بیکٹیریا جو سنگل دیواروں والے کاربن نانوٹوبس (SWCNTs) کو لے لیتے ہیں وہ معمول کے مطابق تقسیم ہوتے رہتے ہیں اور یہاں تک کہ اس کے نتیجے میں اضافی صلاحیتیں ان کی اولاد میں منتقل ہوتی ہیں۔ یہ نتیجہ، جسے حال ہی میں سوئٹزرلینڈ میں EPFL کے محققین نے ظاہر کیا ہے، ایک نئے شعبے کی بنیاد بناتا ہے جسے وہ "وراثت میں ملنے والی نانوبیونکس" کہتے ہیں۔ محققین کا خیال ہے کہ تبدیل شدہ بیکٹیریا زندہ فوٹو وولٹک بنانے کے لیے استعمال کیے جا سکتے ہیں - توانائی پیدا کرنے والے آلات جو ان کے بقول "ہمارے جاری توانائی کے بحران اور موسمیاتی تبدیلی کے خلاف کوششوں کا حقیقی حل" فراہم کر سکتے ہیں۔
SWCNTs صرف ایک ایٹم موٹی کاربن کی رولڈ شیٹس ہیں، جس کا کل قطر تقریباً 1 nm ہے۔ وہ بہترین برقی، نظری اور مکینیکل خصوصیات پر فخر کرتے ہیں جو انہیں نینو بائیو ٹیکنالوجی کے میدان میں بہت سی ایپلی کیشنز کے لیے مثالی بناتے ہیں۔ محققین نے، مثال کے طور پر، نینوٹوبس کے ذریعے خارج ہونے والی قریب اورکت روشنی کا استعمال کرتے ہوئے میٹابولزم کی نگرانی کے لیے ان نانوسٹریکچرز کو ممالیہ کے خلیوں میں رکھا ہے۔ خارج ہونے والی روشنی کو جسم کے اندر گہرائی میں حیاتیاتی بافتوں کی تصویر بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے اور علاج کی ادویات کو خلیوں میں پہنچانے میں مدد کی جا سکتی ہے۔ پودوں کے خلیوں میں، SWCNTs کو جینوم میں ترمیم کرنے کے لیے بھی استعمال کیا گیا ہے۔
SWCNT ٹیک اپ غیر فعال، لمبائی پر منحصر اور منتخب ہے۔
نئے کام میں، محققین کی قیادت میں ارڈیمس بوگھوسیان مثبت چارج شدہ پروٹین کوٹنگ کے ساتھ SWCNTs کو لپیٹ کر شروع کیا۔ اس کے بعد نانو اسٹرکچرز ان بیکٹیریل خلیوں کے ارد گرد منفی چارج شدہ بیرونی جھلیوں کے ساتھ تعامل کرنے کے قابل تھے جن کا انھوں نے مطالعہ کیا تھا، جو کہ جینس سے آتے ہیں۔ Synechocystis اور نوسٹوس. پہلا ایک خلوی اور کروی ہے جب کہ مؤخر الذکر کثیر خلوی ہے اور اس کی شکل سانپ جیسی ہے۔ دونوں گرام منفی بیکٹیریا ہیں (نام نہاد کیونکہ ان میں ایک پتلی سیل کی دیوار کے ساتھ ساتھ ایک اضافی بیرونی جھلی بھی ہوتی ہے، مطلب یہ ہے کہ وہ عام ٹیسٹ میں استعمال ہونے والے رنگ کو برقرار نہیں رکھتے جسے گرام داغ کہا جاتا ہے) اور ان کا تعلق سیانوبیکٹیریا فیلم بیکٹیریا کا یہ گروپ پودوں کی طرح فتوسنتھیس کے ذریعے اپنی توانائی حاصل کرتا ہے۔
Boghossian اور ساتھیوں نے پایا کہ دونوں Synechocystis اور نوسٹوس SWCNTs کو ایک غیر فعال، لمبائی پر منحصر اور انتخابی عمل کے ذریعے لیا جو نینو پارٹیکلز کو خود بخود مائکروجنزموں کی سیل کی دیواروں میں داخل ہونے دیتا ہے۔ انہوں نے یہ بھی دریافت کیا کہ نانوٹوبس کو انفراریڈ میں بہت واضح طور پر امیج کیا جا سکتا ہے کیونکہ وہ برقی مقناطیسی سپیکٹرم کے اس خطے میں فلوروسیس کرتے ہیں۔ درحقیقت، اس روشنی کے اخراج نے محققین کو یہ دیکھنے کی اجازت دی کہ SWCNTs بیکٹیریا کے نام نہاد بیٹی کے خلیوں کو منتقل کیے جا رہے ہیں جب وہ تقسیم ہوتے ہیں۔ اس طرح بیٹی کے خلیے نانوٹوبس کی غیر معمولی خصوصیات کے وارث ہوتے ہیں۔
مصنوعی اعضاء کی طرح
"ہم اسے 'وراثت میں ملنے والی نانوبیونکس' کہتے ہیں،" بوگھوسیئن بتاتے ہیں۔ "یہ ایک مصنوعی اعضاء رکھنے کی طرح ہے جو آپ کو قدرتی طور پر حاصل کرنے سے زیادہ صلاحیتیں فراہم کرتا ہے۔ اور اب تصور کریں کہ آپ کے بچے پیدا ہونے پر آپ سے اس کی جائیدادوں کے وارث ہوسکتے ہیں۔ ہم نے نہ صرف بیکٹیریا کو اس مصنوعی رویے سے دیا بلکہ یہ سلوک ان کی اولاد کو بھی وراثت میں ملا ہے۔
اور یہ سب کچھ نہیں تھا: محققین نے یہ بھی پایا کہ نانوٹوب پر مشتمل بیکٹیریا روشنی سے روشن ہونے پر نانوٹوب کے بغیر بیکٹیریا کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ بجلی پیدا کرتے ہیں۔ "اس طرح کے 'زندہ فوٹو وولٹکس' کاربن فوٹ پرنٹ سے فائدہ اٹھاتے ہیں جو منفی ہے - وہ کاربن ڈائی آکسائیڈ کو چھوڑنے کے بجائے فعال طور پر اٹھاتے ہیں،" بوگھوسیئن بتاتا ہے طبیعیات کی دنیا. "یہ روایتی فوٹوولٹکس کے برعکس ہے، جو ہمارے سب سے زیادہ توانائی کے ذرائع سے فائدہ اٹھاتے ہوئے - سورج - مینوفیکچرنگ مرحلے کے دوران بہت زیادہ کاربن ڈائی آکسائیڈ پیدا کرتا ہے۔" وہ کہتی ہیں کہ یہ فوٹوولٹکس کا "گندی راز" ہے۔
زندہ فوٹوولٹکس کے دیگر اہم فوائد بھی ہیں: ان کے پاس روشنی جذب کو بہتر بنانے کے لیے خودکار طریقہ کار ہے۔ خود مرمت کر سکتے ہیں؛ اور اہم بات یہ ہے کہ وہ دوبارہ پیدا کر سکتی ہے۔ "آپ کو ہر ایک سیل بنانے کے لیے فیکٹری بنانے کے بارے میں فکر کرنے کی ضرورت نہیں ہے۔ یہ خلیے کاربن ڈائی آکسائیڈ کا استعمال کرتے ہیں جو وہ خود بخود مرمت کرنے اور خود سے زیادہ بنانے کے لیے لیتے ہیں۔ وہ زمین سے بھرپور مواد پر انحصار کرتے ہیں، اور وہ سستے ہیں۔ یہ مادی سائنس کا خواب ہے۔
درخواست علاقوں
کام، جس میں تفصیل ہے۔ فطرت نانو، روشنی کی کٹائی کے ساتھ ساتھ فلوروسینس امیجنگ پر توجہ مرکوز کرنے والی ایپلی کیشنز کو نمایاں کرتا ہے۔ "مثال کے طور پر، امیجنگ ہمیں نہ صرف نسلوں کے خلیات کو ٹریک کرنے کی اجازت دیتی ہے، بلکہ ہم اس ٹیکنالوجی کو زندہ اور غیر جاندار خلیوں اور مختلف قسم کے خلیوں کے درمیان فرق کرنے کے لیے بھی استعمال کر سکتے ہیں۔" بوگوسین کہتے ہیں۔
گرافین 'ڈرم' انفرادی بیکٹیریا سے کمپن اٹھاتے ہیں۔
محققین نانوٹوبس کے ذریعہ خارج ہونے والی روشنی کی بدولت سیل ڈویژن کے بعد بیکٹیریل جھلیوں کے مختلف حصوں کی تشکیل کا بھی پتہ لگاسکتے ہیں اور خلیوں کے اندر فزیکو کیمیکل تبدیلیوں کی نگرانی کرسکتے ہیں۔ "اس ایپلی کیشن کے بارے میں خاص بات یہ ہے کہ خارج ہونے والی روشنی اس روشنی سے الگ ہے جو قدرتی طور پر خلیات سے خارج ہوتی ہے، اس لیے ہمیں ایسے اشاروں میں مداخلت کے بارے میں فکر کرنے کی ضرورت نہیں ہے جو اس طرح کی دیگر ٹیکنالوجیز کو محدود رکھتے ہیں،" بوگھوسین کہتے ہیں۔
اس طرح سے CNTs کو بیکٹیریا میں متعارف کروانے کے قابل ہونے سے علاج یا DNA کی ترسیل میں نئی ایپلی کیشنز بھی آسکتی ہیں جو پہلے بیکٹیریا کے خلیے کی دیواروں میں گھسنے میں دشواریوں کی وجہ سے رکاوٹ تھیں۔
ای پی ایف ایل ٹیم اب اپنے بیکٹیریل سیلز کو دوبارہ پروگرام کرنے کے طریقوں کا مطالعہ کر رہی ہے تاکہ ان کے ڈی این اے میں ترمیم کر کے بجلی پیدا کی جا سکے۔ "ہلکی کٹائی کرنے والے جاندار قدرتی طور پر بجلی پیدا کرنے میں زیادہ کارآمد نہیں ہیں،" بوگھوسیان کی وضاحت کرتے ہیں۔ "اس کی وجہ یہ ہے کہ انہیں فطرت نے زندہ رہنے کے لیے بنایا ہے، فوٹو وولٹک نہیں۔ مصنوعی حیاتیات کی حالیہ توسیع کے ساتھ، اب ہم ان خلیوں کو دوبارہ بنانے کی پوزیشن میں ہیں تاکہ وہ جینیاتی طور پر بجلی پیدا کرنے کی طرف مائل ہوں۔"
