दो समस्याओं के चौराहे पर एक सफलता
आधुनिक विज्ञान और चिकित्सा की दो सबसे गंभीर चुनौतियां — प्लास्टिक कचरे का संकट और न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के लिए सुलभ उपचार की आवश्यकता — एक अप्रत्याशित और सुंदर तरीके से टकरा गई हैं। शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक बैक्टीरिया को इंजीनियर किया है जो पॉलीथिलीन टेरेफ्थेलेट प्लास्टिक को तोड़ते हैं और परिणामी रासायनिक मध्यस्थों को लेवोडोपा में परिवर्तित करते हैं, पार्किंसन रोग के लक्षणों को प्रबंधित करने के लिए सबसे प्रभावी दवा। यह कार्य पर्यावरणीय उपचार और दवा निर्माण दोनों के लिए संभावित रूप से परिवर्तनकारी दृष्टिकोण का प्रतिनिधित्व करता है।
Phys.org में प्रकाशित, यह अनुसंधान एक जीवाणु पथ का वर्णन करता है जो पीईटी प्लास्टिक — पानी की बोतलों, खाद्य पैकेजिंग और सिंथेटिक फाइबर में उपयोग की जाने वाली सामग्री — को फीडस्टॉक के रूप में लेता है और लेवोडोपा का उत्पादन करता है। दृष्टिकोण कुछ बैक्टीरिया की क्षमता का लाभ उठाता है जो पीईटी को इसके रासायनिक निर्माण खंडों में विघटित करते हैं और फिर उन मध्यस्थों को एक लक्ष्य अणु की ओर नियंत्रित करते हैं जिसका स्थापित नैदानिक मूल्य है।
सिस्टम की सुंदरता इसकी परिपत्र प्रकृति में निहित है। प्लास्टिक अपशिष्ट जो वर्तमान में लैंडफिल और महासागर जाइरों में जमा होता है, एक दवा के लिए कच्चा माल बन जाता है जो पार्किंसन रोग के साथ रहने वाले लाखों लोगों के जीवन की गुणवत्ता में सुधार करता है। पेट्रोलियम-व्युत्पन्न अग्रदूतों की आवश्यकता के बजाय और ऊर्जा-गहन सिंथेटिक रसायन, विनिर्माण प्रक्रिया जीवित कोशिकाओं के अंदर कमरे के तापमान और दबाव पर चलती है, जो चयापचय प्रक्रियाओं द्वारा संचालित होती है जो बैक्टीरिया ने अरबों वर्षों में विकसित की हैं।
पथ के पीछे का विज्ञान
पीईटी प्लास्टिक टेरेफ्थेलिक एसिड और इथाइलीन ग्लाइकोल की दोहराई जाने वाली इकाइयों से बना एक पॉलिमर है, एस्टर बांड द्वारा जुड़ा हुआ है। बैक्टीरिया जो पीईटी-अवनयन एंजाइम व्यक्त करने के लिए इंजीनियर किए गए हैं — प्राकृतिक रूप से घटित प्लास्टिक-खपत करने वाले बैक्टीरिया जैसे कि Ideonella sakaiensis की खोज पर निर्माण करते हुए — ये एस्टर बांड को तोड़ सकते हैं और पॉलिमर श्रृंखला से मोनोमर घटकों को मुक्त कर सकते हैं। परिणामी टेरेफ्थेलिक एसिड और इथाइलीन ग्लाइकोल इंजीनियर किए गए बायोसिंथेटिक पथ में प्रवेश बिंदु के रूप में कार्य करते हैं।
लेवोडोपा एक कैटेकोलामाइन अग्रदूत है जो मानव मस्तिष्क को डोपामाइन में परिवर्तित करता है, पार्किंसन रोग में कम न्यूरोट्रांसमीटर। यह बायोसिंथेटिकली सुगंधित अमीनो एसिड टाइरोसिन से संबंधित है, जो बदले में शिकिमेट पथ के मध्यस्थों से प्राप्त है जो बैक्टीरिया अपने सामान्य चयापचय के हिस्से के रूप में प्राकृतिक रूप से उत्पादित करते हैं। पीईटी अवनयन उत्पादों के बीच कनेक्शन इंजीनियर करके और शिकिमेट पथ के लिए, और वहां से लेवोडोपा बायोसिंथेटिक मार्ग के लिए, शोधकर्ताओं ने एक सेलुलर कारखाना बनाया जो प्लास्टिक रासायनिक निर्माण खंडों को न्यूरोलॉजिकल रूप से सक्रिय यौगिक में परिवर्तित करता है।
इस पथ का निर्माण करने के लिए आवश्यक चयापचय इंजीनियरिंग में कई चरण शामिल थे: प्लास्टिक-अवनयन एंजाइम व्यक्त करना, शिकिमेट पथ की ओर मध्यस्थों को चैनल करना, प्रतिस्पर्धी चयापचय मार्गों में उनके विचलन को रोकना, और लेवोडोपा संश्लेषण को पूरा करने के लिए आवश्यक डाउनस्ट्रीम एंजाइम व्यक्त करना। आधुनिक चयापचय इंजीनियरिंग उपकरण जिसमें CRISPR-आधारित जीनोम संपादन और स्वचालित पथ अनुकूलन शामिल है, अनुसंधान दल को गति और परिशुद्धता के साथ पथ का निर्माण और पुनरावृत्ति करने की अनुमति दी जो एक दशक पहले संभव नहीं होता।
