Wednesday , 21 November 2018
Home » Scrolling News » ജൈവതന്മാത്രാചിത്രങ്ങളും രസതന്ത്രനോബലും

ജൈവതന്മാത്രാചിത്രങ്ങളും രസതന്ത്രനോബലും

ഡോ. സംഗീത ചേനംപുല്ലി

അസിസ്റ്റന്റ് പ്രൊഫസര്‍, രസതന്ത്ര വിഭാഗം, ഗവ. ആർട്സ് ആന്റ് സയൻസ് കോളജ്, മീഞ്ചന്ത, കോഴിക്കോട്
ങ്ങനെയായിരിക്കും കാണാന്‍ നമ്മളെ സഹായിക്കുന്ന റോഡോപ്സിന്‍ എന്ന പ്രോട്ടീന്റെ ഘടന? ശരീരത്തിലെ ജൈവരാസപ്രവര്‍ത്തനങ്ങളെ നിയന്ത്രിക്കുന്ന  വിവിധ തന്മാത്രകളുടെ രൂപം എങ്ങനെയായിരിക്കും? ബാഹ്യപരിസ്ഥിതിയുടെ വ്യതിയാനമനുസരിച്ച് വൈറസുകള്‍ രൂപം മാറുന്നത് എങ്ങനെ കാണാന്‍ കഴിയും? സമീപകാലം വരെ ഈ ചോദ്യങ്ങള്‍ക്കൊന്നും വ്യക്തമായ  ഉത്തരങ്ങള്‍ ഉണ്ടായിരുന്നില്ല. ഇന്ന് റോഡോപ്സിന്‍ അടക്കം നിരവധി പ്രോട്ടീനുകളുടെയും ഏറ്റവുമൊടുവില്‍ റിപ്പോര്‍ട്ട് ചെയ്യപ്പെട്ട സിക്കാ വൈറസിന്‍റെയുമടക്കം ധാരാളം ജൈവതന്മാത്രകളുടെ വ്യക്തമായ ചിത്രങ്ങള്‍ രേഖപ്പെടുത്താനും ഘടന വിശദമായിത്തന്നെ പഠിക്കാനും ശാസ്ത്രലോകത്തിന് കഴിഞ്ഞിട്ടുണ്ട്. അതിശീത ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിയാണ് (Cryo electron microscopy) ഇത്തരമൊരു മുന്നേറ്റം സാധ്യമാക്കിയത്. അതിശീത ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിയുടെ വികാസത്തിന് കാരണക്കാരായ സ്വിറ്റ്സര്‍ലാന്റിലെ ലോസേന്‍ സര്‍വകലാശാലയില്‍ നിന്നുള്ള ജാക്ക് ഡ്യുബോഷേ, അമേരിക്കയിലെ കൊളംബിയ സര്‍വകലാശാലയിലെ  ജോക്കിം ഫ്രാങ്ക്, ബ്രിട്ടണിലെ കേംബ്രിഡ്ജില്‍ നിന്നുള്ള റിച്ചാഡ് ഹെന്‍റെഴ്‌സണ്‍ എന്നിവര്‍ക്കാണ് 2017 ലെ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നോബല്‍ സമ്മാനം ലഭിച്ചത്.

Chemistry Nobel 2017jpg
ജാക്ക് ഡ്യുബോഷേ, ലോസേന്‍ സര്‍വകലാശാല, ജോക്കിം ഫ്രാങ്ക്, കൊളംബിയ സര്‍വകലാശാല, റിച്ചാഡ് ഹെന്‍റെഴ്‌സണ്‍, കേംബ്രിഡ്ജ് : ചിത്രത്തിന് കടപ്പാട്Nobel Media. Ill. N. Elmehed

ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്‍റെ ആദ്യപകുതിയില്‍, ഡി എന്‍ എ, ആര്‍ എന്‍ എ , പ്രോട്ടീനുകള്‍ തുടങ്ങിയ പ്രധാനപ്പെട്ട ജൈവതന്മാത്രകളുടെ  പ്രവര്‍ത്തനത്തെക്കുറിച്ച് അറിയാമായിരുന്നുവെങ്കിലും ഇവയുടെ യഥാര്‍ത്ഥ രൂപം എങ്ങനെയാണ് എന്നത് അജ്ഞാതമായിരുന്നു. സാധാരണ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളാണ് അക്കാലത്ത് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. സാധാരണ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളില്‍ ദൃശ്യപ്രകാശത്തെ ലെന്‍സുകള്‍ വഴി കേന്ദ്രീകരിച്ചാണ് ചെറിയ വസ്തുക്കളുടെ വലിയ പ്രതിബിംബങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുത്തുന്നത്. എന്നാല്‍ ഒരു പരിധിക്കപ്പുറം സൂക്ഷ്മതയും കൃത്യതയും കൈവരിക്കാന്‍ ഇവയ്ക്ക് സാധിക്കില്ല. ദൃശ്യപ്രകാശത്തിനു പകരം ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജ്ജമുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഒരു ധാരയും, വൈദ്യുത കാന്തിക ലെന്‍സുകളും ഉപയോഗിച്ചാല്‍ കൂടുതല്‍ സൂക്ഷ്മമായും  കൃത്യമായും വസ്തുക്കളുടെ പ്രതിബിംബം രൂപപ്പെടുത്താനാവും.  ഇതാണ് ഇലക്ട്രോണ്‍ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളുടെ അടിസ്ഥാന തത്വം.

ട്രാന്‍സ്മിഷന്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ് | കടപ്പാട് വിക്കിമീഡിയ

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ തരംഗദൈര്‍ഘ്യം ദൃശ്യപ്രകാശത്തേക്കാള്‍ ഏറെ കുറവായതിനാല്‍ തന്മാത്രാതലത്തില്‍ തന്നെ വസ്തുക്കളുടെ ചിത്രങ്ങളെടുക്കാന്‍ ഈ സാങ്കേതിക വിദ്യ സഹായിക്കും. വളരെ ചെറിയ വസ്തുക്കളെ കാണാനും ചിത്രങ്ങളെടുക്കാനും  ഇവ സഹായിക്കുമെങ്കിലും ജൈവതന്മാത്രകളെ നിരീക്ഷിക്കുന്നതില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പുകള്‍ പരാജയമായിരുന്നു. ഉയര്‍ന്ന ഊര്‍ജ്ജമുള്ള ഇലക്ട്രോണ്‍ ധാര ജൈവതന്മാത്രകളെ നശിപ്പിക്കുന്നതായിരുന്നു പ്രധാന പ്രശ്നം. ഊര്‍ജ്ജം കുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണുകള്‍ ഉപയോഗിക്കുമ്പോള്‍ വ്യക്തമായ ചിത്രങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുത്താന്‍ കഴിഞ്ഞിരുന്നുമില്ല. മാത്രമല്ല, ഇലക്ട്രോണ്‍ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികളില്‍ വായുരഹിത അവസ്ഥ നിലനിര്‍ത്തേണ്ടതിനാല്‍ ജലതന്മാത്രകള്‍ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെട്ട് ജൈവതന്മാത്രകളുടെ സാഭാവിക ഘടന നശിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യും.

കോശസ്തരത്തില്‍ അടക്കം ചെയ്യപ്പെട്ട ബാക്റ്റീരിയല്‍ റോഡോപ്സിന്‍ എന്ന പ്രോട്ടീനെക്കുറിച്ചായിരുന്നു 1970 കളില്‍ റിച്ചാഡ് ഹെന്‍റെഴ്സന്‍ പഠനം നടത്തിയിരുന്നത്. പ്രോട്ടീന്‍ വേര്‍തിരിച്ചെടുക്കുന്നതിനു പകരം കോശസ്തരം ഉള്‍പ്പടെ നിരീക്ഷിച്ചും, ഊര്‍ജ്ജം കുറഞ്ഞ ഇലക്ട്രോണ്‍ ധാര ഉപയോഗിച്ചും, ഗ്ലൂക്കോസ് ലായനികൊണ്ട് ഉപരിതലം പൊതിഞ്ഞും ബാക്റ്റീരിയല്‍ റോഡോപ്സിന്റെ ഏകദേശ ഘടനാ ചിത്രങ്ങളെടുക്കാന്‍ അദ്ദേഹത്തിന് കഴിഞ്ഞു. തുടര്‍ന്ന് പല കോണുകളില്‍ നിന്നുള്ള ചിത്രങ്ങളെ ഗണിതശാസ്ത്ര സങ്കേതങ്ങള്‍ ഉപയോഗിച്ച് സംയോജിപ്പിച്ച് ഏറെക്കുറെ കൃത്യമായ ചിത്രം രൂപപ്പെടുത്താന്‍ അദ്ദേഹത്തിനായി. ഈ പ്രോട്ടീന്റെ സവിശേഷമായ സുസംഘടിത ഘടനകൂടി അദ്ദേഹത്തിന്‍റെ പരീക്ഷണങ്ങളെ എളുപ്പമുള്ളതാക്കി. എന്നാല്‍ എക്സ് റേ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പഠനങ്ങള്‍ നല്‍കുന്നത്ര കൃത്യതയിലേക്ക് എത്തിച്ചേരാനായി അദ്ദേഹം ശ്രമങ്ങള്‍ തുടര്‍ന്നു. ഈ കാലഘട്ടത്തില്‍ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പി കൂടുതല്‍ വികാസം പ്രാപിച്ചു. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ഏറ്റവും കൃത്യമായ സൂക്ഷ്മദര്‍ശിനികള്‍ ഉപയോഗിച്ച് ബാക്റ്റീരിയല്‍ റോഡോപ്സിന്‍റെ അറ്റോമിക തലത്തിലുള്ള ഘടന ചിത്രീകരിക്കാന്‍ ഹെന്‍റെഴ്സന് കഴിഞ്ഞു. എന്നാല്‍ കോശസ്തരത്തില്‍ ചിതറിക്കിടക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളുടെ ഘടന നിര്‍ണ്ണയിക്കാന്‍ ഈ രീതികൊണ്ട് സാധിക്കുമായിരുന്നില്ല.

ഇതേസമയം തന്നെ ജോക്കിം ഫ്രാങ്ക് അമേരിക്കയില്‍ ദ്വിമാനചിത്രങ്ങളില്‍ നിന്ന് ത്രിമാനചിത്രങ്ങള്‍ രൂപപ്പെടുത്താനുള്ള ഗവേഷണങ്ങളിലായിരുന്നു. ചിതറിക്കിടക്കുന്ന പ്രോട്ടീനുകളുടെ ചിത്രങ്ങളെ കമ്പ്യൂട്ടര്‍ സഹായത്തോടെ തരംതിരിച്ച് ഒരേപോലുള്ളവയെ വര്‍ഗ്ഗീകരിക്കുകയും അതില്‍ നിന്ന് വ്യക്തമായ  ദ്വിമാന ചിത്രം രൂപപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇത്തരം പല ദ്വിമാനചിത്രങ്ങളെ കൂട്ടിച്ചേര്‍ത്ത് പ്രോട്ടീനുകളുടെ ത്രിമാനഘടന കമ്പ്യൂട്ടര്‍ രൂപപ്പെടുത്തുന്നു. ഇതിനാവശ്യമായ അല്‍ഗോരിതം ഫ്രാങ്ക് രൂപപ്പെടുത്തി. ഈ ആശയമാണ് അതിശീത ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിയുടെ വികാസത്തിന് അടിത്തറ പാകിയത്‌.

GroEL ന്റെ ക്രയോ ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ് ചിത്രം | കടപ്പാട്: വിക്കിമീഡിയ

ഇലക്ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്കോപ്പിനകത്തെ ഉയര്‍ന്ന മര്‍ദ്ദത്തില്‍ ജലകണികകളുടെ ബാഷ്പീകരണം തടയുക എന്നതായിരുന്നു ജാക്ക് ഡ്യുബോഷേയുടെ മുന്നിലുണ്ടായിരുന്ന വെല്ലുവിളി. ജലകണികകളെ ഐസ് പരലുകള്‍ രൂപീകരിക്കുന്നതില്‍ നിന്ന് തടഞ്ഞ് ഗ്ലാസ് (vitrified water) രൂപത്തിലേക്ക് മാറ്റാനായിരുന്നു അദ്ദേഹം ശ്രമിച്ചത്. സാമ്പിളില്‍ അടങ്ങിയ ജലകണികകളെ വളരെപ്പെട്ടെന്ന് തണുപ്പിച്ചാണ് ഇത് സാധ്യമാക്കുന്നത്. ദ്രാവകനൈട്രജന്‍ ഉപയോഗിച്ച് തണുപ്പിച്ച ഈതെയ്നില്‍ പ്രോട്ടീന്‍ സാമ്പിള്‍ മുക്കിയെടുത്താണ് ജലത്തെ ഗ്ലാസാക്കിമാറ്റിയത്. പ്രോട്ടീനുകളെ അപ്പോള്‍ നിലനില്‍ക്കുന്ന അതേ അവസ്ഥയില്‍ മരവിപ്പിച്ച് നിര്‍ത്തി പഠനം നടത്താന്‍ ഇതുവഴി സാധിക്കും. പ്രോട്ടീന്‍ തന്മാത്രകളുടെയും വൈറസുകളുടെയും  ഘടനാമാറ്റങ്ങള്‍ പഠിക്കാന്‍ ഇതിലും നല്ലൊരുപാധി വേറെയില്ല. 2013 ല്‍ പുതിയതരം ഇലക്ട്രോണ്‍ ഡിറ്റക്റ്ററുകള്‍ കൂടി വികസിപ്പിച്ചതോടെ കോശത്തിന്‍റെ ഏത് മുക്കും മൂലയും സുവ്യക്തമായി ചിത്രീകരിക്കാവുന്ന നില കൈവന്നു. ജൈവശരീരത്തിലെ സൂക്ഷ്മപ്രവര്‍ത്തനങ്ങള്‍ വിശദമായി പഠിക്കാന്‍ മാത്രമല്ല ഫാര്‍മസ്യൂട്ടിക്കല്‍ രംഗത്തെ പഠനഗവേഷണ ശ്രമങ്ങള്‍ക്കും ക്രയോ ഇലക്ട്രോണ്‍മൈക്രോസ്കോപ്പി കരുത്തുപകരുന്നു എന്നത് കൊണ്ടാണ് ഈ കണ്ടെത്തല്‍ നോബല്‍ പുരസ്കാരത്തിന് അര്‍ഹമായത്.

Check Also

ബ്രോഡ്ബാന്‍ഡ് സാങ്കേതികവിദ്യയും ഡാറ്റാ വിനിമയവും

ബ്രോഡ്ബാന്‍ഡ് എന്ന പദത്തിനോടൊപ്പം ചേര്‍ന്ന് നില്കുന്ന ഒരു പദമാണ് നാരോബാന്‍ഡ് അഥവാ കുറഞ്ഞ വേഗത്തില്‍ വിവരങ്ങള്‍ കൈമാറാനുള്ള സംവിധാനം. ടെലിഫോണിലെ …

Leave a Reply

%d bloggers like this: