वनस्पतींद्वारे ग्लायफोसेटच्या विघटनाची आण्विक यंत्रणा उघड झाली.

७००,००० टनांपेक्षा जास्त वार्षिक उत्पादनासह, ग्लायफोसेट हे जगातील सर्वाधिक वापरले जाणारे आणि सर्वात मोठे तणनाशक आहे. ग्लायफोसेटच्या गैरवापरामुळे निर्माण होणारी तणांची प्रतिकारशक्ती आणि पर्यावरणाला व मानवी आरोग्याला असलेले संभाव्य धोके याकडे मोठे लक्ष वेधले गेले आहे. 

२९ मे रोजी, हुबेई विद्यापीठाच्या जीवन विज्ञान विद्याशाखा आणि प्रांतीय व मंत्रालयीन विभागांनी संयुक्तपणे स्थापन केलेल्या 'स्टेट की लॅबोरेटरी ऑफ बायोकेटॅलिसिस अँड एन्झाइम इंजिनिअरिंग'मधील प्राध्यापक गुओ रुईटिंग यांच्या टीमने 'जर्नल ऑफ हॅझार्डस मटेरियल्स'मध्ये एक नवीन शोधनिबंध प्रकाशित केला. या शोधनिबंधात, भातशेतीतील एक घातक तण असलेल्या 'बार्नयार्ड ग्रास'पासून मिळवलेले अल्डो-कीटो रिडक्टेज AKR4C16 आणि AKR4C17 हे ग्लायफोसेटच्या विघटनाच्या अभिक्रिया यंत्रणेला उत्प्रेरित करतात, याचे प्रथमच विश्लेषण केले आहे. तसेच, आण्विक बदलाद्वारे AKR4C17 मुळे ग्लायफोसेटच्या विघटनाची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात सुधारते.

ग्लायफोसेट प्रतिकारशक्ती वाढत आहे.

१९७० च्या दशकात सादर झाल्यापासून, ग्लायफोसेट जगभर लोकप्रिय झाले आहे आणि हळूहळू ते सर्वात स्वस्त, सर्वाधिक वापरले जाणारे आणि सर्वात प्रभावी ब्रॉड-स्पेक्ट्रम तणनाशक बनले आहे. ते वनस्पतींच्या वाढीमध्ये आणि चयापचयामध्ये सामील असलेल्या ५-एनोलपायरूव्हिलशिकीमेट-३-फॉस्फेट सिंथेस (EPSPS) या प्रमुख एन्झाइमला विशेषतः प्रतिबंधित करून, तणांसह वनस्पतींमध्ये चयापचय विकार आणि मृत्यू घडवून आणते.

त्यामुळे, ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक जनुकीय सुधारित पिकांची निर्मिती करणे आणि शेतात ग्लायफोसेटचा वापर करणे हा आधुनिक शेतीमधील तण नियंत्रणाचा एक महत्त्वाचा मार्ग आहे. 

मात्र, ग्लायफोसेटच्या व्यापक वापरामुळे आणि गैरवापरामुळे, अनेक तणांमध्ये हळूहळू उत्क्रांती होऊन ग्लायफोसेट सहन करण्याची उच्च क्षमता विकसित झाली आहे.

याव्यतिरिक्त, ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक जनुकीय सुधारित पिके ग्लायफोसेटचे विघटन करू शकत नाहीत, परिणामी पिकांमध्ये ग्लायफोसेट जमा होतो आणि त्याचे संक्रमण होते, जे अन्नसाखळीद्वारे सहज पसरून मानवी आरोग्यास धोका निर्माण करू शकते. 

त्यामुळे, ग्लायफोसेटचे विघटन करू शकणाऱ्या जनुकांचा शोध घेणे तातडीचे आहे, जेणेकरून कमी ग्लायफोसेट अवशेष असलेली आणि उच्च ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक जनुकीय सुधारित पिके विकसित करता येतील.

वनस्पतींपासून मिळवलेल्या ग्लायफोसेट-विघटन करणाऱ्या एन्झाइम्सची स्फटिक रचना आणि उत्प्रेरक अभिक्रिया यंत्रणा उलगडणे

२०१९ मध्ये, चिनी आणि ऑस्ट्रेलियन संशोधन पथकांनी ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक बार्नयार्ड गवतामधून AKR4C16 आणि AKR4C17 हे दोन ग्लायफोसेट-विघटन करणारे अल्डो-कीटो रिडक्टेस प्रथमच ओळखले. ते NADP+ चा सहघटक म्हणून वापर करून ग्लायफोसेटचे विघटन करून बिनविषारी अमिनोमेथिलफॉस्फोनिक आम्ल आणि ग्लायऑक्सिलिक आम्ल तयार करू शकतात.

AKR4C16 आणि AKR4C17 ही वनस्पतींच्या नैसर्गिक उत्क्रांतीद्वारे तयार झालेली, ग्लायफोसेटचे विघटन करणारी पहिली नोंदवलेली एन्झाइम्स आहेत. त्यांच्याद्वारे होणाऱ्या ग्लायफोसेटच्या विघटनाच्या आण्विक यंत्रणेचा अधिक शोध घेण्यासाठी, गुओ रुईटिंगच्या टीमने एक्स-रे क्रिस्टलोग्राफीचा वापर करून या दोन एन्झाइम्स आणि कोफॅक्टर हाय यांच्यातील संबंधाचे विश्लेषण केले. या विश्लेषणातून मिळालेल्या जटिल संरचनेमुळे ग्लायफोसेट, NADP+ आणि AKR4C17 यांच्या त्रिकीय कॉम्प्लेक्सच्या बंधन पद्धतीवर प्रकाश पडला आणि AKR4C16 व AKR4C17 द्वारे होणाऱ्या ग्लायफोसेट विघटनाच्या उत्प्रेरक अभिक्रिया यंत्रणेचा प्रस्ताव मांडण्यात आला.

AKR4C17/NADP+/ग्लायफोसेट कॉम्प्लेक्सची रचना आणि ग्लायफोसेटच्या विघटनाची प्रतिक्रिया यंत्रणा.

आण्विक फेरबदलामुळे ग्लायफोसेटच्या विघटनाची कार्यक्षमता सुधारते.

AKR4C17/NADP+/ग्लायफोसेटचे उत्कृष्ट त्रिमितीय संरचनात्मक मॉडेल मिळवल्यानंतर, प्राध्यापक गुओ रुईटिंग यांच्या टीमने एन्झाइम संरचना विश्लेषण आणि तर्कसंगत डिझाइनद्वारे ग्लायफोसेटच्या विघटनाच्या कार्यक्षमतेत 70% वाढ असलेले AKR4C17F291D हे उत्परिवर्तित प्रथिन मिळवले.

AKR4C17 म्युटंट्सच्या ग्लायफोसेट-विघटन क्षमतेचे विश्लेषण.

"आमच्या संशोधनातून AKR4C16 आणि AKR4C17 द्वारे ग्लायफोसेटच्या विघटनाला उत्प्रेरित करण्याची आण्विक यंत्रणा उघड झाली आहे, ज्यामुळे ग्लायफोसेटच्या विघटनाची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी AKR4C16 आणि AKR4C17 मध्ये पुढील बदल करण्याकरिता एक महत्त्वाचा पाया घातला गेला आहे." या शोधनिबंधाचे संबंधित लेखक, हुबेई विद्यापीठाचे सहयोगी प्राध्यापक दाई लोंगहाई म्हणाले की, त्यांनी सुधारित ग्लायफोसेट विघटन कार्यक्षमतेसह AKR4C17F291D नावाचे एक उत्परिवर्तित प्रथिन तयार केले आहे, जे कमी ग्लायफोसेट अवशेषांसह उच्च ग्लायफोसेट-प्रतिरोधक जनुकीय सुधारित पिकांच्या लागवडीसाठी आणि पर्यावरणातील ग्लायफोसेटचे विघटन करण्यासाठी सूक्ष्मजैविक अभियांत्रिकी जीवाणूंचा वापर करण्याकरिता एक महत्त्वाचे साधन उपलब्ध करते.

असे वृत्त आहे की, गुओ रुईटिंग यांचा संघ पर्यावरणातील विषारी आणि हानिकारक पदार्थांच्या जैवविघटनकारी एन्झाइम्स, टर्पेनॉइड सिंथेसेस आणि औषध लक्ष्य प्रथिनांच्या संरचना विश्लेषण आणि कार्यप्रणालीच्या चर्चेवर दीर्घकाळापासून संशोधन करत आहे. या संघातील ली हाओ, सहयोगी संशोधक यांग यू आणि व्याख्याता हू युमेई हे या शोधनिबंधाचे सह-प्रथम लेखक आहेत, तर गुओ रुईटिंग आणि दाई लोंगहाई हे सह-संबंधित लेखक आहेत.