Day: October 12, 2024

प्रोटीन को डिक्रिप्ट और संश्लेषित करने के लिए 2024 रसायन विज्ञान नोबेल

 

चर्चा में क्यों- प्रोटीन किसी भी जीवित जीव में जीवन को बनाए रखने वाले सबसे महत्वपूर्ण अणुओं में से एक हैं। वे लगभग सभी जैविक प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। वास्तव में, प्रोटीन की अनुपस्थिति में जीवन संभव नहीं होगा। यही कारण है कि ये बड़े और जटिल अणु दशकों से वैज्ञानिक अध्ययन का विषय रहे हैं। 2024 का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार प्रोटीन अध्ययन के क्षेत्र में अभूतपूर्व प्रगति के लिए दिया गया। इस वर्ष के पुरस्कार विजेताओं, डेविड बेकर, डेमिस हसाबिस और जॉन जम्पर ने क्रांतिकारी उपकरण विकसित किए हैं, जिन्होंने प्रोटीन की संरचना को डिकोड करने और यहां तक कि नए सिंथेटिक प्रोटीन बनाने की प्रक्रिया को काफी सरल और तेज कर दिया है। उनके काम का वैज्ञानिक अनुसंधान, विशेष रूप से चिकित्सा, जैव प्रौद्योगिकी और सिंथेटिक जीव विज्ञान के क्षेत्रों में गहरा प्रभाव है।  

 

UPSC पाठ्यक्रम:  प्रारंभिक परीक्षा: सामान्य विज्ञान मुख्य परीक्षा: सामान्य अध्ययन III: विज्ञान और प्रौद्योगिकी- विकास और उनके अनुप्रयोग और रोजमर्रा की जिंदगी में प्रभाव।

 

प्रोटीन अनुसंधान का महत्व 

प्रोटीन: जीवन के निर्माण खंड      

• प्रोटीन महत्वपूर्ण अणु हैं जो लगभग हर जैविक प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, जैसे कि सेलुलर संरचना, चयापचय, प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया और ऊर्जा भंडारण। प्रोटीन के बिना, जैसा कि हम जानते हैं, जीवन का अस्तित्व नहीं होगा।
• प्रोटीन अमीनो एसिड की लंबी श्रृंखलाओं से बने होते हैं, जो उनकी त्रि-आयामी संरचनाओं को निर्धारित करते हैं।
• प्रोटीन का विशिष्ट आकार इसके कार्य के लिए आवश्यक है, जो एंजाइम गतिविधि से लेकर सेलुलर संचार तक सब कुछ प्रभावित करता है।

प्रोटीन संरचनाओं को समझना: चिकित्सा प्रगति का मार्ग 

• प्रोटीन संरचनाओं का सटीक ज्ञान दवा की खोज और अल्जाइमर, कैंसर और आनुवंशिक विकारों जैसी बीमारियों के उपचार के लिए महत्वपूर्ण है। 
• यह समझकर कि प्रोटीन कैसे मुड़ते हैं और परस्पर क्रिया करते हैं, वैज्ञानिक ऐसी दवाएँ डिज़ाइन कर सकते हैं जो इन अणुओं को अधिक सटीकता से लक्षित करती हैं।
• रसायन विज्ञान में 2024 का नोबेल पुरस्कार प्रोटीन संरचनाओं को समझने के महत्व पर प्रकाश डालता है, क्योंकि यह अंतर्दृष्टि शोधकर्ताओं को नई चिकित्सीय रणनीतियों और विशिष्ट कार्यों के साथ सिंथेटिक प्रोटीन विकसित करने में सक्षम बनाती है।

‘इस वर्ष का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार प्रोटीन पर शोध के लिए दिया गया‘ 

पुरस्कार फोकस: प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी और डिजाइन 

• 2024 का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार डेमिस हसबिस, जॉन जम्पर और डेविड बेकर को ऐसे उपकरण विकसित करने में उनके अभूतपूर्व कार्य के लिए दिया गया, जो प्रोटीन संरचनाओं की भविष्यवाणी करना और पूरी तरह से नए प्रोटीन डिजाइन करना आसान बनाते हैं।   
• पिछले नोबेल पुरस्कारों के विपरीत, जिसमें प्रोटीन कार्यों में अंतर्दृष्टि को मान्यता दी गई थी, इस वर्ष का पुरस्कार कम्प्यूटेशनल विधियों में प्रगति पर जोर देता है, विशेष रूप से कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) के माध्यम से। 

पुरस्कार का महत्व:

• उनके काम ने प्रोटीन की संरचनाओं को डिकोड करने की प्रक्रिया को काफी तेज और अधिक सटीक बना दिया है, एक ऐसा कार्य जिसमें पहले महीनों या वर्षों का समय लगता था।
• पुरस्कार इस बात को मान्यता देता है कि कैसे इन नए AI उपकरणों, जैसे कि अल्फाफोल्ड ने प्रोटीन अनुसंधान को बदल दिया है, जिससे वैज्ञानिकों को आणविक जीव विज्ञान और सिंथेटिक जीव विज्ञान में लंबे समय से चली आ रही चुनौतियों को हल करने में मदद मिली है। 

जम्पर और हसबिस का योगदान ?   

अल्फाफोल्ड: AI  के साथ प्रोटीन संरचनाओं की भविष्यवाणी करना

AI -आधारित टूल अल्फाफोल्ड के सह-संस्थापक डेमिस हसाबिस और जॉन जम्पर, 2024 के रसायन विज्ञान नोबेल पुरस्कार का आधा हिस्सा साझा करते हैं। अल्फाफोल्ड के साथ उनका काम प्रोटीन संरचनाओं के अध्ययन में एक आदर्श बदलाव का प्रतिनिधित्व करता है। 

अल्फाफोल्ड की कार्यक्षमता:  

• अल्फाफोल्ड अमीनो एसिड के ज्ञात अनुक्रमों के आधार पर प्रोटीन की त्रि-आयामी संरचनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए AI  और मशीन लर्निंग का उपयोग करता है। 
• उपकरण को पहले से ज्ञात प्रोटीन संरचनाओं और उनके अमीनो एसिड अनुक्रमों के डेटाबेस का उपयोग करके प्रशिक्षित किया गया था।

सटीक भविष्यवाणियां:  

• अल्फाफोल्ड कुछ दिनों में प्रोटीन की संरचना की भविष्यवाणी कर सकता है, उच्च स्तर की सटीकता के साथ जो एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी जैसे प्रयोगात्मक तरीकों से प्रतिस्पर्धा करता है। 
• यह इसे दुनिया भर के शोधकर्ताओं के लिए एक मूल्यवान संसाधन बनाता है।

अल्फाफोल्ड का महत्व: 

• अपनी रिलीज़ के बाद से, अल्फाफोल्ड का उपयोग दुनिया भर के शोध प्रयोगशालाओं में जटिल प्रोटीन का अध्ययन करने के लिए बड़े पैमाने पर किया गया है, जिन्हें पहले समझना बहुत मुश्किल था। 
• यह कम्प्यूटेशनल बायोलॉजी में एक बड़ी प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है और इसने प्रोटीन के कार्यों को समझने की नई संभावनाओं को खोल दिया है।

डेविड बेकर का योगदान: 

सिंथेटिक प्रोटीन डिजाइन करना  

प्रोटीन डिजाइन के लिए रोसेटा का उपयोग करना:  

• बेकर की टीम ने रोसेटा नामक एक सॉफ्टवेयर का उपयोग किया, जिसे शुरू में अमीनो एसिड अनुक्रमों से प्रोटीन संरचनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए विकसित किया गया था। 
• उन्होंने इस सॉफ्टवेयर को रिवर्स में काम करने के लिए अनुकूलित किया – वांछित प्रोटीन संरचनाओं को इनपुट करना और अमीनो एसिड अनुक्रम प्राप्त करना जो उन संरचनाओं का उत्पादन करेंगे।

प्रोटीन इंजीनियरिंग में दक्षता:  

• परंपरागत रूप से, नए प्रोटीन बनाने में प्रोटीन को समय के साथ नए कार्य प्राप्त करने के लिए उत्परिवर्तित करने की अनुमति देना शामिल था – एक विकासवादी प्रक्रिया जिसमें वर्षों लग सकते हैं। 
• बेकर के कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण ने इस प्रक्रिया को नाटकीय रूप से तेज़ कर दिया है, जिससे विशिष्ट अनुप्रयोगों के साथ प्रोटीन का तेज़ डिज़ाइन संभव हो गया है 

बेकर के काम का महत्व:   

• प्रोटीन डिज़ाइन में बेकर के नवाचारों के जैव प्रौद्योगिकी, पर्यावरण विज्ञान और चिकित्सा सहित विभिन्न क्षेत्रों में अनुप्रयोग हैं। 
• उनका काम वैज्ञानिकों को अनुकूलित कार्यक्षमताओं के साथ प्रोटीन इंजीनियर करने के लिए एक नया टूलकिट प्रदान करता है, जो संभावित रूप से नए उपचारों और टिकाऊ समाधानों की ओर ले जाता है। 

वैज्ञानिकों डेविड बेकर, डेमिस हसबिस और जॉन जम्पर द्वारा नोबेल-विजेता योगदान का विश्लेषण 

• रसायन विज्ञान में 2024 का नोबेल पुरस्कार डेविड बेकर, डेमिस हसबिस और जॉन जम्पर को प्रोटीन जीवविज्ञान के नए पहलुओं की खोज के लिए नहीं बल्कि ऐसे उपकरण बनाने के लिए दिया गया, जिन्होंने वैज्ञानिकों द्वारा प्रोटीन का अध्ययन करने के तरीके में क्रांतिकारी बदलाव किया है। 
• उनका काम प्रोटीन संरचनाओं को तेज़ी से और सटीक रूप से डिकोड करने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता (AI) और कम्प्यूटेशनल विधियों का लाभ उठाने पर केंद्रित है।

विकास का महत्व: 

AI के साथ प्रोटीन संरचनाओं को समझना:  

• प्रोटीन संरचनाओं को निर्धारित करने के पारंपरिक तरीके, जैसे कि एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफी और परमाणु चुंबकीय अनुनाद (NMR), समय लेने वाले हैं और इसके लिए व्यापक विशेषज्ञता की आवश्यकता होती है। 
• प्रोटीन की जटिल 3D संरचना को प्रकट करने में इन तरीकों से अक्सर महीनों या सालों लग जाते हैं। 
• हसबिस, जम्पर और बेकर के उपकरण, जैसे कि अल्फाफोल्ड, ने ऐसे विश्लेषण के लिए आवश्यक समय को काफी कम कर दिया है।

नए प्रोटीन बनाना:  

• बेकर का काम संरचना की भविष्यवाणी से आगे तक फैला हुआ है, प्रकृति में नहीं पाए जाने वाले कार्यों के साथ नए, सिंथेटिक प्रोटीन को डिज़ाइन करने के लिए कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण का उपयोग करना। 
• यह नवाचार विशिष्ट उपयोगों के साथ कस्टम-डिज़ाइन किए गए प्रोटीन की अनुमति देता है, जैसे कि एंजाइम जो गैर-बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक को तोड़ सकते हैं या नए चिकित्सीय कार्य कर सकते हैं।

अल्फाफोल्ड क्या है? 

प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी के लिए एक क्रांतिकारी AI  उपकरण

डेवलपर्स: अल्फाफोल्ड एक AI -आधारित उपकरण है जिसे डेमिस हसबिस और जॉन जम्पर द्वारा विकसित किया गया है, और उनके काम ने रसायन विज्ञान में 2024 का नोबेल पुरस्कार जीतने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई थी।

कार्यक्षमता: अल्फाफोल्ड प्रोटीन की 3डी संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए उनके अमीनो एसिड अनुक्रमों से डीप लर्निंग और न्यूरल नेटवर्क का उपयोग करता है। इसे ज्ञात प्रोटीन संरचनाओं और अनुक्रमों के विशाल डेटाबेस पर प्रशिक्षित किया गया है, जो इसे नए प्रोटीन कैसे मुड़ेंगे, इसके बारे में अत्यधिक सटीक भविष्यवाणियां करने की अनुमति देता है।

अल्फाफोल्ड कैसे काम करता है: 

इनपुट और डेटा प्रोसेसिंग: यह टूल अमीनो एसिड अनुक्रमों को इनपुट के रूप में लेता है और उन्हें जटिल AI एल्गोरिदम के माध्यम से प्रोसेस करता है जो संभावित 3D संरचना को मॉडल करता है।

डेटाबेस तुलना: अल्फाफोल्ड इन पूर्वानुमानों को प्रोटीन संरचनाओं के मौजूदा डेटाबेस के विरुद्ध क्रॉस-रेफ़रेंस करता है, प्रत्येक तुलना के साथ इसकी सटीकता को परिष्कृत करता है।

आउटपुट: अंतिम आउटपुट एक अनुमानित संरचना है जो प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त संरचनाओं से निकटता से मेल खाती है, अक्सर महीनों के बजाय कुछ दिनों में। 

अल्फाफोल्ड का प्रभाव:   

• अल्फाफोल्ड की सटीकता और गति ने इसे जैविक अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण उपकरण बना दिया है, जिससे वैज्ञानिकों को पहले से अज्ञात प्रोटीन की संरचनाओं का पता लगाने की अनुमति मिलती है। 
• इसका बीमारियों को समझने, दवाओं को विकसित करने और जैव प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाने के लिए गहरा प्रभाव है।

यह शोध महत्वपूर्ण क्यों?    

AI के साथ प्रोटीन अनुसंधान को बदलना:  

• प्रोटीन संरचना यह समझने के लिए महत्वपूर्ण है कि आणविक स्तर पर जैविक प्रक्रियाएँ कैसे होती हैं। 
• इन संरचनाओं को निर्धारित करने के पारंपरिक तरीके धीमे थे, जिससे वैज्ञानिक खोज की गति सीमित हो गई।  
• AI का उपयोग करके, AlphaFold ने इस प्रक्रिया को स्वचालित और त्वरित किया है, जिससे शोधकर्ताओं को अभूतपूर्व दक्षता के साथ प्रोटीन का अध्ययन करने की अनुमति मिली है।

दवा खोज में अनुप्रयोग: 

• विभिन्न रोगों के लिए लक्षित उपचार विकसित करने के लिए प्रोटीन संरचनाओं को समझना आवश्यक है। 
• इन संरचनाओं की सटीक भविष्यवाणी करने की AlphaFold की क्षमता वैज्ञानिकों को ऐसी दवाएँ डिज़ाइन करने में सक्षम बनाती है जो प्रोटीन लक्ष्यों के साथ सटीक रूप से बातचीत करती हैं। 
• यह क्षमता विशेष रूप से प्रोटीन मिसफ़ोल्डिंग के कारण होने वाली स्थितियों जैसे अल्जाइमर और सिस्टिक फाइब्रोसिस को संबोधित करने के लिए उपयोगी है। 

नए कार्यों के लिए सिंथेटिक प्रोटीन डिज़ाइन करना: 

• सिंथेटिक प्रोटीन डिज़ाइन करने में डेविड बेकर का काम जैव प्रौद्योगिकी के लिए नए रास्ते खोलता है। 
• सिंथेटिक प्रोटीन को विशिष्ट औद्योगिक, चिकित्सा या पर्यावरणीय अनुप्रयोगों के लिए तैयार किया जा सकता है, जैसे कि प्रदूषकों को तोड़ना या चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए नए प्रकार के एंजाइम बनाना। 

2024 में दुनिया पर प्रभाव:  

AlfaFold का वैश्विक अपनाना: 

• इसके विकास के बाद से, AlphaFold को दुनिया भर की शोध प्रयोगशालाओं में एकीकृत किया गया है। 
• इसने पहले से अज्ञात प्रोटीन संरचनाओं के अध्ययन में योगदान दिया है, जिससे वायरोलॉजी जैसे क्षेत्रों में शोधकर्ताओं को सहायता मिली है, जहाँ वायरल प्रोटीन को समझना टीके और एंटीवायरल दवाओं के विकास के लिए महत्वपूर्ण है। 

सिंथेटिक प्रोटीन का कुशल उत्पादन:    

• बेकर के तरीकों ने प्रकृति में न पाए जाने वाले प्रोटीन बनाने की प्रक्रिया को सुव्यवस्थित किया है, जिससे एंजाइमों का तेजी से विकास संभव हुआ है जो प्लास्टिक के क्षरण जैसी पर्यावरणीय चुनौतियों को हल करने में मदद कर सकते हैं। 
• यह प्रदूषण और अपशिष्ट प्रबंधन जैसे वैश्विक मुद्दों को संबोधित करने के लिए उनके काम को महत्वपूर्ण बनाता है।  

 

स्रोत – इंडियन एक्सप्रेस