रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन

संदर्भ

भारतीय विज्ञान संस्थान (Indian Institute of Science- IISc) के जैव रसायन विभाग के शोधकर्ताओं ने रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन (Recombinant Proteins) के उत्पादन के लिए एक नई विधि विकसित की है।

संबंधित तथ्य 

• नई विधि में उत्पादन प्रक्रिया में मेथनॉल के सुरक्षित विकल्प के रूप में मोनोसोडियम ग्लूटामेट (Monosodium Glutamate- MSG) का उपयोग किया जाता है, जो एक सामान्य खाद्य योजक है।
  • FDA अनुमोदन: मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG) एक FDA द्वारा अनुमोदित खाद्य योजक है।
• वैकल्पिक सक्रियण (Alternative Activation)
  • प्रमोटर सक्रियण: MSG यीस्ट जीनोम में एक अलग प्रमोटर को सक्रिय कर सकता है।
  • लक्ष्य एंजाइम (Target Enzyme): यह प्रमोटर एंजाइम फॉस्फोएनोलपाइरूवेट कार्बोक्सीकिनेज (PhosphoEnolPyruvate CarboxyKinase- PEPCK) को कोड करने के लिए जिम्मेदार है।
• पारंपरिक तरीकों से तुलना
  • प्रोटीन उत्पादन: MSG के साथ PEPCK प्रमोटर को सक्रिय करने से प्रोटीन उत्पादन में AOX प्रमोटर के पारंपरिक मेथनॉल सक्रियण के बराबर परिणाम मिलता है।

रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन के बारे में

• रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन कृत्रिम रूप से उत्पादित प्रोटीन होती हैं।
• इसे किसी विशेष जीन को शामिल करने के लिए अभियंत्रित कोशिकाओं का उपयोग करके तैयार किया जाता है।
• जीन इंजीनियरिंग (Gene Engineering): इन कोशिकाओं को वांछित प्रोटीन के लिए जिम्मेदार जीन को ले जाने और व्यक्त करने के लिए संशोधित किया जाता है।
  • उदाहरणों में वैक्सीन एंटीजन, इंसुलिन और मोनोक्लोनल एंटीबॉडी शामिल हैं।

रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन के अनुप्रयोग

• चिकित्सीय अनुप्रयोग
  • चिकित्सा: विभिन्न चिकित्सा उपचारों में उपयोग किए जाने वाले चिकित्सीय प्रोटीन के उत्पादन के लिए रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन आवश्यक हैं।
  • उदाहरण: इनमें इंसुलिन, हार्मोन, एंटीबॉडी और थक्के बनाने वाले कारक शामिल हैं।
  • प्रभाव: उन्होंने रोग उपचार में क्रांतिकारी बदलाव ला दिया है, मधुमेह नियंत्रण के लिए सिंथेटिक इंसुलिन उत्पादन को संभव बनाया है तथा कैंसर के सटीक उपचार के लिए मोनोक्लोनल एंटीबॉडी जैसी लक्षित चिकित्सा को संभव बनाया है।
• बायोफार्मा इंडस्ट्री
  • जैविक औषधियाँ: रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन उन्नत जैविक औषधियों के विकास के लिए महत्त्वपूर्ण हैं, जिनमें मोनोक्लोनल एंटीबॉडी और रिकॉम्बिनेंट वैक्सीन शामिल हैं।
  • विविध उपचार: ये औषधियाँ कई तरह की बीमारियों के लिए सटीक एवं प्रभावी उपचार प्रदान करती हैं।
• अनुकूलन और इंजीनियरिंग
  • उन्नत गुण: रिकॉम्बिनेंट प्रोटीनों को उनके अनुक्रमों को संशोधित करके उनके घुलनशीलता एवं उत्पादन क्षमता जैसे गुणों में सुधार के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
• अनुसंधान और औषधि खोज
• • वैज्ञानिक अनुसंधान: वे प्रोटीन के कार्य, अंतःक्रियाओं और मार्गों का अध्ययन करने, अनुसंधान और दवा खोज को आगे बढ़ाने के लिए अमूल्य उपकरण हैं।
• औद्योगिक अनुप्रयोग
  • एंजाइम उत्पादन: रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन का उपयोग विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में किया जाता है, जिसमें औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए एंजाइम उत्पादन भी शामिल है।
• कृषि: वे कृषि अनुप्रयोगों के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों के निर्माण में भूमिका निभाते हैं।

मेथनॉल-प्रेरित रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन का उत्पादन (पुरानी विधि)

• अद्वितीय प्रवर्तक तंत्र (Unique Promoter Mechanism)
  • AOX प्रमोटर: यीस्ट जीनोम में एक विशिष्ट जीन क्षेत्र होता है, जिसे AOX प्रमोटर कहा जाता है, जिसे मेथनॉल द्वारा सक्रिय किया जा सकता है।
  • एंजाइम कोडेड: यह प्रमोटर एंजाइम अल्कोहल ऑक्सीडेज (Alcohol Oxidase- AOX) के लिए कोड करता है।

यीस्ट (Yeast): यीस्ट प्रजाति पिचिया पास्टोरिस (Pichia Pastoris) रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन उत्पादन के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला जीव है। जिसे अब कोमागाटेला फाफी (Komagataella Phaffii) कहा जाता है।

• उत्पादन प्रक्रिया
  • उत्पादन विधि: इन प्रोटीनों का उत्पादन आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवाणु, विषाणु या स्तनधारी कोशिकाओं को बड़े बायोरिएक्टरों में विकसित करके बड़ी मात्रा में किया जाता है।
    • जीन एकीकरण: उत्पादन के लिए, वांछित प्रोटीन के लिए कोडिंग जीन को AOX प्रमोटर के समीप यीस्ट जीनोम में डाला जाता है।
  • कोशिका वृद्धि 
    • कार्बन स्रोत: यीस्ट कोशिकाओं को शुरू में कार्बन स्रोत के रूप में ग्लिसरॉल या ग्लूकोज का उपयोग करके विकसित किया जाता है।
    • सक्रियण: जब पर्याप्त कोशिका वृद्धि प्राप्त हो जाती है, तो AOX प्रमोटर को सक्रिय करने के लिए मेथनॉल मिलाया जाता है, जिससे रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन का पर्याप्त उत्पादन होता है।

रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन (यीस्ट सेल फैक्ट्रीज) के उत्पादन के लिए पुरानी विधि से संबंधित चुनौतियाँ

• मेथनॉल निर्भरता: यह प्रक्रिया मेथनॉल पर निर्भर करती है, जो एक ज्वलनशील एवं जहरीला पदार्थ है, जिसे सावधानीपूर्वक सँभालना एवं भंडारण करना आवश्यक है।
• आग का खतरा: मेथनॉल की ज्वलनशीलता उत्पादन के दौरान दुर्घटनाओं और आग के खतरे को बढ़ाती है।
• हानिकारक उपोत्पाद: इस प्रक्रिया से कभी-कभी खतरनाक उपोत्पाद उत्पन्न हो सकते हैं, जिन्हें अतिरिक्त उपचार या निपटान की आवश्यकता होती है।
• ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस: मेथनॉल चयापचय हाइड्रोजन परॉक्साइड का उत्पादन करता है, जो यीस्ट कोशिकाओं में ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस उत्पन्न कर सकता है और संभावित रूप से रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन को नुकसान पहुँचा सकता है।

रिकॉम्बिनेंट प्रोटीन के उत्पादन की नई विधि के लाभ (MSG का उपयोग करके)

• सुरक्षित विकल्प: यह मेथनॉल, जो एक ज्वलनशील और खतरनाक पदार्थ है, की आवश्यकता को समाप्त करता है, जिससे आग लगने का जोखिम और सुरक्षा संबंधी चिंताएँ कम होती हैं।
• कम उपोत्पाद: हानिकारक उपोत्पादों के उत्पादन से बचता है और अपशिष्ट प्रबंधन को सरल बनाता है।
• कोशिकाओं पर संभावित रूप से हल्का: मेथनॉल के बजाय MSG का उपयोग करके, यह प्रक्रिया यीस्ट कोशिकाओं के लिए कम तनावपूर्ण हो सकती है, जिससे संभावित रूप से उच्च प्रोटीन उपज या बेहतर प्रोटीन गुणवत्ता प्राप्त हो सकती है।
• परिचित और स्वीकृत पदार्थ: MSG एक आम खाद्य योजक है, जिसे पहले से ही USFDA द्वारा अनुमोदित किया गया है, जो संभावित रूप से बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए विनियामक बाधाओं को सुव्यवस्थित करता है।

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