ಹೈಡ್ರೋಕಾರ್ಬನ್ ಪರಿಸರಸ್ನೇಹಿ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಅಧಿಕ-ಕಾರ್ಯದಕ್ಷತೆಯ ಜೈವಿಕ-ಕ್ರಿಯಾವರ್ಧಕ ವೇದಿಕೆ

31 ಅಕ್ಟೋಬರ್ 2025

– ಕ್ರೆದೈ ರಾಮನ್

ಜೀವಂತವಾಗಿರುವ ಜೀವಕೋಶಗಳಿಲ್ಲದೆ ಕಾರ್ಯಾಚರಿಸುವ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ದಕ್ಷತೆಯಿಂದ ಕೂಡಿದ ಕ್ವಿಣ್ವಾಧಾರಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯೊಂದನ್ನು ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆಯ (ಐ.ಐ.ಎಸ್ಸಿ) ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳನ್ನು 1-ಆಲ್ಕೀನ್ ಗಳಾಗಿ, ಅಂದರೆ, ಜೈವಿಕ ಇಂಧನಗಳಾಗಿ, ಪ್ಲ್ಯಾಸ್ಟಿಕ್ ಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಕಚ್ಚಾವಸ್ತುವಾಗಿ ಹಾಗೂ ಔಷಧಿಗಳಿಗೆ ಬೇಕಾದ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದಾಗಿರುತ್ತದೆ.

ಇದಕ್ಕಾಗಿ ಸಂಶೋಧಕರು ಯು.ಎನ್.ಡಿ.ಬಿ. (UndB) ಎಂಬ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಲ್ ಕಿಣ್ವವನ್ನು ಬಳಸಿದರು. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕೋಶಪೊರೆಗಳಲ್ಲಿ ಆಶ್ರಯ ಪಡೆಯುವ ಈ ಕಿಣ್ವದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಎನ್ಜೈಮ್ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್,, ಸಹಾಯಕ ಸಂಯುಕ್ತ ಕಣಗಳ ಪುನರ್ ಸಂಸ್ಕರಣೆ ಮತ್ತು ಪ್ರತ್ಯನುಕರಣ ನಿರ್ದೇಶಿತ ಆಣ್ವಿಕ ಮಾರ್ಪಡಿಸುವಿಕೆ ಬಳಸಿ ಸುಧಾರಣೆಗೊಳಿಸಿದರು..

“ಈ ವಿಶೇಷ ಲೋಹಯುಕ್ತ ಕಿಣ್ವಗಳನ್ನು ಬಳಸಿ ಹೈಡ್ರೋಕಾರ್ಬನ್ ಗಳನ್ನು ಜೈವಿಕವಾಗಿ ಉತ್ಪಾದಿಸುವುದು ನಮ್ಮ ಗುರಿಯಾಗಿದ್ದಿತು” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಐಐಎಸ್ಸಿ ನಿರವಯವ ಮತ್ತು ಭೌತ-ರಾಸಾಯನಿಕಶಾಸ್ತ್ರ (ಐಪಿಸಿ) ವಿಭಾಗದ ಸಹಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕ ಹಾಗೂ ಅಧ್ಯಯನ ವರದಿಯ ಸಹಲೇಖಕರಾದ ದೇಬಶಿಷ್ ದಾಸ್. ಮುಂದುವರಿದು, “ಕ್ರಿಯಾವರ್ಧನೆಯ ದೃಷ್ಟಿಯಿಂದ ಈ ಕಿಣ್ವಗಳ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವ ಜೊತೆಗೆ ಅವುಗಳ ಸ್ವಾಭಾವಿಕ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳನ್ನು ಉಪಯುಕ್ತ ಹೈಡ್ರೋಕಾರ್ಬನ್ ಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುವ ಬಗೆಗೂ ಗಮನ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸಲಾಗಿತ್ತು” ಎಂದು ಅವರು ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಈ ಮುನ್ನ ತಜ್ಞರು, ಯು.ಎನ್.ಡಿ.ಬಿ. (UndB) ಉತ್ಪಾದಿಸಲು, ಕೆಟಲೇಸ್ ಎಂಬ ಮತ್ತೊಂದು ಕಿಣ್ವದೊಂದಿಗೆ ಜೀವಂತ ಇ.ಕೊಲೈ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಬಳಸುವ ಪ್ರಯತ್ನ ಮಾಡಿದ್ದರು. ಆದರೆ, ಆ ವಿಧಾನದಲ್ಲಿ ಕೆಲವು ತೊಡಕುಗಳಿದ್ದವು. ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿತ್ತು, ದುಬಾರಿಯಾದ ಸಹಾಯಕ ಸಂಯುಕ್ತ ಕಣಗಳು (ಹೆಲ್ಪರ್ ಮಾಲಿಕ್ಯೂಲ್) ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಬೇಕಾಗುತ್ತಿತ್ತು ಹಾಗೂ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪ್ರಮಾಣದ ಕಿಣ್ವದ ಬಳಕೆಯು ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ನಂಜುಕಾರಕವಾಗಿ ಪರಿಣಮಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆ ಇರುತ್ತಿತ್ತು.

ಇದನ್ನು ಪರಿಹರಿಸುವ ಸಲುವಾಗಿ, ತಂಡದವರು ಸ್ವ-ಅವಲಂಬಿತ ಜೀವಕೋಶರಹಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿದರು. ಅಂದರೆ, ಸ್ವಾಭಾವಿಕ ಕೋಶ ಪರಿಸರವನ್ನೇ ನಕಲು ಮಾಡುವ ಆದರೆ ಜೀವಂತ ಕೋಶಗಳ ಅಗತ್ಯವಿಲ್ಲದ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಇದು. ಇ.ಕೊಲೈ ಜೀವಕೋಶಗಳನ್ನು ಒಡೆದು ಯುಎನ್ ಡಿಬಿ ಕಿಣ್ವವನ್ನು ಸಂಗ್ರಹಿಸಿ ಕೆಟಲೇಸ್, ಹೆಲ್ಪರ್ ಮಾಲಿಕ್ಯೂಲ್ ಗಳು ಹಾಗೂ ಪುನರ್ ಸಂಸ್ಕರಣೆ ಕಿಣ್ವಗಳೊಂದಿಗೆ ಬೆರೆಸಿದರು. ನಂತರ, ಈ ಜೀವಕೋಶರಹಿತ ರಾಸಾಯನಿಕ ಮಿಶ್ರಣಕ್ಕೆ ನೇರವಾಗಿ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳನ್ನು ಸೇರ್ಪಡೆಗೊಳಿಸಿದರು.

“ಜೀವಕೋಶರಹಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಹಲವಾರು ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಇದರಿಂದ ರಾಸಾಯನಿಕ ವರ್ತನೆಯನ್ನು ಉತ್ತಮವಾಗಿ ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು, ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಕಾರ್ಯದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಗರಿಷ್ಠ ಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಸುಲಭವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿಸಹುದು ಮತ್ತು ಜೀವಂತ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾ ಬಳಸಿದ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ ಅನುಸರಿಸಬೇಕಾದ ಸುರಕ್ಷತೆ ಹಾಗೂ ನಿಯಂತ್ರಣಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದ ತೊಡಕುಗಳನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಬಹುದು” ಎಂದು ದಾಸ್ ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ.

ಜೀವಂತ-ಕೋಶದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಮಿತಿಗಳು ಇದರಲ್ಲಿ ಕಂಡುಬರಲಿಲ್ಲ. ಹೊಸ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ತುಂಬಾ ವೇಗವಾಗಿ ಕಾರ್ಯಾಚರಿಸಿತು. ಕಿಣ್ವಗಳ ಕಾರ್ಯದಕ್ಷತೆ 262 ಪಟ್ಟುಗಳಷ್ಟು ಜಾಸ್ತಿಯಾಯಿತು. ಜೀವಂತ-ಕೋಶದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಿಂತ 13 ಪಟ್ಟು ಹೆಚ್ಚು ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಕಂಡುಬಂದಿತು. ದುಬಾರಿ ಹೆಲ್ಪರ್ ಮಾಲಿಕ್ಯೂಲ್ ಗಳ ಬಳಕೆ ಪ್ರಮಾಣವೂ ಕಡಿಮೆಗೊಂಡಿತು ಹಾಗೂ ಕಿಣ್ವವನ್ನು ಕನಿಷ್ಠ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಬಳಸಿ ಹೆಚ್ಚುಕಡಿಮೆ ಎಲ್ಲಾ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳನ್ನು (ಶೇಕಡಾ 98ರವರೆಗೆ) 1-ಆಲ್ಕೀನ್ ಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಸಾಧ್ವಾಯಿತು. ಈ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆ ಸಹಜ ಉಷ್ಣತೆ (ತಾಪಮಾನ) ಹಾಗೂ ಪಿಎಚ್ ದಲ್ಲಿ ನಡೆಸಲು ಸಾಧ್ಯವಾಯಿತು. ಯಾವುದೇ ಹಾನಿಕಾರಕ

ಉಪ-ಉತ್ಪನ್ನಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆ ಕಂಡುಬರಲಿಲ್ಲವಾದ್ದರಿಂದ ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪರಿಸರಸ್ನೇಹಿ ಎಂಬುದೂ ದೃಢಪಟ್ಟಿತು.

ಸಾಧಾರಣ ಉದ್ದದ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ದೀರ್ಘಸರಣಿ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳೇ ವಿಪುಲವಾಗಿದ್ದು, ಈ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ದೀರ್ಘ-ಸರಣಿಯ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳ ಸಂಸ್ಕರಣೆಯಲ್ಲಿ ಅಷ್ಟು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿರಲಿಲ್ಲ.. ವಿಜ್ಞಾನಿಗಳು ವಿವಿಧ ಬ್ಯಾಕ್ಟೀರಿಯಾಗಳಲ್ಲಿನ ಯು.ಎನ್.ಡಿ.ಬಿ. (UndB) ಕಿಣ್ವಗಳನ್ನು ಹೋಲಿಸಿ ನೋಡಿದಾಗ, ಎರಡು ವಿಭಿನ್ನ ವಿಧಗಳು ಅವರ ಗಮನಕ್ಕೆ ಬಂದಿತು. ಇವು ಒಂದೊಂದೂ ಪ್ರತ್ಯೇಕ ಉದ್ದದ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳಿಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿ ಹೊಂದಾಣಿಕೆಯಾಗುವಂಥವು. ಈ ವ್ಯತ್ಯಾಸಕ್ಕೆ ಕಾರಣವೇನು ಎಂಬುದನ್ನು ಅರಿಯಲು ತಜ್ಞರು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಪ್ರತ್ಯನುಕರಣೆಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದರು.

“ಕಿಣ್ವದ ಒಳಗೆ ಸಣ್ಣ ಪ್ರಮಾಣದ ರಾಚನಿಕ ಬದಲಾವಣೆಗಳು ಅದರ ಒಳಕುಹರವನ್ನು ಮಾರ್ಪಡಿಸುತ್ತವೆ. ಇದು ಉದ್ದನೆಯ ಮೇಧಾಮ್ಲ ಸಂಯುಕ್ತ ಕಣಗಳಿಗೆ ಅಲ್ಲಿ ನೆಲೆಯಾಗಲು ಅವಕಾಶ ಕಲ್ಪಿಸುತ್ತದೆ” ಎಂದು ವಿವರಿಸುತ್ತಾರೆ ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಆಧಾರಿತ ಅಧ್ಯಯನದ ನೇತೃತ್ವ ವಹಿಸಿದ್ದ ಐಐಎಸ್ಸಿ ಸಹಾಯಕ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರಾದ ಡಾ.ಅಭಿಷೇಕ್ ಸಿರೋಹಿವಾಲ್.

ಕಿಣ್ವದ ರಚನೆಯ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಭಾಗವನ್ನು ಜಾಗ್ರತೆಯಿಂದ ಮಾರ್ಪಾಡುಗಳಿಸುವ ಮೂಲಕ ತಂಡದವರು ಉದ್ದನೆಯ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳನ್ನು ಸುಲಭವಾಗಿ ನಿರ್ವಹಿಸಬಲ್ಲ ಯು.ಎನ್.ಡಿ.ಬಿ. (UndB) ಆವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಸೃಷ್ಟಿಸಿದರು. “ಕಿಣ್ವದ ಮಾರ್ಪಡಿಸುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಂಪ್ಯೂಟರ್ ಅಧ್ಯಯನದೊಂದಿಗೆ ಸಂಯೋಜನೆಗೊಳಿಸಿ ಕಿಣ್ವದ ಯಾವ ಭಾಗಗಳು ಸ್ವೀಕರಿಸಿದ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳ ಪೈಕಿ ಯಾವ ರೀತಿಯ ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥ ಮಾಡಿಕೊಂಡೆವು” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಪಿಎಚ್.ಡಿ. ಸಂಶೋಧನಾರ್ಥಿ ಹಾಗೂ ಜಂಟಿ ಮೊದಲ ಲೇಖಕರಾದ ಸುಭಾಷಿಣಿ ಮುರುಗನ್. ಅವರ ಪ್ರಕಾರ, ಇದು ಔಷಧಗಳು ಹಾಗೂ ಜೈವಿಕ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸಲ್ಪಡುವ 1-ಪೆಂಟಡಿಸಿನ್ ನಂತಹ ದೀರ್ಘಉದ್ದದ 1-ಆಲ್ಕೀನ್ ಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಅಧಿಕಗೊಳಿಸಿತು.

ಮೇಧಾಮ್ಲಗಳು ಅಗ್ಗದ ದರದಲ್ಲಿ ಹೇರಳವಾಗಿ ಲಭ್ಯವಾಗುತ್ತವೆ. ಅದರಲ್ಲೂ, ತ್ಯಾಜ್ಯ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಇವು ಇರುತ್ತವೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ಆಲ್ಕೀನ್ ಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಿದಾಗ ಅವುಗಳ ಮೌಲ್ಯವು ಹಲವು ಪಟ್ಟುಗಳಷ್ಟು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ತಂಡದವರು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಿರುವ ಕಿಣ್ವ-ಆಧಾರಿತ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಪೆಟ್ರೋಲಿಯಂ ಆಧಾರಿತ ಸಂಶ್ಲೇಷಣೆಗೆ ಸ್ವಚ್ಛ ಪರ್ಯಾಯವೊಂದನ್ನು ಲಭ್ಯವಾಗಿಸುತ್ತದೆ. “ನಾವು ಇಂಧನಗಳು, ಪ್ಲ್ಯಾಸ್ಟಿಕ್ ಗಳು ಹಾಗೂ ಲುಬ್ರಿಕೆಂಟ್ ಗಳಿಗಾಗಿ ತ್ಯಾಜ್ಯ ಎಣ್ಣೆಗಳನ್ನು ಆಲ್ಕೀನ್ ಗಳಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದು ಸಾಧ್ಯವಾಗುವುದಾದರೆ ಪರಿಸರ ಹಾಗೂ ಆರ್ಥಿಕತೆ ಎರಡಕ್ಕೂ ಒಳ್ಳೆಯದು” ಎನ್ನುತ್ತಾರೆ ಡಾ.ದಾಸ್.

ಸಂಶೋಧಕರ ಈ ಆವಿಷ್ಕಾರವು ಈಗಾಗಲೇ ಪೇಟೆಂಟ್ ಪಡೆಯಲು ಯಶಸ್ವಿಯಾಗಿದೆ. ಸದ್ಯ ತಜ್ಞರು, ಈ ಜೈವಿಕ ಆಧಾರಿತ ಆಲ್ಕೀನ್ ಗಳ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಉತ್ಪಾದನೆಗಾಗಿ ಉದ್ದಿಮೆಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಹಭಾಗಿತ್ವಕ್ಕಾಗಿ ಶೋಧನೆ ನಡೆಸುತ್ತಿದ್ದಾರೆ.

ಉಲ್ಲೇಖ:

ಇಕ್ಬಾಲ್ ಟಿ, ಮುರುಗನ್ ಎಸ್, ಕರುಪುಸಾಮಿ ಜೆ, ಸಿರೋಹಿವಾಲ್ ಎ, ದಾಸ್ ಡಿ, Engineering of Integral Membrane Metalloenzyme UndB and Designing of a Cell-Free Biocatalytic Platform Enabled Efficient 1-Alkene Production, ACS Central Science (2025). https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c01099

ಸಂಪರ್ಕ:

ದೇಬಶಿಷ್ ದಾಸ್
ಸಹ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು
ನಿರವಯವ ಮತ್ತು ಭೌತ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ವಿಭಾಗ (ಐಪಿಸಿ)
ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ (ಐಐಎಸ್ಸಿ)
ಫೋನ್: +91-80-22933002
ಇಮೇಲ್: debasisdas@iisc.ac.in

ವೆಬ್ಸೈಟ್: https://ipc.iisc.ac.in/~dd

ಅಭಿಷೇಕ್ ಸಿರೋಹಿವಾಲ್
ಸಹಾಯಕ ಪ್ರಾಧ್ಯಾಪಕರು
ನಿರವಯವ ಮತ್ತು ಭೌತ ರಸಾಯನಶಾಸ್ತ್ರ ವಿಭಾಗ (ಐಪಿಸಿ)
ಭಾರತೀಯ ವಿಜ್ಞಾನ ಸಂಸ್ಥೆ (ಐಐಎಸ್ಸಿ)
ಫೋನ್: +91-80-22933349 ಇಮೇಲ್: asirohiwal@iisc.ac.in

ವೆಬ್ಸೈಟ್: asirohiwal@iisc.ac.in

ಪರ್ತಕರ್ತರ ಗಮನಕ್ಕೆ:

ಅ) ಈ ಪತ್ರಿಕಾ ಪ್ರಕಟಣೆಯನ್ನು ಅಥವಾ ಇದರ ಯಾವುದೇ ಭಾಗವನ್ನು ಯಥಾವತ್ತಾಗಿ ಸುದ್ದಿಯಾಗಿ ಪ್ರಕಟಿಸಿದರೆ ದಯವಿಟ್ಟು ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ಹೆಸರಿನೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಕಟಿಸಿ.

ಆ) ಐ.ಐ.ಎಸ್.ಸಿ. ಪತ್ರಿಕಾ ಪ್ರಕಟಣೆಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಏನಾದರೂ ಪ್ರಶ್ನೆಗಳಿದ್ದರೆ news@iisc.ac.in ಅಥವಾ pro@iisc.ac.in ಗೆ ಬರೆಯಿರಿ.