16 December 2018

News Flash

रसायनशास्त्राच्या नोबेलचे मानकरी

या वर्षीचे रसायनशास्त्राचे नोबेल तीन शास्त्रज्ञांना विभागून देण्यात आले.

निरनिराळे उपयोगी जैव रेणू बनवू शकणाऱ्या जैवशास्त्रीय उत्क्रांतीच्या क्षमतेविषयी केलेल्या संशोधनासाठी देण्यात येत आहे.

पुरस्कार
शरद काळे – response.lokprabha@expressindia.com

निरनिराळे उपयोगी जैव रेणू बनवू शकणाऱ्या जैवशास्त्रीय उत्क्रांतीच्या क्षमतेविषयी केलेल्या संशोधनासाठी या वर्षीचे रसायनशास्त्राचे नोबेल तीन शास्त्रज्ञांना विभागून देण्यात आले आहे. त्यांच्याविषयी-

या वर्षी रसायनशास्त्रासाठी असलेले नोबेल पारितोषिक डॉक्टर फ्रान्सेस अरनॉल्ड (अमेरिका),  डॉक्टर जॉर्ज पी. स्मिथ (अमेरिका) आणि सर डॉक्टर ग्रेगरी विंटर (इंग्लंड) या तीन वैज्ञानिकांना जाहीर झाले आहे. डॉक्टर फ्रान्सेस अरनॉल्ड यांना बक्षिसाची अर्धी रक्कम मिळेल तर उरलेल्या अध्र्या रकमेतील निम्मा निम्मा वाटा डॉक्टर जॉर्ज स्मिथ आणि सर डॉक्टर ग्रेगरी िवटर यांना दिला जाईल असे नोबेल समितीने आपल्या घोषणापत्रात म्हटले आहे. या तिघांनाही हे पारितोषिक आवश्यकतेप्रमाणे  निरनिराळे उपयोगी जैव रेणू बनवू शकणाऱ्या जैवशास्त्रीय उत्क्रांतीच्या क्षमतेविषयी केलेल्या संशोधनासाठी देण्यात येत आहे. उदाहरणार्थ मानवी शरीरातील आणि इतर सजीवांमधील विविध विकर, इन्सुलिन, क्लोरोफिल यासारखे रेणू जैवप्रणाली आपल्या गरजेप्रमाणे तयार करू शकतात आणि म्हणूनच त्यांचे जीवन विनातक्रार चालू राहते. अव्याहतपणे शरीरातील हे संश्लेषणाचे कार्य चालू असते. जेवण केल्यानंतर विनातक्रार त्याचे पचन होते, कारण शरीरातील पचनसंस्थेच्या विविध भागांमध्ये अन्नातील विविध घटकांचे पचन होते, कारण त्या पचनासाठी आवश्यक असलेली विकरे तिथे संश्लेषित होत असतात. शरीरात संप्रेरके आवश्यक असतील तेव्हा तयार होतात, कार्य संपले की त्यांचे विघटन करणारी प्रणाली शरीरातच असते.

फक्त सजीवांच्या शरीरातच हे होते असे नाही तर मानवानेदेखील त्याच्या आणि पर्यावरणाच्या दृष्टीने विचार करून आवश्यक त्या रसायनांचे म्हणजे औषधे, संश्लेषित कपडे, इंधने, प्लॅस्टिकसाठी लागणारी द्रव्ये यांचे शोध लावले आहेत. उत्क्रांतीची जी ताकद आहे ती जैवविविधतेमध्ये दिसून येते. ३७० कोटी वर्षांपूर्वी पहिला सजीव पृथ्वीवर निर्माण झाला असे म्हटले जाते. तेव्हापासून या पृथ्वीवरच्या कानाकोपऱ्यात कोणता ना कोणता सजीव आपल्याला आढळून येतोच येतो. आíक्टकवरील थंड तापमानात असो किंवा सबेरियातील वाळवंटातील विषम हवामानात असो किंवा पॅसिफिक महासागराच्या तळाशी असो, कोणते ना कोणते जीव त्या प्रत्येक ठिकाणी जगण्याची धडपड करीत असतात. शरीरातील यासाठी आवश्यक असलेले आणि निसर्गातील सर्वात आश्चर्यकारक म्हणता येतील असे रेणू म्हणजे प्रथिनांचे रेणू असतात. या प्रथिनांच्या विविध सजीवांमध्ये असणाऱ्या विविध रचना आपली मती गुंग करून टाकतात. सजीव पेशीतील विविध कार्य करण्यासाठी अशी हजारो प्रथिने रोज तयार होत असतात आणि त्यांचे कार्य संपताक्षणी विघटनदेखील होत असते. निसर्ग खरा किमयागार म्हणावयास हवा कारण या जगातील अब्जावधी जीवांच्या शरीरातील या जैव रसायन प्रक्रिया किती अचूकपणे तो चालवीत असतो!

वेगवेगळ्या वातावरणाशी मिळतेजुळते घेण्यासाठी शरीररचनेत आणि घटनेत जे बदल आवश्यक असतात ते उत्क्रांतीमध्ये होत राहतात.

हे सर्व नेमके बदल कसे घडवून आणता येतील,  उत्क्रांतीची सूत्रे काही अंशी तरी आपण आपल्या हाती घेऊ शकतो का, माणसाला ज्या गोष्टी विपुल प्रमाणात लागणार आहेत त्यांचे  उत्पादन ही कृत्रिम उत्क्रांती करू शकेल का  या आणि अशाच स्वरूपाच्या अन्य प्रश्नांची उत्तरे शोधण्यासाठी या वर्षीच्या नोबेल पारितोषिक विजेत्यांनी काम केले आहे. गेल्या काही वर्षांमध्ये रसायनशास्त्र विषयात जे नोबेल पुरस्कार दिले गेले आहेत त्यातील विजेत्यांनी जीवशास्त्रीय किंवा जैवरासायनिक शास्त्रीय अभ्यास केल्याचे जाणवते. विज्ञानात तसेही फारसे शाखाभेद नसतात. आपल्या अभ्यासाच्या सोयीसाठी आपण विज्ञान शाखा ठरवितो. पण शेवटी असे लक्षात येते की या शाखा एकमेकींमध्ये घट्ट विणल्या गेल्या आहेत.

श्रीमती अरनॉल्ड यांचा जन्म अमेरिकेतील पेन्सिल्व्हानिया राज्यातील पिटसबर्ग या गावी २५ जुल १९५६ रोजी झाला. शिक्षण घेत असताना त्यांनी हॉटेलमध्ये वेट्रेस म्हणून आणि टॅक्सी चालक म्हणून काम केले. त्यांचे शिक्षण प्रिन्स्टन विद्यापीठात आणि बर्कलीच्या कॅलिफोíनया विद्यापीठात झाले. प्रिन्स्टन विद्यापीठात त्यांनी यांत्रिकी आणि अवकाश विज्ञान अभियांत्रिकी पदवी मिळविली होती. कॅलिफोíनया विद्यापीठात त्यांनी रासायनिक अभियांत्रिकी शाखेची पीएच. डी. मिळविली. सध्या त्या पसेदाना येथील कॅलिफोíनया इन्स्टिटय़ूट ऑफ टेक्नॉलॉजी या संस्थेत कार्यरत आहेत. त्यांना २००५ साली ब्रेस्ट कॅन्सर झाला होता आणि त्यातून त्या पूर्ण बऱ्या झाल्या. अमेरिकेतील प्रतिष्ठेच्या समजल्या जाणाऱ्या नॅशनल अकॅडमी ऑफ सायन्स, नॅशनल अकॅडमी ऑफ इंजिनीअिरग आणि इन्स्टिटय़ूट ऑफ मेडिसिन या तिन्ही संस्थांच्या त्या मानद सदस्य आहेत. त्यांच्या नावावर संयुक्तपणे ४० पेटंट्स आहेत.

त्यांचे कार्यक्षेत्र हे निर्देशित उत्क्रांतीमध्ये नसíगक क्षमतेच्या विकरांपेक्षा अधिक कार्यक्षम असलेली आणि वेगवेगळी कार्य करण्यासाठी उपयुक्त अशी विकरे संश्लेषित करून त्यांचा वापर औद्योगिक क्षेत्रात करणे हे आहे. नसíगक उत्क्रांतीमध्ये नसíगक निवड होऊन जैविक कार्यास उपयोगी पडणारी काही प्रथिने आणि विशेषत विकर विकसित होत असतात पण याा मार्गाने जे बदल होतात त्याला शेकडो किंवा हजारो वष्रे लागतात. आणि हे बदल फक्त डीएनएच्या रेणूंमधील बदलावर अवलंबून असतात. डॉक्टर फ्रान्सेस या हव्या असलेल्या प्रथिनांचा अभ्यास करून त्यांचे संश्लेषण करण्यासाठी डीएनएमध्ये हवी असलेली उत्परिवर्तने (म्युटेशन्स) प्रयोगशाळेत घडवून आणतात, त्यांचे परिणाम इष्ट आहेत की अनिष्ट आहेत याचा सखोल अभ्यास करतात आणि इष्ट गोष्टींचा स्वीकार करतात. जे बदललेले प्रथिन त्यांच्या कसोटीवर उतरते त्याचा पाठपुरावा करून ते उत्परिवर्तन स्थिर कसे करता येईल हे पाहिले जाते. या संपूर्ण प्रक्रियेला निर्देशित उत्क्रांती असे म्हटले जाते. विविध कार्यासाठी जी प्रथिने किंवा विकर लागतात त्यांचे मोठय़ा प्रमाणावर उत्पादन करण्यासाठी डॉक्टर फ्रान्सेस अरनॉल्ड यांचा मार्ग उपयोगी पडेल अशी त्यांची खात्री आहे. आपली ही पद्धत वापरून डॉक्टर अरनॉल्ड यांनी पर्यावरणाशी संतुलन राखणारी इंधने आणि औषधी उत्पादने तयार केली आहेत.

निर्देशित उत्क्रांतीमध्ये जी उत्परिवर्तने अपेक्षित असतात ती नसíगक उत्परिवर्तनाप्रमाणे अचानक किंवा डीएनएमध्ये कोणत्याही ठिकाणी होणारी नसतात तर ती आपण ठरवू त्या जनुकात घडून येऊ शकतात. अर्थात हे वाटते तेवढे सोपे नाही, पण अधिकाधिक अचूक आणि संवेदनशील तंत्रज्ञान जसजसे उपलब्ध होत चालले आहे तसतसे त्यातील यशाची शक्यतादेखील वाढत चालली आहे. डॉक्टर अरनॉल्ड यांनी जैवरसायन शास्त्रातील बारकावे हेरून त्यांना हव्या असलेल्या प्रथिनांमध्ये हवे ते बदल करण्याचे प्रयत्न केले आहेत.

विकरांचे कार्य त्यांच्या पूर्ण क्षमतेने करण्याच्या दृष्टीने निर्देशित उत्क्रांती वापरणाऱ्या डॉक्टर अरनॉल्ड या पाहिल्याचं वैज्ञानिक म्हणाव्या लागतील. त्यांनी १९९३ साली प्रसिद्ध केलेल्या शोधनिबंधानुसार जे काम केले होते त्यात त्यांनी सबटीलीसिन इ या एका अतिशय अपवादात्मक वातावरणात (जिथे डाय मिथाइल फॉर्मामाइड (डीएमएफ) हे ऑरगॅनिक  द्रावण अधिक प्रमाणात आहेत अशा ठिकाणी) क्रियाशील असलेल्या पदार्थाच्या संश्लेषणासाठी हे तंत्र वापरले होते. या विकराच्या निर्मितीसाठी नियंत्रक जनुक शोधून त्यांनी त्यात उत्परिवर्तन घडवून आणले. यासाठी त्यांनी जिवाणूंचा वापर केला. म्हणजे वेगवेगळ्या जिवाणूंच्या पेशीत हे जनुक घालून त्यात उत्परिवर्तन घडवून त्याचे दृश्य परिणाम होतात की नाही याचा अभ्यास केला. म्हणजे आता या जिवाणू पेशी त्या पदार्थाचे संश्लेषण करू लागल्या. दर वेळी या डीएमएफ ऑरगॅनिक द्रावणाच्या सह दुधातील केसीनवर या विकराचे विघटन होते की नाही याचे निरीक्षण महत्त्वाचे होते. ज्या जिवाणूंमध्ये हे विकर सर्वात जास्त परिणामकारक दिसले त्या जिवाणूंचा डी.एन.ए. त्यांनी पुन्हा त्यात नव्याने उत्परिवर्तन घडवून आणण्यासाठी वापरला. अशा पद्धतीने त्यांनी मूळ विकराच्या २५६ पटीने अधिक कार्यक्षम असलेले विकर निर्माण करण्यात यश मिळविले. जैव अभियांत्रिकीमधील हे यश विज्ञानात नवे दालन उघडण्यासाठी महत्त्वाचे ठरले आहे.

या पद्धतीचा वापर त्यांनी मग वेगवेगळ्या विकरांच्या संश्लेषणासाठी केला. नसíगकरीत्या जैवप्रणालींमध्ये आढळणाऱ्या विकरांपेक्षा काही वेळा अधिक व्यापक स्वरूपाचे गुणधर्म असलेले विकर त्यांना यातून मिळाले. म्हणजे जर एखादे नसíगक विकर ज्या तापमानाच्या छोटय़ा  मर्यादेत काम करते, (म्हणजे उदाहरणार्थ ३० ते ३५ सेल्सियस या मर्यादेत असेल) तर ती मर्यादा वाढलेले विकर (म्हणजे २० ते ५०० सेल्सियस या मर्यादेपर्यंत) त्यांना मिळाले. हा प्रकार जैवरसायनशास्त्रात क्रांतिकारी म्हणावा असाच आहे. त्यामुळे जैवतंत्रज्ञान काय करू शकते याची चुणूक डॉक्टर फ्रान्सेस अरनॉल्ड यांनी जगाला दाखविली असे म्हणावयास हरकत नाही. विकरांची आहे ती कार्यक्षमता वाढविण्यासाठी प्रयत्न तर त्यांनी केलेच, त्याशिवाय अशा प्रकारच्या जैवअभियांत्रिकीने संश्लेषित केलेल्या विकरांमध्ये त्यांच्या कार्यात विविधतादेखील दिसून आली. जेव्हा त्यांनी सायटोक्रोम पी ४५० हे विकर जैवअभियांत्रिकी तंत्राने बनविले तेव्हा त्याच्या साहाय्याने त्यांना सायक्लो प्रोपेनेशन अभिक्रियादेखील घडवून आणता येते असे दिसून आले.

डॉक्टर अरनॉल्ड यांनी हे तंत्र वापरून जैवरासायनिक प्रक्रिया साखळीमधून आणि इस्चरशिया कोलाय हा जिवाणू वापरून कॅरेटीनॉइड्स आणि एल मिथिओनोईनचे यशस्वीपणे संश्लेषण केले. त्यांनी हेच तंत्र जैवइंधनांच्या निर्मितीसाठी वापरले आहे. इस्चरशिया कोलाय हेच जिवाणू वापरून त्यांनी त्यांच्याकडून आयसोब्युटेनॉल हे जैव इंधन बनविले आहे. याशिवाय औद्योगिक क्षेत्रात मोठय़ा प्रमाणावर लागणाऱ्या आणि रासायनिक अभिक्रियांच्या माध्यमातून तयार होणाऱ्या घातक रसायनांना जैवतंत्रज्ञान व जैवअभियांत्रिकी वापरून पर्यावरणाशी संतुलन साधणाऱ्या  विकर किंवा तत्सम पदार्थाचा पर्याय देण्याचा त्यांचा प्रयत्न आहे.

पर्यावरणाशी संतुलन साधणारे रसायनशास्त्र आणि त्यासाठी जैवतंत्रज्ञान व जैवभियांत्रिकी अतिशय खुबीने वापरणाऱ्या डॉक्टर फ्रान्सेस अरनॉल्डसारखे वैज्ञानिक फक्त द्रष्टे असतात असे नाही तर त्यांच्या कृतीतून ते जगाला नवीन मार्ग दाखविण्याचा प्रयत्न करीत असतात.

रसायनशास्त्राच्या या वर्षीच्या पारितोषिकासाठी डॉक्टर फ्रान्सेस अरनॉल्ड यांच्याबरोबर डॉक्टर जॉर्ज पी. स्मिथ आणि सर डॉक्टर गेगरी िवटर यांचीदेखील निवड झाली आहे.  डॉक्टर जॉर्ज स्मिथ यांचा जन्म १० मार्च १९४१ साली अमेरिकेतील कनेक्टिकाट राज्यातील नॉरवॉक या गावी झाला. त्यांचे शिक्षण हार्टफोर्ड कॉलेज आणि हार्वर्ड विद्यापीठात झाले. त्यांची पीएच.डी. जीवाणूशास्त्रात होती. त्यानंतर काही वष्रे त्यांनी विस्कोनसीनमध्ये संशोधन केले आणि त्यानंतर सन १९७५ मध्ये मिसौरी विद्यापीठात कोलंबिया येथे अध्यापक म्हणून दाखल झाले आणि याच ठिकाणी त्यांनी संशोधन कार्य केले. सन १९८३-८४ मध्ये डय़ुक विद्यापीठात त्यांनी डॉक्टर रॉबर्ट वेबस्टर यांच्याबरोबर जे संशोधन कार्य केले त्यात त्यांच्या नोबेल पारितोषिक मिळविण्यास कारणीभूत ठरलेल्या संशोधनाचे बीजारोपण झाले असे दिसते.

त्यांचे प्रमुख काम म्हणजे जैवअभियांत्रिकीचा एक उत्तम नमुना म्हणता येईल. एखाद्या प्रथिनाची आनुवंशिक लिपी लिहिलेला डी.एन.ए.चा तुकडा जिवाणूंच्या विषाणूंमधील प्रथिन आवरण संश्लेषणासाठी आवश्यक असलेल्या  डी.एन.ए.मध्ये मिसळून एकजीव करायचा (इंटिग्रेट), त्यामुळे ते प्रथिन त्या विषाणूच्या प्रथिन आवरणावर निर्माण होईल. सन १९८५ मध्ये डॉक्टर स्मिथ यांनी प्रथम हे तंत्र प्रसिद्ध केले, त्यासाठी त्यांनी धागास्वरूप असलेला जिवाणू विषाणू निवडला आणि त्याच्या प्रथिन आवरणावर प्रायोगिक प्रथिन निर्माण करून दाखविले.

या वर्षीचे रसायनशास्त्र नोबेल पारितोषिकाचे तिसरे विजेते डॉक्टर ग्रेग िवटर यांचा जन्म १४ एप्रिल १९५१ रोजी इंग्लडमधील लिस्टर गावी झाला. त्यांनी आपली पदवी सन १९७३ मध्ये केम्ब्रिज विद्यापीठातील ट्रीनिटी महाविद्यालयात मिळविली. त्यांची पीएच.डी. केम्ब्रिज विद्यापीठात सन १९७७ मध्ये  सूक्ष्मजीवशास्त्रात झाली. काही वष्रे लंडनच्या इम्पिरियल महाविद्यालयात संशोधन कार्य केल्यावर त्यांनी केम्ब्रिज विद्यापीठातदेखील आणखी काही वष्रे संशोधन कार्य सुरू ठेवले आणि नंतर एक वेगळाच मार्ग निवडला. सन १९८९ मध्ये त्यांनी केम्ब्रिज अँटिबॉडी टेक्नॉलॉजी या नावाची व्यापारी तत्त्वावर कार्य करणारी जैवतंत्रज्ञान कंपनी स्थापन केली. या कंपनीत जैवअभियांत्रिकी तंत्र वापरून अँटिबॉडी म्हणजे प्रतिद्रव्य निर्माण केली जाऊ लागली. ह्युमिरा हे त्यांचे सर्वात यशस्वी प्रतिद्रव्य औषध ठरले. त्यांच्या कंपनीने विकसित केलेले हे औषध एबट लॅबोरेटरीने मोठय़ा प्रमाणावर बनविण्यास सुरुवात केली. जगातील सर्वाधिक विक्री असलेले औषध म्हणून याची नोंद झाली आहे. सन २०१७ साली या औषधांच्या विक्रीने १८०० कोटी डॉलर्सचा आकडा गाठला होता! संधिवातामुळे होणाऱ्या सांधेदुखीसाठी हे अतिशय प्रभावशाली औषध आहे. प्रतिद्रव्यावर किंवा अँटिबॉडीवर आधारित हे पहिलेच औषध आहे.

जैवअभियांत्रिकीचा वाढत चाललेला प्रभाव या नोबेल पारितोषिकाच्या रूपाने आपल्याला पाहावयास मिळतो. संशोधन क्षेत्राचे वाढते आकर्षणदेखील या विषयामुळे आहे असे दिसून येते. पण जैवअभियांत्रिकी पद्धतीने विकसित झालेल्या कृषी उत्पादनांना मात्र जागतिक स्तरावर बराच विरोध होत आहे. युरोपमध्ये तर ही उत्पादने स्वीकारलीच जात नाहीत. याची कारणे आणिक आहेत. पण कोणताही बदल सहजासहजी स्वीकारला जात नाही, आज सामाजिक स्तरावर तर ते खूपच अवघड असते. अभ्यास, नियंत्रण आणि तारतम्य या तीन तत्त्वांवर आधारित जीवनप्रणाली असेल तर सारासार विचार महत्त्वाचा ठरतो. म्हणूनच प्रबोधन आवश्यक ठरते. नोबेल पारितोषिकांच्या पाठीमागे हा प्रबोधनाचा विचार आहेच. विज्ञानाची चर्चा सामाजिक स्तरावर होण्याची प्रक्रिया त्यातून अपेक्षित आहे. नोबेल परितोषिकासाठी संशोधन करावयाचे नसते, पण आपल्या संशोधन क्षेत्रातील दर्जा त्या पातळीवर नेण्याच्या दृष्टीनेदेखील पायाभूत प्रयत्न झाले पाहिजेत आणि पायाभूत सुविधादेखील निर्माण झाल्या पाहिजेत. प्रत्येक वेळी व्यापारी तत्त्व इथे लावता येणार नाही. आत्तापर्यंतच्या नोबेल परितोषिकांचा इतिहास पाहिला तर वैयक्तिक गौरवाबरोबर त्या त्या देशाची वैचारिक उंची वाढल्याचा परिणाम त्यातून नक्कीच दिसून येतो. आपल्या देशात हे घडून येण्यासाठी प्रत्येक घटकाने आपला वाटा उचलून तसे प्रयत्न प्रामाणिकपणे केले पाहिजेत हाच संदेश यातून आपल्याला मिळतो.

First Published on November 23, 2018 1:03 am

Web Title: nobel prize in chemistry george smith frances arnold greg winter