शोधकर्ता स्क्रैच से एंजाइम बनाता है

एंजाइम कोशिका और सभी जैविक प्रणालियों के कार्यकर्ता हैं. ये विशेष प्रोटीन कोशिकाओं की सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं को गति प्रदान करते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि वे जैव रासायनिक स्तर पर जीवन को आगे बढ़ाने के लिए पर्याप्त तेज़ी से दौड़ें. प्रत्येक एंजाइम अपने द्वारा नियंत्रित सेलुलर प्रक्रियाओं के साथ सटीक रूप से संरेखित होता है. विकास को धन्यवाद, हमारी दुनिया इन सावधानीपूर्वक उपयुक्त प्रोटीनों से भरी हुई है. इस साल की शुरुआत में ऐन डोनेली द्वारा प्रकाशित एक अध्ययन, में एक शोध विशेषज्ञ बायोमेडिकल सूचना विज्ञान विभाग, ने खुलासा किया है कि वैज्ञानिक खरोंच से काम करने वाले एंजाइम बना सकते हैं.

NS अध्ययन जनवरी में नेचर केमिकल बायोलॉजी में प्रकाशित किया गया था. डोनेली, जो पिट में आया था 2017, प्रिंसटन में माइकल हेचट की प्रयोगशाला में पीएचडी छात्र के रूप में काम किया.

"हमने दिखाया कि आप नए प्रोटीन अनुक्रम ले सकते हैं जिन्हें प्रकृति ने पहले कभी नहीं देखा है और उन्हें प्राकृतिक प्रणालियों में डाल सकते हैं - और वे कार्य कर सकते हैं,डोनेली बताते हैं.

ये निष्कर्ष हमारे आदिकालीन इतिहास के कुछ आकर्षक आयामों की ओर संकेत करते हैं, वह कहती है: यानी, प्रारंभिक सेलुलर प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने वाली प्रतिक्रियाएँ अब की तुलना में कहीं अधिक लचीली थीं. “जिन एंजाइमों को हम आज देखते हैं उनमें बहुत अधिक विकासवादी क्षमताएं हैं और वास्तव में वे जो काम करते हैं उन्हें करने के लिए परिष्कृत किया गया है,डोनेली कहते हैं.

लेकिन विकास के समाधान ही एकमात्र समाधान नहीं थे, यह पता चला है. "हमारा काम सुझाव देता है कि जो कुछ हमारे पास है उसे पूरी तरह से अलग चीज़ से बदलना संभव है।"

सिंथेटिक एंजाइम Syn-F4 एक दशक पहले हेचट की प्रयोगशाला में बनाए गए एक बड़े बैच में से एक था. समूह नियमित रूप से सिंथेटिक प्रोटीन का उत्पादन करता है, उन्हें चार-हेलिक्स बंडल कहे जाने वाले फोल्डिंग पैटर्न के अनुरूप डिजाइन करना और फिर बैक्टीरिया एस्चेरिचिया कोली के उत्परिवर्तित उपभेदों में उनका परीक्षण करना. विचार यह देखना है कि क्या उनके द्वारा बनाया गया कोई सिंथेटिक एंजाइम ई के कार्यों को प्रतिस्थापित कर सकता है. कोलाई जीन को नष्ट कर दिया गया है. और कभी-कभी कृत्रिम संस्करण काम करते हैं. अधिकतर वे चुटकी में काम में आ जाते हैं - सेलुलर प्रक्रियाओं पर स्विच करके जिनके लिए जो कहा जाता है उसके समान कार्य हो सकते हैं.

“लेकिन Syn-F4 का मामला थोड़ा अलग था,डोनेली कहते हैं.

Syn-F4 और इसके सिंथेटिक समूह को E को भरने के लिए विकसित किया गया था. कोली एंजाइम जिसे Fes कहा जाता है, एक उत्परिवर्तन के कारण लड़खड़ा गया था. Fes का काम E में एक यौगिक से आयरन को मुक्त करना है. कोली जो पर्यावरण से धातु को पकड़ता है ताकि कोशिका में स्वस्थ विकास के लिए इसका उपयोग किया जा सके. फ़ेस के बिना, जीवाणु कालोनियाँ खराब रूप से विकसित होती हैं, जैसे कि उनके चारों ओर लोहे का निर्माण हो जाता है, वे लाल रंग के धब्बेदार हो जाते हैं. लेकिन जब डोनेली ने इन बीमार कॉलोनियों में Syn-F4 जोड़ा, लाल गायब होने लगा, ई को वापस करना. कोलाई को उसकी स्वस्थ अवस्था में लाना. “यह दिन के समान स्पष्ट था," वह कहती है. "वास्तविक समय में ऐसा होते देखना मेरे लिए अविश्वसनीय था।"

बहुत अविश्वसनीय, असल में, वह इस बारे में तब तक चुप रही जब तक कि उसने इस खोज को कई बार दोहराया नहीं. जीवित बैक्टीरिया में सिंथेटिक प्रोटीन का परीक्षण करने के अलावा, उन्होंने इसे सीधे इसके लौह ग्रहण करने वाले सब्सट्रेट के साथ मिलाया और जैव रासायनिक रूप से आगामी प्रतिक्रिया का विश्लेषण किया.

बाद में, उसने सब्सट्रेट की दिशा को रासायनिक रूप से उलट कर उसे बदल दिया. उसने पाया कि इसने Syn-F4 को अपना जादू चलाने से रोका, इसकी विशिष्टता का प्रदर्शन और इस विचार का समर्थन करना कि यह एक एंजाइम के रूप में काम कर रहा था.

वास्तविक समय में ऐसा होते देखना मेरे लिए अविश्वसनीय था.

ऐन डोनेली, अनुसंधान विशेषज्ञ

क्या दिलचस्प है, डोनेली कहते हैं, बात यह है कि प्राकृतिक एंजाइम और कृत्रिम एंजाइम बिल्कुल अलग दिखते हैं. प्राकृतिक वाला लगभग चार गुना बड़ा है, और यह उस साइट के माध्यम से सब्सट्रेट से जुड़ने के लिए जाना जाता है जिसमें अमीनो एसिड सेरीन शामिल है. कृत्रिम एंजाइम, यद्यपि, इसमें किसी भी प्रकार का सेरीन अवशेष नहीं है.

“यह सटीक रूप से बताना मुश्किल है कि यह कैसे काम कर रहा है, लेकिन कम से कम हम जानते हैं कि वे प्रतिक्रिया को उसी तरह उत्प्रेरित नहीं कर रहे हैं।"

इन दिनों पिट में, की प्रयोगशाला में एरिक राइट, बायोमेडिकल सूचना विज्ञान के एक सहायक प्रोफेसर, डोनेली एक नई चुनौती पर ध्यान केंद्रित करने के लिए अपनी सरलता का उपयोग कर रही है: यह समझना कि रोगज़नक़ एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी बनने के लिए कैसे विकसित होते हैं.

स्रोत: www.pittwire.pitt.edu