ఎంజైమ్‌లు ప్రకృతి ఉత్ప్రేరకాలు, అవి జీవితాన్ని సాధ్యం చేస్తాయి. వారి ఉత్ప్రేరక శక్తి ప్రస్తుత బయోటెక్నాలజీ విప్లవానికి ఆధారం; అయినప్పటికీ, ఎంజైమ్‌లపై మన అవగాహన వాటి అంతర్గత సంక్లిష్టత ద్వారా పరిమితం చేయబడింది.
మాంచెస్టర్ విశ్వవిద్యాలయంలోని మాంచెస్టర్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ బయోటెక్నాలజీలోని మార్కిన్ ల్యాబ్ ఈ అద్భుతమైన సహజ ఉత్ప్రేరకాలు రెండు అత్యవసర సవాళ్లను పరిష్కరించడానికి ఈ జ్ఞానాన్ని వర్తింపజేయడం అనే మొత్తం లక్ష్యంతో ఎలా పనిచేస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి కొత్త సాంకేతికతలను అభివృద్ధి చేస్తోంది: మొదట, ఎంజైమ్‌లు ఎలా వెళ్తాయో బాగా అర్థం చేసుకోవడం. మానవ వ్యాధిలో తప్పు మరియు వాటిని ఎలా సరిదిద్దాలి, మరియు రెండవది, పారిశ్రామిక ఉపయోగం కోసం కొత్త ఎంజైమ్‌లను ఇంజనీర్ చేయడానికి మరింత ఊహాజనిత మార్గాలను కనుగొనడం.
జెనోమిక్స్ యుగంలో ఎంజైమాలజీ
2003లో మానవ జన్యువు మొదటిసారిగా క్రమబద్ధీకరించబడినప్పుడు, అది ఇప్పుడు “జెనోమిక్స్ యుగం”గా పిలవబడే దానిని ప్రారంభించింది. ఈ స్మారక విజయాన్ని సాధించినప్పటి నుండి, DNAను సీక్వెన్సింగ్ చేసే సాంకేతికతలు విపరీతంగా పెరిగాయి, DNAని వేగంగా మరియు చౌకగా సీక్వెన్స్ చేసే మన ప్రస్తుత సామర్థ్యంతో ఇది ముగుస్తుంది. మేము ఇప్పుడు రోగి నమూనాలను క్రమం తప్పకుండా క్రమం చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాము, “ఖచ్చితమైన ఔషధం” కోసం అనేక అవకాశాలను అందజేస్తున్నాము, ఇక్కడ వ్యక్తిగత రోగి స్థాయిలో ఎంజైమ్‌లలో వ్యాధిని కలిగించే ఉత్పరివర్తనాలను సరిచేయడానికి చికిత్సలు రూపొందించబడతాయి.
అయినప్పటికీ, DNA శ్రేణులలో విస్తృత శ్రేణి వైవిధ్యం ఉంది మరియు ఈ వైవిధ్యాలన్నీ వ్యాధిని కలిగించవు; అందువల్ల రోగి సీక్వెన్సింగ్ ప్రయత్నాలు తరచుగా వందలాది జన్యు వైవిధ్యాలను (అనిశ్చిత ప్రాముఖ్యత లేదా VUS యొక్క వైవిధ్యాలు) గుర్తిస్తాయి, అయితే వాటిలో కొన్ని మాత్రమే వాస్తవానికి వ్యాధికి కారణమవుతాయి. రెండవ సవాలు ఏమిటంటే, DNA ఎంజైమ్‌లను తయారు చేయడానికి సూచనలను అందిస్తుంది కాబట్టి, DNA శ్రేణి ఒక నిర్దిష్ట మ్యుటేషన్ ఎంజైమ్ యొక్క వాస్తవ పనితీరును ఎలా రాజీ చేస్తుందనే దాని గురించి మాకు చాలా తక్కువ చెబుతుంది. అందువల్ల, ఒక నిర్దిష్ట VUS ఎంజైమ్ పనితీరుకు అంతరాయం కలిగిస్తుందో లేదో నిర్ధారించడం (అందువల్ల వ్యాధికి దోహదం చేస్తుంది) మరియు పరివర్తన చెందిన ఎంజైమ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుందో లేదో నిర్ధారించడం క్లిష్టమైన దశ, ఆపై దాని జీవరసాయన ప్రభావాలను కొలుస్తుంది: ఉదాహరణకు, ఒక నిర్దిష్ట ఉత్పరివర్తన ఎంజైమ్‌ను చాలా మందగిస్తుంది. , దాని ప్రతిచర్యను మార్చండి లేదా ఇతర సంభావ్య ప్రభావాలతో పాటు దానిని తీసివేయడానికి లేదా తప్పు ప్రదేశానికి మళ్లించమని సెల్‌కు సూచించండి.
క్రియాత్మక వైవిధ్యాలను వేగంగా కొలవడానికి కొత్త సాంకేతికత
మార్కిన్ ల్యాబ్‌లో మనం అధ్యయనం చేసేది ఇదే; DNA శ్రేణుల ఎంజైమ్-స్థాయి ప్రభావాలు. DNA సీక్వెన్సింగ్ వలె కాకుండా, బయోకెమిస్ట్రీ మరియు ఎంజైమాలజీ (ఎంజైమ్‌ల యొక్క జీవరసాయన అధ్యయనం) ఆధారంగా రూపొందించబడిన సాంకేతికతలు నిర్గమాంశ (అంటే, ఇచ్చిన సమయ వ్యవధిలో చేయగలిగే కొలతల సంఖ్య), ప్రాప్యత మరియు విస్తృత స్వీకరణ పరంగా వెనుకబడి ఉన్నాయి. . ఎంజైమ్‌లు ఇప్పటికీ సాధారణంగా దశాబ్దాలుగా మారని పద్ధతులను ఉపయోగించి “ఒకేసారి” అధ్యయనం చేయబడతాయి మరియు సాంప్రదాయ జీవరసాయన పద్ధతులను ఉపయోగించి వేగంగా మరియు చౌకగా జీవరసాయనంగా VUS ప్రొఫైల్ చేయడం సాధ్యం కాదు. దీనిని పరిష్కరించడానికి, మార్కిన్ ల్యాబ్ HT-MEK (హై-త్రూపుట్ మైక్రోఫ్లూయిడ్ ఎంజైమ్ కైనటిక్స్ (HT-MEK)) అనే సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తుంది. డాక్టర్ మార్కిన్ స్టాన్‌ఫోర్డ్ విశ్వవిద్యాలయంలో HT-MEK సాంకేతిక ప్లాట్‌ఫారమ్‌ను అభివృద్ధి చేశారు మరియు మాంచెస్టర్‌లో తన పని ద్వారా దానిని అభివృద్ధి చేశారు.
HT-MEK అంతర్లీనంగా ఉన్న కేంద్ర సాంకేతిక ఆవిష్కరణ అనేది మైక్రోఫ్లూయిడ్ చిప్, ఇది తపాలా స్టాంప్‌కు సమానమైన పరిమాణంలో ఉంటుంది, దీనిలో 1,500 వేర్వేరు ఎంజైమ్ రూపాంతరాలను ఏకకాలంలో ఉత్పత్తి చేయవచ్చు, శుద్ధి చేయవచ్చు మరియు పరిమాణాత్మకంగా సాంప్రదాయ పద్ధతుల వలె అదే (లేదా అంతకంటే ఎక్కువ) ఖచ్చితత్వంతో కొలవవచ్చు. HT-MEK వేలకొద్దీ VUSలను ఒకే విధమైన కాలపరిమితిలో (1-2 వారాలు) క్రియాత్మకంగా ప్రొఫైల్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది మరియు సారూప్య ధరతో (ఒక వేరియంట్‌కు £5), ప్రస్తుతం సాంప్రదాయ పద్ధతులను ఉపయోగించి కొన్ని రకాల వేరియంట్‌లకు అవసరమవుతుంది.
7,000 సంవత్సరాల బయోటెక్నాలజీలో ఎంజైమ్‌లు ఉన్నాయి
మానవ ఆరోగ్యంలో ఎంజైమ్‌ల పాత్రకు మించి, వేలాది సంవత్సరాలుగా మన జీవన నాణ్యతను మెరుగుపరచడానికి మానవులు ఇతర జీవుల నుండి సహజ ఎంజైమ్‌ల ఉత్ప్రేరక శక్తిని ఉపయోగించారు. ఉదాహరణకు, బ్రూయింగ్ మరియు బేకింగ్ (ఈస్ట్ జీవక్రియకు అవసరమైన ఎంజైమ్‌లపై ఆధారపడేవి) సుమారు 7,000 సంవత్సరాల క్రితం ఉద్భవించాయి – నాణేల తయారీ మరియు లిఖిత భాష వంటి విజయాలకు ముందే.
ఈ ప్రారంభ బయోటెక్నాలజీ ఆవిష్కరణల నుండి, ఎంజైమ్‌లతో మన సంబంధం మరియు ఆధారపడటం బహుళ-బిలియన్-పౌండ్ల పరిశ్రమగా అభివృద్ధి చెందింది. పారిశ్రామిక విప్లవంలో, బ్రూయింగ్ మరియు బేకింగ్ పారిశ్రామికంగా మారాయి, ఇది ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ పరిశ్రమ వైపు కీలక దశను సూచిస్తుంది. ఆధునిక ప్రపంచంలో, మనం ఇప్పుడు రోజువారీ జీవితంలో తరచుగా ఎంజైమ్‌లను ఎదుర్కొంటాము, తరచుగా దానిని గ్రహించకుండానే. అప్లికేషన్లు ప్రాపంచికం నుండి ఉంటాయి – ఉదాహరణకు, ఎంజైమ్‌లను డిటర్జెంట్ సంకలనాలుగా, స్టెయిన్ రిమూవర్‌లుగా మరియు సింక్ డి-క్లాగర్‌లుగా ఉపయోగిస్తారు – చికిత్సా విధానాలు మరియు చక్కటి వస్తువుల రసాయనాల యొక్క అత్యంత ప్రత్యేకమైన ఉత్పత్తి వరకు. ఇటీవల, ఎంజైమ్‌లు కొత్త కార్బన్ క్యాప్చర్ టెక్నాలజీలలో భాగంగా అలాగే బయోరిమీడియేషన్‌లో భాగంగా వాటి ఉత్ప్రేరక శక్తిని ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యం కారణంగా ప్రత్యేక ఆసక్తిని పొందాయి – ప్లాస్టిక్ వ్యర్థాల క్షీణత ఒక ప్రముఖ ఉదాహరణ.
మిలియన్ల సంవత్సరాల సహజ పరిణామం మరియు ఈ గ్రహం మీద జీవం యొక్క విస్తృత వైవిధ్యం వివిధ ఎంజైమ్ ఉత్ప్రేరకాలు యొక్క సంపదను అందించింది, వీటిలో అనేక వేల DNA స్థాయిలో క్రమం చేయబడ్డాయి. ఈ ఎంజైమ్‌లు దాదాపుగా నవల ప్రతిచర్యలను ఉత్ప్రేరకపరుస్తాయి మరియు ఈ తదుపరి తరం బయోటెక్నాలజీ అనువర్తనాలకు ఇంధనంగా సహాయపడతాయి; అయితే, పైన వివరించిన VUS వేరియంట్‌ల వలె, ప్రస్తుత సవాలు ఏమిటంటే, వాటి వాస్తవ విధులు (అంటే అవి ఏ అణువులను తయారు చేస్తాయి మరియు ఎంత వేగంగా వాటిని తయారు చేయగలవు) ఊహించడం కష్టం, మరియు చాలా వరకు ఇంకా వర్గీకరించబడలేదు. మార్కిన్ ల్యాబ్, మాంచెస్టర్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ బయోటెక్నాలజీలోని నిపుణుల పరిశోధనా బృందాలతో కలిసి, వందల నుండి వేల వరకు ఈ ఎంజైమ్‌ల పనితీరును ఏకకాలంలో కొలవడానికి ఇప్పుడు HT-MEKని విస్తరించడం ప్రారంభించింది. ఈ విధంగా, మేము మరింత వేగంగా (మరియు మరింత చౌకగా) అప్లికేషన్ల వైవిధ్యం కోసం కొత్త ఆశాజనక ఉత్ప్రేరకాలు గుర్తించవచ్చు.
“ఎంజైమ్ యుగం”కి ఆజ్యం పోసేందుకు ఓపెన్ మరియు యాక్సెస్ చేయగల సాంకేతికతలు
DNA సీక్వెన్సింగ్ టెక్నాలజీల అభివృద్ధి మరియు స్వీకరణకు మళ్లీ పోలికను గీయడం, ఈ విధానం యొక్క అంతిమ విజయం (మరియు సంభావ్య ప్రభావం) విస్తృత బయోకెమిస్ట్రీ మరియు ఎంజైమాలజీ కమ్యూనిటీకి వారి స్వంత ల్యాబ్‌లలో ఇలాంటి అధిక-నిర్గమాంశ ప్రయోగాలను నిర్వహించగల సామర్థ్యాన్ని అందించడంపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ క్రమంలో, మార్కిన్ ల్యాబ్ అసలు ధరలో కొంత భాగానికి HT-MEK మైక్రోఫ్లూయిడ్ చిప్‌లను రూపొందించడానికి మరియు అమలు చేయడానికి కొత్త ఓపెన్-సోర్స్ హార్డ్‌వేర్ మరియు సాఫ్ట్‌వేర్‌లను అభివృద్ధి చేస్తోంది, అలాగే విస్తృతమైన అధిక-నిర్గమాంశ విధానాలను వర్తింపజేయడానికి కొత్త కొలత పద్ధతులను అభివృద్ధి చేస్తోంది. ఎంజైమ్‌ల క్రాస్ సెక్షన్. పరిమాణాత్మక బయోకెమిస్ట్రీ యొక్క కొత్త యుగాన్ని ప్రారంభించడం అంతిమ దృష్టి, ఇక్కడ ఈ సాంకేతికతలు అందుబాటులో ఉంటాయి మరియు అన్ని పరిశోధనా సమూహాలకు అందుబాటులో ఉంటాయి మరియు వేలకొద్దీ ఎంజైమ్‌ల యొక్క పరిమాణాత్మక అధ్యయనాలు ప్రస్తుతం ఒకే ఎంజైమ్‌ల అధ్యయనాల వలె సాధారణమైనవి.
పదాలు మరియు చిత్రాలు – డాక్టర్ క్రెయిగ్ మార్కిన్
బయోటెక్నాలజీ అనేది మాంచెస్టర్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క పరిశోధన బీకాన్‌లలో ఒకటి – ఇంటర్ డిసిప్లినరీ సహకారం మరియు క్రాస్-సెక్టార్ భాగస్వామ్యాలకు ఉదాహరణలు, ఇవి మార్గదర్శక ఆవిష్కరణలకు దారితీస్తాయి మరియు ప్రపంచవ్యాప్తంగా ప్రజల జీవితాలను మెరుగుపరుస్తాయి. మరింత సమాచారం కోసం, మాంచెస్టర్ విశ్వవిద్యాలయం యొక్క బయోటెక్నాలజీ పేజీకి వెళ్లండి.
