संशोधकांनी महासंगणकांच्या शीतनासाठी तांब्याऐवजी सिरॅमिक-आधारित शीत-पट्टक तयार केले, ज्यामुळे लहान व आटोपशीर आकाराचे सर्किट बोर्ड शक्य होतील.

मानवी शरीरातील प्रथिनांमधील ‘फेज सेपरेशन’ ही सार्वत्रिक घटना

Read time: 1 min
Mumbai
14 डिसेंबर 2023
प्रथिनांचे एका द्रावणात तयार झालेले द्रवरूप संघनन दर्शवणारी सूक्ष्मदर्शी प्रतिमा.

पाणी आणि तेल एका द्रावणात एकत्र असले तरी एकमेकांपासून वेगळे कळून येतात, म्हणजेच त्यांच्या प्रावस्था विलग झालेल्या असतात. त्याच प्रमाणे जैविक पॉलिमरच्या एकजिनसी द्रावणात दोन सह-अस्तित्व असलेल्या द्रव्यांचे विशिष्ट परिस्थितींमध्ये प्रावस्था विलगन (लिक्विड-लिक्विड फेज सेपरेशन, एलएलपीएस) होते. जिवंत पेशींमध्ये पटल नसलेल्या घटकांच्या (ऑर्गेनेल्स), उदाहरणार्थ केंद्रक, कॅजल बॉडीज यांच्या निर्मिती प्रक्रियेमध्ये प्रथिने आणि इतर काही जैव रेणूंमध्ये एलएलपीएस घडून येते. त्यामुळे पेशींमध्ये प्रावस्था विलगन प्रक्रिया एक महत्वाची भूमिका बजावते.

मानवी पेशींमध्ये प्रथिनांचे प्रावस्था विलगन शरीरक्रियांच्या सर्वसामान्य स्थितींमध्ये उपयुक्त असते. परंतु अशा काही स्थिती असतात जेव्हा प्रथिनांच्या एलएलपीएस मुळे शरीरात काही बिघाड किंवा रोग उद्भवू शकतो. चेतासंस्थेमधील ऱ्हासशील विकार म्हणजेच न्यूरो-डीजनरेटिव्ह आजारांचा यात समावेश असू शकतो.

“न्यूरो-डीजनरेटिव्ह विकारांच्या संबंधात प्रथिनांचे प्रावस्था विलगन याला अलीकडे महत्व प्राप्त झाले आहे. अल्झायमर्स, पार्किन्सन्स आणि अन्य काही विकारांमध्ये एलएलपीएस च्या माध्यमातून शरीरास विषाक्त (टॉक्सिक) ठरणाऱ्या प्रथिनांचे समुच्चयन, म्हणजेच एकत्रीकरण होण्याची प्रक्रिया सुरु होते. या विकारांमध्ये शरीरात घडणाऱ्या क्रिया समजायला आपल्याला एलएलपीएस च्या अभ्यासातून मदत होऊ शकते. शिवाय या रोगांवर उपचार विकसित करायला देखील मदत होऊ शकेल,” भारतीय तंत्रज्ञान संस्था मुंबई (आयआयटी मुंबई) मधील जैविकविज्ञान व जैवअभियांत्रिकी विभागातील प्रा. समिर माजी यांनी सांगितले.

एलएलपीएस चे महत्व माहित असले तरी प्रथिने आणि अमायनो ॲसिड्स पासून बनलेल्या प्रथिनांच्या इतर घटकांमध्ये (पॉलिपेप्टाइड्स) एलएलपीएस का घडून येते याची शास्त्रज्ञांना पूर्णपणे खात्री मात्र नव्हती.

‘प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स मधील प्रावस्था विलगना’बद्दल आतापर्यंत असलेल्या माहितीप्रमाणे त्यांच्यातील अमायनो ॲसिड्सचा क्रम आणि रचना विलगन घडेल का नाही ते ठरवतात. प्रा. माजी आणि त्यांच्या गटाने केलेल्या नवीन संशोधनामुळे पूर्वापार चालत आलेल्या वरील संकल्पनांवर प्रश्नचिन्ह उभे केले आहे. त्यांच्या अभ्यासानुसार सर्व प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स यामध्ये अमायनो ॲसिड्सचा कोणताही क्रम आणि कुठलीही रचना असली तरी प्रावस्था विलगन घडत असते, परंतु काही विशिष्ट परिस्थितींमध्येच.

प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स अमायनो ॲसिड्स जोडून बनलेले मोठे रेणू असतात ज्यांना स्थूलरेणू म्हणतात (मॅक्रोमॉलिक्युल्स). अशा स्थूलरेणूंची संहती एका विशिष्ट पातळीहून अधिक असेल तर विविध स्थूलरेणूंमधील आंतरक्रिया वाढते. यामुळे आणखी जटिल आंतरक्रिया घडून येतात आणि शेवटी प्रथिने आणि इतर स्थूलरेणू द्रावणात संघनित (कंडेन्स) होऊन त्यांचे वेगळे लहान बिंदू तयार होतात. या प्रक्रियेला जैवरेण्विक संघनन (बायो मॉलिक्युलर कंडेन्सेट फॉर्मेशन) म्हणतात.

“कंडेन्सेट फॉर्मेशन प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स मधील अंतर्भूत गुणधर्म आहे. प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स यांची रचना कोणत्याही प्रकारची असली तरी कंडेन्सेट फॉर्मेशन घडून येते असा प्रस्ताव आम्ही मांडला आहे. प्रथिनांची वाढलेली संहती रेणूंमधील परस्परक्रिया वाढवतात. एलएलपीएस प्रक्रियेला प्रवृत्त करण्यासाठी एवढे पुरेसे असते. प्रथिनांची वाढलेली संहती व तत्सम विशिष्ट स्थितींमध्ये सर्व प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स मध्ये एलएलपीएस घडते,” असे प्रा. माजी यांनी स्पष्ट केले.

जिवंत पेशींच्या आत दाटीवाटी असते कारण त्यात प्रथिने, न्यूक्लीक आम्ल आणि अन्य जैवरेणू भरलेले असतात. या रेणूंची गर्दी असलेल्या स्थितीला मॉलेक्युलर क्राउडिंग म्हणले जाते. संशोधकांनी त्यांच्या अभ्यासात मॉलेक्युलर क्राऊडर्स म्हणून ओळखली जाणारी विशिष्ट रासायनिक संयुगे वापरली कारण या संयुगांना पेशींमध्ये दिसून येणाऱ्या रेणवीय जमावाची नक्कल करता येते.

प्रा. माजी सांगतात की “पॅलिएथिलिन ग्लायकॉल, फिकॉल किंवा डेक्स्ट्रॉन सारखे मॉलेक्युलर क्राऊडर्स पेशींमधल्या मॉलेक्युलर क्राउडिंग सारखीच क्रिया घडवून आणतात ज्यामुळे त्यांच्या आसपास स्थूलरेणूंचे प्रमाण वाढते. त्यामुळे संघनन होण्यास प्रोत्साहन मिळते.”

आयआयटी मुंबईच्या संशोधकांनी पॅलिएथिलिन ग्लायकॉल (पीइजी-८००) या मॉलेक्युलर क्राऊडरचा उपयोग करून प्रयोगातील द्रावणात स्थूलरेणूंचे प्रमाण वाढवले आणि अमायनो ॲसिड्सचे विविध क्रम आणि रचना असलेली २३ प्रकारची प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स तपासून बघितली. प्रत्येक प्रथिन प्रयोगातील द्रावणात क्राऊडर बरोबर मिसळून मग त्याचे संघननाच्या दृष्टीने निरीक्षण केले गेले. संघनन घडले तर प्रावस्था विलगन घडले आहे असा अर्थ होतो. संशोधकांच्या निरीक्षणात असे आढळले की प्रयोगातील सर्व प्रथिने आणि काही उच्च प्रभारित (चार्ज्ड) पॉलिपेप्टाइड्स मध्ये सुद्धा संघनित होण्याची क्षमता असते. मात्र संघनन होण्यासाठी प्रावस्थांची काही विशिष्ट संहती असण्याची आवश्यकता असते, जी विविध रेणवीय आंतरक्रियांवर अवलंबून असते.

रेणवीय आंतरक्रियांमध्ये तीन प्रकारचे बल महत्वाचे कार्य करतात – विद्युतस्थितिक (इलेक्ट्रोस्टॅटीक), जलविरोधी (हायड्रोफोबिक) आणि हायड्रोजन बंधांमुळे असलेले बल. विरुद्ध प्रभारित असलेल्या दोन कणांमधील बल विद्युतस्थितिक असते. पाण्याच्या रेणूंना प्रतिकर्षित करण्याच्या रेणूंच्या क्षमतेला जलविरोधी गुणधर्म म्हणतात. एखाद्या रेणूमधील हायड्रोजनचे अणू आणि इतर ऋण प्रभारित अणू यामधील आकर्षण ज्या क्षीण बंधांना उत्पन्न करते त्याला हायड्रोजन बॉण्डिंग म्हणतात. या तीन पैकी कोणतीही एक आंतरक्रिया किंवा मिश्र आंतरक्रिया प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स मध्ये होणाऱ्या एलएलपीएस प्रक्रियेत महत्त्वाची भूमिका बजावतात असे संशोधकांच्या गटाने दाखवून दिले.

स्थूलरेणू मधील प्रभारित भागात विद्युतस्थितिक बल असतात ज्यामुळे त्यांच्यातील आंतरक्रिया वाढतात आणि प्रावस्था विलगनाला प्रोत्साहन मिळते.

“विद्युतस्थितिक आंतरक्रियांशिवाय जलविरोधी पृष्ठभाग देखील रेणवीय आंतरक्रियेसाठी संवेदनशील असतो आणि त्या सहज घडू देतो. त्यामुळे एलएलपीएस ला चालना मिळते. त्या व्यतिरिक्त रेणूंमधील हायड्रोजन बंध सुद्धा प्रावस्था विलगन होण्यास कारणीभूत असतात,” अशी माहिती प्रा. माजी यांनी दिली.

प्रावस्था विलगन विविध रेणवीय आंतरक्रिया आणि त्यामधील परस्परक्रिया यामुळे होते असे स्पष्ट झाल्याने लक्षात आले आहे की एलएलपीएस प्रक्रिया प्रथिने आणि पॉलिपेप्टाइड्स मध्ये विशिष्ट वातावरणात सामान्यपणे घडत असते.

प्रथिनांमधील ज्या एलएलपीएस प्रक्रियेची काहीशी झलक आपल्याला मिळाली, त्यावर पुढील संशोधनाच्या योजना आखायला आयआयटी मुंबईच्या गटाने सुरुवात केलेली आहे.

“अनेक घटक असलेल्या पदार्थात प्रथिनांच्या जोडीतील प्रावस्था विलगनाच्या कारणांमध्ये किंवा पद्धती मध्ये असलेली समानता शोधायचा प्रयत्न आम्हाला करायचा आहे. हा संशोधनाचा पुढचा टप्पा असेल,” असे प्रा. माजी यांनी भविष्यातील संशोधनाबद्दल सांगितले.

प्रथिनांमधील एलएलपीएस प्रक्रियेवरील संशोधनामुळे या महत्वाच्या जैविक प्रक्रियेबद्दल काही मोलाची माहिती मिळू शकेल. यामुळे एलएलपीएस मधील रोगकारक ठरणारे बिघाड शोधायचे नवीन प्रभावी मार्ग सापडू शकतील. कदाचित असे दोष वाढायच्या आधीच त्यांना रोखण्यासाठी उपाय करता येतील.

“प्रारंभिक अवस्थेमध्ये रोगाला रोखता आले तर भविष्यात प्रभावी उपचार विकसित होण्याची आशा आपण बाळगू शकतो,” अशी टिपण्णी प्रा. माजी यांनी केली.

या संशोधनामुळे प्रावस्था विलगन या महत्वाच्या जैव प्रक्रियेच्या अभ्यासासाठी नवीन दिशा मिळाली आहे. याबाबत भविष्यातील अभ्यास पेशींच्या कार्याबद्दल आणि प्रथिनांच्या व्यवहाराबद्दल आपल्या ज्ञानात नक्कीच मोलाची भर घालू शकेल.