সিন্থেটিক বায়োলজি ও মলিকিউলার বায়ো-ইঞ্জিনিয়ারিং (পর্ব ১৩): সিন্থেটিক অণুজীব সম্প্রদায় ও কোরাম সেন্সিং: ইন্টারসেলুলার যোগাযোগ ও বায়ো-ফিল্ম

প্রকৃতিতে কোনো অণুজীব একা বাস করে না; তারা কোটি কোটি সদস্যের এক সমৃদ্ধ জৈবিক সম্প্রদায় গঠন করে বেঁচে থাকে—যেমন মানুষের অন্ত্রের মাইক্রোবায়োম বা মাটির জটিল বাস্তুতন্ত্র। সিন্থেটিক বায়োলজির শুরুতে গবেষকরা কেবল একটি একক কোষকে প্রোগ্রাম করার চেষ্টা করতেন। কিন্তু একটিমাত্র কোষের ওপর ২০-৩০টি জটিল কৃত্রিম জিনের বোঝা চাপালে কোষটি ক্লান্ত হয়ে মারা যায়। আধুনিক বায়ো-ইঞ্জিনিয়ারিং তাই মানুষের সমাজের মতোই একাধিক বিশেষায়িত ব্যাকটেরিয়ার মধ্যে কাজ ভাগ করে দেয়। এই দলবদ্ধতাকে বলা হয় সিন্থেটিক মাইক্রোবায়াল কনসোর্টিয়াম, যা রাসায়নিক কোরাম সেন্সিং (Quorum Sensing)-এর মাধ্যমে পরস্পরের সাথে সার্বক্ষণিক যোগাযোগ রক্ষা করে।

১. কোরাম সেন্সিং গতিবিদ্যা ও LuxI/LuxR সার্কিট

গ্রাম-নেগেটিভ ব্যাকটেরিয়া নিজেদের ঘনত্ব বুঝতে এএইচএল (AHL) নামক ক্ষুদ্র সংকেত অণু ব্যবহার করে। সামুদ্রিক জোনাকি ব্যাকটেরিয়া Vibrio fischeri-র এই সার্কিটের মূল উপাদান দুটি:

1. LuxI এনজাইম: ক্রমাগতভাবে কোষে এএইচএল সংকেত তৈরি করে যা কোষের প্রাচীর ভেদ করে বাইরে ছড়িয়ে পড়ে।
2. LuxR রিসেপ্টর: যখন ব্যাকটেরিয়ার সংখ্যা অনেক বেড়ে যায়, তখন চারপাশের তরলে এএইচএল-এর ঘনত্ব সংকট সীমা অতিক্রম করে। এএইচএল তখন কোষে ঢুকে LuxR-এর সাথে যুক্ত হয়ে সম্মিলিতভাবে কাঙ্ক্ষিত জিনের প্রকাশ ঘটায়।

এই সংকেত অণুর বিস্তার সমীকরণ একটি রিঅ্যাকশন-ডিফিউশন (Reaction-Diffusion) সমীকরণ মেনে চলে:

[
rac{partial S}{partial t} = D
abla^2 S – d_S S + ext{Production}
]

এর ফলে হাজার কোটি ব্যাকটেরিয়া একযোগে একই মুহূর্তে আলো ছড়ানো বা ওষুধ নির্গমনের মতো কাজ শুরু করে।

২. কৃত্রিম টিউরিং প্যাটার্ন (Turing Patterns)

১৯৫২ সালে গণিতবিদ অ্যালান টিউরিং প্রমাণ করেছিলেন যে রাসায়নিক সংকেতের বিচ্ছুরণের পার্থক্যের কারণে প্রকৃতিতে বাঘের চামড়ার ডোরাকাটা বা চিতার ছোপ ছোপ দাগ তৈরি হয়। সিন্থেটিক বায়োলজিস্টরা পেট্রিডিশে ব্যাকটেরিয়ার ভেতর এই গাণিতিক লজিক প্রোগ্রাম করে সুনির্দিষ্ট একক রিং ও টার্গেট আকৃতির বহুকোষী রঙিন নকশা তৈরি করতে সক্ষম হয়েছেন।

৩. মেটাবলিক শ্রম বিভাজন (Division of Labor)

ক্যান্সারের জীবনরক্ষাকারী ওষুধ ট্যাক্সল (Taxol) তৈরি করতে বিশটিরও বেশি রাসায়নিক ধাপের প্রয়োজন। এই সম্পূর্ণ পথ একটি ব্যাকটেরিয়ায় না ঢুকিয়ে প্রথম অর্ধেক E. coli-কে এবং বাকি জটিল অর্ধেক ইস্ট (Yeast) কোষকে দিয়ে করানো হয়। একে অপরের খাদ্য সরবরাহ করার একটি কৃত্রিম নির্ভরতা (Cross-feeding Auxotrophy) তৈরি করে দিলে কোনো মিউট্যান্ট দলচ্যুত হতে পারে না এবং কারখানায় সর্বোচ্চ দক্ষতায় উৎপাদন অব্যাহত থাকে।

শাকিল মাহমুদ সজল

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