Soybean protein isolate modulates monacolin K accumulation in a high producing Monascus purpureus mutant obtained by ARTP mutagenesis
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि 3% सोयाबीन प्रोटीन आइसोलेट के साथ एक ARTP-प्रेरित उच्च-उपज वाले *Monascus purpureus* उत्परिवर्ती (म्यूटेंट) का पूरक करने से केंद्रीय कार्बन और कोएंजाइम चयापचय में शामिल जीन को अपरेगुलेट करके मोनाकोलिन K के संचय में महत्वपूर्ण वृद्धि होती है।
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किण्वन (fermentation) की दुनिया में, सूक्ष्म कवक अक्सर उन खाद्य पदार्थों और औषधियों के पीछे अनसुने नायक होते हैं जो मानव स्वास्थ्य को आकार देते हैं। ऐसा ही एक कवक, जिसे वैज्ञानिक रूप से मोनासकस परप्यूरस (Monascus purpureus) के रूप में जाना जाता है, सदियों से रेड यीस्ट राइस बनाने के लिए उपयोग किया जाता रहा है, जो एशियाई व्यंजनों का एक मुख्य हिस्सा है और कोलेस्ट्रॉल कम करने के लिए एक प्राकृतिक स्रोत के रूप में भी काम करता है। इस लाभ की कुंजी इस कवक द्वारा उत्पादित एक विशिष्ट यौगिक है जिसे मोनाकोलिन के (monacolin K) कहा जाता है, जो शरीर की अतिरिक्त कोलेस्ट्रॉल बनाने की क्षमता को रोककर काम करता है। हालाँकि, प्रकृति शायद ही कभी पूर्ण होती है; इस कवक के विभिन्न स्ट्रेन (strains) इस सहायक यौगिक की अलग-अलग मात्रा का उत्पादन करते हैं, और कुछ दुर्भाग्यवश इसके साथ सिट्रिनिन (citrinin) नामक एक हानिकारक विष भी पैदा करते हैं। रेड यीस्ट राइस को अधिक सुरक्षित और प्रभावी बनाने के लिए, वैज्ञानिक लंबे समय से इस कवक को 'अच्छी चीज़' अधिक बनाने के लिए प्रेरित करने के तरीके खोज रहे हैं, जबकि 'बुरी चीज़' को दूर रखा जा सके। वे कवक को बेहतर खिलाने के तरीके भी खोजते हैं, यह समझते हुए कि जिस तरह एक मनुष्य का आहार उनके स्वास्थ्य को प्रभावित करता है, उसी तरह सूक्ष्मजीवों के लिए उपलब्ध पोषक तत्व यह निर्धारित करते हैं कि वे क्या बना सकते हैं और कितनी अच्छी तरह बढ़ सकते हैं।
किलू यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी (Qilu University of Technology) और शानडोंग फूड फर्मेंटेशन इंडस्ट्री रिसर्च एंड डिजाइन इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने हाल ही में दो शक्तिशाली रणनीतियों को जोड़कर इस चुनौती का सामना किया: आनुवंशिक सुधार और पोषण संबंधी ट्यूनिंग। सबसे पहले, उन्होंने कवक के आनुवंशिक कोड को धीरे से बदलने के लिए वायुमंडलीय और कमरे के तापमान वाले प्लाज्मा उत्परिवर्तन (mutagenesis) नामक तकनीक का उपयोग किया। इस प्रक्रिया में, जिसमें सूक्ष्मजीवों को एक विशेष प्रकार की आयनित गैस के संपर्क में लाया जाता है, उनके डीएनए में यादृच्छिक परिवर्तन किए जाते हैं, जो बिल्कुल वैसा ही है जैसे ताश के पत्तों की गड्डी को फेंटना ताकि यह देखा जा सके कि क्या कोई बेहतर हाथ निकल कर आता है। इस फेंटे गए पत्तों के सेट में से, उन्होंने एक नया उत्परिवर्ती स्ट्रेन (mutant strain) चुना, जिसका नाम Y1 रखा गया, जो एक उत्कृष्ट उत्पादक साबित हुआ। इस नए स्ट्रेन ने अपने मूल स्ट्रेन की तुलना में कोलेस्ट्रॉल कम करने वाले यौगिक का काफी अधिक उत्पादन किया, फिर भी यह सुरक्षित रहा और इसमें हानिकारक विष के उत्पादन के कोई संकेत नहीं मिले।
एक बेहतर स्ट्रेन हाथ में होने के साथ, टीम ने एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछा: क्या इस कवक को एक विशिष्ट प्रकार का प्रोटीन खिलाने से इसके उत्पादन में और वृद्धि हो सकती है? वे सोयाबीन प्रोटीन आइसोलेट (soybean protein isolate) की ओर मुड़े, जो सोया प्रोटीन का एक अत्यधिक सांद्रित रूप है और अक्सर खाद्य निर्माण में उपयोग किया जाता है। चावल के आधार (substrate) में, जिस पर कवक बढ़ रहा था, इस प्रोटीन की विभिन्न मात्रा जोड़ने से, उन्होंने एक स्पष्ट 'स्वीट स्पॉट' (अनुकूल बिंदु) की खोज की। जब उन्होंने वजन के अनुसार तीन प्रतिशत सोयाबीन प्रोटीन आइसोलेट मिलाया, तो कवक ने चावल के प्रति ग्राम 19.38 मिलीग्राम लाभकारी यौगिक का उल्लेखनीय उत्पादन किया। यह उस मात्रा से दोगुने से भी अधिक था जो बिना अतिरिक्त प्रोटीन जोड़े उत्पन्न हुआ था। हालाँकि, यह संबंध केवल "अधिक मतलब बेहतर" वाला परिदृश्य नहीं था; तीन प्रतिशत के निशान से अधिक प्रोटीन जोड़ने से वास्तव में उत्पादन में गिरावट आई, जिससे पता चलता है कि कवक को फलने-फूलने के लिए एक सटीक पोषण संतुलन की आवश्यकता होती है।
यह समझने के लिए कि प्रोटीन की यह विशिष्ट मात्रा इतनी अच्छी तरह क्यों काम कर रही थी, वैज्ञानिकों ने ट्रांसक्रिप्टोमिक्स (transcriptomics) नामक एक विधि का उपयोग करके कवक की कोशिकाओं के भीतर झाँका, जो उन निर्देशों को पढ़ता है जिनका सेल वर्तमान में सक्रिय रूप से उपयोग कर रहा है। उन्होंने बिना प्रोटीन वाले समूह के मुकाबले अनुकूल प्रोटीन खुराक के साथ विकसित कोशिकाओं की तुलना की। परिणामों ने खुलासा किया कि प्रोटीन के जुड़ने से कवक के आंतरिक संचालन में एक बड़ा बदलाव आया। प्रोटीन के जुड़ने से लगभग दो हजार जीन सक्रिय या निष्क्रिय होकर बदल गए। सबसे महत्वपूर्ण परिवर्तन उन मार्गों (pathways) में हुए जिनका उपयोग कवक शर्करा को तोड़ने और अपनी ऊर्जा प्रबंधित करने के लिए करता है। प्रोटीन ने कार्बोहाइड्रेट को ईंधन में बदलने वाली मशीनरी को जगा दिया, जिससे प्रभावी रूप से कोशिका को एक अधिक कुशल इंजन मिल गया।
इसके अलावा, अध्ययन ने इस बात पर प्रकाश डाला कि प्रोटीन ने कवक को उसके रासायनिक निर्माण खंडों (building blocks) को प्रबंधित करने में कैसे मदद की। एक विशिष्ट प्रकार की 'रिड्यूसिंग पावर' (reducing power)—जो जटिल अणुओं को बनाने के लिए आवश्यक कोशिकीय ऊर्जा का एक रूप है—को बनाने वाले जीन सक्रिय हो गए। यह सुझाव देता है कि सोयाबीन प्रोटीन ने केवल कवक को खिलाया ही नहीं; बल्कि इसने कोशिका के संपूर्ण चयापचय नेटवर्क (metabolic network) को पुनर्गठित कर दिया ताकि वह कोलेस्ट्रॉल कम करने वाले यौगिक के निर्माण को प्राथमिकता दे सके। कवक ने अनिवार्य रूप से अपने संसाधनों को पुनर्निर्देशित किया, जिससे लाभकारी अणु के उत्पादन लाइन की ओर अधिक ऊर्जा और कच्चा माल प्रवाहित हुआ। यह शोध किण्वन के भविष्य के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है, जो दिखाता है कि एक मजबूत स्ट्रेन को सावधानीपूर्वक चुनने और फिर उसके आहार को सूक्ष्म रूप से ट्यून करके, हम सुरक्षा से समझौता किए बिना मूल्यवान प्राकृतिक औषधियों के उत्पादन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा सकते हैं।
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