প্রোটিনের জটিল ত্রিমাত্রিক ভাঁজ ও পারমাণবিক মিথস্ক্রিয়া এতটাই সূক্ষ্ম যে কেবল কম্পিউটার স্ক্রিনে অঙ্ক কষে নিখুঁত এনজাইম ডিজাইন করা মানব মস্তিষ্কের জন্য প্রায়ই অসম্ভব হয়ে পড়ে। যখন যৌক্তিক নকশা আটকে যায়, সিন্থেটিক বায়োলজি তখন শরণাপন্ন হয় মহাবিশ্বের সর্বকালের সর্বশ্রেষ্ঠ অপ্টিমাইজেশন অ্যালগরিদমের কাছে: ডারউইনের প্রাকৃতিক নির্বাচন। ২০১৮ সালে রসায়নে নোবেল বিজয়ী ফ্রান্সেস আর্নল্ডের আবিষ্কৃত নির্দেশিত বিবর্তন (Directed Evolution) কোটি কোটি বছরের প্রাকৃতিক বিবর্তনকে মাত্র কয়েক দিনের ল্যাবরেটরি প্রক্রিয়ায় রূপান্তর করেছে। এই পর্বে আমরা ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপ এবং ডেভিড লিউয়ের স্বয়ংক্রিয় পেস (PACE) প্রযুক্তি প্রতিপাদন করব।

১. নির্দেশিত বিবর্তনের চক্র ও ফিটনেস ল্যান্ডস্কেপ

নির্দেশিত বিবর্তন একটি পুনরাবৃত্তিমূলক প্রকৌশল চক্র মেনে চলে:

[
ext{মূল জিন} xrightarrow{ ext{মিউটাজেনেসিস}} ext{ভ্যারিয়েন্ট লাইব্রেরি } (১০^৮) xrightarrow{ ext{সিলেকশন}} ext{উন্নত এনজাইম} xrightarrow{ ext{পুনরাবৃত্তি}} ext{চূড়ান্ত এনজাইম}
]

একটি এনজাইমের কোটি কোটি সম্ভাব্য সিকোয়েন্সের মহাজাগতিক স্পেসে সেরা কার্যকারিতা খুঁজে পেতে দুটি মূল কৌশল ব্যবহৃত হয়:

  1. এরর-প্রোন পিসিআর (epPCR): পিসিআর বিক্রিয়ায় ম্যাঙ্গানিজ আয়ন (( ext{Mn}^{2+})) যোগ করে পলিমারেজের কাজের বিশ্বস্ততা ইচ্ছাকৃতভাবে কমিয়ে প্রতি জিনে ১-৩টি অনিচ্ছাকৃত মিউটেশন তৈরি করা হয়।
  2. ডিএনএ শাফল বা রিকম্বিনেশন: একাধিক উন্নত মিউট্যান্ট জিনের অংশগুলো কেটে নতুন করে জোড়া লাগানো হয়, যা ভালো মিউটেশনগুলোকে একত্রিত করে ক্ষতিকরগুলোকে মুছে ফেলে।

২. পেস (PACE): স্বয়ংক্রিয় ধারাবাহিক বিবর্তন প্রযুক্তি

সনাতন পদ্ধতিতে প্রতি চক্রের সিলেকশনে মানুষের কয়েক দিন সময় ব্যয় হতো। ২০১১ সালে ডেভিড লিউ উদ্ভাবন করেন Phage-Assisted Continuous Evolution (PACE)—যা মানুষের কোনো হাতের স্পর্শ ছাড়াই দিনে ডজন ডজন বিবর্তন চক্র সম্পন্ন করে:

  • সিলেকশন ফাজ (SP): ব্যাকটেরিওফাজ M13-এর শরীর থেকে এর বেঁচে থাকার জন্য অপরিহার্য প্রোটিন Gene III ((pIII)) মুছে দিয়ে সেখানে গবেষণার কাঙ্ক্ষিত জিনটি বসিয়ে দেওয়া হয়।
  • হোস্ট কোষ ও এক্সেসরি প্লাজমিড: হোস্ট E. coli ব্যাকটেরিয়ার ভেতর (pIII) জিনটি এমন এক সুইচের সাথে জুড়ে দেওয়া হয়, যা কেবল তখনই অন হবে যখন ফাজের ভেতরে থাকা কাঙ্ক্ষিত জিনটি সফলভাবে কাজ করবে।
  • মিউটাজেনেসিস প্লাজমিড: কোষে মিউটেশনের হার ৩ লক্ষ গুণ বাড়িয়ে দেয়।

৩. লাগুন কেমোস্ট্যাট গতিবিদ্যা (The Lagoon)

একটি বিশেষ পাত্র বা লাগুন (Lagoon)-এ প্রতিনিয়ত নতুন ফ্রেশ ব্যাকটেরিয়া প্রবেশ করে এবং ব্যবহৃত তরল দ্রুত বের হয়ে যায়। যে সকল ফাজ সঠিক এনজাইম তৈরি করতে ব্যর্থ হয়ে (pIII) তৈরি করতে পারে না, তারা সংক্রামক হতে না পেরে তরল স্রোতে ধুয়ে মুছে যায় (Washout)। কেবল সফলভাবে বিবর্তিত ফাজগুলোই বেঁচে থাকে। এই প্রযুক্তিতে মাত্র এক সপ্তাহে একটি প্রোটিনের শত শত প্রজন্মের বিবর্তন ঘটিয়ে সম্পূর্ণ নতুন শক্তির এনজাইম তৈরি করা সম্ভব।

শাকিল মাহমুদ সজল

শাকিল মাহমুদ সজল

সফটওয়্যার প্রকৌশলী ও লেখক, ঢাকা, বাংলাদেশ। কম্পিউটার বিজ্ঞান, পদার্থবিজ্ঞান, ইতিহাস ও ভাবনার সমন্বয়ে ব্যক্তিগত নোট ও প্রবন্ধ সংকলন।