Recombinant Expression, Purification, and In Silico Structural Discovery of a Non-TRP-family 5-Hydroxyisourate Hydrolase from Lactiplantibacillus plantarum L123
यह अध्ययन *Lactiplantibacillus plantarum* L123 से एक गैर-TRP-परिवार के 5-हाइड्रॉक्सीआइसोरेट हाइड्रोलेज के पहले पहचान, शुद्धिकरण और संरचनात्मक लक्षण वर्णन की रिपोर्ट करता है, जो एक विशिष्ट ऑल-α-हेलिकल फोल्ड और एक संभावित His-Glu-His कैटेलिटिक ट्रायड को प्रकट करता है जो यूरिक एसिड कैटाबोलिज्म एंजाइमों की ज्ञात विविधता का विस्तार करता है।
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कल्पना कीजिए कि आपका शरीर एक हलचल भरा शहर है, और किसी भी शहर की तरह, यह भी कचरा पैदा करता है। आमतौर पर, इस कचरे को कुशलतापूर्वक तोड़ा और पुनर्चक्रित (रिसाइकिल) किया जाता है। लेकिन कभी-कभी, शहर की अपशिष्ट प्रबंधन प्रणाली में गड़बड़ी आ जाती है, और "यूरिक एसिड" नामक कचरे का एक विशिष्ट प्रकार जमा होने लगता है। जब ऐसा होता है, तो यह हाइपरयूरिसीमिया (hyperuricemia) नामक एक दर्दनाक स्थिति का कारण बन सकता है, जहाँ आपके जोड़ों में नुकीले क्रिस्टल बन जाते हैं। लंबे समय तक, वैज्ञानिकों ने सोचा कि इसे ठीक करने का एकमात्र तरीका या तो कचरे को बनने से रोकना है या शरीर से इसे बाहर निकालने में मदद करना है। हालाँकि, विज्ञान का एक नया क्षेत्र सूक्ष्म, मित्रवत बैक्टीरिया—प्रोबायोटिक्स—पर नज़र रख रहा है, जो एक विशेष सफाई दल की तरह काम कर सकते हैं, जो वास्तव में समस्या पैदा करने से पहले ही यूरिक एसिड को खा सकते हैं।
यह समझने के लिए कि ये बैक्टीरिया कैसे काम कर सकते हैं, हमें अपशिष्ट निपटान की असेंबली लाइन को देखने की आवश्यकता है। सबसे पहले, "यूरिकेज़" (uricase) नामक एक एंजाइम यूरिक एसिड को एक अव्यवस्थित, अस्थिर मध्यवर्ती (intermediate) 5-hydroxyisourate (HIU) में बदल देता है। यदि इसे अकेला छोड़ दिया जाए, तो HIU एक टिक-टिक करते बम की तरह है; यह अपने आप टूट जाता है और हानिकारक चिंगारियाँ (रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज) पैदा करता है जो शहर को नुकसान पहुँचा सकती हैं। इस आपदा को रोकने के लिए, दूसरा एंजाइम, 5-hydroxyisourate hydrolase (HIUHase), तेजी से HIU को किसी हानिरहित चीज़ में तोड़ने के लिए दौड़ पड़ता है। अब तक, वैज्ञानिक जानते थे कि अधिकांश जीवित जीव एक बहुत ही विशिष्ट, सुप्रसिद्ध प्रकार के HIUHase का उपयोग करते हैं जो एक निश्चित आकार के चार टुकड़ों वाले पहेली (TRP परिवार) जैसा दिखता है। लेकिन क्या होगा अगर हमारे द्वारा खाए जाने वाले बैक्टीरिया में एक अलग तरह का सफाई दल छिपा हो? यही वह रहस्य है जिसे यह शोध पत्र हल करने की कोशिश कर रहा है।
शोधकर्ताओं ने इस अध्ययन में एक विशिष्ट प्रोबायोटिक बैक्टीरिया Lactiplantibacillu plantarum L123 की जांच करने का निर्णय लिया। उन्हें संदेह था कि इस सूक्ष्मजीव के पास एक गुप्त हथियार है: एक जीन (जिसे orf02481 नाम दिया गया है) जो एक अद्वितीय HIUHase को कोड कर सकता है। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने इस विशिष्ट प्रोटीन का बड़े पैमाने पर उत्पादन करने के लिए एक सामान्य लैब बैक्टीरिया (E. coli) के भीतर एक फैक्ट्री बनाई। उन्होंने एंजाइम को सफलतापूर्वक शुद्ध किया, जिसके परिणामस्वरूप एक बहुत ही स्वच्छ नमूना प्राप्त हुआ जिसका वजन लगभग 45 kDa (आणविक भार की एक इकाई) था और यह 95% से अधिक शुद्ध था। जब उन्होंने इसका परीक्षण किया, तो एंजाइम ने काम किया! इसने सफलतापूर्वक अस्थिर HIU को तोड़ दिया, जिससे 30.01 ± 4.90 mU/mg की विशिष्ट गतिविधि दिखाई दी। हालाँकि यह सोयाबीन में पाए जाने वाले एंजाइमों (जो लगभग 10 U/mg होते हैं) जितना तेज़ नहीं है, लेकिन इसने साबित कर दिया कि इस बैक्टीरिया में निश्चित रूप से एक कार्यात्मक HIUHase मौजूद है।
असली जादू तब हुआ जब वैज्ञानिकों ने कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके एंजाइम के ब्लूप्रिंट को देखा। उन्हें उम्मीद थी कि उन्हें वही परिचित चार-टुकड़ों वाला TRP पहेली मिलेगा। इसके बजाय, उन्हें कुछ पूरी तरह से अलग मिला। यह शोध पत्र प्रकट करता है कि यह नया एंजाइम बिल्कुल भी TRP परिवार से संबंधित नहीं है। इसमें सामान्य आनुवंशिक मार्कर नहीं हैं और, कंप्यूटर मॉडल (AlphaFold2) के अनुसार, यह लगभग पूरी तरह से सर्पिल (अल्फा-हेलिस) से बनी एक आकृति में मुड़ता है, जो ज्ञात एंजाइमों की सपाट, शीट जैसी संरचनाओं से बिल्कुल अलग दिखता है।
सबसे आश्चर्यजनक खोज यह थी कि यह नया एंजाइम कैसे काम करता है। मानक TRP एंजाइम सहायकों की एक टीम (एक कैटेलिटिक ट्रायड) का उपयोग करते हैं जिसमें दो हिस्टिडाइन (Histidine) और एक आर्जिनिन (Arginine) शामिल होते हैं। हालाँकि, यह नया एंजाइम एक अलग तिकड़ी का उपयोग करता है: दो हिस्टिडाइन और एक ग्लूटामेट (Glutamate)। कंप्यूटर मॉडल बताते हैं कि यह टीम एक अनूठे तरीके से काम करती है, जो कचरे को पकड़ने और तोड़ने के लिए उपकरणों के एक अलग सेट का उपयोग करती है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह एक लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया से शुद्ध किया गया पहला HIUHase है, और यह एक पूरी तरह से नए संरचनात्मक परिवार (PF02517) से संबंधित है जिसके बारे में वैज्ञानिकों को पता नहीं था कि वे इस विशिष्ट कार्य को कर सकते हैं। यह एक नए प्रजाति के पक्षी की खोज करने जैसा है जो किसी भी अन्य पक्षी के पंखों के आकार का उपयोग करने के बजाय पूरी तरह से अलग पंखों के आकार से उड़ता है, जो यह सिद्ध करता है कि प्रकृति के पास अपशिष्ट निपटान की समस्या को हल करने के लिए एक से अधिक तरीके हैं।
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