গবেষকরা মিউট্যান্ট এনজাইম তৈরি করেন যা প্লাস্টিক হজম করে
বিজ্ঞানীদের একটি আন্তর্জাতিক গ্রুপের আবিষ্কার, যার মধ্যে দুইজন ব্রাজিলিয়ান রয়েছে, উপাদানের কারণে সৃষ্ট দূষণ কমাতে সাহায্য করতে পারে
বিজ্ঞানীদের একটি আন্তর্জাতিক দল, যেখানে ক্যাম্পিনাস বিশ্ববিদ্যালয়ের (ইউনিক্যাম্প) দুইজন ব্রাজিলিয়ান অংশগ্রহণ করে, PETase-এর কর্মক্ষমতা উন্নত করতে সক্ষম হয়, একটি এনজাইম যা পলিথিন টেরেফথালেট, PET প্লাস্টিককে খাওয়াতে সক্ষম। 2016 সালে একটি নতুন প্রজাতির ব্যাকটেরিয়ায় PETase আবিষ্কৃত হওয়ার পরে, গবেষকদের দলটি এনজাইমের গঠন পেতে এবং এটি কীভাবে কাজ করে তা বোঝার জন্য কাজ করেছিল। প্রক্রিয়ায়, দুর্ঘটনাক্রমে, তারা এনজাইমের একটি মিউটেশন তৈরি করে যা PET-এর সাথে আরও বেশি সম্বন্ধযুক্ত - অর্থাৎ, প্লাস্টিককে ক্ষয় করার একটি বড় সম্ভাবনা।
কাজটির ব্যবহারিক ব্যবহারের জন্য প্রচুর সম্ভাবনা রয়েছে, কারণ এটি অনুমান করা হয় যে প্রতি বছর 4.8 থেকে 12.7 মিলিয়ন টন প্লাস্টিক সমুদ্রে ছেড়ে দেওয়া হয় - এমন একটি সংখ্যা যা শুধুমাত্র বৃদ্ধি পাওয়ার সম্ভাবনা রয়েছে। প্লাস্টিক, যা গ্রহের সবচেয়ে প্রত্যন্ত সৈকতেও জমা হয়, তাদের অবক্ষয়ের প্রতিরোধের কারণে এত সঠিকভাবে ব্যবহার করা হয়, যা পরিবেশকে সবচেয়ে বেশি হুমকি দেয়। বর্জন করা হলে, একটি পিইটি বোতল, উদাহরণস্বরূপ, 800 বছর ধরে পরিবেশে থাকতে পারে - মাইক্রোপ্লাস্টিকের ক্রমবর্ধমান এবং উদ্বেগজনক সমস্যা ছাড়াও।
- খাদ্য শৃঙ্খলে প্লাস্টিক বর্জ্যের পরিবেশগত প্রভাব বুঝুন
- যে প্লাস্টিক সমুদ্রকে দূষিত করে তার উৎপত্তি কী?
এই সবের সাথে, পলিথিন টেরেফথালেট হজম করতে সক্ষম একটি এনজাইম আবিষ্কারের মাধ্যমে যে বিশাল আগ্রহ জাগানো হয়েছিল তা বোঝা সহজ। PETase নামক এই এনজাইমটি এখন প্লাস্টিককে ধ্বংস করার ক্ষমতা বাড়িয়ে দিয়েছে। প্রকাশিত একটি নিবন্ধে অভিনবত্ব বর্ণনা করা হয়েছে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ন্যাশনাল একাডেমি অফ সায়েন্সেসের কার্যক্রম (PNAS)।
ইউনাইটেড কিংডম (পোর্টসমাউথ বিশ্ববিদ্যালয়) এবং মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র (জাতীয় পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি পরীক্ষাগার) গবেষকদের সহযোগিতায় স্টেট ইউনিভার্সিটি অফ ক্যাম্পিনাস (আইকিউ-ইউনিক্যাম্প) এর রসায়ন ইনস্টিটিউটের দুই গবেষক গবেষণায় অংশ নিয়েছিলেন। তারা হলেন পোস্টডক্টরাল ছাত্র রদ্রিগো লিয়ান্দ্রো সিলভেইরা এবং তার তত্ত্বাবধায়ক, প্রধান অধ্যাপক এবং ইউনিক্যাম্প মুনির সালোমাও স্কাফের গবেষণার ডিন।
“প্রধানত পানীয়ের বোতল তৈরিতে ব্যবহৃত হয়, পলিথিন টেরেফথালেট কাপড়, রাগ এবং অন্যান্য বস্তু তৈরিতেও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। আমাদের গবেষণায়, আমরা এই প্লাস্টিককে হজম করতে সক্ষম এনজাইমের ত্রিমাত্রিক কাঠামো চিহ্নিত করেছি, আমরা এটি প্রকৌশলী করেছি, এর অবক্ষয় শক্তি বৃদ্ধি করেছি এবং আমরা দেখিয়েছি যে এটি পলিথিন-2,5-ফুরানেডিকারবক্সিলেট (PEF), একটিতেও সক্রিয়। পুনর্নবীকরণযোগ্য কাঁচামাল থেকে উৎপাদিত PET-এর বিকল্প,” Silveira এজেন্সিয়া FAPESP-কে বলেছেন।
PETase-এর প্রতি আগ্রহ 2016 সালে উদ্ভূত হয়েছিল, যখন শোসুকে ইয়োশিদার নেতৃত্বে একদল জাপানি গবেষক ব্যাকটেরিয়াগুলির একটি নতুন প্রজাতি সনাক্ত করেছিলেন, Ideonella sakaiensis, কার্বন এবং শক্তির উত্স হিসাবে পলিথিন টেরেফথালেট ব্যবহার করতে সক্ষম - অন্য কথায়, পিইটি খাওয়াতে সক্ষম। আজ অবধি, এই ক্ষমতার সাথে এটিই একমাত্র পরিচিত জীব। এটি আক্ষরিক অর্থেই পিইটি-তে বৃদ্ধি পায়।
"শনাক্তকরণ ছাড়াও Ideonella sakaiensis, জাপানিরা আবিষ্কার করেছিল যে এটি দুটি এনজাইম তৈরি করে যা পরিবেশে নিঃসৃত হয়। নিঃসৃত এনজাইমগুলির মধ্যে একটি ছিল অবিকল PETase। যেহেতু এটির একটি নির্দিষ্ট মাত্রার স্ফটিকতা রয়েছে, পিইটি একটি পলিমার যা অবনমিত করা খুব কঠিন। আমরা প্রযুক্তিগতভাবে 'রিক্যালসিট্রান্স' শব্দটি ব্যবহার করি সেই সম্পত্তির নাম দেওয়ার জন্য যা কিছু শক্তভাবে প্যাক করা পলিমারগুলিকে অবক্ষয় প্রতিরোধ করতে হয়। PET তাদের মধ্যে একটি। কিন্তু PETase এটিকে আক্রমণ করে এবং এটিকে ছোট একক-মনো (2-হাইড্রোক্সিইথাইল) টেরেফথালিক অ্যাসিড (MHET)-এ ভেঙে দেয়। MHET ইউনিটগুলি তারপর টেরেফথালিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত হয় [একটি দ্বিতীয় এনজাইম দ্বারা] এবং ব্যাকটেরিয়া দ্বারা শোষিত এবং বিপাক করা হয়, "সিলভেরা বলেছেন।
সমস্ত পরিচিত জীব বেঁচে থাকার জন্য জৈব অণু ব্যবহার করে। Ideonella sakaiensis ব্যতীত, যা মানুষের দ্বারা নির্মিত একটি সিন্থেটিক অণু ব্যবহার করতে পরিচালনা করে। এর মানে এই ব্যাকটেরিয়াটি একটি অতি সাম্প্রতিক বিবর্তনীয় প্রক্রিয়ার ফল যা গত কয়েক দশক ধরে ঘটেছিল। এটি একটি পলিমারের সাথে খাপ খাইয়ে নিতে সক্ষম হয়েছিল যা 1940 এর দশকের শুরুতে তৈরি হয়েছিল এবং শুধুমাত্র 1970 এর দশকে একটি শিল্প স্কেলে ব্যবহার করা শুরু হয়েছিল৷ এর জন্য, PETase হল মূল অংশ৷
“PETase সবচেয়ে কঠিন অংশটি করে, যা স্ফটিকের কাঠামো ভেঙে দেয় এবং PET-কে MHET-এ ডিপোলিমারাইজ করে। দ্বিতীয় এনজাইমের কাজ, যেটি MHET কে টেরেফথালিক অ্যাসিডে রূপান্তরিত করে, ইতিমধ্যেই অনেক সহজ, কারণ এর সাবস্ট্রেট মোনোমার দ্বারা গঠিত হয় যেখানে এনজাইমের সহজে প্রবেশাধিকার রয়েছে কারণ তারা প্রতিক্রিয়ার মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়ে। অতএব, গবেষণা PETase উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছে", সিলভেরা ব্যাখ্যা করেছেন।
পরবর্তী ধাপ ছিল PETase বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করা এবং এটি ছিল নতুন গবেষণার অবদান। “আমাদের ফোকাস ছিল PETase কে এমন কিছু করার ক্ষমতা যা অন্যান্য এনজাইম খুব দক্ষতার সাথে করতে সক্ষম হয়নি তা খুঁজে বের করা। এর জন্য, প্রথম ধাপটি ছিল এই প্রোটিনের ত্রিমাত্রিক গঠন পাওয়া”, তিনি বলেন।
"ত্রি-মাত্রিক কাঠামো প্রাপ্ত করার অর্থ হল ম্যাক্রোমোলিকুল তৈরি করে এমন হাজার হাজার পরমাণুর প্রতিটির x, y এবং z স্থানাঙ্ক খুঁজে পাওয়া। আমাদের ব্রিটিশ সহকর্মীরা এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন নামক একটি সুপরিচিত এবং বহুল ব্যবহৃত কৌশল ব্যবহার করে এই কাজটি করেছিলেন,” তিনি ব্যাখ্যা করেছিলেন।
পরিবর্তিত এনজাইম পলিমারের সাথে আরও ভালভাবে আবদ্ধ হয়
একবার ত্রিমাত্রিক গঠন প্রাপ্ত হলে, গবেষকরা সম্পর্কিত প্রোটিনের সাথে PETase তুলনা করতে শুরু করেন। সবচেয়ে কাছের জিনিস হল থার্মোবিফিডা ফুসকা ব্যাকটেরিয়া থেকে একটি কিউটিনেস, যা কিউটিনকে ক্ষয় করে, এক ধরনের প্রাকৃতিক বার্নিশ যা গাছের পাতায় আবরণ করে। কিছু প্যাথোজেনিক অণুজীব কিউটিনস ব্যবহার করে কিউটিন বাধা ভেঙ্গে এবং পাতায় উপস্থিত পুষ্টির উপযুক্ত করে।
চিত্র: PETase গঠন, নীল রঙে, একটি PET চেইন (হলুদ রঙে) এর সক্রিয় সাইটে সংযুক্ত করা হয়েছে, যেখানে এটি ক্ষয়প্রাপ্ত হবে। প্রেস রিলিজ/রডরিগো লিয়েন্দ্রো সিলভেরা।
“আমরা দেখতে পেয়েছি যে, এনজাইমের অঞ্চলে যেখানে রাসায়নিক বিক্রিয়া ঘটে, তথাকথিত 'সক্রিয় সাইট', PETase-এর cutinase-এর সাথে কিছু পার্থক্য ছিল। এটি একটি আরো খোলা সক্রিয় সাইট আছে. কম্পিউটার সিমুলেশনের মাধ্যমে - এবং এই অংশটিই আমি সবচেয়ে বেশি অবদান রেখেছিলাম - আমরা এনজাইমের আণবিক গতিবিধি অধ্যয়ন করতে সক্ষম হয়েছিলাম। যদিও ক্রিস্টালোগ্রাফিক কাঠামো, এক্স-রে বিচ্ছুরণ দ্বারা প্রাপ্ত, স্থির তথ্য প্রদান করে, সিমুলেশনগুলি গতিশীল তথ্য থাকা এবং PET অবক্ষয় প্রক্রিয়ায় প্রতিটি অ্যামিনো অ্যাসিডের নির্দিষ্ট ভূমিকা আবিষ্কার করা সম্ভব করে”, IQ-Unicamp-এর গবেষক ব্যাখ্যা করেছেন।
পরমাণু এবং তাপমাত্রার বিশাল অ্যারের ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক আকর্ষণ এবং বিকর্ষণ থেকে অণু গতির পদার্থবিজ্ঞানের ফলাফল। কম্পিউটার সিমুলেশনগুলি আমাদের আরও ভালভাবে বুঝতে দেয় যে কীভাবে PETase PET-এর সাথে আবদ্ধ এবং যোগাযোগ করে।
“আমরা দেখতে পেয়েছি যে PETase এবং cutinase-এর সক্রিয় সাইটে দুটি ভিন্ন অ্যামিনো অ্যাসিড রয়েছে। আণবিক জীববিজ্ঞান পদ্ধতি ব্যবহার করে, আমরা তখন PETase-তে মিউটেশন তৈরি করি, এটিকে কিউটিনেসে রূপান্তরিত করার লক্ষ্যে”, সিলভেরা বলেন।
“যদি আমরা এটি করতে সক্ষম হতাম, তাহলে আমরা দেখাব যে PETase কেন PETase, অর্থাৎ, আমরা জানতে পারব যে কোন উপাদানগুলি এটিকে PET ক্ষয় করার এমন অদ্ভুত সম্পত্তি দেয়। কিন্তু আমাদের অবাক করে দিয়ে, PETase-এর অদ্ভুত কার্যকলাপকে দমন করার চেষ্টা করে, অর্থাৎ, PETase কে cutinase-এ রূপান্তর করার চেষ্টা করে, আমরা আরও সক্রিয় PETase তৈরি করি। আমরা কার্যকলাপ কমাতে চেয়েছিলাম এবং পরিবর্তে, আমরা এটি বাড়িয়েছি”, তিনি বলেছিলেন।
কেন মিউট্যান্ট PETase আসল PETase থেকে ভাল ছিল তা বোঝার জন্য এর জন্য আরও গণনামূলক গবেষণার প্রয়োজন। মডেলিং এবং সিমুলেশনের সাহায্যে, এটি দেখা সম্ভব হয়েছিল যে PETase-তে উত্পাদিত পরিবর্তনগুলি সাবস্ট্রেটের সাথে এনজাইমের সংযোগের পক্ষে।
পরিবর্তিত এনজাইম পলিমারের সাথে আরও ভালভাবে আবদ্ধ হয়। এই কাপলিং জ্যামিতিক কারণের উপর নির্ভর করে, অর্থাৎ, দুটি অণুর মধ্যে "কী এবং তালা" টাইপ ফিট। কিন্তু থার্মোডাইনামিক ফ্যাক্টর, অর্থাৎ এনজাইম এবং পলিমারের বিভিন্ন উপাদানের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া। এটি বর্ণনা করার মার্জিত উপায় হল যে পরিবর্তিত PETase-এর সাবস্ট্রেটের জন্য "বৃহত্তর সখ্যতা" রয়েছে।
ভবিষ্যত ব্যবহারিক প্রয়োগের পরিপ্রেক্ষিতে, টন প্লাস্টিক বর্জ্য হ্রাস করতে সক্ষম একটি উপাদান প্রাপ্তির ক্ষেত্রে, গবেষণাটি একটি বিশাল সাফল্য ছিল। কিন্তু PETase কে PETase কি করে সেই প্রশ্নটি উত্তরহীন রয়ে গেছে।
"কিউটিনেজে অ্যামিনো অ্যাসিড a এবং b আছে। PETase এ অ্যামিনো অ্যাসিড x এবং y আছে। আমরা কল্পনা করি যে, a এবং b এর জন্য x এবং y বিনিময় করে, আমরা PETase কে কিউটিনেসে রূপান্তর করতে সক্ষম হব। পরিবর্তে, আমরা একটি উন্নত PETase উত্পাদন করি। অন্য কথায়, দুটি অ্যামিনো অ্যাসিড দুটি এনজাইমের পার্থক্যমূলক আচরণের ব্যাখ্যা নয়। এটা অন্য জিনিস,” Silveira বলেন.
চলমান বিবর্তন
Cutinase হল একটি প্রাচীন এনজাইম, যখন PETase হল একটি আধুনিক এনজাইম, বিবর্তনীয় চাপের ফলে এটি সম্ভব হয়েছিল Ideonella sakaiensis কার্বন এবং শক্তির উত্স হিসাবে শুধুমাত্র বা প্রধানত পলিথিন টেরেফথালেট ধারণ করে এমন পরিবেশের সাথে খাপ খাইয়ে নিন।
এই পলিমার ব্যবহার করতে অক্ষম অনেক ব্যাকটেরিয়াগুলির মধ্যে, কিছু মিউটেশন এমন একটি প্রজাতি তৈরি করেছিল যা এটি করতে সক্ষম হয়েছিল। এই ব্যাকটেরিয়াটি অন্যদের তুলনায় অনেক বেশি পুনরুত্পাদন এবং বৃদ্ধি পেতে শুরু করে কারণ এটির পর্যাপ্ত খাবার ছিল। যে সঙ্গে, তিনি বিকাশ. অন্তত এটাই স্ট্যান্ডার্ড বিবর্তনীয় তত্ত্ব দ্বারা প্রদত্ত ব্যাখ্যা।
“একটি ছোট পরিবর্তন করে আমরা যে আরও ভাল এনজাইম পেয়েছি তা দৃঢ়ভাবে নির্দেশ করে যে এই বিবর্তন এখনও সম্পূর্ণ হয়নি। আরও দক্ষ এনজাইম প্রাপ্তির লক্ষ্যে এখনও নতুন বিবর্তনীয় সম্ভাবনাগুলি বোঝা এবং অন্বেষণ করা যেতে পারে। উন্নত PETase রাস্তার শেষ নেই। এটা শুধু শুরু,” সিলভেরা বলেন.
প্রয়োগের লক্ষ্যে, পরবর্তী ধাপটি হল পরীক্ষাগার থেকে শিল্প স্কেলে চলে যাওয়া। এর জন্য, রিঅ্যাক্টর ইঞ্জিনিয়ারিং সম্পর্কিত অন্যান্য গবেষণা, প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশান এবং খরচ কমানোর প্রয়োজন হবে।
