ঢোল পেটানোর জন্য মাফ করবেন!) আছেন,তাদের দুইটা কাজ।academic পড়ালেখা এবং বনের মোষ তাড়ানো (research)। ক্লাস এর পড়া ভালো না লাগলে,মোষ তারাই।vice versa টা ও হয়। Sturtevant ও তেমন তাই ছিলেন বলে আমার কাছে মনে হয়! কিন্তু তার experimental data গুলা কিছু তেই make sense করছিলো না। বলে রাখা ভালো,Morgan মনে করতেন যে কাছাকাছি থাকা gene গুলু এক সাথে inherit হয়। কিন্তু তখন পর্যন্ত এর কোন ভিত্তি ছিল না। Sturtevant খেয়াল করলেন যে,তার ওস্তাদের কথাটা সুতা ধরে নিলে experimental data গুলা interpret করা যায়। (পুরা experiment টা আলাপ করতে আর ও একটা লেকচার দরকার হবে।তাই এটা নিয়ে আর বেশি কথা বললাম না।)কিন্তু এতো টুকু তো জানতে পারলেন,gene গুলা linked বা একে অপরের সাথে সম্পর্কিত।

আপনাকে যদি আমি জিজ্ঞেস করি,আপনার বাসা কোথায়?আপনি দুই ভাবে এর উত্তর করতে পারেন। প্রথমত,রাহিমের বাসার থেকে দুই বাসা পরে। অথবা,১০ নাম্বার রাস্তার ১৩ নাম্বার বাড়ি। প্রথম যেই ঠিকানা টা দিলেন,তা আমাকে চিনতে হলে আগেথেকে জানা থাকতে হবে যে রাহিমের বাসাটা ঠিক কোথায়। আর ঠিকানা তা ছিল সাপেক্ষ এর ভিত্তিতে। ঠিক তেমন ভাবে যদি আমরা কোন gene এর position বলি,তাহলে এভাবে বলতে পারি- gene1 অবস্থান gene2 থেকে ২০ kilo base দূরে। এই map বুঝার জন্য আগে থেকে কোন একটা gene এর accurate position জানা থাকা লাগবে। এই type এর mapping কে বলে linkage or genetic mapping। আর যদি আপনি নাম্বার উল্লেখ করে বলেন তাহলে কিন্তু accurate position জানা যাবে। সেই ক্ষেত্রে আমরা বলতে পারি, gene1 আছে chromosome number-10 এ। এই ধরনের এর ম্যাপিং কে বলে physical mapping।

ভিডিও লেকচার 

এই লেকচারের সাথে সাথে দেখতে পারেন ভিডিও লেকচার।  ভিডিওলিঙ্ক এখানে ১, ২, ৩, ৪, ৫।

এগুলো পরে ইউটিউবেও দেয়া হবে। আপাতত উপরের লিংকে ক্লিক করে ড্রপবক্স থেকে সরাসরি বা ডাউনলোড করে দেখতে পারেন।

শিক্ষকের পরিচয়

আমি আরিফ আশরাফ অপু। ঢাকা বিশ্ববিদ্যালয় এর প্রানরসায়ন এবং অনুপ্রান বিজ্ঞান বিভাগের চতুর্থ বর্ষের ছাত্র। Bio-Bio-1 এর সাথে প্রায় এক বছর ধরে পথ চলা। ভালোবাসি Genetics এবং Mathematics নিয়ে সময় কাটাতে। আর দুটি বড় project এ ছোটখাটো মানুষ হিসেবে contribute করার চেষ্টা করে যাচ্ছি।