جینیاتی خمیر اور بائیو فیول

قابل اور ہنرمند قومیں اپنے کچرے کو بھی سونا بنادیتی ہیں جبکہ نااھل، نکمی اور نالائق قومیں اپنے سونے کو ہی کچرے میں تبدیل کردیتی ہیں، اس کی تفضیل زرا اس آرٹیکل میں پڑھیں۔
کیا کبھی کسی نے سوچا ہے کہ کسی پودوں/فصلوں کے باقی بچ جانے والے جھاڑ جھنکاڑ اور بظاہر ناقابل استعمال یا ناقابل کھائے جانے والی چیزوں سے بھی ایندھن جیسی مفید توانائی حاصل کرسکتے ہیں؟ اب دنیا ویسے بہت جلد اس نہج پر آنے والی ہے کہ آئندہ پچاس سال کے اندر اندر فاسل فیول اور ان سے حاصل ہونے والی توانائی کو ہمیشہ کے لیے خدا حافظ کردیا جائے اور ایسے توانائی کے زخیرے استعمال کیئے جائیں جو قابل تجدید ہوں اور کبھی ختم نہ ہوسکیں۔
ضائع شدہ پودوں کے مادے سے بایو ایندھن بنانے کے لیے جینیاتی طور پر تبدیل شدہ خمیر کی تیاری اب ممکن ہوچکی ہے۔ ایک نئی امریکی سائنسدانوں کی ایک انقلابی تحقیق۔
امریکی زرعی سائنسدانوں نے اپنی فصلوں کے کچرے سے ایک ایسا نیا نظام بنالیا جو جو خمیر Yeast کو صنعتی زہریلے مادوں سے بچنے میں مدد دے کر پودوں کی چینی کو صنعتی استعمال کے ایندھن کی تیاری کے عمل کو ہموار کرتا ہے۔
جیسے جیسے زمین پر موجود فاسل فیول (پیٹرولیم، گیس، کوئلے)کے زخائر کم ہوتے جارہے ہیں،اسی حساب سے سائنسدانوں کی کوشش ہوتی جارہی ہے کہ دنیا کو ایک ایسےتوانائی کے صاف ستھرے حصول کی طرف لایا جائے جو ماحول پر برے اثرات کم سے کم مرتب کرے۔ یہ توانائی کا زریعہ قابل تجدید زرائع Renewable Energy sources سے حاصل ہوتا ہو تاکہ اسکا حصول مسلسل ہوتا رہے۔
ریاستہائے متحدہ امریکہ میں کسی بھی دوسری فصل کے مقابلے میں سب سے زیادہ مکئی اگائی جاتی ہے، لیکن ہم پودے کا صرف ایک چھوٹا حصہ خوراک اور ایندھن کی پیداوار کے لیے استعمال کرتے ہیں۔ ایک بار جب لوگ مکئی کی گٹھلی کی کٹائی کر لیتے ہیں، تو کھانے کے قابل نہ ہونے والے پتے، ڈنٹھلیں اور کوب cobs (مکئی کے دانے نکالنے کے بعد سخت سا حصہ )باقی رہ جاتے ہیں۔ اگر پودوں کے اس مادے کو، جسے کارن اسٹور کہا جاتا ہے، ایتھنول میں کارن کی گٹھلی کی طرح مؤثر طریقے سے خمیر کیا جا سکتا ہے، تو یہ کارن سٹور بائیو ایندھن کے حصول کا ایک بڑے پیمانے پر قابل تجدید ذریعہ ہو سکتا ہے۔
وائٹ ہیڈ انسٹی ٹیوٹ کے ممبر اور میساچوسٹس انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی (MIT) کے حیاتیات کے پروفیسر جیرالڈ فنک Gerald Fink نے کہا کہ پیٹرولیم کے پیمانے کی طرح مکئی کا اسٹور(مکئی کا ناقابل استعمال اور نہ کھائے جانے والاحصہ )بڑی مقدار میں پیدا ہوتا ہے۔ “لیکن حیاتیاتی ایندھن اور دیگر اہم کیمیکلز بنانے کے لیے انہیں سستے طریقے سے استعمال کرنے میں بہت زیادہ تکنیکی چیلنجز پائے جاتے ہیں۔”اور اس طرح عرصہ دراز سے، زیادہ تر مکئی کی یہ لکڑی کا مواد کھیتوں میں صرف گلنے سڑنے کے لیے چھوڑ دیا جاتا ہے اور اسکا کوئی استعمال نہیں جاتا۔
اب، فنک اور ایم آئی ٹی کیمیکل انجینئرنگ کے پروفیسر گریگوری سٹیفانوپولس Gregory Stephanopolous کی طرف سے ایم آئی ٹی کے پوسٹ ڈاکیٹرل محقق فیلکس لام Felix Lam کی قیادت میں ایک نیا مطالعہ،اس کم استعمال شدہ بائیوایندھن کے ذریعہ کو زیادہ مؤثر طریقے سے استعمال کرنے کا ایک طریقہ پیش کرتا ہے۔ عام خمیر ی ماڈل، بیکر کے خمیر Saccharomyces cerevisiae کے ارد گرد پودے کی نشونما کے درمیانی حالات کو تبدیل کرکے، اور غیر ضروری ٹاکسن کو ختم کرنے والے انزائم کے لیے ایک جین شامل کرکے، وہ مکئی کے رس سے پیدا شدہ خمیر کو استعمال کرتے ہوئے اسکی لکڑی کے مکئی کے مواد سے ایتھنول اور پلاسٹک تیار کرنے کے قابل ہو گئے۔ یہ عام ایتھنول ذرائع جیسے مکئی کی دانے جیسا ہی برابر ہوتا ہے۔ یعنی اس مخصوص بائیو فیول کے حصول کے لیے آپکو کوئی نقد فصل یا cash crop کو استعمال کرنے کی ضرورت نہیں۔ صرف پودے کے ناقابل استعمال حصوں کو ہی کاروائی کرکے بائیو فیول کا حصول کیا جاسکتا ہے۔
شوگر کوٹنگ کا مسئلہ
برسوں سے، بائیو ایندھن کی صنعت نے مکئی کے دانے میں موجود شکر گلوکوز، فریکٹوز اور سوکروز کو ایتھنول میں تبدیل کرنے کے لیے خمیر جیسے مائکرو آرگنازمز پر انحصار کیا ہے، جسے پھر ہماری کار کا ایندھن بنانے کے لیے روایتی پٹرول کے ساتھ ملایا جاتا ہے۔مکئی کا اسٹور (بھٹے کا سخت حصہ)اور اسی طرح کے دیگر مواد بھی مختلف شکر سے بھرے ہوتے ہیں، زیادہ تر سیلولوز نامی مالیکیول کی شکل میں یہ ہوتے ہیں۔ اگرچہ ان شکروں کو بائیو ایندھن میں بھی تبدیل کیا جا سکتا ہے، لیکن یہ زیادہ مشکل ہے کیونکہ پودے ان کو مضبوطی سے پکڑے ہوتے ہیں، سیلولوز کے مالیکیولز کو زنجیروں میں باندھ کر انہیں ریشے دار مالیکیولز میں لپیٹتے ہیں جنہیں لگننز کہتے ہیں۔ ان سخت زنجیروں کو توڑنے اور چینی کی زنجیروں کو الگ کرنے کے نتیجے میں ایک کیمیائی مرکب بنتا ہے جو روایتی تخمیری مائکرو آرگنائزم کے لیے انکو ہضم کرنا مشکل ہوتا ہے۔
ان جانداروں کی مدد کے لیے، ایتھنول پروڈکشن پلانٹس میں کام کرنے والے ان پیچیدہ مالیکیولوں کو توڑنے کے لیے تیزابی محلول کے ساتھ ہائی سیلولوز مواد کو پہلے سے تیار کرتے ہیں تاکہ خمیر ان پر تخمیری عمل کر سکے۔ تاہم، اس علاج کا ایک ضمنی اثر الڈیہائیڈز aldehydes نامی مالیکیولز کی پیداوار ہے، جو کام کرنے والی خمیر کے مائیکرو آرگنازمز کے لیے زہریلے ہوتے ہیں۔ محققین نے ماضی میں الڈیہائیڈز کے زہریلے پن کو کم کرنے کے مختلف طریقے تلاش کیے ہیں، لیکن اس بات پر غور کرتے ہوئے حل محدود تھے کہ اس پورے عمل پر کوئی لاگت نہیں آتی۔ “مقصد صرف یہ ایتھنول بنانا ہے، جو محض لفظی طور پر ایسی چیز ہو جسے ہم جلاتے ہیں،” لام نے کہا۔ “یہ عمل انتہائی سستا ہونا چاہئے، ورنہ یہ ایک سعی لاحاصل مانا جائے گا۔”
اس معاشی اور سائنسی مسئلے کا سامنا کرتے ہوئے، صنعتوں نے سیلولوز سے بھرپور مواد سے ایتھنول بنانے میں کمی کر دی ہے۔ “یہ زہریلا پن کم قیمت پر بائیو ایندھن پیدا کرنے کی سب سے بڑی حدود میں سے ایک ہیں۔” گریگوری سٹیفانوپولوس نے کہا، جو ایم آئی ٹی میں کیمیکل انجینئرنگ کے ویلارڈ ہنری ڈاؤ پروفیسر ہیں۔
خمیر کو مدد دینے والا ہاتھ
خمیر کے لیے زھریلے پن کے مسئلے سے نمٹنے کے لیے، محققین نے ایلڈیہائیڈز پر توجہ مرکوز کرنے کا فیصلہ کیا جب سخت مالیکیولز کو توڑنے کے لیے انکو تیزاب میں شامل کیا جاتا ہے۔ “لیکن ہم وہ صحیح طریقہ کار نہیں جانتے تھے جس کے ذریعے الڈیہائڈز جرثوموں پر حملہ کرتے ہیں، تو پھر سوال یہ تھا، اگر ہم واقعی نہیں جانتے کہ یہ کس چیز پر حملہ کرتا ہے، تو ہم اس مسئلے کو کیسے حل کریں گے؟” لام نے کہا۔ “لہذا ہم نے کیمیائی طور پر ان الڈیہائڈز کو الکحل کی شکلوں میں تبدیل کرنے کا فیصلہ کیا۔”
ٹیم نے ایسے جینوں کی تلاش شروع کی جو الڈیہائیڈز کو الکوحل میں تبدیل کرنے میں مہارت رکھتے تھے، اور اسطرح انکی نگاہ انتخاب ایک GRE2نامی جین پر اتری۔ انہوں نے جین کو ڈائریکٹ ایوولوشن نامی ایک عمل کے ذریعے زیادہ کارآمد بنانے کے لیے مزید بہتر بنایا، اور پھر اسے عام طور پر ایتھنول تخمیر کے لیے استعمال ہونے والے خمیر میں متعارف کرایا، اس عمل کو انہوں نے Saccharomyces cerevisiae کا نام دیا۔ جب تیار شدہ GRE2جین والے خمیری خلیات کو الڈیہائیڈز کا سامنا کرنا پڑا، تو وہ اضافی ہائیڈروجن ایٹموں پر ٹارگٹ کرکے انہیں الکوحل میں تبدیل کرنے کے قابل ہو گئے۔کیونکہ ایلڈی ہائیڈز اور الکوحل میں صرف ایک ہائیڈروجن ایٹم کا ہی فرق ہوتا ہے۔
(Aldehydes= R-CHO , Alcohol= R-CHHOH)
سیلولوز سے پیدا ہونے والے ایتھنول اور دیگر الکوحل کی اعلیٰ سطحی پیداوارنے ماضی میں ایک مسئلہ پیدا کیا ہو گا، لیکن پھراس وقت لام کی ماضی کی تحقیق عمل میں آئی۔ لام، سٹیفانوپولوس اور فنک کے 2015 کے ایک مقالے میں، محققین نے کم خمیر سے ایندھن کی زیادہ مقدار پیدا کرنے کے لیے، الکوحل کی ایک وسیع رینج کے لیے خمیر کو زیادہ روادار بنانے کے لیے ایک بھرپور نظام تیار کیا۔ اس نظام میں خمیر کے گروتھ میڈیا میں پی ایچ اور پوٹاشیم کی سطح کو ماپنا اور ایڈجسٹ کرنا شامل تھا، جس نے خلوی جھلی کو کیمیائی طور پر مستحکم کیا۔
اس طریقہ کو ان کے نئے جینیاتی تبدیل شدہ خمیر کے ساتھ ملا کر،”ہم نے بنیادی طور پر الڈیہائیڈ کے مسئلے کو الکحل کے مسئلے میں تبدیل کیا، جس پر ہم نے پہلے کام کیا تھا،” لام نے کہا۔ “ہم نے الڈیہائڈز کو ایک ایسی شکل میں تبدیل کیا اور اسکا زھریلا پن دور کیا کی جسکو ہم ہینڈل کرنا پہلے سے ہی جانتے تھے۔”
جب انہوں نے اس نظام کا تجربہ کیا تو یہ محققین کارن اسٹور، مسکینتھس اور پودوں کے مادے کی دیگر اقسام سے مؤثر طریقے سے ایتھنول اور یہاں تک کہ صنعتی پلاسٹک بنانے کے لیے خام مواد تک بنانے میں کامیاب ہوگئے۔ فنک نے کہا، “ہم اپنے سسٹم کا استعمال کرتے ہوئے فی یونٹ ایتھنول کی ایک بڑی مقدار پیدا کرنے کے قابل تھے۔ “اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ سیلولوز سے بھرپور پودوں کے مواد سے ایندھن پیدا کرتے وقت پیدا ہونے والے کیمیائی اور اقتصادی مسائل کا سرمایہ کاری مؤثر حل ہونے کی بڑی صلاحیت موجود ہے۔”
پیمانہ بڑھانا
ایندھن کے متبادل ذرائع کو اکثر چیلنجوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے جب انہیں ملک گیر پیمانے پر لاگو کرنے کی بات آتی ہے۔ الیکٹرک کاریں، مثال کے طور پر، پیٹرول/ڈیزل گاڑیوں کے بدلے میں ایک قابل عمل متبادل بننے کے لیے انکو ایک ملک گیر چارجنگ انفراسٹرکچر کی ضرورت ہوتی ہے۔
ہمارے ان امریکی محققین کے تخلیق شدہ اس نئے نظام کی ایک لازمی خصوصیت یہ ہے کہ بائیو فیول کے حصول کا بنیادی ڈھانچہ پہلے سے موجود ہے۔ ایتھنول اور دیگر مائع بائیو ایندھن موجودہ پٹرول گاڑیوں کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں لہذا آٹوموٹو فلیٹ یا صارفین کی ایندھن کی عادات میں بہت کم یا کسی تبدیلی کی ضرورت نہیں ہے۔ انہوں نے کہا، “ابھی امریکہ تقریباً 15 بلین گیلن ایتھنول ہر سال پیدا کرتا ہے، لہذا یہ بڑے پیمانے پر پہلے سے موجود ہے،” انہوں نے کہا۔ “اس کا مطلب ہے کہ یہاں اربوں ڈالر اور کئی دہائیوں کا بنیادی ڈھانچہ موجود ہے۔ اگر آپ اس میں پلگ ان کر سکتے ہیں، تو آپ مارکیٹ میں بہت تیزی سے پہنچ سکتے ہیں۔”
اور کارن اسٹور ایسے ہائی سیلولوز مواد کے حصول کے بہت سے ذرائع میں سے ایک ہے، جس سے بائیو فیول کی تیاری ممکن ہوتی ہے۔ دوسرے پودے، جیسے کہ گندم کا بھوسا اور مسکینتھس، جسے سلور گراس بھی کہا جاتا ہے، انتہائی سستے اور کثیر مقدار میں اگائے جا سکتے ہیں۔ “ابھی اس ملک میں سیلولوز کا بنیادی ذریعہ مکئی کا سٹور ہے،” لام نے کہا۔ “لیکن اگر سیلولوز کی مانگ ہے کیونکہ اب آپ ان تمام پیٹرولیم پر مبنی کیمیکلز کو پائیدار انداز میں بنا سکتے ہیں، تو امید ہے کہ کسان مسکینتھس، اور یہ تمام انتہائی گھنے تنکے لگانا شروع کر دیں گے۔ جس سے ملک کی غذائی ضرورت بھی پوری ہوسکے گی اور ساتھ ہی ساتھ توانائی کا متبادل زریعہ بھی حاصل ہوگا جو قابل تجدید بھی ہے”
مستقبل میں، محققین کو امید ہے کہ ان اینٹی ٹاکسن جینز کے ساتھ خمیروں کو تبدیل کرنے کی صلاحیت کی تحقیقات کریں گے تاکہ متنوع قسم کے بائیو ایندھن جیسے ڈیزل وغیرہ بھی پیدا کیے جا سکیں جو عام ایندھن کو جلانے والے انجنوں میں استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ لام نے کہا، “اگر ہم اس نظام کو ایندھن کی دیگر اقسام کے لیے استعمال کر سکتے ہیں، تو میں سمجھتا ہوں کہ یہ جہازوں اور بھاری مشینری جیسے شعبوں کے لیے ایندھن کے مسائل کو حل کرنے کی طرف بہت بڑا راستہ اختیار کرے گا جو ابھی فاسل فیول کی آلودگی جاری رکھے ہوئے ہیں کیونکہ ان کے پاس کوئی دوسرا برقی یا غیر خارج ہونے والا حل موجود نہیں ہے۔” .
Reference: “Engineered yeast tolerance enables efficient production from toxified lignocellulosic feedstocks” by Felix H. Lam, Burcu Turanli-Yildiz, Dany Liu, Michael G. Resch, Gerald R. Fink and Gregory Stephanopoulos, 25 June 2021, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abf7613
لنک
ترجمہ، تلخیص اور اضافہ جات
#حمیر_یوسف