कवक से प्राकृतिक रंग द्रव्य मेलेनिन एक बहु उपयोगी संसाधन

                                                                    प्रो0 आर. एस. सेंगर एवं डॉ0 रेशु चौधरी

कृतिक स्रोतों, जैसा सूक्ष्म जीवों से रंजकों के निष्कर्षण की मांग वैश्विक प्राकृतिक स्तर पर बढ़ रही है। सूक्ष्म जीवों में, कवक एक ऐसा वर्ग है जो रंजकों के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण स्रोत है कवक द्वारा उत्पादित रंजकों में मेलेनिन नामक रंजक एक महत्वपूर्ण वर्ग है 'मेलेनिन' ग्रीक शब्द 'मेलानोस' से लिया गया है, जिसका अर्थ 'काला' है, और इसका पहली बार उपयोग स्वीडिश रसायनज्ञ बर्जेलियस ने 1840 में किया मेलेनिन एक प्राकृतिक रंगद्रव्य है जो त्वचा, बालों और आँखों को रंग देता है। ये सामान्यतः वर्णक पौधों, जानवरों, कवक, प्रोटिस्ट, प्रोटोजोअन, रोगजनक बैक्टीरिया और हेल्मिंय द्वारा व्यापक रूप से संश्लेषित होते हैं। प्रकृति में मेलेनिन बैक्टीरिया से लेकर पक्षी के पंखों और मानव त्वचा कोशिकाओं तक विभिन्न जीवन रूपों में पाए जाते हैं।

प्रकृति में मेलेनिन वर्णक विभिन्न स्थानों, पौधों की सतहों, मिट्टी, चट्टानों आदि पर पाया जाता है, इतना ही नहीं कवक द्वारा उपनिवेशित कार्बनिक अवशेषों पर भी मौजूद है। पत्तियों और चट्टानों पर रहने वाले कई कवक भारी मात्रा में रंजित होते हैं। सभी रंजित कवक में मेलेनिन होते हैं और उन्हें विभिन्न पारिस्थितिकी में पाया जा सकता है जैसे कि चट्टानें, मिट्टी, पेड़ की छाल, पत्ती की सतह आदि। कवक मेलेनिन की सर्वव्यापी प्रकृति और चट्टानों के भीतर भी उनकी उपस्थिति पराबैंगनी किरणों, सूरज की रोशनी, सूखा सहिष्णुता उनके सुरक्षात्मक प्रभावों को इंगित करती है और इस प्रकार उनके दीर्घकालिक अस्तित्व मदद करता है।

कवक मेलेनिन आम तौर पर या तो बाह्य कोशिकीय (बाहर, पर्यावरण में स्रावित) या अंतरकोशिकीय (कोशिका भित्ति में) स्थित होता है वे कोशिका भित्तियों में या अंतःकोशिकीय स्थानों में मौजूद हो सकते हैं। मेलेनिन आमतौर पर गहरे भूरे या काले रंग के उच्च आणविक भार वाले वर्णक होते हैं जो नकारात्मक रूप से आवेशित होते हैं और प्रकृति में हाइड्रोफोबिक (जल-विरोधी) होते हैं।

कवक मेलेनिन की रासायनिक संरचना उच्च आणविक भार और ऋणात्मक आवेशों वाले पॉलीफिनोलिक और पॉलीइंडोलिक यौगिक हैं। ये वर्णक अक्सर फंगल कोशिका भित्ति में मौजूद होते हैं और बाहरी माध्यम मेंकणिकाओं के रूप में जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, कवक एगारिकस विस्पोरस बीजाणुओं में मेलेनिन कणिकाएँ उनके कोशिका बायोमास का 30% अंश तक थीं। मेलेनिन वर्णक का संश्लेषण कवक को प्रतिकूल प्रभावों को सहन करने में सक्षम बनाता है रासायनिक संरचना के आधार पर कवक मेलेनिन विभिन्न रूपों में मौजूद है फेओमेलेनिन पीले-लाल रंगद्रव्य होते हैं जिनमें 8.11% नाइट्रोजन और 9.12% सल्फर होता है। एलोमेलेनिन नाइट्रोजन-मुक्त पॉलीमर का एक विषम समूह है। मेलेनिन की स्थिरता, अघुलनशीलता और प्रतिरोधी प्रकृति ही कवकों को प्रतिकूल वातावरण में जीवित रहने में सक्षम बनाती है इन गुणों के कारण मेलेनिन को 'कवक कवच' के रूप में संदर्भित किया गया है। उनके उत्पादन में सुगमता के कारण कवक बड़े पैमाने पर उगाया जा सकता है वे मेटाबोलाइट्स की उच्च पैदावार करने में सक्षम हैं, इसलिये यह 'सूक्ष्म कोशिका कारखानों' के रूप में कार्य करते हैं।

सूक्ष्मजीव निवारक प्रभावों में मेलेनिन की भूमिका

सूक्ष्मजीव निवारक एजेंट के रूप में मेलेनिन की भूमिका भी दिलचस्प है क्योंकि यह महत्वपूर्ण बैक्टीरिया निवारक गतिविधियों को प्रदर्शित करता है। उदाहरण के लिए, शोधकर्ताओं के अनुसार, मशरूम स्किज़ोफिलम कम्यून की मेलेनिन बैक्टीरिया ई. कोलाई, प्रोटीस एसपी., क्लेबसिएला निमोनिया और स्यूडोमोनास फ्लोरेसेंस के खिलाफ एक प्रभावी सूक्ष्मजीवनिवारक गतिविधि और ट्राइकोफाइटन सिमी और टी. रुब्रम के खिलाफ कवकरोधी गतिविधि प्रदर्शित करता है। कवक यारोविया लिपोलिटिका के मेलेनिन से समृद्ध सिल्वर नैनोपार्टिकल्स ने रोगजनक साल्मोनेला पैराटाइफी के विरुद्ध एंटीमाइक्रोबियल गतिविधि प्रदर्शित करता है।

कवकरोधी प्रकाश संरक्षण में मेलेनिन की भूमिका

मेलेनिन में सभी दृश्यमान तरंगदैर्ध्य को अवशोषित करने की क्षमता होती है। इसलिए, ये वर्णक पराबैंगनी विकिरणों के ढाल के रूप में कार्य करते पाए जाते हैं यही कारण है कि मानव त्वचा के मेलानोसाइट्स कोशिका में मौजूद मेलेनिन सूर्य के प्रकाश की पराबैंगनी विकिरणों के दुष्प्रभावों से मानव की प्रभावी रूप से रक्षा करता है।

तापमान नियंत्रण में मेलेनिन की भूमिका

मेलेनाइज्ड और गैर-मेलेनाइज्ड कवक सी नियोफॉर्मन्स कोशिकाओं को अत्यधिक गभी और ठंड के संपर्क में लाकर इस गतिविधि का अध्ययन किया गया; किसके द्वारा यह निष्कर्ष निकाला गया कि गैर-मेलेनाइज्ड कोशिकाओं की तुलना में मेलेनाइज्ड कोशिकाएं गर्मी और ठंड के प्रति कम संवेदनशील थीं। पत्ती का फफूंद फाइलोस्टिक्टा कैपिटलेसिस के कपक तन्तु में मेलेनिन की उपस्थिति को तनावपूर्ण परिस्थितियों में भी इस कवक को जीवित रहने के लिए उत्तरदायी माना है।

विकिरण से बचाव में मेलेनिन की भूमिका

मेलेनिन अपने अद्वितीय इलेक्ट्रोकैमिकल गुणों के कारण एक शक्तिशाली एंटीऑक्सीडेंट है, जो इसे इलेक्ट्रॉन आदान-प्रदान में भाग लेने में सक्षम है कवक मेलेनिन के एंटीऑक्सीडेंट गुणों को मुक्त कणों के योग के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता क्योंकि मेलेनिन में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं। यह भी देखा गया है कि मेलेनिन के शुद्ध रूप इसके कच्चे रूपों की तुलना में अधिक एंटीऑक्सीडेंट गतिविधि दर्शाता है। मेलेनिन के रेडियो अवशोषक गुणों का उपयोग फार्मास्यूटिकल, चिकित्सा उपकरण या रोगाणुरोधी मानव स्वास्थ्य के क्षेत्र में किया जाता है। मेलेनिन के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुण, जैसे कि पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य में इसका उच्च ऑप्टिकल अवशोषण, अच्छा इलेक्ट्रॉनिक संचरण और आयनिक चालकता मेलेनिन के विद्युत चालकता गुणों का उपयोग कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में किया जाता है।

अनाकार अर्धचालकों के साथ उनकी उच्च समानता के कारण इन्हें कार्बनिक अर्धचालक कहा जाता है। सिलिकॉन और जर्मेनियम जैसे अकार्बनिक अर्धचालकों की तुलना में ये सस्ते और प्रक्रिया में आसान होते हैं। सौर कोशिकाओं, कीमो-सेंसरों और अन्य डिटेक्टरों में मेलेनिन रंगों से निर्मित पतली फिल्मों का उपयोग किया जाता है। सेंसर और फोटोवोल्टिक उपकरणों में सामग्री के रूप में उनका उपयोग पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित और किफायती है। नेत्र संबंधी उपकरण, सुरक्षात्मक आईवियर पैकेजिंग सामग्री, छाते, अंतरिक्ष यान को विकिरण जोखिम सेबचाने के लिए एक मिश्रित सामग्री शामिल हैं। इसका उपयोग अंतरिक्ष यात्रियों और विकिरण चिकित्सा रोगियों की सुरक्षा के लिए भी किया जा सकता है।

चिकित्सा संबंधी अनुप्रयोग

यह पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य किरणों से त्वचा को सुरक्षा भी प्रदान करता है। मेलेनिन त्वचा को हानिकारक सूरज की किरणों से बचाता हैमेलेनिन वर्णक की उच्च पराबैंगनी अवशोषण विशेषता इसे हानिकारक विकिरण से सुरक्षा प्रदान करने वाली सामग्रियों के निर्माण में उपयोग किया जाता है। इनमें से कुछ उदाहरण हैं एंटीऑक्सीडेंट और सूजनरोधी गुणों का व्यापक रूप से रक्त उत्पत्ति के रोगों, कैंसर में घातक ट्यूमर, सिज़ोफ्रेनिया, मिर्गी, प्रतिरक्षा, तंत्रिका और अन्य प्रणालियों के विकारों के उपचार के लिए दवाओं के विकास में उपयोग किया जाता है। कवक स्किज़ोफिलम कम्यून से निकाले गए मेलेनिन ने HEP-2 सेल लाइन के प्रसार को रोक दिया, जो कैंसर के इलाज के लिए कीमोथेरेप्यूटिक/कीमोथेरपी घटक के रूप में इसके उपयोग को दर्शाता है।

मेलेनिन से भरपूर औषधीय मशरूम इनोनोटस ओब्लिकस ट्यूमर के विकास और मधुमेह रोग को धीमा करने में सक्षम पाया गया एक अध्ययन में, कैंसरग्रस्त B16-F10 मेलेनोमा कोशिकाओं को 48 घंटेतक औषधीय मशरूम इनोनोटस ओब्लिकसके जलीय अर्क के संपर्क में रखा गया, जिससे परिणामस्वरूप कीमोथेरेपीटिक खुराक पर निर्भरता में कमी देखी गई। नैनो कणों (एनपी) में सूक्ष्म कणों की तुलना में किसी दिए गए लक्ष्य के लिए चयनात्मकता और विशिष्टता का उच्च स्तर होता है मूल कारण यह है कि उनके पास बड़े सतह क्षेत्र होते हैं और वे अपनी सतहों को संशोधित सक्षम हैं। मेलेनिन नैनोकणों का उपयोग चिकित्सा में न केवल फोटोथर्मल थेरेपी में एक नैदानिक उपकरण के रूप में किया जा सकता है, बल्कि नियंत्रित दवा नैनोकणों रिलीज के साथ कीमोथेरेपी में भी किया जा सकता है। नैनो कणों दवा-लोडिंग क्षमता में सुधार करने और विनियमित दवा वितरण गतिवृद्धि करने में भी सक्षम हैं। मेलेनिन नैनोकणों का उपयोग संभावित जैव-संगत दवा के रूप में भी किया जा सकता है। इसका उदाहरण रोगी-अनुकूल मौखिक रेडियो प्रोटेक्टेंट के रूप में किया जा सकता है। बेसिडियोमाइसीट कवक लैक्नम सिंगरियनम से निष्कर्षित मेलेनिन का उपयोग संभावित एंटी-एजिंग दवा के रूप में किया जा सकता है अध्ययनों से यह भी पता चलता है कि काले खाद्य मशरूम में पाए जाने वाले मेलेनिन का उपयोग मानव स्वास्थ्य पर विकिरण के हानिकारक प्रभावों को कम करने में सफल है।

प्राकृतिक रंग स्रोत

मेलेनिन अपनी फोटोप्रोटेक्टिव, एंटीऑक्सीडेंट क्षमता और जैव विघटनीय प्रकृति के कारण बालों को रंगना, कॉस्मेटिक्स, टेक्सटाइल उद्योग जैसे विभिन्न उद्योगों में उपयोग किया जाता है। एक्टिनोमाइसीट एस. ग्लॉसेसेंस से एलोमेलेनिन का उपयोग सूती कपड़ों को रंगने के लिए किया जाता था। काले रंग के मेलेनिन का उपयोग औद्योगिक रंगों में किया जाता है, जो भोजन, वस्त्र और सामग्री के लिए सिंथेटिक रंगों की तुलना में अधिक सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल विकल्प है। लासियोडिप्लोडिया थियोब्रोमे मेलेनिन कपड़ा रंगने में प्रभावी था। स्ट्रेप्टोमाइसेस जैसी अन्य सूक्ष्मजीव प्रजातियों से प्राप्त मेलेनिन ने बिना मॉडेंटिंग के ऊन को सफलतापूर्वक रंगने में सक्षम है। और जैव प्रक्रिया को व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य बनाते काले रंग के मेलेनिन का उपयोग औद्योगिक रंगों में किया जाता है, जो भोजन, वस्त्र और सामग्री के लिए सिंथेटिक रंगों की तुलना में अधिक सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल विकल्प है।

सौन्दर्य प्रसाधन उद्योग में अनुप्रयोग

सौन्दर्य प्रसाधन उद्योग में, मेलेनिन का उपयोग सनस्क्रीन के निर्माण में किया जाता है जो पराबैंगनी विकिरण से सुरक्षा प्रदान करताहै। मेलेनिन की सुरक्षित और रासायनिक रूप से निष्क्रिय प्रकृति, साथ ही वर्णक अवशोषण और प्रकाश के प्रकीर्णन की उच्च दक्षता इसे सनस्क्रीन में एक सक्रिय घटक के रूप में उपयुक्त यौगिक बनाती है। शोघ अध्ययनों में पाया गया कि मेलेनिन आधारित सनस्क्रीन का एसपीएफ मान वाणिज्यिक सनस्क्रीन की तुलना में 3.42 और 2.6 गुना बेहतर था। इस दिशा में, कॉस्मेटिक लोशन, क्रीम, मलहम आदि में पानी में घुलनशील मेलेनिन योगों के उपयोग अनुसंधान के दिलचस्पी हित के क्षेत्र हैं।

पैकेजिंग सामग्री में अनुप्रयोग

फफूंदीय मेलेनिन आधारित मिश्रित रासायनिक सामग्रियों का उपयोग ग्रीन पैकेजिंग और खाद्य पैकेजिंग के निर्माण के लिए एक आकर्षक विकल्प है। फफूंदीय मेलेनिन के जीवाणुरोधी और एंटीऑक्सीडेंट गुण इन पैकेजिंग सामग्रियों को रासायनिक आधारित पैकेजों से बेहतर बनाते हैं। खाद्य उद्योग में पैकेजिंग सामग्री की एक वांछनीय विशेषता उच्च तापमान के प्रति सहनशीलता है। फफूंदीय क्रोगोम्फस रूटिलस द्वारा उत्पादित उच्च तापमान सहिष्णु मेलेनिन 5 घंटे के लिए उच्च तापमान (80-100 डिग्री सेल्सियस) पर, 240 मिनट के लिए पराबैंगनी प्रकाश के तहत और 40 दिनों के लिए सूरज की रोशनी में स्थिर प्रदर्शित करता है इतना ही नहीं खाद्य उद्योग में भी इस कवक के संभावित अनुप्रयोगों का सफलतापूर्वक प्रदर्शन हुआ है।

विविध सतहों (जैविक सतहों, और मिश्र धातुओं, धातुओं, बहुलक सामग्री इत्यादि) के लिए एक उच्च आत्मीयता कार्यात्मक सामग्रियों को उत्पन्न करने के लिए मेलेनिन के उपयोग सफलतापूर्वक हुआ है। अंतरिक्ष यात्रियों को अंतरिक्ष विकिरण से बचाने के लिए मेलेनिन प्रयोग प्रस्तावित किया गया है। अंतरिक्ष यात्रा में कणिकायुक्त विकिरण स्पेससूट या अंतरिक्ष यान के घटकों के साथ संपर्क में आने पर द्वितीयक विकिरण उत्पन्न कर सकते हैं। कवक मेलेनिन विभिन्न प्रकार के आयनकारी विकिरणों को कम करने में सक्षम हैं। मेलेनिन की सूक्ष्मजीवों को आयनकारी और कणिकायुक्त विकिरण दोनों से बचाने की क्षमता को देखते हुए, यह मानवयुक्त अंतरिक्ष यात्रा में सुरक्षा के लिए एक अनुकूल सामग्री हो सकती है। उदाहरण के लिए, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन पर कवक क्लैडोस्पोरियम स्फेरोस्पर्मम के मेलेनिन प्लेट ने मेलेनिन रहित प्लेट की तुलना में कम विकिरण स्तर का उत्पादन किया।

जैविक उपचार

मेलानाइज्ड कक्क और कवक मेलानिन विभिन्न पर्यावरणीय प्रदूषकों के उपचार के लिए एक उत्कृष्ट जैविक विकल्प हैं। भवन निर्माण सामग्री, उपकरणों और इनडोर वातावरण में सफाई में प्रयुक्त रसायनों से उत्सर्जित वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (बीओसी) की उच्च सांद्रता बीमार इमारत सिंड्रोम (एसबीएस) के लिए जिम्मेदार है, जिसे कवक मेलानिन के उपयोग से प्रभावी ढंग से ठीक किया गया था, दोनों को प्रदूषित वातावरण से विभिन्न विषाक्त पदार्थों को हटाने के लिए प्रभावी तंत्र के रूप में प्रस्तावित किया गया है। कवक वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) को नष्ट कर सकते हैं, और मेलानोटिक कवक की अम्लीय या शुष्क परिस्थितियों में जीवित रहने की क्षमता उन्हें वीओसी अवशोषण के लिए बेहतरीन उम्मीदवार बनाती है।

भारी धातुओं से दूषित औद्योगिक क्षेत्रों और सड़क किनारे के स्थानों में मेलेनिन उत्पादक कवक क्लैडोस्पोरियम और अल्टरनेरिया की अधिकता देखी गई है। जो भारी धातुओं को संचित करने की उनकी क्षमता को इंगित करता है मेलेनिन धातुओं को अवशोषित करने में सक्षम हैं, और जलमार्गों और पर्यावरण में धातु के भारी प्रदूषण के उपचार के लिए उपयोगी हैं। ब्राजील में एक यूरेनियम खदान से अलग किए गए कवक जल निकायों में मौजूद यूरेनियम को प्रभावी रूप से अवशोषित करने में सक्षम पाए गए। आर्मिलारिया सेपिस्टिप्स के मेलेनिन का उपयोग करके संश्लेषित नैनोफाइबर झिल्ली ने पानी से भारी धातुओं को अवशोषित किया। कवक एमोफर्कोथेका रेजिने के मेलेनिन से विकसित झिल्ली पाँच चक्रों तक पुनः उपयोग योग्य थी। इसलिए, कवक मेलेनिन पर्यावरण से भारी धातु प्रदूषकों का अवशोषित करने एक किफायती साधन है।

कवक में हाइफ (तंतु) का एक उच्च सतह क्षेत्र उन्हें पर्यावरण में रेडियोन्यूक्लाइड के उत्कृष्ट अवशोषव बनाता है। राइज़ोपस अरिजुआ और एस्पर्जिलर नाइजर घोल से 90-95% रेडियोथोरियम को हटाने में सक्षम थे। रेडियोन्यूक्लाइड अवशोषण अनुप्रयोगों के लिए निकाले गए कवक मेलेनिन।कवक तंतु में मेलेनिन वर्णक की उपस्थिति रेडियोधर्मी विकिरण को सहन करने और उसे सहन करने में मदद करती है। चेरनोबिल परमाणु रिएक्टर दुर्घटना स्थल पर क्षतिग्रस्त रिएक्टर के भीतर 37 से अधिक विभिन्न प्रकार के कवक पाए गए, और चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र के पास प्रदूषित मिट्टी में बड़ी संख्या में काले कवक पाए गए।

रेडियोधर्मी विकिरण का उच्च स्तर पर अल्टरनेरिया अल्टरनेटा और क्लैडोस्पोरियम स्फेरोस्पर्मम जैसे कवक पाए गए। अध्ययनों के अनुसार, यह दुर्घटना दर्शाती है कि मेलेनोजेनेसिस के कारण, कवक चरम (विकिरण-सहिष्णु) वातावरण में जीवित रह सकते हैं।

वाणिज्यिक उत्पादन

वाणिज्यिक स्तर उपयोग के लिए मेलेनिन का बड़े पैमाने पर उत्पादन कृषि अवशेष के किण्वन द्वारा आर्थिक रूप से व्यवहार्य विकल्प है। मेलेनिन के अनुप्रयोग की एक प्रमुख बाघा उनकी जल में अघुलनशील प्रकृति है। इस समस्या का समाधान मेलेनिन के घुलनशीलकरण के लिए विधि विकसित करके इसे दूर किया जा सकता है। जल में घुलनशील संस्करण विभिन्न जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोगों में अत्यधिक उपयोगी होगा।

लेखकः डॉ0 आर. एस. सेंगर, निदेशक ट्रेनिंग और प्लेसमेंट, सरदार वल्लभभाई पटेल कृषि एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय मेरठ।