शोधकर्ताओं ने रुचि के विशिष्ट प्रोटीन बनाने के लिए बैक्टीरिया की प्राकृतिक प्रोटीन बनाने वाली सुविधाओं को हाईजैक करने का एक तरीका ढूंढ लिया है। उन्होंने एक जीवाणु कोशिका पर एक ‘पोषक तत्व गेट’ को ट्रोजन हॉर्स में बदलकर ऐसा किया जो इन प्रोटीनों को बनाने के लिए कृत्रिम अमीनो एसिड को कोशिकाओं में पहुंचा सकता था।
अध्ययनस्विट्जरलैंड में ईटीएच ज्यूरिख और जर्मनी में म्यूनिख के तकनीकी विश्वविद्यालय की टीमों द्वारा आयोजित, में प्रकाशित किया गया था प्रकृति.
सभी प्रोटीन हैं कुछ संयोजन से बना है 20 प्राकृतिक अमीनो एसिड में से। प्रयोगशाला में, रसायनज्ञ हजारों कृत्रिम अमीनो एसिड का संश्लेषण भी कर सकते हैं, जिनमें से कई में पूरी तरह से नए गुण होते हैं। उदाहरण के लिए, यदि पी-एज़िडो-एल-फेनिलएलनिन नामक अमीनो एसिड को प्रोटीन में बनाया जा सकता है, तो यह वैज्ञानिकों को एक सटीक स्थान पर प्रोटीन में दवाएं जोड़ने की अनुमति देगा, जिससे कुछ बीमारी का इलाज करने में मदद मिलेगी।
हालाँकि, चुनौती इन कृत्रिम अमीनो एसिड का उपयोग करने के लिए कोशिकाओं की प्रोटीन बनाने वाली मशीनों को प्राप्त करना है।
विचार और अड़चन
1980 के दशक में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले में पीटर शुल्ट्ज़ और उनके सहयोगियों ने विशिष्ट स्थानों पर प्रोटीन में कृत्रिम अमीनो एसिड को शामिल करने की नींव रखी। वर्षों से, वैज्ञानिकों ने कोशिकाओं द्वारा निर्मित प्रोटीन में कृत्रिम अमीनो एसिड को शामिल करने के लिए इस टूलकिट का विस्तार किया है।
फिर भी एक समस्या बनी हुई है: कोशिका में पर्याप्त कृत्रिम अमीनो एसिड प्राप्त करने का संघर्ष। अधिकांश प्रयोगशाला निर्मित अमीनो एसिड कोशिका झिल्ली को पार करने और साइटोप्लाज्म में प्रवेश करने के लिए संघर्ष करते हैं, जहां राइबोसोम प्रोटीन का संश्लेषण करते हैं। इसका कारण यह है कि कृत्रिम अमीनो एसिड की पार्श्व शृंखलाएँ अत्यधिक जल-प्रेमी होती हैं जबकि कोशिका-झिल्ली का मूल भाग जल-विकर्षक होता है।
इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने अतीत में तीन तरीकों में से एक का उपयोग किया है: (i) माध्यम में कृत्रिम अमीनो एसिड की बड़ी सांद्रता जोड़ना ताकि वे निष्क्रिय रूप से कोशिका झिल्ली को पार कर सकें; (ii) कोशिका झिल्ली में छोटे पेप्टाइड्स (अमीनो एसिड की छोटी श्रृंखला) की तस्करी करने और कोशिका के अंदर एक बार उन्हें अमीनो एसिड में तोड़ने के लिए झिल्ली-बाध्यकारी प्रोटीन की इंजीनियरिंग; या (iii) कोशिकाओं के अंदर कृत्रिम अमीनो एसिड का उत्पादन करने के लिए कोशिकाओं के भीतर चयापचय मार्गों की इंजीनियरिंग करना।
इन विधियों ने कुछ प्रगति दिखाई लेकिन वे अभी भी कुछ अमीनो एसिड के लिए विशिष्ट थीं। उनका सामान्यीकरण नहीं किया जा सका.
नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने पेप्टाइड्स को कोशिका में ले जाने वाले सटीक अणु का पता लगाया। ट्रांसपोर्टर की अनुपस्थिति में – मुख्य जीवाणु प्रणाली जो आम तौर पर भोजन के रूप में छोटे प्रोटीन टुकड़े आयात करती है – कोशिकाएं पेप्टाइड्स से जुड़े कृत्रिम अमीनो एसिड का उपयोग करने की क्षमता लगभग पूरी तरह से खो देती हैं। यह एक संकेत था कि यह विशिष्ट अणु तस्कर था। एक बार जब पेप्टाइड्स अंदर थे, तो कोशिका के स्वयं के प्रोटीन-काटने वाले एंजाइमों ने उन्हें खोल दिया।
शोधकर्ता इसकी पुष्टि करने में सक्षम थे: जब उन्होंने उन एंजाइमों को हटा दिया जो आम तौर पर पेप्टाइड्स को व्यक्तिगत अमीनो एसिड में काटते हैं, तो कोशिका का प्रोटीन उत्पादन कम हो गया। साथ में, ट्रांसपोर्टर ने माल अंदर लाया, फिर साधारण एंजाइमों ने कृत्रिम अमीनो एसिड को मुक्त कर दिया ताकि कोशिका के राइबोसोम इसका उपयोग कर सकें।
झिल्ली के पार
ईटीएच ज्यूरिख में कैथरीन लैंग और उनके सहयोगियों ने एक ही विचार से शुरुआत की: कृत्रिम अमीनो एसिड को एक छोटे पेप्टाइड से जोड़कर। लेकिन इस समूह ने इस विचार को बैक्टीरिया में और आगे बढ़ाया इशरीकिया कोली.
सोनीपत में अशोक विश्वविद्यालय में जीव विज्ञान के सहायक प्रोफेसर लास्या संहिता ने बताया कि समूह ने एक एबीसी ट्रांसपोर्टर का निर्माण किया, एक विशिष्ट झिल्ली प्रोटीन जो कृत्रिम अमीनो एसिड ले जाने वाले पेप्टाइड्स को लेने के लिए निर्देशित विकास का उपयोग करके कोशिका में अन्य प्रोटीन आयात करता है।
एबीसी ट्रांसपोर्टर आम तौर पर पोषक तत्वों के स्रोत के रूप में ट्राइपेप्टाइड्स (यानी तीन अमीनो एसिड) और टेट्रापेप्टाइड्स (चार अमीनो एसिड) को कोशिका में पहुंचाता है। डॉ. लैंग और सह. ट्राइपेप्टाइड्स और टेट्रापेप्टाइड्स को डिज़ाइन किया गया जिसमें उन्होंने दो प्राकृतिक अमीनो एसिड के बीच एक कृत्रिम अमीनो एसिड छिपाया, जिससे ट्रांसपोर्टर कोशिका में कृत्रिम अमीनो एसिड की तस्करी कर सके। एक बार अंदर जाने पर, कोशिका के अंदर असंख्य पेप्टाइड-क्लीविंग एंजाइमों ने उन्हें अलग-अलग अमीनो एसिड में काट दिया, जिससे कोशिकाओं को नए प्रोटीन बनाने के लिए कृत्रिम अमीनो एसिड उपलब्ध हो गए।
पिछली रिपोर्टों के विपरीत, इस अध्ययन ने बैक्टीरिया कोशिका के आंतरिक और बाहरी झिल्ली के बीच की जगह में स्थित प्रोटीन को बदलने के लिए ट्रांसपोर्टर को इंजीनियर किया। शोधकर्ताओं ने सबसे पहले उन अवशेषों की पहचान की जो कार्गो पर चिपके हुए थे। फिर उन्होंने ट्रांसपोर्टर के ऐसे म्यूटेंट तैयार किए जो एक असंशोधित समकक्ष की तुलना में 10 गुना अधिक मात्रा में अपरंपरागत अमीनो एसिड ग्रहण करेंगे। पिछले अध्ययनों की तुलना में यह कृत्रिम अमीनो एसिड ग्रहण करने की दक्षता दोगुनी है।
उपयोग में आसान
निष्कर्ष मायने रखते हैं क्योंकि कई मानक प्रयोगशाला शोरबा में, पहले से ही बहुत सारे प्राकृतिक पेप्टाइड्स तैर रहे हैं, और वे सभी एक ही ट्रांसपोर्टर के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं, जिससे सेल के अंदर तस्करी किए गए माल की मात्रा कम हो जाती है। इसलिए शोधकर्ताओं ने यह सुनिश्चित करने के लिए चरण दर चरण ट्रांसपोर्टर विकसित किया कि यह इन भीड़-भाड़ वाली परिस्थितियों में भी काम करता है, बार-बार उन जीवाणु कोशिकाओं का चयन करता है जो कृत्रिम अमीनो एसिड के पेप्टाइड्स को सर्वोत्तम रूप से आयात करते हैं। फिर उन्होंने बैक्टीरिया के जीनोम में उन्नत संस्करण बनाया। उन्होंने बताया कि परिणामी प्रणाली का उपयोग पहले मीडिया (शोरबा) को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करने के बजाय नियमित तरीके से प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए करना आसान था।
जैसा कि लैंग समूह के वरिष्ठ वैज्ञानिक और अध्ययन के प्रमुख लेखक मैक्सिमिलियन फोटनर ने एक प्रेस नोट में कहा, अध्ययन “अप्राकृतिक अमीनो एसिड युक्त डिजाइनर प्रोटीन का उत्पादन उनके प्राकृतिक समकक्षों की तरह ही कुशलतापूर्वक करना संभव बनाता है”। ये वास्तव में बहुक्रियाशील प्रोटीन हो सकते हैं, जैसे कि एक एंटीबॉडी जो एक दवा को एक इंजीनियर स्थिति में ले जाती है।
टीम ने यह भी दिखाया कि इसका दृष्टिकोण दो अलग-अलग कृत्रिम अमीनो एसिड प्रदान कर सकता है, जिससे एक ही प्रोटीन दो इंजीनियरी विशेषताओं को विभिन्न स्थानों पर ले जा सकता है।
डॉ. लैंग और उनके सहकर्मी मानव कोशिकाओं में कृत्रिम मानव जैसे प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए एक समान प्रणाली डिजाइन करने पर काम कर रहे हैं जो कई चिकित्सीय अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हो सकती है। उन्होंने कहा कि यह विचार जटिल रासायनिक यौगिकों का उत्पादन करने के लिए अमीनो एसिड के अलावा अन्य अणुओं को आयात करने तक विस्तारित हो सकता है।
जोएल पी. जोसेफ एक स्वतंत्र विज्ञान पत्रकार और शोधकर्ता हैं।
प्रकाशित – मार्च 11, 2026 07:15 पूर्वाह्न IST