फॉर्मेट को कार्बन-तटस्थ जैव-अर्थव्यवस्था की रीढ़ की हड्डी के रूप में देखा जा सकता है, जिसे CO2 से (विद्युत)रासायनिक विधियों का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है और एंजाइमेटिक प्रक्रियाओं या इंजीनियर सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके मूल्यवर्धित उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है। सिंथेटिक फॉर्मेट के उपयोग को बढ़ाने में एक महत्वपूर्ण कदम फॉर्मेल्डिहाइड का थर्मोडायनामिक रूप से जटिल अपचयन है, जो यहां पीले रंग के परिवर्तन के रूप में दिखाई देता है। क्रेडिट: इंस्टीट्यूट ऑफ टेरेस्ट्रियल माइक्रोबायोलॉजी मैक्स प्लैंक/गीसेल।
मैक्स प्लांक इंस्टीट्यूट के वैज्ञानिकों ने एक सिंथेटिक मेटाबोलिक मार्ग बनाया है जो फॉर्मिक एसिड की मदद से कार्बन डाइऑक्साइड को फॉर्मेल्डिहाइड में परिवर्तित करता है, जिससे मूल्यवान सामग्रियों के उत्पादन का एक कार्बन-तटस्थ तरीका मिलता है।
कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण के नए अवयस्क मार्ग न केवल वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर को कम करने में मदद करते हैं, बल्कि पारंपरिक रासायनिक उत्पादन और सक्रिय अवयवों को कार्बन-तटस्थ जैविक प्रक्रियाओं से प्रतिस्थापित भी कर सकते हैं। नए शोध से एक ऐसी प्रक्रिया का पता चलता है जिसके द्वारा फॉर्मिक एसिड का उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड को जैव रासायनिक उद्योग के लिए उपयोगी पदार्थ में परिवर्तित करने के लिए किया जा सकता है।
ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में वृद्धि को देखते हुए, कार्बन पृथक्करण या बड़े उत्सर्जन स्रोतों से कार्बन डाइऑक्साइड का पृथक्करण एक अत्यंत महत्वपूर्ण मुद्दा है। प्रकृति में, कार्बन डाइऑक्साइड का आत्मसात्करण लाखों वर्षों से चल रहा है, लेकिन इसकी क्षमता मानवजनित उत्सर्जन की भरपाई करने के लिए पर्याप्त नहीं है।
मैक्स प्लैंक स्थित स्थलीय सूक्ष्मजीवविज्ञान संस्थान के टोबियास एर्ब के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने कार्बन डाइऑक्साइड स्थिरीकरण की नई विधियाँ विकसित करने के लिए प्राकृतिक साधनों का उपयोग किया है। उन्होंने अब एक कृत्रिम चयापचय मार्ग विकसित करने में सफलता प्राप्त की है जो कृत्रिम प्रकाश संश्लेषण में एक संभावित मध्यवर्ती, फॉर्मिक एसिड से अत्यधिक प्रतिक्रियाशील फॉर्मेल्डिहाइड का उत्पादन करता है। फॉर्मेल्डिहाइड बिना किसी विषाक्त प्रभाव के अन्य मूल्यवान पदार्थों के निर्माण के लिए सीधे कई चयापचय मार्गों में प्रवेश कर सकता है। प्राकृतिक प्रक्रिया की तरह, इसमें दो मुख्य घटक आवश्यक हैं: ऊर्जा और कार्बन। ऊर्जा न केवल प्रत्यक्ष सूर्यप्रकाश से, बल्कि बिजली से भी प्राप्त की जा सकती है - उदाहरण के लिए, सौर मॉड्यूल द्वारा।
मूल्य श्रृंखला में, कार्बन स्रोत परिवर्तनशील होते हैं। यहाँ कार्बन डाइऑक्साइड एकमात्र विकल्प नहीं है, हम सभी कार्बन यौगिकों (C1 बिल्डिंग ब्लॉक्स) की बात कर रहे हैं: कार्बन मोनोऑक्साइड, फॉर्मिक एसिड, फॉर्मेल्डिहाइड, मेथनॉल और मीथेन। हालांकि, इनमें से लगभग सभी पदार्थ अत्यधिक विषैले होते हैं, जीवित जीवों (कार्बन मोनोऑक्साइड, फॉर्मेल्डिहाइड, मेथनॉल) और ग्रह (ग्रीनहाउस गैस के रूप में मीथेन) दोनों के लिए। फॉर्मिक एसिड को उसके मूल रूप में उदासीन करने के बाद ही कई सूक्ष्मजीव इसकी उच्च सांद्रता को सहन कर पाते हैं।
अध्ययन की पहली लेखिका मारेन नटरमैन जोर देकर कहती हैं, “फॉर्मिक एसिड कार्बन का एक बहुत ही आशाजनक स्रोत है। लेकिन इसे कृत्रिम रूप से फॉर्मेल्डिहाइड में परिवर्तित करना बहुत ऊर्जा खपत वाला काम है।” ऐसा इसलिए है क्योंकि फॉर्मेट का लवण, फॉर्मेट, आसानी से फॉर्मेल्डिहाइड में परिवर्तित नहीं होता है। “इन दोनों अणुओं के बीच एक गंभीर रासायनिक अवरोध है, और वास्तविक अभिक्रिया करने से पहले, हमें जैव रासायनिक ऊर्जा – एटीपी – की सहायता से इसे पार करना होगा।”
शोधकर्ताओं का लक्ष्य एक अधिक किफायती तरीका खोजना था। आखिर, चयापचय में कार्बन पहुंचाने के लिए जितनी कम ऊर्जा की आवश्यकता होगी, उतनी ही अधिक ऊर्जा का उपयोग वृद्धि या उत्पादन को बढ़ावा देने के लिए किया जा सकता है। लेकिन प्रकृति में ऐसा कोई तरीका नहीं है। टोबियास एर्ब कहते हैं, "बहु-कार्यात्मक तथाकथित हाइब्रिड एंजाइमों की खोज के लिए कुछ रचनात्मकता की आवश्यकता थी।" "हालांकि, संभावित एंजाइमों की खोज तो बस शुरुआत है। हम उन प्रतिक्रियाओं की बात कर रहे हैं जिन्हें एक साथ गिना जा सकता है क्योंकि वे बहुत धीमी होती हैं - कुछ मामलों में, प्रति एंजाइम प्रति सेकंड एक से भी कम प्रतिक्रिया होती है। प्राकृतिक प्रतिक्रियाएं इससे हज़ार गुना तेज़ गति से आगे बढ़ सकती हैं।" मारेन नटरमैन कहती हैं, यहीं पर सिंथेटिक जैव रसायन काम आता है: "यदि आप किसी एंजाइम की संरचना और क्रियाविधि जानते हैं, तो आप जानते हैं कि हस्तक्षेप कहाँ करना है। यह बहुत फायदेमंद साबित हुआ है।"
एंजाइम अनुकूलन में कई दृष्टिकोण शामिल हैं: विशिष्ट बिल्डिंग ब्लॉक का आदान-प्रदान, यादृच्छिक उत्परिवर्तन उत्पन्न करना और क्षमता चयन। मारेन ने बताया, "फॉर्मेट और फॉर्मेल्डिहाइड दोनों ही बहुत उपयुक्त हैं क्योंकि वे कोशिका भित्ति में प्रवेश कर सकते हैं। हम कोशिका संवर्धन माध्यम में फॉर्मेट मिला सकते हैं, जिससे एक एंजाइम बनता है जो कुछ घंटों के बाद परिणामी फॉर्मेल्डिहाइड को एक गैर-विषैले पीले रंग में बदल देता है।" नटरमैन ने आगे बताया।
इतने कम समय में ऐसे परिणाम उच्च-थ्रूपुट विधियों के उपयोग के बिना संभव नहीं थे। इसके लिए शोधकर्ताओं ने जर्मनी के एस्लिंगेन स्थित औद्योगिक साझेदार फेस्टो के साथ सहयोग किया। मारेन नटरमैन कहती हैं, "लगभग 4,000 बदलावों के बाद, हमने अपनी उपज को चार गुना बढ़ा दिया।" "इस प्रकार, हमने मॉडल सूक्ष्मजीव ई. कोलाई, जो जैव प्रौद्योगिकी का मुख्य सूक्ष्मजीव है, को फॉर्मिक एसिड पर विकसित करने का आधार तैयार कर लिया है। हालांकि, फिलहाल हमारी कोशिकाएं केवल फॉर्मेल्डिहाइड का उत्पादन कर सकती हैं और आगे रूपांतरण नहीं कर सकतीं।"
मैक्स प्लांक के शोधकर्ता पादप आणविक शरीर क्रिया विज्ञान संस्थान के अपने सहयोगी सेबेस्टियन विंक के साथ मिलकर एक ऐसा स्ट्रेन विकसित कर रहे हैं जो मध्यवर्ती पदार्थों को ग्रहण करके उन्हें केंद्रीय चयापचय में शामिल कर सके। साथ ही, वे वाल्टर लीटनर के निर्देशन में मैक्स प्लांक के रासायनिक ऊर्जा रूपांतरण संस्थान में एक कार्य समूह के साथ कार्बन डाइऑक्साइड को फॉर्मिक अम्ल में विद्युत रासायनिक रूप से परिवर्तित करने पर शोध कर रहे हैं। उनका दीर्घकालिक लक्ष्य विद्युत जैव रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित कार्बन डाइऑक्साइड से इंसुलिन या बायोडीजल जैसे उत्पादों के लिए एक सर्व-उपयोगी मंच तैयार करना है।
संदर्भ: मारेन नटरमैन, सेबेस्टियन वेंक, पास्कल फ्फिस्टर, हाई हे, सेउंग ह्वांग ली, विटोल्ड सिज़मैन्स्की, निल्स गुंटरमैन, फैयिंग झू “फॉस्फेट-निर्भर फॉर्मेट को इन विट्रो और इन विवो में फॉर्मेल्डिहाइड में परिवर्तित करने के लिए एक नए कैस्केड का विकास”, लेनार्ट निकेल, शार्लोट वाल्नर, जान ज़ार्ज़िकी, निकोल पाचिया, नीना गैसरट, जियानकार्लो फ्रांसियो, वाल्टर लीटनर, रामोन गोंजालेज और टोबियास जे. एर्ब, 9 मई, 2023, नेचर कम्युनिकेशंस। DOI: 10.1038/s41467-023-38072-w
SciTechDaily: 1998 से सर्वश्रेष्ठ तकनीकी समाचारों का केंद्र। ईमेल या सोशल मीडिया के माध्यम से नवीनतम तकनीकी समाचारों से अपडेट रहें। > निःशुल्क सदस्यता के साथ ईमेल डाइजेस्ट प्राप्त करें।
कोल्ड स्प्रिंग हार्बर लेबोरेटरीज के शोधकर्ताओं ने पाया कि SRSF1, एक प्रोटीन जो RNA स्प्लिसिंग को नियंत्रित करता है, अग्न्याशय में उच्च स्तर पर पाया जाता है।