दोन समस्यांच्या छेदनबिंदूवर एक प्रगतिशील शोध
आधुनिक विज्ञान आणि औषध विज्ञानातील सर्वात जरूरी दोन आव्हाने — प्लास्टिक कचऱ्याचे संकट आणि न्यूरोडीजनरेटिव्ह रोगांसाठी सुलभ उपचारांची गरज — अनपेक्षित आणि मार्जित पद्धतीने टकराली आहेत. संशोधकांनी बैक्टेरियाला यशस्वीरित्या अभियांत्रिकी पद्धतीने तयार केले आहे जो पॉलिएथिलीन टेरेप्थाल्टे प्लास्टिक खंडित करतो आणि परिणामी रासायनिक मध्यवर्ती पदार्थांना लेव्होडोपामध्ये रूपांतरित करतो, जो पार्किंसन्स रोग लक्षणांचे व्यवस्थापन करण्यासाठी सर्वात प्रभावी औषध आहे. हे काम पर्यावरणीय उपचार आणि औषध निर्माणाच्या दृष्टिकोनातून संभाव्यत: रूपांतरकारी दृष्टिकोन दर्शवते.
फिजस.ऑर्गमध्ये प्रकाशित, संशोधन एक बैक्टेरियल मार्गाचे वर्णन करते जो पीईटी प्लास्टिक — पाण्याच्या बाटल्या, खाद्य पॅकेजिंग आणि कृत्रिम तंतूंमध्ये वापरलेली सामग्री — ला कच्च्या माल म्हणून घेते आणि रासायनिक रूपांतरणाच्या मालिकेद्वारे लेव्होडोपा तयार करते. हा दृष्टिकोन विशिष्ट बैक्टेरियांच्या पीईटी प्लास्टिक विघटित करण्याच्या क्षमतेचा लाभ घेतो आणि हे मध्यवर्ती पदार्थ अभियांत्रिकी जैव संश्लेषणात्मक मार्गांद्वारे एक लक्ष्य रेणूकडे निर्देशित करतो जिला नैदानिक मूल्य आहे.
सिस्टमची मार्जितता त्याच्या परिपत्रीकरणामध्ये निहित आहे. प्लास्टिक कचरा जो सध्या लँडफिल आणि समुद्र गायरेमध्ये जमा होतो तो एक औषधाचा कच्चा माल बनतो जो पार्किंसन्स रोगाने जगणारे लाखो लोकांच्या जीवनाचा दर्जा सुधारतो. पेट्रोलियम-व्युत्पन्न अग्रदूत आणि ऊर्जा-गहन संश्लेषणात्मक रसायनशास्त्राची आवश्यकता न पडता, उत्पादन प्रक्रिया सजीव पेशी आंतर्गत परिसर तापमान आणि दबावावर चालते, चयापचयी प्रक्रियांद्वारे संचालित जी बैक्टेरिया अरबो वर्षांच्या विकासादरम्यान विकसित केली आहेत.
मार्गाच्या मागे असलेले विज्ञान
पीईटी प्लास्टिक हा एक बहुलक आहे जो टेरेप्थाल्क अम्ल आणि इथिलीन ग्लायकोलच्या पुनरावृत्ती घटकांपासून बनलेला आहे, एस्टर बंधनांद्वारे जोडलेला आहे. पीईटी-नष्ट करणारे एंजाइम व्यक्त करण्यासाठी अभियांत्रिकी बैक्टेरिया — आयडोनेला साकाइएन्सिस सारख्या नैसर्गिकरित्या प्लास्टिक-उपभोग करणारे बैक्टेरिया शोधने आधार घेऊन — या एस्टर बंध तोडू शकतात आणि पॉलिमर साखळीतून मोनोमर घटक मुक्त करू शकतात. परिणामी टेरेप्थाल्क अम्ल आणि इथिलीन ग्लायकोल अभियांत्रिकी जैव संश्लेषणात्मक मार्गामध्ये प्रवेश बिंदू म्हणून काम करतात.
लेव्होडोपा एक कॅटेकोलामाइन अग्रदूत आहे जो मानवी मेंदू डोपामाइनमध्ये रूपांतरित करतो, पार्किंसन्स रोगामध्ये कमी होणारा न्यूरोट्रान्समिटर. हा जैव संश्लेषणात्मकदृष्ट्या सुगंधी अमिनो अम्ल टायरोसिनशी संबंधित आहे, जो शिकिमेट मार्ग मध्यवर्ती पदार्थांपासून व्युत्पन्न आहे जो बैक्टेरिया त्यांच्या सामान्य चयापचयाचा भाग म्हणून नैसर्गिकरित्या तयार करतात. पीईटी अवक्षय उत्पादने आणि शिकिमेट मार्ग यांच्यामध्ये संयोग तयार करून, आणि तेथून लेव्होडोपा जैव संश्लेषणात्मक मार्गापर्यंत, संशोधकांनी एक पेशीय कारखाना तयार केला जो प्लास्टिक रासायनिक निर्माण घटकांना न्यूरोलॉजिकली सक्रिय संयुगामध्ये रूपांतरित करतो.
या मार्गाचे अभियांत्रिकी करण्यासाठी आवश्यक चयापचयी अभियांत्रिकीमध्ये अनेक पायऱ्या समाविष्ट होत्या: प्लास्टिक-नष्ट करणारे एंजाइम व्यक्त करणे, मध्यवर्ती पदार्थ शिकिमेट मार्गाकडे निर्देशित करणे, प्रतिस्पर्धी चयापचयी मार्गांमध्ये त्यांचे विचलन प्रतिबंधित करणे, आणि लेव्होडोपा संश्लेषण पूर्ण करण्यासाठी आवश्यक डाउनस्ट्रीम एंजाइम व्यक्त करणे. CRISPR-आधारित जीनोम संपादन आणि स्वयंचलित मार्ग अनुकूलन सारख्या आधुनिक चयापचयी अभियांत्रिकी साधनांनी संशोधन दलाला मार्ग तयार करण्यास आणि पुनरावृत्ती करण्यास अनुमति दीली ज्या गती आणि अचूकतेने हे एक दशक आधी शक्य नव्हते.
लेव्होडोपा आणि पार्किंसन्स रोग
लेव्होडोपा पचास वर्षांहून अधिक काल पार्किंसन्स रोगाचा सोने मानलेला उपचार आहे. पार्किंसन्स मेंदूच्या एका प्रदेशामध्ये डोपामाइन-उत्पादन न्यूरॉन्सच्या मृत्यूमुळे होतो ज्याला सबस्टेन्शिया निग्रा म्हणतात, जो मोटर नियंत्रण कमजोर करतो आणि विशेषत्व कंपकंपी, कडकपणा आणि हालचाल अडचण निर्माण करतो जे या रोगाची व्याख्या करतात. डोपामाइन रक्त-मेंदू अवरोधनी पार करू शकत नसल्याने, रोगींना लेव्होडोपा दिला जातो, एक अग्रदूत जो मेंदूमध्ये प्रवेश करू शकतो आणि तेथे डोपामाइनमध्ये रूपांतरित होतो, मृत न्यूरॉनल कार्यामुळे होणारी हानी अंशत: भरून काढतो.
त्याचे वय आणि व्यापक वापर असूनही, लेव्होडोपा विश्वाच्या अनेक भागांमध्ये महाग राहिलेला आहे आणि पारंपरिक रासायनिक संश्लेषणाशी संबंधित पुरवठा साखळी असुरक्षितता यांचा सामना करतो. पारंपरिक जैव रसायन पद्धतीद्वारे लेव्होडोपाचे उत्पादन विशिष्ट अग्रदूत रसायने आणि बहु-पद्धती प्रक्रिया आवश्यक असतात जी उत्पादन जटिलता आणि खर्च तयार करतात. जैव तंत्रज्ञान-आधारित उत्पादन मार्ग जो या खर्च आणि अवलंबितत्व कमी करू शकतो तो जगभरातील दर वर्षी नव्याने निदान झालेल्या पार्किंसन्स रोगाने जगणारे लाखो लोकांना फायदा देईल, विशेषत: कमी-उत्पन्न देशांमध्ये जेथे औषध खर्च महत्त्वपूर्ण प्रवेश अडथळे तयार करतात.
हे संशोधन औषधनिर्माणात्मक संश्लेषणासाठी जैव उत्पादन दृष्टिकोन विकसित करण्याच्या व्यापक प्रयत्नामध्ये देखील बसते जे पेट्रोकेमिकल संश्लेषण मार्गांपेक्षा खर्च, पर्यावरणीय आणि पुरवठा साखळी फायद्या प्रदान करतात. अनेक औषधांची जैव संश्लेषणात्मकरित्या व्युत्पन्न आवृत्ती आधीच उत्पादनामध्ये आहे, आणि चयापचयी अभियांत्रिकीमधील प्रगती सतत अभियांत्रिकी सूक्ष्मजीव प्रणालींद्वारे कुशलतेने तयार केले जाऊ शकणारे रेणूंची श्रेणी विस्तृत करत आहे.
पर्यावरणीय आणि वर्तुळाकार अर्थव्यवस्था आयाम
या संशोधनाचा पर्यावरणीय फ्रेमिंग औषधनिर्माणात्मक काढण्याइतकाच महत्त्वपूर्ण आहे. प्लास्टिक प्रदूषण ग्रहाच्या समोर असलेल्या सर्वात अपरिहार्य पर्यावरणीय आव्हानांपैकी एक राहिलेला आहे. जागतिक प्लास्टिक उत्पादन सतत वाढत आहे, अनेक प्लास्टिक प्रकारांसाठी पुनर्चक्रण दर कमी राहिलेली आहे, आणि पर्यावरणामध्ये प्लास्टिक सामग्रीचे स्थायित्व — सूक्ष्मप्लास्टिकमध्ये खंडित होत असून जे खाद्य साखळी आणि जल पुरवठ्यामध्ये प्रवेश करते — संशोधकांद्वारे वर्णन केल्या जाणारे नुकसान दर्शवते.
प्लास्टिक अवक्षयासाठी जैविक दृष्टिकोन यांत्रिक पुनर्चक्रण आणि थर्मल प्रक्रियाचे संभाव्य पूरक म्हणून पर्याप्त स्वारस्य आकर्षित केले आहे. आव्हान अशी अन्वेषण केली आहे की सूक्ष्मजीव प्रणाली प्लास्टिक पुरेशा वेगाने कमी करतात आणि केवळ कार्बन डायऑक्साइड तयार करण्याऐवजी उपयोगी उत्पादने तयार करतात. प्लास्टिक अवक्षय करणारी आणि मूल्यवान फार्मास्यूटिकल संयुगा तयार करणारी प्रणाली केवळ प्लास्टिक कार्बन खनिज करण्याऐवजी बदलते जैविक प्लास्टिक उपचारातील अर्थशास्त्र, संभाव्यत: शुद्ध उपचार दृष्टिकोन नसलेल्या वाटप दृष्टिकोनामध्ये आर्थिक प्रोत्साहन तयार करते.
लेव्होडोपा उत्पादनापासून मूल्य संपादन तत्वत: प्लास्टिक कचरा प्रक्रिया करणारी बायोरिएक्टर प्रणाली ऑपरेट करण्याचे खर्च सबसिडी देऊ शकते — एक वर्तुळाकार अर्थव्यवस्था मॉडेल ज्यामध्ये अवक्षयाचे उत्पादन उपचार प्रक्रियाचे भुगतान करते. हे आर्थिक तर्क औद्योगिक प्रमाणावर धारण करते की नाही यासाठी उपज, उत्पादन खर्च आणि बाजार गतिविज्ञानाचे विश्लेषण आवश्यक आहे जे सध्याचा संशोधन अजून संबोधित करत नाही, परंतु मूल्य-सकारात्मक प्लास्टिक उपचार प्रणालीचे संकल्पनात्मक रूपरेखा बंधनकारक आहे.
पुढे काय येते
संशोधन अजूनही प्रारंभिक अवस्थेत आहे — प्रयोगशाळेतील अटींमध्ये अनुकूलित बैक्टेरियल स्ट्रेन आणि नियंत्रित प्रायोगिक परिस्थितीमध्ये प्रमाण-अवधारणा. प्रयोगशाळेतून पायलट स्केलपर्यंत औद्योगिक वाटप पर्यंत जाण्यामध्ये उपज अनुकूलन, स्ट्रेन स्थिरता, रिएक्टर डिজाइन, उत्पादन निष्कर्षण आणि शुद्धिकरण, आणि औषध निर्माणासाठी नियामक अनुपालन यांच्या आसपास पर्याप्त अभियांत्रिकी आव्हाने समाविष्ट आहेत. या प्रत्येक पायरीमध्ये सध्याचा संशोधन दर्शवितो त्यापेक्षा पलीकडे पर्याप्त काम आणि गुंतवणूक समाविष्ट आहे.
औषध नियामकांना यशस्वीरित्या मूल्यांकन करावे लागेल की जैव तंत्रज्ञान-व्युत्पन्न लेव्होडोपा नैदानिक वापरासाठी आवश्यक शुद्धता आणि सुसंगतता मानक पूरते — एक प्रक्रिया जी कोणत्याही नव्या उत्पादन मार्गाला स्वीकृति देलेल्या औषधासाठी लागू होते कसा तरी उत्पादित केले जाते. नियामक मार्ग अस्तित्वात आहे आणि इतर जैविकदृष्ट्या व्युत्पन्न औषधांसाठी नेविगेट केलेला आहे, परंतु यह रूपांतरण प्रक्रियामध्ये वेळ आणि खर्च जोडतो. संशोधकांचे पुढील पायऱ्या संभवत: उत्पादित उपजांच्या आरंभिकीकरणाचे प्रदर्शन, स्ट्रेन मजबूतपणा आणि शुद्धता प्रोफाइल समाविष्ट असतील जे पुढील मोठ्या-आकार गुंतवणूक केसला समर्थन देईल.
हा लेख फिजस.ऑर्गच्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.
Originally published on phys.org
