2020 – ജീവശാസ്ത്രമേഖലയിലെ മുന്നേറ്റങ്ങൾ


ജ്യോത്സ്ന കളത്തേര
ഗവേഷക, ഇന്ത്യൻ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് സയൻസ്, ബെംഗളൂരു

2020 നമ്മൾ ആരും മറക്കില്ലല്ലേ! എല്ലാവരെയും സദാസമയം മുൾമുനയിൽ നിർത്തിയ ഒരു വർഷമായിരുന്നില്ലേ ഈ കടന്നുപോയത്. ശാസ്ത്രത്തെ സംബന്ധിച്ചും വെല്ലുവിളി നിറഞ്ഞ ഒരു വർഷം തന്നെയായിരുന്നു 2020. ജൈവശാസ്ത്ര മേഖലയ്ക്ക് അതിന്റെ എല്ലാ സങ്കേതങ്ങളും എടുത്ത് പൊരുതേണ്ടി വന്നു. വർഷാന്ത്യത്തിലേക്ക് അടുക്കുമ്പോൾ ശാസ്ത്രം തന്നെയാണ് നമ്മുടെ അതിജീവനത്തിന്റെ ആണിക്കല്ല് എന്ന് എല്ലാവരും സാക്ഷ്യപ്പെടുത്തുന്നു.

ജൈവശാസ്ത്രരംഗത്തെ ചലനങ്ങളെ അവലോകനം ചെയ്യാൻ 2020 ലേക്ക് തിരിഞ്ഞ് നോക്കുമ്പോൾ കോവിഡ് 19 എന്ന മഹാമാരി തന്നെയാണ് രംഗം കീഴടക്കിയിരിക്കുന്നത്. പി.സി.ആർ കിറ്റുകൾ, ആൻ്റിബോഡി ടെസ്റ്റുകൾ, സീക്വൻസിംങ് സാങ്കേതിക വിദ്യ, SMS (sanitisation, mask, social distancing) എന്ന്  പേരിട്ട് വിളിച്ച  ശാസ്ത്രീയമായ പെരുമാറ്റച്ചട്ടങ്ങൾ, യുദ്ധകാലാടിസ്ഥാനത്തിൽ കുതിക്കുന്ന വാക്സിൻ നിർമ്മാണ പ്രവർത്തനങ്ങൾ എന്നിവയെല്ലാം ജൈവശാസ്ത്രത്തിന്റെ കരുതലിൽ നമ്മൾ അവലംബിച്ച കോവിഡ് പ്രതിരോധ ഇടപെടലുകൾ ആണ്.

വാക്സിൻ ഉത്പാദന മേഖലയിലെ സമയബദ്ധിതമായ മുന്നേറ്റം അത്ഭുതകരം എന്നേ പറയാനുള്ളു. ദശാബ്ദങ്ങൾ എടുക്കുന്ന ചങ്ങലയായി നീണ്ടുകിടക്കുന്ന വാക്സിൻ നിർമ്മാണ ഘട്ടങ്ങളാണ് ശാസ്ത്രലോകം ഒരു വർഷം കൊണ്ട് സാധിച്ചെടുത്തത്. Pfizer ഉം Moderna യും നിർമ്മിച്ചെടുത്ത വാക്സിനുകൾ ചരിത്രത്തിലെ തന്നെ ആദ്യത്തെ mRNA വാക്സിനുകളാണ്. ഓക്സ്ഫോർഡ് സർവ്വകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ നിർമ്മിച്ച അഡിനോ വൈറൽ വെക്ടർ മുഖാന്തിരമുള്ള കോവിഡ് വാക്സിനും ഫിനിഷിങ് ലൈനിലേക്കെത്തിക്കഴിഞ്ഞു. 2020 ഒരുക്കിയ ചോദ്യത്തിന് 2021 വാക്സിനുകളിലൂടെ മറുപടി പറയുമെന്നു നമുക്ക് പ്രത്യാശിക്കാം.

2020 കോവിഡിനു മാത്രം അവകാശപ്പെട്ട ഒരു ജൈവശാസ്ത്ര വർഷമല്ല എന്നിവിടെ പ്രസ്താവിക്കട്ടെ… ജൈവശാസ്ത്രത്തിൻ്റെ ഭാവിക്ക് മുതൽക്കൂട്ടായ മറ്റു ചില നേട്ടങ്ങളും 2020ൽ സംഭവിക്കുകയുണ്ടായി. അവ ഏതൊക്കെയാണെന്ന് നോക്കാം.
കടപ്പാട്  Nature / 26 AUGUST 2020 Fredrik Lerneryd/Getty

വെട്ടുകിളികളുടെ പടയോട്ടത്തിന് കടിഞ്ഞാൺ വീഴുമോ?

ഉത്തരേന്ത്യയെ ആകെ വിറങ്ങലിപ്പിച്ച ഒരു പ്രശ്നമായിരുന്നല്ലോ വെട്ടുകിളികളുടെ കൂട്ടം ചേർന്നുള്ള അക്രമണം. ബില്യൺ കണക്കിന് വെട്ടുകിളികൾ കൃഷിയിടങ്ങൾ ആക്രമിക്കുമ്പോൾ ദശലക്ഷക്കണക്കിന് ജനതയുടെ ആഹാരമാണ് ഒറ്റയടിക്ക് നശിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത്. വെട്ടുകിളി അക്രമണം ഇനി എന്നായിരിക്കും എന്നത് പ്രവചനാതീതമായി നിലനിന്നതു കൊണ്ട് ഈ വിഷയത്തിലെ ശാസ്ത്രീയമായ ഇടപെടലുകൾ ഇഴഞ്ഞാണ് നീങ്ങിക്കൊണ്ടിരുന്നത്. 2020ൽ വിവിധ ശാസ്ത്രകാരന്മാരുടെ അക്ഷീണ പ്രയത്നങ്ങൾ രണ്ടു പ്രധാന കീറാമുട്ടി ചോദ്യങ്ങൾക്ക് ഉത്തരം നൽകി.

ചൈനീസ് അക്കാഡമി ഓഫ് സയൻസിസിലെ ഗവേഷകർ വെട്ടുകിളികളുടെ കൂട്ടം ചേരലിനു കാരണമായ രാസപദാർത്ഥത്തെയും  (4-vinylanisole) അതിൻ്റെ receptor പ്രോട്ടീനെയും കണ്ടെത്തി.  ഇതിനു സമാന്തരമായി കെനിയയിൽ നിന്നുള്ള മൂന്നു ഗവേഷണ സംഘങ്ങൾ, വെട്ടുകിളികൾ വളരാൻ സാധ്യതയുള്ള പ്രദേശങ്ങളെ മുൻകൂട്ടി പ്രവചിക്കാൻ സാധിക്കുന്ന ഒരു Machine learning algorithm രൂപപ്പെടുത്തി.

ഈ രണ്ട് അറിവുകളെ കൂട്ടിയിണക്കിയാൽ, വെട്ടുകിളികൾ വളരാൻ സാധ്യതയുള്ള ഇടങ്ങളിൽ മേൽ സൂചിപ്പിച്ച രാസവസ്തു കൃത്രിമമായി വിതറി മുളയിലെ വെട്ടികിളികളെ പിടിച്ച് നിർത്താനുള്ള വഴി തെളിയുന്നില്ലേ, അങ്ങനെ നമുക്ക് അവരുടെ കൂട്ടപ്പറക്കലിനും കടിഞ്ഞാണിടാം.

പ്രോട്ടീൻ ഘടന കൂടുതൽ സൂക്ഷ്മതയിൽ ചുരുളഴിയുമ്പോൾ!

അതെ, പ്രോട്ടീൻ ത്രിമാന ഘടനയുടെ സൂക്ഷ്മതയുടെ കാര്യത്തിൽ വലിയ ഒരു കുതിച്ചു ചാട്ടത്തിനാണ് 2020ൽ അരങ്ങൊരുങ്ങിയത്. ഒരു മീറ്ററിനെ 10 ഘാതം 10 കഷ്ണങ്ങളാക്കിയാൽ അതിൽ ഒരു കഷ്ണത്തിന്റെ വലിപ്പത്തെയാണ് ആങ്സ്ട്രം (Angstrom ) എന്ന് പറയുന്നത്. 1.2 ആങ്സ്ട്രം സൂക്ഷമതയിൽ, രണ്ട് വ്യത്യസ്ത ഗവേഷക സംഘങ്ങൾ ക്രയോജനിക് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി (Cryo-EM) എന്ന സങ്കേതത്തിൻ്റെ സഹായത്തോടു കൂടി പ്രോട്ടീനിനെ വീക്ഷിക്കുകയുണ്ടായി. മാക്സ് പ്ലാങ്ക് ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഫോർ ബയോഫിസിക്കൽ കെമിസ്ട്രി, ജർമനിയിലെയും MRC-LMB കേബ്ലിംഡ്ജിലെയും ഗവേഷകർ വ്യത്യസ്ത ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ രീതികൾ ഉപയോഗപ്പെടുത്തിയാണ് ചരിത്രത്തിലെ തന്നെ ഏറ്റവും മികച്ച റെസല്യൂഷനിൽ പ്രോട്ടീൻ മാപ്പിങ്ങ് സാധ്യമാക്കിയത്. എത്രയോ വർഷങ്ങളായി X-ray ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫി കീഴടക്കിയ ഒരു മേഖലയിലേക്കാണ് Cryo-EM കടന്നു വന്നതും ഈ കുതിച്ചു ചാട്ടത്തിന് കളമൊരുക്കിയതും. നോബേൽ സമ്മാനിതനായ വെങ്കി രാമകൃഷ്ണനുൾപ്പെടെയുള്ളവർ ഗവേഷണം നടത്തുന്ന MRC-LMB കേബ്ലിംഡ്ജ്, ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫർമാരുടെ മെക്ക എന്നാണ് ഇതുവരെയും അറിയപ്പെട്ടിരുന്നത്

Apoferritin പ്രൊട്ടീനിന്റെ ക്രയോജനിക് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിലൂടെയുള്ള കാഴ്ച്ച (Cryo-EM) .കടപ്പാട് : Paul Emsley/MRC Laboratory of Molecular Biology

പ്രോട്ടീൻ ഘടനയുടെ കൃത്യതയെയും സൂക്ഷ്മതയെയും സംബന്ധിക്കുന്ന ഇതേ ചോദ്യത്തെ മറ്റൊരു ദിശയിൽ നിന്ന് സമീപിച്ചിരിക്കുകയാണ് നിർമിത ബുദ്ധി (AI , artificial intelligence) മേഖലയിൽ നിന്നുള്ള ചില വിദഗ്ധർ. അമിനോ ആസിഡുകൾ കണ്ണി ചേർന്നുള്ള ഒരിനം പോളിമറാണല്ലോ പോളിപെപ്റ്റൈസുകൾ, അവ ചേർന്നാണ് പ്രോട്ടീനുകൾ ഉണ്ടാകുന്നത്. അങ്ങനെയാണെങ്കിൽ അമിനോ ആസിഡ് സീക്വൻസ് കിട്ടിയാൽ നേരിട്ട് പ്രോട്ടീൻ ത്രിമാന ഘടന പ്രവചിക്കാൻ സാധിക്കില്ലേ?! ഈ ചോദ്യത്തെ അധികരിച്ച് അന്താരാഷ്ട്ര തലത്തിൽ CASP (critical assessment of protein structure predication) എന്ന ഒരു മത്സരം തന്നെ നടന്നു വരുന്നുണ്ട്. ഈ മത്സരത്തിൻ്റെ പതിന്നാലാം പതിപ്പ് പൂർത്തിയാകുന്ന 2020ൽ വിജയികളായിത്തീർന്നത്  ഗൂഗിളിൻ്റെ ഉടമസ്ഥതയിൽ ഉള്ള Deepmind എന്ന സ്ഥാപനത്തിലെ വിദഗ്ധർ അവതരിപ്പിച്ച Alphafold എന്ന നിർമ്മിത ബുദ്ധി പ്രോഗ്രാം ആണ്. X-ray ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫി, Cryo-EM എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്ന, പ്രോട്ടീൻ തന്മാത്രകളെ നേരിട്ടു നിരീക്ഷിക്കുന്ന സങ്കേതങ്ങളോളം കിടപിടിക്കുന്ന സൂക്ഷമതയിലാണ് Alphafold പ്രോട്ടീനുകളെ കാണിച്ചുതന്നത്രേ!.

പ്രോട്ടീൻ ത്രിമാന ഘടന നിർമ്മിതബുദ്ധി ഉപയോഗിച്ച്  കൂടുതൽ കൃത്യതയുള്ള പ്രവചനങ്ങൾ കടപ്പാട് Deepmind

പ്രോട്ടീൻ ത്രിമാന ഘടനയുടെ വ്യക്തതയിലുള്ള ഈ മുന്നേറ്റങ്ങൾ അവയുടെ പ്രവർത്തനരീതി മനസ്സിലാക്കുന്നതിലും ഫലപ്രദമായ ഡ്രഗ്ഗുകൾ രൂപപ്പെടുത്തിയെടുക്കുന്നതിലും വലിയ മുതൽക്കൂട്ടാകും എന്ന് നമുക്ക് പ്രതീക്ഷിക്കാം.

ക്രിസ്പർ സങ്കേതം അണിയറയിൽ നിന്ന് അരങ്ങത്തേക്ക്!

2020 ൽ രസതന്ത്ര നോബേൽ അർഹമായ സാങ്കേതികവിദ്യയാണല്ലോ ക്രിസ്പർ-കാസ് 9 എന്ന ജീൻ കത്രിക. ബയോ-എത്തിക്കൽ ചോദ്യങ്ങൾ നിലനിൽക്കെത്തന്നെ, ജനിതക രോഗ നിയന്ത്രണത്തിൽ ഒത്തിരി സാധ്യതകൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്ന ഒരു സങ്കേതമാണിത്. ഇതിലേക്ക് വെളിച്ചം വീശുന്ന ചില ചുവടുവെപ്പുകൾക്കാണ് ആരോഗ്യമേഖല ഈ വർഷം സാക്ഷ്യം വഹിച്ചത്. ജനിതകരോഗങ്ങളായ ബീറ്റാ – താലസീമിയയും സിക്കിൾ സെൽ അനീമിയയും ബാധിച്ച രോഗികളിൽ സ്റ്റെം സെല്ലിൽ നടത്തിയ ജീന് എഡിറ്റിങ്ങ് മുഖേന ഉള്ള ചികിത്സ ഫലപ്രാപ്തി കണ്ടെത്തിയെന്നും, അവർക്ക് രോഗം ഭേദമായി എന്നുമാണ് 2020ലെ മറ്റൊരു സന്തോഷ വർത്തമാനം.

ചെറിയകാലം കൊണ്ട് വിസ്ഫോടനാത്മകമായ വളർച്ച നേടിയ ശാസ്ത്ര ശാഖയാണ് ജൈവശാസ്ത്രം (1953 ൽ മാത്രമാണ് DNA ഘടനപോലും ലോകം അറിഞ്ഞത്). 2020 ഉം കോവിഡും ആ വളർച്ചയെ കൂടുതൽ ത്വരിതപ്പെടുത്തിയെന്നും, അർഹിക്കുന്ന പ്രധാന്യത്തിലേക്കും പരിഗണനയിലേക്കും എത്തിച്ചെന്നും പറയാം.

Leave a Reply