Purification and characterization of tyrosinase enzyme from Acinetobacter modestus NIPH 236 for enhanced treatment of petroleum pollutants

तेल आधुनिक उद्योग का जीवन रक्त है, जो हमारी कारों से लेकर हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्लास्टिक तक, सब कुछ संचालित करता है। फिर भी, इस संसाधन को निकालने और शोधित करने की प्रक्रिया एक जहरीली विरासत छोड़ जाती है। सबसे खतरनाक उपोत्पादों में से एक फिनोल (phenol) है, जो तेल रिफाइनरियों के अपशिष्ट जल में उच्च सांद्रता में पाया जाने वाला एक रासायनिक यौगिक है। फिनोल मनुष्यों और पर्यावरण दोनों के लिए अत्यधिक विषैला है, जो पारिस्थितिक तंत्र को नुकसान पहुँचाने और जीवित ऊतकों में उत्परिवर्तन (mutations) पैदा करने में सक्षम है। जबकि इंजीनियरों ने भौतिक फिल्टर या कठोर रसायनों का उपयोग करके इस पानी को साफ करने की लंबे समय से कोशिश की है, ये विधियाँ अक्सर विफल रहती हैं। वे महंगी, ऊर्जा-गहन हो सकती हैं, या बस जिद्दी प्रदूषकों को पूरी तरह से तोड़ने में विफल हो सकती हैं। हालाँकि, प्रकृति एक अलग मार्ग प्रदान करती है। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि कुछ सूक्ष्मजीवों में इन हानिकारक पदार्थों को पचाने की क्षमता होती है, जो 'बायोरेमेडिएशन' (bioremediation) नामक प्रक्रिया के माध्यम से जहर को हानिरहित सामग्री में बदल देते हैं। इस प्राकृतिक सफाई दल की कुंजी अक्सर एक विशिष्ट प्रकार का प्रोटीन होता है जिसे एंजाइम कहा जाता है, जो एक जैविक उत्प्रेरक (catalyst) के रूप में कार्य करता है ताकि उन रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज किया जा सके जो अन्यथा उपयोगी होने के लिए बहुत धीमी होतीं।

एक हालिया अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इस काम के लिए एक नया, अधिक कुशल जैविक उपकरण खोजने का लक्ष्य रखा। उन्होंने अपना ध्यान भारत के मंगलौर में एक पेट्रोकेमिकल रिफाइनरी के आसपास की मिट्टी की ओर लगाया, जहाँ का वातावरण लगातार तेल आधारित प्रदूषकों के संपर्क में रहता है। लक्ष्य इस कठोर मिट्टी से एक विशिष्ट बैक्टीरिया को अलग करना था जो 'टाइरोसिनेस' (tyrosinase) नामक एक शक्तिशाली एंजाइम का उत्पादन कर सके। यह एंजाइम एक कॉपर-युक्त प्रोटीन है जो आणविक कैंची की तरह कार्य करता है, जो फिनोल अणुओं को काटकर उन्हें कम हानिकारक पदार्थों में बदलने में सक्षम है। दयानंद सागर विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के नेतृत्व वाली टीम ने रिफाइनरी की मिट्टी के भीतर छिपे एक शक्तिशाली बैक्टीरिया की सफलतापूर्वक पहचान की। उन्होंने इसे एसीनेटोबैक्टर मोडस (Acinetobacter modestus) NIPH 236 नाम दिया। यह नन्हा जीव न केवल एक जहरीले वातावरण का उत्तरजीवी था; बल्कि यह एक कारखाना भी था, जो उसी सफाई के लिए आवश्यक एंजाइम का निर्माण कर रहा था।

शोधकर्ताओं ने केवल बैक्टीरिया को खोजने पर ही काम नहीं रोका; उन्होंने यह समझने के लिए भी काम किया कि इसे अधिकतम एंजाइम उत्पादन के लिए कैसे प्रेरित किया जाए। उन्होंने बैक्टीरिया के साथ एक फसल की तरह व्यवहार किया, उन्हें तरल ब्रॉथ (broth) के बड़े टैंकों में उगाया और अनुकूल परिस्थितियों को सावधानीपूर्वक समायोजित किया ताकि देखा जा सके कि उनके पनपने के लिए क्या आवश्यक है। उन्होंने अम्लता के विभिन्न स्तरों का परीक्षण किया, और पाया कि जब तरल तटस्थ (neutral) था, यानी pH 7.0 पर, तब बैक्टीरिया ने सबसे अधिक एंजाइम का उत्पादन किया। उन्होंने बैक्टीरिया की शुरुआती मात्रा के साथ प्रयोग किया, और पाया कि अधिकतम उत्पादन के लिए कुल आयतन का केवल 2 प्रतिशत होना ही सबसे सटीक बिंदु (sweet spot) था। उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि बैक्टीरिया क्या खाते हैं। बैक्टीरिया तब सबसे अच्छा विकसित हुए जब उन्हें नाइट्रोजन के स्रोत के रूप में बीफ एक्सट्रैक्ट (beef extract) और चीनी के स्रोत के रूप में माल्टोज (maltose) युक्त आहार दिया गया। शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह थी कि उन्होंने पाया कि खाद्य मिश्रण में सोडियम मोलिब्डेट (sodium molybdate) नामक एक खनिज की सूक्ष्म मात्रा मिलाने से एक शक्तिशाली बूस्टर के रूप में कार्य हुआ, जिससे बैक्टीरिया द्वारा बनाए गए एंजाइम की मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि हुई।

एक बार जब उन्होंने विकास की स्थितियों को अनुकूलित कर लिया, तो टीम अगले चुनौती की ओर बढ़ी: एंजाइम को बैक्टीरिया और उस तरल से अलग करना जिसमें वह उगा था। उन्होंने पदार्थ को शुद्ध करने के लिए भौतिक और रासायनिक चरणों की एक श्रृंखला का उपयोग किया। सबसे पहले, उन्होंने तरल में ठंडा एसीटोन मिलाया, जिससे एंजाइम आपस में जुड़कर घोल से बाहर निकल आया, यह प्रक्रिया वैसी ही है जैसे नमक को पानी से क्रिस्टलीकृत किया जा सकता है। फिर उन्होंने इस मिश्रण को छोटे मोतियों से भरे एक कॉलम से गुजारा, जो आकार के आधार पर प्रोटीन को छाँटने के लिए एक छलनी की तरह कार्य करता था। इस प्रक्रिया ने सफलतापूर्वक टाइरोसिनेस को अलग किया, जिससे पता चला कि यह एक एकल, शुद्ध प्रोटीन है जिसका आणविक भार 75 किलोडालटन (kilodaltons) है। यह एंजाइम के आकार का एक माप है, जो दर्शाता है कि यह एक पर्याप्त अणु है, जो लगभग एक छोटे प्रोटीन कॉम्प्लेक्स के आकार का है। शुद्ध किया गया एंजाइम 30 से 40 डिग्री सेल्सियस के तापमान के बीच स्थिर और सक्रिय था, जो कई जैविक प्रक्रियाओं के लिए एक आरामदायक सीमा है, और इसने उसी तटस्थ pH 7.0 पर सबसे अच्छा काम किया।

अंतिम परीक्षण यह देखना था कि क्या यह शुद्ध किया गया एंजाइम वास्तव में वास्तविक दुनिया के प्रदूषण को साफ कर सकता है। इसके लिए, शोधकर्ताओं को एंजाइम की रक्षा करनी थी ताकि इसे पुन: उपयोग किया जा सके और यह बह न जाए। उन्होंने एंजाइम को सोडियम एल्जिनेट (sodium alginate) से बने छोटे मोतियों के भीतर कैद किया, जो समुद्री शैवाल से प्राप्त एक जेल जैसा पदार्थ है। इस प्रक्रिया को एक नाजुक उपकरण को एक सुरक्षात्मक पिंजरे के भीतर रखने के रूप में समझें जो अभी भी उसे काम करने की अनुमति देता है। फिर उन्होंने इन मोतियों को फिनोल से दूषित पानी में डाल दिया। परिणाम आश्चर्यजनक थे। चार घंटे की अवधि के दौरान, इन स्थिर (immobilized) एंजाइम मोतियों ने पानी से 95.5 प्रतिशत फिनोल को हटा दिया। यह दक्षता वर्तमान में उपयोग की जाने वाली कई विधियों की तुलना में काफी अधिक है, जो अक्सर आधे प्रदूषक को हटाने में भी संघर्ष करती हैं। अध्ययन बताता है कि यह विशिष्ट बैक्टीरिया, एसीनेटोबैक्टर मोडस NIPH 236, और इसके द्वारा उत्पादित एंजाइम, तेल रिफाइनरियों के अपशिष्ट जल के उपचार के लिए एक अत्यधिक प्रभावी, पर्यावरण के अनुकूल समाधान हो सकता है। इस सूक्ष्मजीव की प्राकृतिक शक्ति का उपयोग करके, उद्योग जल्द ही उस ऊर्जा से उत्पन्न होने वाले जहरीले उपोत्पादों से अपने पानी की रक्षा करने का एक सस्ता और स्वच्छ तरीका पा सकते हैं।