प्रकाश‑खुश यीस्ट हमारे बायोफ़्यूल के दृष्टिकोण को बदल सकता है

प्रकाश ही जीवन है

प्रायः सभी ऊर्जा मानव सभ्यता में अंततः सूर्य से प्राप्त होती है। भोजन, जैव द्रव्य, और लकड़ी सूर्य के प्रकाश से बढ़ते हैं। और कोयला, गैस, और तेल लाखों साल पहले मृत पौधों से बने होते हैं। यहाँ तक कि हवाएँ भी सूर्य द्वारा वायुमंडल को गर्म करने का परिणाम हैं। और, बेशक, आज हमारे पास सौर पैनल हैं। हमारे ऊर्जा आवश्यकताओं का कितना हिस्सा जीवित जीवों द्वारा सूर्य की शक्ति का उपयोग करके पूरा होता है, इसे देखते हुए बायोफ़्यूल की अवधारणा समझ में आती है।

समस्या यह है कि प्रथम और द्वितीय पीढ़ी के बायोफ़्यूल, जो मक्का और गन्ने जैसी फसलों या कृषि अवशेषों का उपयोग करते हैं, अक्सर बहुत कम ऊर्जा उत्पादन देते हैं क्योंकि इन फसलों को उगाने में बहुत अधिक जीवाश्म ईंधन और उर्वरकों का उपयोग किया जाता है।

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तीसरी पीढ़ी के बायोफ़्यूल एल्गी का उपयोग करने की ओर देख रहे हैं, जिसे हमने अपने लेख “Algal Biofuel: The Next Energy Revolution?” में अधिक विस्तार से चर्चा की थी।

लेकिन यदि हम किसी भी जीव को प्रकाशसंश्लेषण करने में सक्षम बना सकें तो क्या होगा? जो अब तक एक असंभव सपना माना जाता था, वह जॉर्जिया टेक के शोधकर्ताओं द्वारा आंशिक रूप से हासिल किया गया है।

प्रकाश‑संचालित यीस्ट

यीस्ट संभवतः दुनिया में सबसे अच्छी तरह समझा गया सूक्ष्मजीव है। मानव ने सभ्यता की शुरुआत से ही यीस्ट की जैव रासायनिक क्षमताओं का उपयोग करके रोटी, शराब, और किण्वित दूध उत्पादों का उत्पादन किया है।

यीस्ट जीव विज्ञान प्रयोगशालाओं में सबसे सामान्य जीव “मॉडल” में से एक भी है। और यह कई दवाओं और उपयोगी बायोमोलेक्यूल्स के लिए महत्वपूर्ण बायो‑फ़ैक्टरी है।

फिर भी, यीस्ट को जीवित रहने के लिए शर्करा या अन्य यौगिकों से पोषित किया जाना आवश्यक है। कम से कम, यह तब तक सत्य था जब तक Anthony Burnetti, जो एसोसिएट प्रोफेसर William Ratcliff की प्रयोगशाला में कार्यरत एक शोध वैज्ञानिक हैं, ने यीस्ट को प्रकाश की ऊर्जा को संग्रहित करने में सक्षम बना दिया।

“हमें केवल एक जीन को स्थानांतरित करना था, और उन्होंने प्रकाश में अंधेरे की तुलना में 2% तेज़ी से वृद्धि की। बिना किसी सूक्ष्म समायोजन या सावधानीपूर्वक प्रेरणा के, यह बस काम कर गया।”

पूरी तरह नया प्रकार के यीस्ट

टीम को यीस्ट को बदलने में अनुभव है, जो एक सामान्य और सर्वव्यापी जीव है जिसमें नई और अप्रत्याशित संभावनाएँ हैं। विशेष रूप से, उन्होंने पहले एककोशिकीय यीस्ट को “Multicellularity Long-Term Evolution Experiment” में एक जटिल बहुकोशिकीय जीव में परिवर्तित करने में सफलता प्राप्त की थी।

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इन बहुकोशिकीय यीस्ट जीवों की वृद्धि में एक सीमा आंतरिक “ऊतकों” में ऑक्सीजन तक पहुँचने की थी। इसलिए उन्होंने यीस्ट को एक प्रकाशसंश्लेषी जीव बनाने का निर्णय लिया।

ऐसा करने के लिए, उन्होंने यीस्ट में एक प्रोटीन, रॉडोप्सिन, जोड़ा। यह प्रोटीन ज्ञात है कि यह उच्चतर पौधों के जटिल प्रोटीन और बायोमोलेक्यूल्स (जैसे क्लोरोफिल) के बिना कुछ प्रकाशसंश्लेषण कर सकता है।

सिर्फ एक रॉडोप्सिन प्रोटीन को कोड करने वाले जीन को जोड़ने से, यीस्ट प्रकाश को पकड़ सकता था और तेज़ी से बढ़ सकता था। वृद्धि मामूली थी, केवल +2% की वृद्धि दर, लेकिन यह सरल परिवर्तन के कारण महत्वपूर्ण थी। और इस बढ़ी हुई वृद्धि को अभी तक अनुकूलित नहीं किया गया है।

सिंथेटिक बायोलॉजी के साथ बायोफ़्यूल

अब तक, बायोफ़्यूल अनुसंधान ने पहले से ही प्रकाशसंश्लेषी पौधों (मक्का, गन्ना, या एल्गी) को संशोधित करने और प्रक्रिया को आर्थिक रूप से समझदारी बनाने के लिए पर्याप्त कुशल बनाने की कोशिश की है।

लेकिन यह कई बाधाओं का सामना करता है, क्योंकि मक्का जैसी श्रेष्ठ पौधों और फसलों में बायोमैटेरियल आसानी से उपलब्ध नहीं होते, और उन्हें एथेनॉल में बदलने से बहुत सारी ऊर्जा हानि होती है। इस बीच, एल्गी अधिक आशाजनक हैं, लेकिन उन्हें बिना संदूषण के उगाना आसान कार्य नहीं है।

इसके विपरीत, यीस्ट की खेती एक अच्छी तरह समझी गई प्रक्रिया है जो बड़े औद्योगिक प्रक्रियाओं में नियमित रूप से की जाती है। यीस्ट को एल्गी के विकल्प में बदलना बायोफ़्यूल के संश्लेषण के नए तरीकों का मार्ग खोल सकता है। एल्गी को उगाने की जटिल प्रक्रियाओं पर निर्भर रहने के बजाय, हम यीस्ट या बैक्टीरिया को इस तरह इंजीनियर कर सकते हैं कि वे केवल सूर्य के प्रकाश से बढ़ सकें और इस तथ्य से लाभ उठा सकें कि इन जीवों को औद्योगिक मात्रा में उगाना बहुत आसान है।

बायोइंजीनियर्ड ईंधन स्टॉक्स

समग्र रूप से, यह अभी भी बायोफ़्यूल अनुसंधान और बायोइंजीनियरिंग का एक बहुत ही नया और संभावनाशील खंड है। इसलिए, जो कंपनियां इसे वास्तविकता बनाने की सबसे अधिक संभावना रखती हैं, उन्हें सिंथेटिक बायोलॉजी और/या बायोफ़्यूल उत्पादन में उच्च स्तर की विशेषज्ञता की आवश्यकता होगी।

नीचे दी गई सूची केवल एक सुझाव है कि कौन सी कंपनियां जॉर्जिया टेक के शोधकर्ताओं की खोज में संभावनाएं देख सकती हैं।

1.  Reliance Industry

Reliance Industry एक विशाल भारतीय समूह है, देश की सबसे बड़ी निजी कंपनी, जो टेलीकॉम, वस्त्र, और ऊर्जा क्षेत्रों में सक्रिय है। 2022 में, यह पहली भारतीय कंपनी बनी जिसने $100B की आय हासिल की।

Reliance ने 2022 में एल्गी बायोफ़्यूल बाजार में प्रवेश की घोषणा की, “दुनिया के सबसे बड़े एल्गी खेती प्रणालियों में से एक” का दावा करते हुए। अब तक, उनका ऊर्जा पोर्टफ़ोलियो मुख्यतः रिफाइनरी और पेट्रोकेमिकल प्लांट्स से बना था। इस एल्गी परियोजना के साथ, वे उत्पादन शुरू कर सकेंगे और भारत में प्रचुर सूर्य (और अछूते रेगिस्तानों) का उपयोग करके देश की विदेशी जीवाश्म ईंधन आयात पर अत्यधिक निर्भरता को कम कर सकेंगे।

कंपनी कृषि अपशिष्टों से बायोगैस के उत्पादन में भी सक्रिय है, जिससे यह भारत की सबसे बड़ी बायोएनर्जी उत्पादक बन गई है।

2. Ginkgo Bioworks

यह कंपनी विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए ऑन‑डिमांड जीव उत्पन्न कर रही है। इसमें बायोमेडिकल अनुप्रयोग शामिल हैं, साथ ही कई औद्योगिक और सामग्री विज्ञान कार्यक्रम भी शामिल हैं।

Ginkgo बिल्कुल वही प्रकार की कंपनी है, जिसे बड़े औद्योगिक समूह जैसे Reliance बायोफ़्यूल उत्पादन के लिए एक कस्टम यीस्ट इंजीनियर करने हेतु संपर्क कर सकते हैं।

Ginkgo Bioworks (DNA ) ने अपने अनुप्रयोगों को कई अनुसंधान कार्यक्रमों और साझेदारियों के साथ व्यापक रूप से विविध किया है:

• कैनाबिनॉइड्स
• mRNA वैक्सीन उत्पादन और न्यूक्लिक एसिड दवा
• खाद्य प्रोटीन
• जैविक उर्वरक उत्पादन बायर के साथ साझेदारी में
• आंत्र रोगों के लिए प्रोग्रामेबल माइक्रोब्स
• माइक्रोप्लास्टिक बायोरिमेडिएशन
• बायोसेक्योरिटी और रोगजनकों का पता लगाना
• कचरे और प्रदूषकों का पुनर्चक्रण

यह विकास प्रक्रिया के लिए अग्रिम भुगतान प्राप्त करके और फिर तैयार उत्पाद पर रॉयल्टी के माध्यम से पैसा कमाता है।

2023 Gingko के लिए एक समृद्ध वर्ष रहा, जिसमें दर्जनों साझेदारियां शामिल थीं:

• $331M के सौदे Pfizer (PFE ) के साथ।
• $490M का सौदा Merck के साथ बायोलॉजिक्स निर्माण को अनुकूलित करने के लिए।
• $406M का सौदा Boehringer Ingelheim के साथ अनड्रग्गेबल लक्ष्यों के लिए।
• Biogen और Novo Nordisk के साथ सहयोग, राशि अघोषित।

स्रोत: Gingko Bioworks

Ginkgo Bioworks सभी प्रमुख कृषि निगमों के साथ भी साझेदारी करता है, जिनमें से अधिकांश के बायोफ़्यूल उत्पादन और माइक्रोबायोलॉजी में कुछ रुचि है। इनमें कुछ शामिल हैं बायर, कार्गिल, सायजेंटा, कोर्टेवा, ADM, एक्सैक्टा, और अधिक।