قدرت کے پاس پروٹین بنانے کا ایک مقررہ نسخہ ہے۔
ڈی این اے حروف کے تین حصے 20 مالیکیولز میں ترجمہ کرتے ہیں جنہیں امینو ایسڈ کہتے ہیں۔ اس کے بعد یہ بنیادی بلڈنگ بلاکس مختلف طریقے سے پروٹین کی چکرا دینے والی صف میں جوڑے جاتے ہیں جو تمام جانداروں کو بناتا ہے۔ پروٹین جسم کے بافتوں کی تشکیل کرتے ہیں، خراب ہونے پر ان کو زندہ کرتے ہیں، اور ہمارے جسم کے اندرونی کام کو اچھی طرح سے تیل والی مشینوں کی طرح چلتے ہوئے پیچیدہ عمل کو ہدایت دیتے ہیں۔
پروٹین کی ساخت اور سرگرمی کا مطالعہ بیماری پر روشنی ڈال سکتا ہے، منشیات کی نشوونما کو آگے بڑھا سکتا ہے، اور پیچیدہ حیاتیاتی عمل کو سمجھنے میں ہماری مدد کر سکتا ہے، جیسے کہ دماغ یا عمر بڑھنے میں کام کرتے ہیں۔ غیر حیاتیاتی سیاق و سباق میں بھی پروٹین ضروری ہوتے جا رہے ہیں، مثال کے طور پر، آب و ہوا کے موافق حیاتیاتی ایندھن کی تیاری میں۔
اس کے باوجود صرف 20 مالیکیولر بلڈنگ بلاکس کے ساتھ، ارتقاء نے بنیادی طور پر اس بات کی حد لگا دی ہے کہ پروٹین کیا کر سکتے ہیں۔ تو، کیا ہوگا اگر ہم فطرت کے الفاظ کو بڑھا سکیں؟
فطرت میں نظر نہ آنے والے نئے امینو ایسڈز کی انجینئرنگ کرکے اور انہیں زندہ خلیوں میں شامل کرکے، غیر ملکی پروٹین زیادہ کام کرسکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، پروٹین پر مبنی دوائیوں میں مصنوعی امینو ایسڈز شامل کرنے سے — جیسے کہ امیونو تھراپی کے لیے — ان کی ساخت میں قدرے تبدیلیاں کر سکتے ہیں تاکہ وہ جسم میں زیادہ دیر تک رہیں اور زیادہ موثر ہیں. ناول پروٹین نئے کیمیائی رد عمل کا دروازہ بھی کھولتے ہیں جو پلاسٹک یا مختلف خصوصیات کے ساتھ زیادہ آسانی سے انحطاط پذیر مواد کو چباتے ہیں۔
لیکن ایک مسئلہ ہے۔ غیر ملکی امینو ایسڈ ہمیشہ سیل کی مشینری کے ساتھ مطابقت نہیں رکھتے ہیں۔
ایک نئی تحقیق in فطرت، قدرتکیمبرج، یو کے میں میڈیکل ریسرچ کونسل لیبارٹری آف مالیکیولر بائیولوجی میں مصنوعی حیاتیات کے ماہر ڈاکٹر جیسن چن کی قیادت میں، خواب کو قدرے قریب لایا۔ ایک نئی تیار کردہ مالیکیولر اسکرین کا استعمال کرتے ہوئے، انہوں نے بیکٹیریا کے خلیوں کے اندر ایک پروٹین میں چار غیر ملکی امینو ایسڈز کو پایا اور داخل کیا۔ انسولین اور دیگر پروٹین پر مبنی دوائیوں کو نکالنے کے لیے ایک صنعتی پسندیدہ، بیکٹیریا نے آسانی سے غیر ملکی عمارت کے بلاکس کو اپنے طور پر قبول کر لیا۔
تمام نئے شامل کیے گئے اجزاء سیل کے قدرتی اجزاء سے مختلف ہیں، یعنی اضافہ سیل کے معمول کے افعال میں مداخلت نہیں کرتا ہے۔
کیلیفورنیا یونیورسٹی کے ڈاکٹر چانگ لیو جو اس تحقیق کا حصہ نہیں تھے، "امینو ایسڈز کی ان نئی اقسام کو پروٹین میں شامل کرنا ایک بڑی کامیابی ہے۔" بتایا سائنس.
ایک مصنوعی تعطل
ایک زندہ چیز میں غیر ملکی امینو ایسڈ شامل کرنا ایک ڈراؤنا خواب ہے۔
سیل کی تصویر ایک شہر کے طور پر بنائیں، جس میں متعدد "اضلاع" اپنے اپنے کام انجام دے رہے ہیں۔ نیوکلئس، جس کی شکل ایک خوبانی کے گڑھے کی طرح ہوتی ہے، ڈی این اے میں درج ہمارے جینیاتی بلیو پرنٹ کو رکھتی ہے۔ نیوکلئس کے باہر، پروٹین بنانے والی فیکٹریاں جن کو رائبوسومز کہتے ہیں منڈلاتے ہیں۔ دریں اثنا، دونوں کے درمیان آر این اے میسنجر گونجتے ہیں جیسے تیز رفتار ٹرینیں جینیاتی معلومات کو پروٹین میں تبدیل کرتی ہیں۔
ڈی این اے کی طرح آر این اے میں بھی چار سالماتی حروف ہوتے ہیں۔ ہر تین حروف کا مجموعہ ایک امینو ایسڈ کو انکوڈنگ کرتے ہوئے ایک "لفظ" بناتا ہے۔ رائبوزوم ہر لفظ کو پڑھتا ہے اور متعلقہ امینو ایسڈ کو ٹرانسفر آر این اے (ٹی آر این اے) مالیکیولز کا استعمال کرتے ہوئے فیکٹری میں طلب کرتا ہے تاکہ ان پر قبضہ کیا جا سکے۔
ٹی آر این اے کے مالیکیول خاص امینو ایسڈ کو ایک قسم کے انتہائی مخصوص پروٹین "گلو" کے ساتھ لینے کے لیے تیار کیے گئے ہیں۔ ایک بار رائبوزوم میں بند ہونے کے بعد، امینو ایسڈ کو اس کے کیریئر مالیکیول سے نکال کر ایک امینو ایسڈ کے تار میں جوڑا جاتا ہے جو پروٹین کی پیچیدہ شکلوں میں گھل جاتی ہے۔
واضح طور پر، ارتقاء نے پروٹین کی تیاری کے لیے ایک جدید ترین نظام قائم کیا ہے۔ حیرت کی بات نہیں، مصنوعی اجزاء شامل کرنا سیدھا نہیں ہے۔
1980 کی دہائی میں ، سائنسدانوں ایک ٹیسٹ ٹیوب کے اندر ایک کیریئر سے مصنوعی امینو ایسڈ منسلک کرنے کا ایک طریقہ ملا۔ ابھی حال ہی میں، انہوں نے شامل غیر فطری امینو ایسڈز کو بیکٹیریا کے خلیوں کے اندر موجود پروٹینوں میں ان کی اپنی اندرونی فیکٹریوں کو ہائی جیک کرکے خلیے کے معمول کے کام کو متاثر کیے بغیر۔
بیکٹیریا سے آگے، چن اور ساتھیوں سے پہلے ٹی آر این اے کو ہیک کیا۔ اور اس سے متعلقہ "گلو" — جسے tRNA synthetase کہتے ہیں — ماؤس کے دماغ کے خلیوں میں ایک غیر ملکی پروٹین شامل کرنے کے لیے۔
سیل کی پروٹین بنانے والی مشینری کو بغیر توڑے دوبارہ وائر کرنے میں ایک نازک توازن درکار ہوتا ہے۔ نئے امینو ایسڈز کو پکڑنے اور انہیں رائبوزوم تک گھسیٹنے کے لیے سیل کو ترمیم شدہ tRNA کیریئرز کی ضرورت ہے۔ پھر رائبوزوم کو مصنوعی امینو ایسڈ کو اپنے طور پر پہچاننا چاہیے اور اسے ایک فعال پروٹین میں سلائی کرنا چاہیے۔ اگر کوئی بھی قدم ٹھوکر کھاتا ہے، انجنیئرڈ حیاتیاتی نظام ناکام ہوجاتا ہے۔
جینیاتی کوڈ کو بڑھانا
نیا مطالعہ پہلے مرحلے پر توجہ مرکوز کرتا ہے - غیر ملکی امینو ایسڈ کے لئے بہتر کیریئرز انجینئرنگ.
ٹیم نے سب سے پہلے "گلو" پروٹین کے لیے جینز کو تبدیل کیا اور لاکھوں ممکنہ متبادل ورژن بنائے۔ ان میں سے ہر ایک ممکنہ طور پر غیر ملکی عمارتوں کے بلاکس پر قبضہ کر سکتا ہے۔
میدان کو تنگ کرنے کے لیے، وہ tRNA مالیکیولز، امینو ایسڈ کے کیریئرز کی طرف متوجہ ہوئے۔ ہر ٹی آر این اے کیریئر کو تھوڑا سا جینیاتی کوڈ کے ساتھ ٹیگ کیا گیا تھا جو فشینگ ہک کی طرح تبدیل شدہ "گلو" پروٹین سے منسلک ہوتا ہے۔ اس کوشش میں لاکھوں ممکنہ ڈھانچے میں سے آٹھ امید افزا جوڑے ملے۔ ایک اور اسکرین "گلو" پروٹینوں کے ایک گروپ پر صفر کر دی گئی ہے جو متعدد قسم کے مصنوعی پروٹین بلڈنگ بلاکس پر قبضہ کر سکتی ہے — بشمول وہ جو قدرتی سے بہت مختلف ہیں۔
اس کے بعد ٹیم نے ان پروٹینوں کو انکوڈ کرنے والے جین داخل کیے۔ Escherichia کولی بیکٹیریا کے خلیات، مصنوعی حیاتیات کی ترکیبیں جانچنے کے لیے ایک پسندیدہ۔
مجموعی طور پر، آٹھ "گلو" پروٹین نے بیکٹیریا کی قدرتی پروٹین بنانے والی مشینری میں غیر ملکی امینو ایسڈز کو کامیابی کے ساتھ لوڈ کیا۔ بہت سے مصنوعی عمارت کے بلاکس میں عجیب ریڑھ کی ہڈی کے ڈھانچے تھے جو عام طور پر قدرتی رائبوزوم کے ساتھ مطابقت نہیں رکھتے تھے۔ لیکن انجنیئرڈ ٹی آر این اے اور "گلو" پروٹین کی مدد سے، رائبوسومز نے چار غیر ملکی امینو ایسڈ کو نئے پروٹین میں شامل کیا۔
ٹیم نے اپنے مقالے میں وضاحت کی کہ نئی قسم کے مواد بنانے کے لیے نتائج "جینیاتی کوڈ کے کیمیائی دائرہ کار کو بڑھاتے ہیں"۔
ایک پوری نئی دنیا
سائنسدانوں کو پہلے ہی سینکڑوں غیر ملکی امینو ایسڈ مل چکے ہیں۔ AI ماڈلز جیسے AlphaFold یا RoseTTAFold، اور ان کی مختلف حالتیں، اس سے بھی زیادہ پھیلنے کا امکان ہے۔ کیریئرز اور "گلو" پروٹین تلاش کرنا جو آپس میں مماثل ہیں ہمیشہ ایک رکاوٹ رہا ہے۔
نیا مطالعہ غیر معمولی خصوصیات کے ساتھ نئے ڈیزائنر پروٹین کی تلاش کو تیز کرنے کا ایک طریقہ قائم کرتا ہے۔ ابھی کے لیے، طریقہ کار میں صرف چار مصنوعی امینو ایسڈ شامل کیے جا سکتے ہیں۔ لیکن سائنسدان پہلے ہی ان کے استعمال کا تصور کر رہے ہیں۔
ان غیر ملکی امینو ایسڈز سے بنی پروٹین کی دوائیں ان کے قدرتی ہم منصبوں سے مختلف ہوتی ہیں، جو انہیں جسم کے اندر سڑنے سے بچاتی ہیں۔ اس کا مطلب ہے کہ وہ زیادہ دیر تک چلتے ہیں، اور یہ متعدد خوراکوں کی ضرورت کو کم کرتا ہے۔ اسی طرح کا نظام بائیو ڈی گریڈ ایبل پلاسٹک جیسے نئے مواد کو تیار کر سکتا ہے جو کہ پروٹین کی طرح انفرادی اجزاء کو ایک ساتھ سلائی کرنے پر بھی انحصار کرتا ہے۔
ابھی کے لیے، ٹیکنالوجی غیر ملکی امینو ایسڈز کی رائبوزوم کی رواداری پر انحصار کرتی ہے — جو کہ غیر متوقع ہو سکتا ہے۔ اگلا، ٹیم عجیب امینو ایسڈز اور ان کے کیریئرز کو بہتر طور پر برداشت کرنے کے لیے خود رائبوزوم میں ترمیم کرنا چاہتی ہے۔ وہ مکمل طور پر مصنوعی امینو ایسڈ سے بنا پروٹین نما مواد بنانے کی کوشش کر رہے ہیں، جو زندہ بافتوں کے کام کو بڑھا سکتا ہے۔
"اگر آپ بلڈنگ بلاکس کے توسیع شدہ سیٹ کو اسی طرح انکوڈ کر سکتے ہیں جس طرح ہم پروٹین بنا سکتے ہیں، تو ہم نئی دوائیوں سے لے کر مواد تک ہر چیز کے لیے پولیمر کی انکوڈ شدہ ترکیب کے لیے خلیوں کو زندہ فیکٹریوں میں تبدیل کر سکتے ہیں۔" نے کہا ایک پہلے انٹرویو میں چن۔ "یہ ایک انتہائی دلچسپ میدان ہے۔"
تصویری کریڈٹ: نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف الرجی اینڈ انفیکشن ڈیزیز، نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف ہیلتھ
- SEO سے چلنے والا مواد اور PR کی تقسیم۔ آج ہی بڑھا دیں۔
- پلیٹو ڈیٹا ڈاٹ نیٹ ورک ورٹیکل جنریٹو اے آئی۔ اپنے آپ کو بااختیار بنائیں۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- پلیٹوآئ اسٹریم۔ ویب 3 انٹیلی جنس۔ علم میں اضافہ۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- پلیٹو ای ایس جی۔ کاربن، کلین ٹیک، توانائی ، ماحولیات، شمسی، ویسٹ مینجمنٹ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- پلیٹو ہیلتھ۔ بائیوٹیک اینڈ کلینیکل ٹرائلز انٹیلی جنس۔ یہاں تک رسائی حاصل کریں۔
- ماخذ: https://singularityhub.com/2024/01/23/scientists-coax-bacteria-into-making-exotic-proteins-not-found-in-nature/
