సూక్ష్మజీవులు ఎలా పనిచేస్తాయో తెలుసుకున్న సంవత్సరాల తర్వాత, పరిశోధకులు ఇప్పుడు వాతావరణ మార్పు నుండి అంతరిక్ష వలసల వరకు సవాళ్లను పరిష్కరించడానికి వారి అంతర్గత పనితీరును డిజిటల్‌గా పునఃసృష్టిస్తున్నారు.
కంప్యూటేషనల్ బయాలజిస్ట్‌గా నా పనిలో, శక్తి, వ్యవసాయం మరియు ఔషధ రంగాలలో ఉపయోగం కోసం ఇంధనాలు మరియు బయోప్లాస్టిక్‌లు వంటి మరింత ఉపయోగకరమైన రసాయనాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి సూక్ష్మజీవులను ఎలా తయారు చేయవచ్చో నేను అధ్యయనం చేసాను. సాంప్రదాయకంగా, సూక్ష్మజీవులు పెద్ద మొత్తంలో రసాయనాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి అవసరమైన అనువైన పరిస్థితులను గుర్తించడానికి పరిశోధకులు పెట్రీ వంటలలో అనేక ట్రయల్-అండ్-ఎర్రర్ ప్రయోగాలు చేయాల్సి వచ్చింది.
బదులుగా, సూక్ష్మజీవుల లోపలి భాగాలను పునఃసృష్టించే డిజిటల్ డిజైన్ల ద్వారా ఈ ప్రయోగాలను కంప్యూటర్ స్క్రీన్‌పై అనుకరించవచ్చు. జీనోమ్-స్కేల్ మెటబాలిక్ మోడల్స్ (GEMలు) అని పిలువబడే ఈ వర్చువల్ ల్యాబ్‌లు సమయాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తాయి మరియు ఖర్చు పరిశోధకులు వారు వెతుకుతున్న వాటిని పొందడానికి ఏమి చేయాలో గుర్తించాలి. GEMలు జీవక్రియల యొక్క సంక్లిష్ట నెట్‌వర్క్‌ను అన్వేషించడానికి మాత్రమే కాకుండా, ఇతర గ్రహాలతో సహా వివిధ వాతావరణాలలో సూక్ష్మజీవులు ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో ట్యూన్ చేయడానికి, పరీక్షించడానికి మరియు అర్థం చేసుకోవడానికి కూడా అనుమతిస్తాయి.
GEM సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందుతూనే ఉన్నందున, బయోటెక్నాలజీ, ఔషధం మరియు అంతరిక్ష పరిశోధనల భవిష్యత్తును రూపొందించడంలో ఈ నమూనాలు మరింత ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయని నేను నమ్ముతున్నాను.
జీనోమ్-స్కేల్ మెటబాలిక్ మోడల్స్
జీనోమ్-స్కేల్ మెటబాలిక్ మోడల్ అనేది సెల్ లోపల జరిగే అన్ని తెలిసిన రసాయన ప్రతిచర్యల యొక్క డిజిటల్ మ్యాప్, అంటే సెల్ యొక్క జీవక్రియ. ఆహారాన్ని శక్తిగా మార్చడానికి, కణ నిర్మాణాలను నిర్మించడానికి మరియు హానికరమైన పదార్థాలతో వ్యవహరించడానికి ఈ ప్రతిచర్యలు అవసరం.
GEMని సృష్టించడం అనేది జీవి యొక్క జన్యువును విశ్లేషించడం ద్వారా ప్రారంభమవుతుంది, ఇందులో కణాలు ప్రోటీన్‌లను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే జన్యు సూచనలను కలిగి ఉంటాయి. “ఎంజైమ్‌లు” అని పిలువబడే జీనోమ్-ఎన్‌కోడ్ ప్రోటీన్‌ల తరగతి జీవక్రియ యొక్క వర్క్‌హార్స్‌లు ఎందుకంటే అవి పోషకాలను శక్తిగా మరియు సెల్యులార్ బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లుగా మార్చడాన్ని సులభతరం చేస్తాయి.
జన్యువుల ఎన్‌కోడింగ్ ఎంజైమ్‌లను అవి నిర్వహించడానికి సహాయపడే రసాయన ప్రతిచర్యలతో అనుబంధించడం ద్వారా, జన్యువులు, ప్రతిచర్యలు మరియు జీవక్రియల మధ్య సంబంధాలను మ్యాప్ చేసే సమగ్ర నమూనాలను సృష్టించవచ్చు.
GEMని సృష్టించిన తర్వాత, GEM సజీవ కణం లేదా సూక్ష్మజీవిలా ప్రవర్తిస్తుందని నిర్ధారించడానికి అధునాతన కంప్యూటర్ అనుకరణలు ఉపయోగించబడతాయి. ఈ అనుకరణలను నిర్వహించడానికి పరిశోధకులు ఉపయోగించే అత్యంత సాధారణ అల్గారిథమ్‌లలో ఒకటి మాగ్నెటిక్ ఫ్లక్స్ బ్యాలెన్స్ విశ్లేషణ (ఫ్లో బ్యాలెన్స్ విశ్లేషణ). ఈ అల్గోరిథం అందుబాటులో ఉన్న జీవక్రియ డేటాను విశ్లేషిస్తుంది మరియు నిర్దిష్ట పరిస్థితుల్లో వివిధ రసాయన ప్రతిచర్యలు మరియు జీవక్రియలు ఎలా ప్రవర్తిస్తాయో అంచనా వేస్తుంది.
ఈ కారణంగా, జన్యు మార్పులు మరియు పర్యావరణ ఒత్తిళ్లకు జీవులు ఎలా స్పందిస్తాయో అర్థం చేసుకోవడానికి GEMలు ప్రత్యేకంగా ఉపయోగపడతాయి. ఉదాహరణకు, ఒక నిర్దిష్ట జన్యువు తొలగించబడినప్పుడు జీవి ఎలా స్పందిస్తుందో అంచనా వేయడానికి ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించవచ్చు. అతను పర్యావరణంలో వివిధ రసాయనాల ఉనికిని లేదా ఆహార కొరతను ఎలా స్వీకరించాలో అంచనా వేయడానికి కూడా మీరు దీన్ని ఉపయోగించవచ్చు.
శక్తి మరియు వాతావరణ సవాళ్లను పరిష్కరించడం
వ్యవసాయం, ఔషధం మరియు ఇంధనాలలో ఉపయోగించే చాలా రసాయనాలు శిలాజ ఇంధనాల నుండి వస్తాయి. అయినప్పటికీ, శిలాజ ఇంధనాలు పరిమిత వనరు మరియు వాతావరణ మార్పులకు గణనీయంగా దోహదం చేస్తాయి.
విస్కాన్సిన్-మాడిసన్ విశ్వవిద్యాలయంలోని గ్రేట్ లేక్స్ బయోఎనర్జీ రీసెర్చ్ సెంటర్‌లోని నా బృందం శిలాజ ఇంధనాల నుండి శక్తిని సేకరించడం కంటే మొక్కల వ్యర్థాల నుండి స్థిరమైన జీవ ఇంధనాలు మరియు బయోప్రొడక్ట్‌లను అభివృద్ధి చేయడంపై దృష్టి పెడుతుంది. ఇందులో చెవులు కోసిన తర్వాత మొక్కజొన్న కాండాలు, అలాగే గడ్డి మరియు ఆల్గే వంటి తినదగిన మొక్కలు ఉన్నాయి. ఏ పంట అవశేషాలను బయోఎనర్జీగా ఉపయోగించవచ్చో, వాటిని శక్తిగా మార్చడానికి సూక్ష్మజీవులను ఎలా ఉపయోగించవచ్చో మరియు ఈ మొక్కలు పెరిగే నేలలను ఎలా నిలకడగా నిర్వహించాలో మేము అధ్యయనం చేస్తాము.
నేను జన్యు-స్థాయి జీవక్రియ నమూనాలను రూపొందిస్తున్నాను. నోవోస్ఫింగోబియం అరోమాటివోరాన్స్బయోప్లాస్టిక్‌లు, మందులు మరియు ఇంధనాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే మొక్కల వ్యర్థాల నుండి అత్యంత సంక్లిష్టమైన రసాయనాలను మానవులకు విలువైన రసాయనాలుగా మార్చగల ఒక రకమైన బ్యాక్టీరియా. ఈ పరివర్తన ప్రక్రియ యొక్క స్పష్టమైన అవగాహన ఈ రసాయనాలను పెద్ద పరిమాణంలో సంశ్లేషణ చేయడానికి అవసరమైన పరిస్థితులను మరింత ఖచ్చితంగా అనుకరించడానికి మా నమూనాలను మెరుగుపరచడానికి అనుమతిస్తుంది.
శిలాజ ఇంధనాల నుండి తయారు చేయబడిన వాటి కంటే చౌకగా మరియు మరింత అందుబాటులో ఉండే పదార్థాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి పరిశోధకులు నిజ జీవితంలో ఈ పరిస్థితులను పునఃసృష్టించవచ్చు.
బయోఇన్ఫర్మేటిక్స్ జీవుల గురించిన ప్రశ్నలకు సమాధానమివ్వడానికి బయోలాజికల్ డేటాను విశ్లేషిస్తుంది.
ఎక్స్‌ట్రీమోఫిల్స్ మరియు స్పేస్ వలసరాజ్యం
కఠినమైన వాతావరణంలో కూడా జీవించే సూక్ష్మజీవులు భూమిపై ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, క్రోమోహలోబాక్టర్ కెనాడెన్సిస్ చాలా ఉప్పగా ఉండే వాతావరణంలో జీవించగలదు. అదేవిధంగా, అలిసైక్లోబాసిల్లస్ టాలరెన్స్ చాలా ఆమ్ల వాతావరణంలో సంభవించవచ్చు.
ఇతర గ్రహాలు తరచూ ఇదే విధమైన కఠినమైన వాతావరణాన్ని కలిగి ఉంటాయి కాబట్టి, ఈ సూక్ష్మజీవులు, ఎక్స్‌ట్‌రోఫైల్స్ అని కూడా పిలుస్తారు, ఈ గ్రహాలపై వృద్ధి చెందడం మరియు వృద్ధి చెందడం మాత్రమే కాకుండా, వాటిని మానవులకు నివాసయోగ్యంగా మార్చడం కూడా చేయగలవు.
GEM మరియు మెషిన్ లెర్నింగ్ కలపడం ద్వారా, మేము కనుగొన్నాము: C. కెనాడెన్సిస్ ఇ ఎ. సహనం వారు తీవ్రమైన పరిస్థితుల్లో కూడా జీవించడానికి రసాయన మార్పులకు లోనవుతారు. వాటి కణ గోడలకు ప్రత్యేకమైన ప్రొటీన్లు ఉంటాయి, ఇవి వాటి అంతర్గత వాతావరణంలోని రసాయనాలను వాటి బాహ్య వాతావరణంలోని వాటితో సమతుల్యం చేయడానికి ఎంజైమ్‌లతో పని చేస్తాయి.
GEMలు శాస్త్రవేత్తలు ఇతర గ్రహాల పరిసరాలను అనుకరించటానికి వీలు కల్పిస్తాయి.
GEM యొక్క భవిష్యత్తు
పరిశోధకులు ప్రతిరోజూ సూక్ష్మజీవుల జీవక్రియ గురించి పెద్ద మొత్తంలో డేటాను ఉత్పత్తి చేస్తారు. GEM సాంకేతికత అభివృద్ధి చెందుతున్నందున, ఔషధం, శక్తి మరియు అంతరిక్ష అన్వేషణ వంటి రంగాలలో ఉత్తేజకరమైన కొత్త అవకాశాలకు ఇది తలుపులు తెరుస్తుంది.
సింథటిక్ బయాలజిస్ట్‌లు GEMలను పూర్తిగా కొత్త జీవులను మరియు మొదటి నుండి జీవక్రియ మార్గాలను రూపొందించడానికి ఉపయోగించవచ్చు. ఈ క్షేత్రం జీవ తయారీని అభివృద్ధి చేయగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది మరియు కొత్త పదార్థాలు, మందులు మరియు ఆహారాన్ని కూడా సమర్ధవంతంగా ఉత్పత్తి చేసే జీవుల సృష్టిని ఎనేబుల్ చేస్తుంది.
మొత్తం మానవ శరీరం నుండి GEMలు సంక్లిష్ట వ్యాధులకు జీవక్రియ అట్లాస్‌లుగా కూడా ఉపయోగపడతాయి. ఊబకాయం మరియు మధుమేహంతో శరీరం యొక్క రసాయన వాతావరణం ఎలా మారుతుందో మ్యాప్ చేయడానికి ఇవి సహాయపడతాయి.
జీవ ఇంధనాలను ఉత్పత్తి చేసినా లేదా కొత్త జీవులను ఇంజనీరింగ్ చేసినా, ప్రాథమిక పరిశోధన మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనాలు రెండింటికీ GEMలు శక్తివంతమైన సాధనాలు. కంప్యూటేషనల్ బయాలజీ మరియు GEMలు అభివృద్ధి చెందుతున్నప్పుడు, ఈ సాంకేతికతలు జీవ జీవక్రియను శాస్త్రవేత్తలు అర్థం చేసుకునే మరియు మార్చే విధానాన్ని మారుస్తూనే ఉంటాయి.
Blaze Manga N ఈ కథనం యొక్క ప్రచురణ నుండి ప్రయోజనం పొందగల ఏ కంపెనీ లేదా సంస్థ నుండి సంప్రదింపులు జరపదు, పని చేయదు, స్వంతంగా వాటాలు పొందదు మరియు దానికి మించిన సంబంధాన్ని కలిగి ఉండదు.
