എഞ്ചിനീയർമാർ എന്ന നിലയിൽ, ഈ ഗ്രഹത്തിൽ അനിവാര്യമായും നിലവിലില്ലാത്തതോ ഒരിക്കലും നിലവിലില്ലാത്തതോ ആയ കാര്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നു, എന്നാൽ അത് യഥാർത്ഥ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കുന്നു," ഫ്രാൻസിസ് എച്ച്. അർനോൾഡ് ഒക്‌ടോബർ 2021-ന് കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗിലെ 1 Hoyt C. ഹോട്ടൽ പ്രഭാഷണത്തിൽ.

എൻസൈമുകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുന്നതിനും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുമുള്ള പരിണാമ പ്രക്രിയയെ ഉപയോഗപ്പെടുത്തി, കാൽടെക്കിലെ കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ്, ബയോ എഞ്ചിനീയറിംഗ്, ബയോകെമിസ്ട്രി എന്നിവയുടെ പോളിംഗ് പ്രൊഫസറായ അർനോൾഡ്, ബദൽ ഊർജ്ജം, വൈദ്യശാസ്ത്രം, വൈവിധ്യമാർന്ന വ്യവസായങ്ങൾ എന്നിവയിൽ പ്രയോഗങ്ങളുള്ള ഒരു എഞ്ചിനീയറിംഗ് മേഖല ആരംഭിച്ചു. അവളുടെ ഗവേഷണം അവൾക്ക് 2018 ലെ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നോബൽ സമ്മാനവും യുഎസ് നാഷണൽ അക്കാദമി ഓഫ് എഞ്ചിനീയറിംഗിൻ്റെ ചാൾസ് സ്റ്റാർക്ക് ഡ്രേപ്പർ പ്രൈസും (2011), യുഎസ് നാഷണൽ മെഡൽ ഓഫ് ടെക്നോളജി ആൻഡ് ഇന്നൊവേഷൻ (2011), മില്ലേനിയം ടെക്നോളജി പ്രൈസ് (2016) എന്നിവ നേടി. .

അവളുടെ ഹോട്ടൽ അവതരണം, തുടക്കത്തിൽ തന്നെ അർനോൾഡ് സൂചിപ്പിച്ചു, 18 മാസത്തിനുള്ളിൽ അവൾ ആദ്യമായി ഒരു തത്സമയ പ്രേക്ഷകരോട് സംസാരിച്ചു - ഇത് ആഘോഷത്തിന് കാരണമായി. "പുതിയ രസതന്ത്രം ജീവിതത്തിലേക്ക് കൊണ്ടുവരുന്നു" എന്ന പ്രസംഗത്തിൽ, മെച്ചപ്പെട്ട എൻസൈമുകൾ വഴി അടിയന്തിര ആഗോള വെല്ലുവിളികളെ അഭിമുഖീകരിക്കാനുള്ള അവളുടെ അശ്രാന്തമായ അന്വേഷണത്തിൻ്റെ കഥ അർനോൾഡ് വിവരിച്ചു - ജീവശാസ്ത്രത്തിലെ രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളും ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഉൽപ്പന്നങ്ങളും പ്രക്രിയകളും. "പ്രകൃതി നൽകിയതിനേക്കാൾ നന്നായി പ്രവർത്തിക്കുന്ന" എൻസൈമുകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് പ്രകൃതിയുടെ ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച്, ഡിഎൻഎ ഉപയോഗിച്ച് "രചന" ചെയ്യാനുള്ള അവളുടെ പതിറ്റാണ്ടുകൾ നീണ്ട അവളുടെ ശ്രമത്തെ അവളുടെ വിവരണം വിവരിച്ചു.

ഡിപ്പാർട്ട്മെൻ്റ് ഓഫ് കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് സ്പോൺസർ ചെയ്ത പ്രഭാഷണം ഡിപ്പാർട്ട്മെൻ്റ് ഹെഡും ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് പ്രൊഫസറുമായ പോള ടി. ഹാമണ്ട് അവതരിപ്പിച്ചു.

മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയാത്ത സാധ്യതകൾ

ജനിതകശാസ്ത്രത്തിലെ ഏറ്റവും പുതിയ കണ്ടുപിടുത്തങ്ങൾ പ്രയോജനപ്പെടുത്താൻ ഉത്സുകനായ 1980-കളുടെ അവസാനത്തിൽ അർനോൾഡ് ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ മുൻനിരയിലായിരുന്നു. ഡിഎൻഎ എങ്ങനെയാണ് പ്രോട്ടീനുകൾക്കായി കോഡ് ചെയ്തതെന്നും ഡിഎൻഎ എങ്ങനെ എഡിറ്റ് ചെയ്യാമെന്നും ഗവേഷകർ കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. എന്നാൽ ഉയർന്ന ത്രൂപുട്ട് കമ്പ്യൂട്ടിംഗും പ്രോട്ടീനുകൾ കാറ്റലോഗ് ചെയ്യുന്നതിനുള്ള വലിയ ഡാറ്റാബേസുകളും മുമ്പുള്ള ഒരു കാലഘട്ടത്തിൽ, ഒരു റിയലിസ്റ്റിക് ടൈം സ്കെയിലിൽ ആവശ്യമുള്ള പ്രോപ്പർട്ടികൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നതിന് ഒരു ലാബിനും ജനിതക ശ്രേണികൾ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിഞ്ഞില്ല. "ഒരു സാധാരണ ചെറിയ പ്രോട്ടീൻ 300 അമിനോ ആസിഡുകൾ 20 വ്യത്യസ്ത അമിനോ ആസിഡുകൾ - സാധ്യമായ സീക്വൻസുകളുടെ ഇടം നിങ്ങൾക്ക് മനസ്സിലാക്കാൻ കഴിയുന്ന എന്തിനേക്കാളും വലുതാണ്," അർനോൾഡ് പറഞ്ഞു.

അക്കാലത്ത് ശാസ്ത്രജ്ഞർ നേരിടുന്ന വെല്ലുവിളി, ജോർജ് ലൂയിസ് ബോർജസ് 1941 ലെ "ദ ലൈബ്രറി ഓഫ് ബാബേൽ" എന്ന ചെറുകഥയെ ഓർമ്മിപ്പിച്ചതായി അർനോൾഡ് പറഞ്ഞു. പുസ്തകങ്ങളുടെ ഈ വലിയ ശേഖരത്തിൽ, ക്രമവും ഉള്ളടക്കവും തികച്ചും ക്രമരഹിതമാണ്, കൂടാതെ "അർഥവത്തായ ഒരു വാക്യമുള്ള ഒരു പുസ്തകം കണ്ടെത്തുന്നതിൽ ലൈബ്രേറിയൻമാർ നിരാശരാണ്, വളരെ കുറച്ച് സാഹിത്യ സൃഷ്ടിയാണ്," അവർ പറഞ്ഞു. “അതിനാൽ, സാധ്യമായ എല്ലാ പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ഈ ലൈബ്രറിയിൽ കാൽടെക്കിലെ ഒരു അസിസ്റ്റൻ്റ് പ്രൊഫസറാണ് ഞാൻ, എനിക്ക് 'മോബി ഡിക്ക്' കണ്ടെത്തേണ്ടതുണ്ട്.

ഈ കാടത്തത്തിൽ നിന്ന് രക്ഷപ്പെടാൻ, തന്മാത്രകളിൽ പ്രകൃതിനിർദ്ധാരണത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനങ്ങളെ പ്രതിപാദിച്ച ബ്രിട്ടീഷ് ജീവശാസ്ത്രജ്ഞനായ ജോൺ മെയ്‌നാർഡ് സ്മിത്തിൽ നിന്ന് അർനോൾഡ് പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ടു. ഡിഎൻഎ സീക്വൻസുകളിൽ സ്ഥിരമായി പോപ്പ് അപ്പ് ചെയ്യുന്ന മ്യൂട്ടേഷനുകൾ ഒന്നുകിൽ പ്രോട്ടീൻ പരാജയത്തിലേക്കും ലൈനിൻ്റെ അവസാനത്തിലേക്കും നയിച്ചേക്കാം, അല്ലെങ്കിൽ അതിജീവിച്ച് ഭാവി തലമുറകളെ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഫിറ്റർ പ്രോട്ടീൻ വേരിയൻ്റിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാം. "ഇത് എനിക്ക് ശക്തമായ ഒരു ആശയമായിരുന്നു," അർനോൾഡ് പറഞ്ഞു. "ഞാൻ തന്മാത്രകളുടെ ബ്രീഡറാണെങ്കിൽ, അടുത്ത തലമുറയിലേക്ക് പോകാൻ ആരാണ് അനുയോജ്യൻ എന്ന് ഞാൻ തീരുമാനിക്കും." സംവിധാനം ചെയ്ത എൻസൈം പരിണാമത്തിന് പിന്നിലെ തീപ്പൊരി ഇതാണ് - മികച്ച കാറ്റലിസ്റ്റുകൾ എഞ്ചിനീയറിംഗ് ചെയ്യുന്നതിനായി ആർനോൾഡ് വികസിപ്പിച്ച പ്രക്രിയ.

എൻസൈമുകൾ തിരഞ്ഞെടുത്ത് പ്രജനനം ചെയ്യുന്നു

അവളുടെ കാഴ്ചപ്പാട് സാക്ഷാത്കരിക്കാൻ, അർനോൾഡ് അവളുടെ ലാബിൽ കർശനമായ രീതിശാസ്ത്രത്താൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന ഒരു ഫാക്ടറി സൃഷ്ടിച്ചു. അവൾ താൽപ്പര്യമുള്ള എൻസൈമുകൾ സാമ്പിൾ ചെയ്യുകയും മെച്ചപ്പെടുത്തിയ പ്രവർത്തനങ്ങളിലേക്ക് നയിച്ചേക്കാവുന്ന ഡിഎൻഎ സീക്വൻസുകൾ തിരിച്ചറിയുകയും ചെയ്തു. തുടർന്ന് അവൾ ഈ സീക്വൻസുകളിൽ മ്യൂട്ടേഷനുകൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും ഹോസ്റ്റ് ബാക്ടീരിയ ഉപയോഗിച്ച് എൻസൈമുകൾ സൃഷ്ടിക്കുകയും അതിൻ്റെ ഗുണവിശേഷതകൾ അവൾ വിലയിരുത്തുകയും ചെയ്തു. അവൾ ആഗ്രഹിച്ച ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു എൻസൈമിൽ എത്തുന്നതുവരെ ആർനോൾഡ് ഈ പ്രക്രിയ വീണ്ടും വീണ്ടും ആവർത്തിച്ചു.

ഡയറക്‌ട് എൻസൈം പരിണാമം പിന്തുടരുന്ന അവളുടെ ആദ്യ വർഷങ്ങളുടെ ഫലം സബ്‌റ്റിലിസിൻ എന്ന പുതിയ ഇനമായിരുന്നു, അഴുക്കിൽ കാണപ്പെടുന്ന ഒരു എൻസൈം. (“നാല് ബില്ല്യൺ വർഷത്തെ പ്രകൃതിനിർദ്ധാരണം നിങ്ങളുടെ ഷൂവിൻ്റെ അടിയിൽ നിന്ന് സ്ക്രാപ്പ് ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന പ്രോട്ടീനുകൾ ഞങ്ങൾക്ക് നൽകി,” ആർനോൾഡ് അഭിപ്രായപ്പെട്ടു.) എഞ്ചിനീയറിംഗ് സബ്‌റ്റിലിസിൻ ഒരു കഠിനമായ ലായകത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കും, ഇത് രാസപ്രയോഗങ്ങൾക്ക് അത് വളരെ ഉപയോഗപ്രദമാക്കി. ഈ പതിപ്പ് അർനോൾഡിൻ്റെ ഗവേഷണത്തിൻ്റെ ഒരു പ്രധാന ലക്ഷ്യവും തൃപ്തിപ്പെടുത്തി: രസതന്ത്രജ്ഞർ സമന്വയിപ്പിച്ചവയ്ക്ക് പകരമായി ജൈവശാസ്ത്രപരമായി അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള എൻസൈമുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നു, അതിൽ പലപ്പോഴും പരിസ്ഥിതി വിനാശകരമായ വസ്തുക്കൾ ഉൾപ്പെടുന്നു.

"ഇത് ലളിതവും മികച്ചതുമായ എഞ്ചിനീയറിംഗ്, അലക്കു ഡിറ്റർജൻ്റ് എൻസൈമുകൾ പോലുള്ള ഉൽപ്പന്നങ്ങളിലേക്ക് നയിച്ച ഒരു അൽഗോരിതം പ്രക്രിയയാണ്, ഒപ്പം എൻ്റെ ജീവിതത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ അംഗീകാരവും 2017 ലെ 'ദി ബിഗ് ബാംഗ് തിയറി' സെറ്റിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു."

പ്രകൃതിയെ അനുകരിക്കുന്നു

ഡയറക്റ്റഡ് എൻസൈം പരിണാമം അർനോൾഡിൻ്റെ ലാബിൽ നിന്നും ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ലാബുകളിൽ നിന്നും ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തതും പുനർനിർമ്മിച്ചതുമായ എൻസൈമുകളിൽ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ ഒരു പ്രളയം അഴിച്ചുവിട്ടു. ഹാലൊജൻ, ഫ്ലൂറിൻ അല്ലെങ്കിൽ ക്ലോറിൻ തുടങ്ങിയ മൂലകങ്ങൾ അടങ്ങിയ തന്മാത്രകളിലെ രാസ ബോണ്ടുകളുടെ രൂപവത്കരണത്തെ സഹായിക്കുന്നതിന് ജൈവശാസ്ത്രപരമായി അധിഷ്ഠിതമായ എൻസൈമുകളുടെ വ്യാപനത്തോടെ ബയോകാറ്റലിസിസ് ഒരു പരിവർത്തന വ്യവസായമായി മാറുകയാണ്. 2016-ൽ, അർനോൾഡിൻ്റെ ലാബ് ഒരു കാർബൺ-സിലിക്കൺ ബോണ്ട് രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിന് ജീവജാലങ്ങളിലെ പ്രധാന ജൈവ പ്രതിപ്രവർത്തനങ്ങളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്ന ഒരു എൻസൈം രൂപകൽപ്പന ചെയ്തു. അത് ആദ്യത്തേതായിരുന്നു. "മികച്ച മനുഷ്യ രസതന്ത്രജ്ഞനേക്കാൾ 50 മടങ്ങ് മികച്ച രീതിയിൽ ജോലി ചെയ്യുന്ന ഒരു മ്യൂട്ടൻ്റ് ഉപയോഗിച്ച് ഈ ബോണ്ടുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ നമുക്ക് ബാക്ടീരിയകളെ പ്രോഗ്രാം ചെയ്യാൻ കഴിയും ... കൂടാതെ പാരിസ്ഥിതിക നാശം കൂടാതെ," അർനോൾഡ് പറഞ്ഞു.

ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ, കാർഷിക, അർദ്ധചാലക, പുനരുപയോഗ ഊർജ വ്യവസായങ്ങളിൽ അത്തരം കെമിക്കൽ ബോണ്ടുകൾക്ക് ചുറ്റും നിർമ്മിച്ച തന്മാത്രകൾക്ക് ഉയർന്ന ഡിമാൻഡാണ്. ആവശ്യം നിറവേറ്റുന്നതിന്, പരമ്പരാഗത സിന്തറ്റിക് കെമിസ്ട്രി അപകടകരമായ വസ്തുക്കളെയും കഠിനവും പലപ്പോഴും ചെലവേറിയതുമായ നിർമ്മാണ സാഹചര്യങ്ങളെ ആശ്രയിക്കുന്നു. തൻ്റെ രീതികൾ പരിസ്ഥിതി സൗഹൃദവും ചെലവ് കുറഞ്ഞതുമായ ബദൽ വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നുവെന്ന് അർനോൾഡ് വിശ്വസിക്കുന്നു.

പ്രകൃതിയെ അനുകരിച്ചുകൊണ്ട്, "എല്ലാ ജീവജാലങ്ങൾക്കും ഉതകുന്ന ശക്തമായ പ്രക്രിയയും" അവർ പറഞ്ഞു, "നമുക്ക് ആവശ്യമുള്ളതെല്ലാം ഉണ്ടാക്കാൻ സമൃദ്ധമായ പുനരുപയോഗിക്കാവുന്ന വിഭവങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം." സദസ്സിലുണ്ടായിരുന്ന വിദ്യാർത്ഥികളെ അർനോൾഡ് അഭിനന്ദിച്ചു: “ഇത് പ്രവർത്തിക്കുന്നത് ഒരു അത്ഭുതകരമായ കാര്യമാണ്; അതിശയകരമായ ആശയങ്ങളുമായി വരൂ!" സമാപനത്തിൽ, അവൾ പറഞ്ഞു, “ഈ പ്രക്രിയ എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കാമെന്ന് നമുക്ക് പഠിക്കാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, നമ്മുടെ മനോഹരമായ ഗ്രഹവുമായി പൊരുത്തപ്പെടാനും പരിണമിക്കാനും നവീകരിക്കാനും കഴിയും.”

Hoyt C. Hottel 1928 മുതൽ 1968 വരെ MIT ഫാക്കൽറ്റി അംഗമായി സേവനമനുഷ്ഠിച്ചു. കെമിക്കൽ എഞ്ചിനീയറിംഗ് വകുപ്പിനും അതിലെ വിദ്യാർത്ഥികൾക്കും ഇന്ധന ഗവേഷണ ലബോറട്ടറിയുടെ സ്ഥാപനത്തിനും നിർദ്ദേശത്തിനും അദ്ദേഹം നൽകിയ സംഭാവനകളെ അംഗീകരിക്കുന്നതിനായി 1985-ൽ Hoyt C. ഹോട്ടൽ ലെക്ചർഷിപ്പ് സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടു. . ഭാവി തലമുറയിലെ വിദ്യാർത്ഥികളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നതിനായി പ്രഗത്ഭരായ പണ്ഡിതന്മാരെ എംഐടിയിലേക്ക് ആകർഷിക്കുന്നതിനാണ് ലക്ചർഷിപ്പ് ഉദ്ദേശിക്കുന്നത്. 2020-ലെ കോവിഡ്-19 പാൻഡെമിക് സമയത്ത് ഒരു ഇടവേളയ്ക്ക് ശേഷം ഈ വർഷം ലക്ചർഷിപ്പ് പുനരാരംഭിച്ചു.

പ്ലേറ്റോഅയ്. വെബ് 3 പുനർ‌ചിന്തനം. ഡാറ്റ ഇന്റലിജൻസ് വർദ്ധിപ്പിച്ചു.
ആക്സസ് ചെയ്യുന്നതിന് ഇവിടെ ക്ലിക്കുചെയ്യുക.

ഉറവിടം: https://news.mit.edu/2021/innovation-evolution-frances-arnold-1022