புரத மடிப்புக் கட்டமைப்பில் ஒரு புரட்சி!

புரத மடிப்புக் கட்டமைப்பில் ஒரு புரட்சி!

• புரத மடிப்புக் கட்டமைப்பை இனம் காணும் செயற்கை நுண்ணறிவுச் செயலிகளைத் தயார் செய்த மூவருக்கு இந்த ஆண்டுக்கான வேதியியல் நோபல் பரிசு பகிர்ந்து அளிக்​கப்​பட்​டுள்ளது. ‘கணக்​கீட்டுப் புரத வடிவமைப்பு’ (computational protein design) சாதனைக்கு டேவிட் பேக்கருக்​கும், ‘புரத அமைப்புக் கணிப்​புக்காக (for protein structure prediction) டெமிஸ் ஹசாபிஸ், ஜான் ஜம்பர் ஆகியோ​ருக்கும் இந்தப் பரிசு அறிவிக்​கப்​பட்​டுள்ளது.
• கூகுள் டீப்மைண்ட் நிறுவனத்தைச் சேர்ந்த ஹசாபிஸ், ஜம்பர் இருவரும், செயற்கை நுண்ணறிவின் துணைகொண்டு, ‘புரதங்​களின் சிக்கலான கட்டமைப்பு​களைக் கணிக்கும் ‘ஆல்ஃபாஃ​போல்ட்2’ என்னும் செயற்கை நுண்ணறிவுச் செயலியை உருவாக்​கினர். இந்தச் செயலியைக் கொண்டு ஒவ்வொரு புரதத்தின் மடிப்பு வடிவக் கட்டமைப்​புக்களை இனம் கண்டு​விடலாம்.
• சியாட்​டிலில் உள்ள வாஷிங்டன் பல்கலைக்​கழகத்தைச் சேர்ந்த பேக்கர், முற்றிலும் புதிய வகையான புரதங்களை உருவாக்கு​வதில் வெற்றி கண்டார். எந்த மடிப்பு​களைக் கொண்டு, எந்த வடிவில் புரதம் வேண்டும் என நாம் தீர்மானம் செய்தால், அதே மடிப்பு உருவம் கொண்ட அமினோ அமிலச் சங்கி​லியின் கோவை வரிசை என்ன என பேக்கர் உருவாக்கிய செயலியைக் கொண்டு அறிய முடிந்தது. இதன் தொடர்ச்​சியாக அந்தப் புரதத்தைச் செயற்​கையாக உருவாக்க முடிந்தது.

அமினோ அமில மாலை:

• உயிரி இயக்கத்தின் அடிப்படை மூலக்​கூறுகளில் ஒன்றுதான் புரதம். நோய் எதிர்ப்பு இம்யூனோகுளோபுலின்ஸ் முதல் என்சைம்கள், இன்சுலின் போன்ற ஹார்மோன்கள், ஆல்ஃபா கெரட்டின் போன்ற செல் அமைப்பு​களின் கட்டு​மானப் பொருள்கள், பெப்சின் போன்ற செரிமான வேதிப்​பொருள்கள் எனச் சற்றேறக்​குறைய அனைத்துமே புரதங்​கள்​தாம்.
• எல்லாப் புரதங்​களும் 20 அமினோ அமிலங்கள் கோக்கப்பட்ட மாலைகள்​தாம். ‘அ’, ‘ஆ’ போன்ற எழுத்​துக்களை வேறு வேறு பாங்கில் ஒழுங்​கமைத்தால் வார்த்தை, வாக்கியம் என உருவாவதுபோல 20 அமினோ அமிலங்களை வெவ்வேறு பாங்கில் கோக்கும்போது வகைவகையான புரதங்கள் உருவாகும். மனித உடலில் மட்டும் 80,000 முதல் 4,00,000 வகைப் புரதங்கள் இருக்​கலாம் என மதிப்பீடு செய்யப்​பட்​டுள்ளது
• ‘பாம்பு’ என்பதை ‘பம்பு’ என்றோ, ‘கல்’ என்பதை ‘கள்’ என்றோ தவறுதலாக எழுதினால் பொருள் மாறுவதுபோல, புரத மாலையில் தவறுதலான அமினோ அமிலம் வந்து கோத்துக்​கொண்​டால், புரதத்தின் தன்மை மாறிவிடும். எடுத்​துக்​காட்டாக ஹீமோகுளோபினின் புரத அமினோ அமில வரிசையில் ஒரே ஒரு புள்ளியில் பிறழ்வு ஏற்படு​வ​தால்தான் அரிவாள் செல் ரத்த சோகை ஏற்படு​கிறது. குண்டுமணிபோல் இருக்கும் இயல்பான சிவப்பு ரத்த அணுக்கள் அரிவாள் போன்ற பிறை வடிவாக மாறிவிடும். எனவே, ஒவ்வொரு புரதத்​திலும் அமினோ அமில வரிசை மிக மிக முக்கியம்.

மடிப்பும் வடிவமும்:

• எழுத்துக் கோவை போலவே புரதத்தின் வடிவமும் முக்கியம். புத்தம் புதிய பென்சில் என்றாலும் அதைச் சீவினால் மட்டுமே எழுத முடியும் என்பதைப் போல, அமினோ அமில மாலை நெளிந்து வளைந்து மடிந்து குறிப்​பிட்ட மடிப்பு வடிவில் வேண்டும். வெறும் உலோகத் துண்டுதான் சாவி. ஆனால், அதில் உள்ள பல் போன்ற அமைப்புதான் பூட்டைத் திறக்கும் கருவி என்னும் குணத்தை அதற்குத் தருகிறது.
• எல்லா உலோகத் துண்டு​களும் சாவி ஆகிவிடு​வ​தில்​லையே. அதுபோல குறிப்​பிட்ட மடிப்பில் வடிவம் பெறும் அமினோ அமிலச் சங்கி​லிதான் புரதத்​தன்​மையைப் பெறும். பல நூறு அமினோ அமிலங்​களைக் கொண்டுள்ள சங்கிலி நீண்டு இழைபோல இருந்​தாலும் எந்தப் பயனும் இல்லை.
• பட்டுச் சேலையை அதன் மடிப்புக் கலையாமல் மடிக்க வேண்டும்; இல்லை என்றால் பாழ்பட்டு​விடும் என்பதுபோல புரத மடிப்பில் பிசகு ஏற்பட்​டாலும் புரதத்தின் தன்மை மாறிவிடும்; சில வேளை பிழையாக மடிப்பில் அமையும் புரதம் உயிரியல் இயக்கத்தைத் தடுமாறச் செய்யும்.
• அல்சைமர், பார்கின்சன், ஹண்டிங்டன், அமியோட்​ரோபிக் லேட்டரல் ஸ்க்லரோசிஸ் (ALS), சிஸ்டிக் ஃபைப்​ரோஸிஸ், நீரிழிவு நோய் (வகை 2) போன்ற பல நோய்களின் பின்னே எக்குத்​தப்பாக மடிப்புக் கொண்ட பிழைப் புரதங்​களின் கைவரிசை உள்ளது என ஆய்வுகள் சுட்டு​கின்றன.

செயற்கை நுண்ணறிவு:

• ஒவ்வொரு புரதமும், அதன் சங்கி​லியில் உள்ள அமினோ அமில வரிசைக்கு ஏற்பக் குறிப்​பிட்ட முப்பரிமாண (3D) வடிவில், குறிப்​பிட்ட கட்டமைப்பில் மடிந்​து​கொள்​ளும். புரதத்தின் வடிவம்தான் அதன் செயல்​பாட்டைத் தீர்மானம் செய்கிறது. எனவே, புரதச் செயல்​பாட்டைப் புரிந்​து​கொள்ள, அதன் கட்டமைப்பை அறிவது மிக அவசியம். ஆனால் எந்தப் புரதம், எவ்வித மடிப்பு​களைக் கொண்டு, எந்த உருவில் உள்ளது என்பதைக் கண்டறிவது எளிதல்ல. எக்ஸ்ரே படிகவியல் நுட்பத்தைக் கொண்டு கடும் முயற்சிக்குப் பிறகுதான் இனம் காண முடியும்.
• அமினோ அமில வரிசை தெரிந்தால் அதன் வடிவத்தை அனுமானம் செய்ய முடியுமா என டெமிஸ் ஹசாபிஸ், ஜான் ஜம்பர் இருவரும் ஆய்வு நடத்தினர். நமக்குத் தெரிந்த புரதங்​களின் வடிவமைப்பைக் கொண்டு செயற்கை நுண்ணறிவுச் செயலியைப் பயிற்சிக்கு உட்படுத்​தினர். ‘ஆல்ஃபா​ஃபோல்ட் 2’ என்னும் செயற்கை நுண்ணறிவுச் செயலியை டெமிஸ் ஹசாபிஸும் ஜான் ஜம்பரும் வடிவமைத்​தனர். இந்தச் செயலி அற்புத​மாகச் செயல்​பட்டு புரதங்​களின் வடிவமைப்பை எளிதில் துல்லியமாக நமக்குக் காட்டி​விடு​கிறது.
• 20 லட்சத்​துக்கும் அதிகமான பயனர்கள் தற்போது ஆல்ஃபா​ஃபோல்ட்2 செயலியைப் பயன்படுத்​திவரு​கின்​றனர்; இதன் தொடர்ச்​சியாக 20 கோடி புரதக் கட்டமைப்புகள் கணிக்​கப்​பட்​டுள்ளன.

செயற்கைப் புரதம்:

• 1990களில் புரதங்கள் எவ்வாறு மடிகின்றன என்ற ஆய்வைத்தான் பேக்கர் மேற்கொண்​டார். இதற்காக ரொசெட்டா எனும் செயற்கை நுண்ணறிவுச் செயலியை உருவாக்​கினார். ஆயினும் காலப்போக்கில் டேவிட் பேக்கர் இதே சவாலை வேறு திசையி​லிருந்து அணுகினார்.
• அமினோ அமில வரிசை தெரிந்தால் அதன் வடிவம் என்னவாக இருக்கும் என மற்றவர்கள் ஆய்வு செய்து​கொண்​டிருக்க, வடிவம் தெரிந்தால் அதன் கோவை வரிசை என்னவாக இருக்கும் என அறிய முற்பட்டார் பேக்கர். தமது ரொசெட்டா செயலியை இந்தத் திசையில் பயிற்சி அளித்து வரிசைக் கோவையைக் கணிக்கும் திறனை உருவாக்​கினர்.
• வடிவம் தெரிந்ததால் அதன் கோவை வரிசை என்ன என அறிய முடிந்​த​தால், செயற்​கை​யாகப் புதிய புரதங்களை உருவாக்க முடிந்தது. தமக்கு விருப்பமான புரத வடிவமைப்பைக் கற்பிதம் செய்து​கொண்​டனர். எந்த அமினோ அமிலக் கோவை வரிசை கற்பித்த வடிவத்தைப் பெறும் என்பதை ரொசெட்​டாவைக் கொண்டு கண்டறிந்​தனர். அந்த அமினோ அமில மாலையை உருவாக்க செயற்​கையாக மரபணுவைத் தயார் செய்தனர்.
• இந்த மரபணுவை பாக்டீரி​யா​வுக்​குள்ளே செலுத்​தி​ய​போது, புது வடிவமைப்புக் கொண்ட செயற்கைப் புரதம் தயாரானது. தான் கற்பிதம் செய்த வடிவமைப்பில் எக்ஸ்ரே படிகவியல் ஆய்வுமூலம் செயற்கைப் புரதத்தின் வடிவமைப்பு உள்ளதா எனப் பரிசோதனை செய்து சரிபார்த்​தனர். இதன் வழியே ‘டாப் 7’ என்னும் புதுமை புரதத்தை உருவாக்​கினர். இதுபோன்ற செயற்கைப் புரதங்களை ‘டி நோவோ’ (புத்​தாக்க) வடிவமைப்பு என்கின்​றனர்.
• 2003இல் முதன்​முதல் டி நோவோ (புத்​தாக்க) வடிவமைப்புப் புரதம் தயார் செய்யப்​பட்டது. தற்போது மருந்​துகள், தடுப்​பூசிகள், நானோ பொருள்கள், நுண்ணிய உணர்வி போன்ற பணிகளைச் செய்யும் புத்தாக்கப் புரதங்களை உருவாக்கி வெற்றிகண்​டுள்​ளனர்​.டேவிட் பேக்கர்டெமிஸ் ஹசாபிஸ்ஜான் ஜம்பர்.

நன்றி: இந்து தமிழ் திசை (15 – 10 – 2024)