संश्लेषी जीवविज्ञान ही जैवतंत्रज्ञानाची उपशाखा असून तिचे स्वरूप उपयोजित प्रकारचे आहे. अभियांत्रिकी तत्त्वांचा जीवविज्ञानात वापर करून सध्या अस्तित्त्वात नसलेल्या जैविक घटकांची कृत्रिमपणे निर्मिती करणे हे या शाखेचे एक प्रमुख उद्दिष्ट आहे. तसेच कोणतातरी उपयोगी जैवरासायनिक घटक अथवा पदार्थ बनवण्यासाठी या शाखेत निसर्गात अस्तित्त्वात असलेल्या सजीव प्रणालींची पुनर्रचना केली जाते. यातील संशोधन बहुविद्याशाखीय असून जीवविज्ञानातील ती तुलनेने अलिकडील प्रगती आहे. संश्लेषी जीवविज्ञानातील उद्दिष्टे आणि व्याप्ती यात वैविध्य असून अद्याप या शाखेची निश्चित अशी व्याख्या तयार झालेली नाही.
संश्लेषी जीवविज्ञानाला जरी गेल्या दोन ते तीन दशकांमध्ये वेग आला असला तरी त्या दिशेने विचार मागील शतकाच्या मध्यालाच सुरू झाला होता. अमेरिकन रसायनशास्त्रज्ञ स्टान्ले मिलर (Stanley Miller) यांचा १९५३ मधील ‘मिलर-युरे प्रयोग’ हा संश्लेषी जीवविज्ञानाच्या संदर्भात महत्त्वाचा टप्पा होता. सजीवांचा उगम कसा झाला याचा शोध घेताना त्यांनी मिथेन व अमोनिया यांच्या मिश्रणातून कृत्रिम ॲमिनो अम्लाची निर्मिती केली. भारतीय वंशाचे अमेरिकन जीवरसायनशास्त्रज्ञ हरगोबिंद खोराना (Har Gobind Khorana) यांनी १९७९ मध्ये किण्वाच्या (यीस्ट) एका जनुकाचे डीएनए रेणू कृत्रिमपणे प्रयोगशाळेत तयार केले. त्यांच्या या कामगिरीने कृत्रिम जनुक बनवण्याचा मार्ग खुला झाला. सन १९७० नंतर पर्यावरणविषयक समस्यांवरील उपायांसाठी जनुक अभियांत्रिकीचा उपयोग करणे सुरू झाले. १९७२ मध्ये हायड्रोकार्बन शृंखलांचे विघटन करू शकेल अशा स्यूडोमोनास जीवाणूची निर्मिती करण्यात आली, हे त्याचे पहिले उदाहरण आहे. गेल्या शतकाच्या अखेरीस संश्लेषी जीवविज्ञानातील प्रगतीला वेग आला आणि नवनवीन दिशांनी प्रयोग केले जाऊ लागले.
डीएनए रेणूंमधील न्यूक्लिओटाइडची क्रमवारी ठरवणे आणि त्यांचे संश्लेषण करणे यासाठी लागणाऱ्या तंत्रज्ञानातील विलक्षण प्रगतीमुळे सध्या जीवाणूंमधील डीएनए रेणूंचे हवे तसे आराखडे तयार करणे शक्य झाले आहे. औषधे, जैविक इंधन, अन्नपदार्थ, औद्योगिक क्षेत्रातील विशिष्ट रसायने आणि अनेक प्रकारच्या जैविक घटकांची (उदा., जैवसंवेदक) निर्मिती इत्यादींसाठी संश्लेषित डीएनए रेणू तयार करणे व ते वापरू शकणाऱ्या सजीव पेशीही बनवणे एवढा संश्लेषी जीवविज्ञानाचा आवाका मोठा झाला आहे. संश्लेषी जीवविज्ञानातील संशोधनाचे खालील प्रकारांत वर्गीकरण करता येते (पहा : तक्ता).
| अ. क्र. | संशोधनाचा प्रकार | व्याप्ती व स्वरूप |
| १. | डीएनए रेणू संश्लेषण | जनुकांची ओळख पटवणे व नवीन जैविक प्रणालींसाठी आवश्यक डीएनए घटकांचे आराखडे बनवून त्यांचे संश्लेषण करणे. |
| २. | अनैसर्गिक प्रणाली | विस्तारीत जनुक संकेत, अनियमित ॲमिनो अम्ले (Non-cannonical Amino Acids) वापरून प्रथिने बनवणे. तसेच कृत्रिमपणे बनवलेली ऑर्थोगोनल रायबोसोम (Orthogonal ribosome) प्रणाली व कृत्रिम केंद्रकीय अम्लांची निर्मिती (उदा., थ्रेओज केंद्रकीय अम्ल) करणे. |
| ३. | स्वनिर्मितीक्षम रासायनिक प्रणाली | स्वनिर्मितीक्षम आरएनए प्रणाली तसेच आदिपेशी (Protocells) बनवणे. |
| ४. | न्यूनतम पेशी (Minimal cells) | कमीतकमी जनुकसंच असलेल्या पेशी अथवा कोशिका निर्माण करणे. |
| ५. | प्रगत प्रथिन अभियांत्रिकी | प्रथिन रचना व संपूर्ण चयापचय प्रक्रियांचे आराखडे बनवणे. |
| ६. | अभियांत्रिकीवर आधारित प्रयोग | संगणकाचा वापर करून जैवरासायनिक प्रक्रिया, सजीव प्रणाली व संशोधनासाठी उपयेागी विविध सजीवांची प्रारूपे बनवणे. |
अमेरिकेतील जे. क्रेग व्हेंटर इन्स्टिट्यूट (JCVI; J. Craig Venter Institute) ही संस्था संश्लेषी जीवविज्ञानाच्या क्षेत्रात अग्रेसर आहे. या संस्थेतील वैज्ञानिकांनी २००३ मध्ये फायएक्स१७४ (φX174) या जीवाणूभक्षक (Bacteriophage) विषाणूचा संसर्ग करू शकणारा संपूर्णपणे कृत्रिम डीएनए रेणू तयार केला. बर्कली येथील कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील प्राध्यापक जे. किसलिंग (Jay D. Keasling) यांच्या चमूने २००३ मध्ये आर्टेमिसिनीन (Artemisinin) निर्मितीसाठी आवश्यक घटकांचे जनुक आर्टेमिसिया अनुआ (Artemisia annua) या वनस्पतीतून मिळवले आणि एश्चेरिकिया कोलाय (Escherichia coli) या जीवाणूत व सॅक्रोमायसीज सेरेव्हिसीआय (Saccharomyces cerevisiae) या किण्व पेशीत हस्तांतरित करण्यात यश मिळवले. हिवतापाच्या उपचारांसाठी वापरले जाणारे आर्टेमिसिनीन हे औषध तयार करण्यासाठी लागणारा मूळ घटक वनस्पतीजन्य आहे. यानंतर २०१३ मध्ये सनोफी (Sanofi) या अमेरिकन कंपनीने संश्लेषित किण्व पेशींपासून मोठ्या प्रमाणावर आर्टेमिसिनीन तयार करण्यास सुरुवात केली. मानवी समस्या दूर करण्यासाठी संश्लेषी जीवविज्ञानाच्या प्रत्यक्ष उपयुक्ततेचे हे ठळक उदाहरण आहे.
जे. क्रेग व्हेंटर इन्स्टिट्यूटमधील वैज्ञानिकांनी संश्लेषी जीवविज्ञानाच्या प्रगतीचे नवनवीन टप्पे साध्य केले आहेत. त्यांनी २००७ मध्ये मायकोप्लाझ्मा मायकॉइड्स (Mycoplasma mycoides) या जीवाणूच्या संपूर्ण जनुकसंचाचे मायकोप्लाझ्मा कॅप्रिकोलम (Mycoplasma capricolum) या जीवाणूमध्ये यशस्वी रोपण केले. तसेच २००८ मध्ये मायकोप्लाझ्मा जेनिटॅलियम (Mycoplasma genitalium) जीवाणूचा जनुकसंच पूर्णपणे कृत्रिम पद्धतीने तयार केला. त्यांनी जीवाणूच्या या प्रकाराला ‘मायकोप्लाझ्मा जेनिटॅलियम JCVI-1.0’ असे नाव दिले. त्याचप्रमाणे २०१० मध्ये तेथील वैज्ञानिकांनी पहिल्या संश्लेषित सजीवाची घोषणा केली. त्यांनी प्रयोगशाळेत रासायनिक पद्धतीने १० लाख ८० हजार आधारक जोड्या (Base pair) असलेला डीएनए रेणू तयार केला आणि तो मायकोप्लाझ्मा मायकॉइड्स या जीवाणूमध्ये बसवला. पूर्णपणे कृत्रिम जनुकसंच असलेल्या या जीवाणूला ‘JCVI-Syn1.0’ असे नाव देण्यात आले. याच जीवाणूला मायकोप्लाझ्मा लॅबोरेटोरियम (Mycoplasma laboratorium) अथवा सिंथिया (Synthia) असेही नाव आहे. अशा कृत्रिम जीवाणूंचा भविष्य काळात जैवइंधने अथवा हायड्रोजन वायू तयार करण्यासाठी उपयोग करता येईल अशी त्यांची कल्पना आहे.
संश्लेषी जीवविज्ञान आणि औद्योगिक जैवतंत्रज्ञान यांचा जवळचा संबंध आहे. या क्षेत्रात सध्या अनेक कंपन्या असून त्यांच्यात संशोधन व विकासाचे काम केले जात आहे. या क्षेत्रात हुशार तरूण संशोधकांना वाव मिळावा व त्यांच्याकडून नावीन्यपूर्ण कल्पना मिळाव्यात म्हणून २००४ पासून iGEM (International Genetically Engineered Machine) नावाच्या एका स्पर्धेचे आयोजन केले जाते. २०१९ मध्ये चाळीस देशांमधील ६,३७५ तरूण संशोधकांनी या स्पर्धेत सहभाग घेतला होता.
कोणत्याही तंत्रज्ञानाप्रमाणे संश्लेषी जीवविज्ञानातही काही जोखमीचे मुद्दे आहेत. संश्लेषी जीवविज्ञानाची शक्यता दिसू लागल्यापासून कृत्रिम सजीव निर्मिती तसेच त्यातील धोके व संशोधनातील नैतिक मूल्ये या विषयांवर चर्चा सुरू झाली. विशेषत: स्वनिर्मितीक्षम जैवरासायनिक प्रणाली प्रयोगशाळेबाहेरील पर्यावरणात कसे वर्तन करेल किंवा संश्लेषित सजीवांमध्ये अनपेक्षित गुणधर्म उद्भवतील का, या संदर्भात विविध वैज्ञानिक मंचांवर विचार विनिमय सातत्याने केला जात आहे.
पहा : जे. क्रेग व्हेंटर इन्स्टिट्यूट, मायकोप्लाझ्मा लॅबोरेटोरियम, हरगोबिंद खोराना.
संदर्भ :
- https://library.wub.edu.bd/assets/images/repository_old/Synthetic_Biology.pdf
- https://www.britannica.com/science/synthetic-biology/BioBricks-and-xeno-nucleic-acids
- https://www.interacademies.org/sites/default/files/publication/synthetic_biology_an_introduction_feb_2011.pdf
- Porcar, Manuel and Juli Peretó Synthetic Biology From iGEM to the Artificial Cell, Dordrecht:Springer, 2014.
- Ray, Thomas S. An Evolutionary Approach to Synthetic Biology in Artificial Life: An Overview (C.G. Langton Ed.), pp. 197-207, Cambridge, MS: MIT Press, 1995.
- Reinheimer, H. Synthetic Biology and the Moral Universe, London: Rider, 1931.
- Schmidt, Markus, Alexander Kelle, Agomoni Ganguli-Mitra and Huib de Vriend (Eds.), Synthetic Biology : The Technoscience and Its Societal Consequences, Dordrecht: Springer, 2009.
समीक्षक : योगेश शौचे
