जॉन्स हॉपकिंस के वैज्ञानिकों ने एक सामान्य आंत जीवाणु और कोलोरेक्टल कैंसर के बीच एक महत्वपूर्ण गुमशुदा कड़ी का पता लगाया है, जिससे लगभग दो दशकों से शोधकर्ताओं को परेशान कर रहे एक रहस्य का समाधान हो गया है।
वॉशिंगटन डीसी: जॉन्स हॉपकिंस के वैज्ञानिकों ने एक सामान्य आंत जीवाणु और कोलोरेक्टल कैंसर के बीच एक महत्वपूर्ण गुमशुदा कड़ी का पता लगाया है, जिससे लगभग दो दशकों से शोधकर्ताओं को परेशान कर रहे एक रहस्य का समाधान हो गया है।
बैक्टीरियोइड्स फ्रैजिलिस नामक यह जीवाणु एक विष उत्पन्न करता है जो बृहदान्त्र की सुरक्षात्मक परत को नुकसान पहुंचाता है, दीर्घकालिक सूजन को बढ़ाता है और ट्यूमर के निर्माण को बढ़ावा देता है।
लगभग दो दशकों से, वैज्ञानिकों को यह ज्ञात था कि एक सामान्य आंत जीवाणु एक विष उत्पन्न कर सकता है जो बृहदान्त्र को नुकसान पहुंचाता है और ट्यूमर के निर्माण में सहायक होता है। वे यह नहीं समझा पा रहे थे कि विष पहले आंत की कोशिकाओं से कैसे जुड़ता है और अपना हमला शुरू करता है। अब, शोधकर्ताओं ने उस गुमशुदा चरण का पता लगा लिया है, जिससे एक आश्चर्यजनक कमजोरी का खुलासा हुआ है जो बृहदान्त्र की सुरक्षा के नए तरीकों की ओर ले जा सकती है।
यह महत्वपूर्ण खोज जॉन्स हॉपकिंस किमेल कैंसर सेंटर, इसके ब्लूमबर्ग-किमेल इंस्टीट्यूट फॉर कैंसर इम्यूनोथेरेपी और जॉन्स हॉपकिंस यूनिवर्सिटी स्कूल ऑफ मेडिसिन के वैज्ञानिकों के नेतृत्व वाली एक टीम द्वारा की गई है।
नेचर पत्रिका में प्रकाशित उनके निष्कर्षों में क्लाउडिन-4 नामक प्रोटीन को बीएफटी नामक जीवाणु विष के लिए आवश्यक डॉकिंग बिंदु के रूप में पहचाना गया है। इससे भी अधिक आशाजनक बात यह है कि शोधकर्ताओं ने इस खोज का उपयोग करके एक आणविक प्रतिरूप विकसित किया है जो विष को आंत्र कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाने से पहले ही रोक देता है। इस रणनीति ने चूहों को विष के हानिकारक प्रभावों से सफलतापूर्वक बचाया, जिससे कोलोरेक्टल कैंसर से जुड़े जीवाणु क्षति को रोकने के लिए एक संभावित नए दृष्टिकोण का संकेत मिलता है।
इस शोध को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (एनआईएच) से आंशिक सहायता प्राप्त हुई। साइंसडेली की वेबसाइट पर उद्धृत वरिष्ठ लेखिका सिंथिया सियर्स, एम.डी., ब्लूमबर्ग-किमेल कैंसर इम्यूनोथेरेपी की प्रोफेसर और जॉन्स हॉपकिंस में चिकित्सा की प्रोफेसर ने कहा, "हमने समय-समय पर रिसेप्टर की पहचान करने के कई प्रयास किए हैं, इसलिए यह एक रोमांचक क्षण है।" सिंथिया ने आगे कहा, "जीवाणु विष कैसे काम करते हैं, इसे समझने से दस्त, कोलोरेक्टल कैंसर और रक्तप्रवाह संक्रमण सहित संबंधित बीमारियों के पता लगाने और उपचार के लिए नए दृष्टिकोण खुल सकते हैं।"
एक सामान्य आंत का जीवाणु कैसे कोलोन कैंसर को बढ़ावा दे सकता है
यह शोध बैक्टेरॉइड्स फ्रैजिलिस नामक जीवाणु पर केंद्रित है, जो लगभग 20% स्वस्थ लोगों की आंतों में पाया जा सकता है। हालाँकि इस बैक्टीरिया की मौजूदगी का मतलब यह नहीं है कि किसी को कैंसर हो ही जाएगा, लेकिन इसके कुछ प्रकार (स्ट्रेन) एक ऐसा शक्तिशाली टॉक्सिन (विषैला पदार्थ) बनाते हैं जो कोलन (बड़ी आंत) की सुरक्षात्मक परत को नुकसान पहुँचा सकता है, सूजन पैदा कर सकता है और ट्यूमर के विकास को बढ़ावा दे सकता है।
'बी. फ्रैजिलिस टॉक्सिन' (B. fragilis toxin) या BFT कहे जाने वाले इस टॉक्सिन पर कई सालों से शोध चल रहा है। 'नेचर मेडिसिन' में 2009 में प्रकाशित एक महत्वपूर्ण अध्ययन में, सियर्स और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि यह टॉक्सिन कोलन ट्यूमर के विकास को बढ़ावा दे सकता है। उनके काम ने टॉक्सिन बनाने वाले आंत के बैक्टीरिया, लंबे समय तक रहने वाली सूजन (क्रॉनिक इन्फ्लेमेशन) और कोलोरेक्टल कैंसर के बीच एक अहम संबंध स्थापित करने में मदद की।
वेबसाइट पर प्रकाशित अध्ययन के अनुसार, पहले किए गए प्रयोगों से यह भी पता चला था कि BFT, 'ई-कैडेरिन' (E-cadherin) नामक प्रोटीन को नुकसान पहुँचाता है। यह प्रोटीन आस-पास की कोशिकाओं को एक साथ जोड़े रखने और कोलन की सुरक्षात्मक परत को बनाए रखने में मदद करता है। जब यह प्रोटीन टूट जाता है, तो सुरक्षात्मक परत कमजोर हो जाती है, जिससे हानिकारक पदार्थ और बैक्टीरिया आस-पास के ऊतकों (टिश्यू) को नुकसान पहुँचा सकते हैं।
हालाँकि, एक अहम सवाल का जवाब अभी भी नहीं मिला था। भले ही BFT, 'ई-कैडेरिन' को तोड़ सकता था, लेकिन ऐसा नहीं लग रहा था कि यह सीधे उस प्रोटीन से जुड़ता है। शोधकर्ताओं को शक था कि कोई और अणु (मॉलिक्यूल) इस टॉक्सिन को उसके लक्ष्य तक पहुँचने में मदद कर रहा है, लेकिन उसे खोजने की कई कोशिशें नाकाम रहीं।
CRISPR तकनीक से खुला रहस्य: 'क्लाउडिन-4' की पहचान
इस रहस्य को सुलझाने के लिए, शोधकर्ताओं ने CRISPR का सहारा लिया। यह एक शक्तिशाली जीन-एडिटिंग तकनीक है, जो वैज्ञानिकों को चुनिंदा जीन को निष्क्रिय (disable) करने और यह पता लगाने की सुविधा देती है कि वे क्या काम करते हैं।
सियर्स की प्रयोगशाला में काम कर रहे M.D./Ph.D. छात्र मैक्सवेल व्हाइट ने हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में मैथ्यू वाल्डोर की प्रयोगशाला के साथ मिलकर, पूरे जीनोम पर CRISPR स्क्रीनिंग का काम किया। उनकी टीम ने कोलन की अंदरूनी परत बनाने वाली कोशिकाओं (कोलन एपिथेलियल सेल्स) में एक-एक करके जीन को बंद किया, ताकि यह पता लगाया जा सके कि टॉक्सिन के जुड़ने और नुकसान पहुँचाने के लिए कौन-से जीन जरूरी हैं।
इसमें एक जीन विशेष रूप से सामने आया। यह 'क्लॉउडिन-4' (claudin-4) नामक प्रोटीन बनाता है। यह प्रोटीन आस-पास की कोशिकाओं के बीच 'टाइट जंक्शन' (tight junctions) बनाने में मदद करता है। ये एक तरह की सील की तरह काम करते हैं, जो कोशिकाओं के बीच पदार्थों की आवाजाही को नियंत्रित करते हैं और आंत की सुरक्षात्मक परत को बनाए रखने में मदद करते हैं।
जब शोधकर्ताओं ने 'क्लॉउडिन-4' के लिए जिम्मेदार जीन को निष्क्रिय कर दिया, तो BFT कोलन की कोशिकाओं से नहीं जुड़ पाया। इस शुरुआती जुड़ाव के बिना, टॉक्सिन 'ई-कैडेरिन' पर हमला करने में असमर्थ रहा। इस खोज से पता चला है कि क्लॉडिन्स-4 (claudin-4) बैक्टीरियल टॉक्सिन के लिए एक रिसेप्टर का काम करता है। असल में, टॉक्सिन को अपना नुकसान पहुँचाने वाला काम शुरू करने से पहले, सबसे पहले इस प्रोटीन से जुड़ना पड़ता है।
व्हाइट कहते हैं, "इस जांच (assay) को काम में लाने और इस तरीके को प्रमाणित करने में कुछ समय लगा, लेकिन एक बार जब हम स्क्रीनिंग करने में सफल हो गए, तो क्लॉडिन्स-4 सबसे प्रमुख परिणाम के रूप में सामने आया। वह एक बहुत ही रोमांचक पल था।"
एक अप्रत्याशित खोज से बैक्टीरिया के हमले की एक नई रणनीति का पता चला है। रिसेप्टर की पहचान ने वैज्ञानिकों को हैरान कर दिया। सियर्स और अन्य शोधकर्ताओं को उम्मीद थी कि BFT सेलुलर सिग्नलिंग में शामिल किसी प्रोटीन, जैसे कि 'G प्रोटीन-कपल्ड रिसेप्टर' के साथ जुड़ेगा। ये रिसेप्टर एक तरह के 'कम्युनिकेशन स्विच' की तरह काम करते हैं, जो कोशिकाओं को अपने आस-पास के संकेतों पर प्रतिक्रिया देने में मदद करते हैं। हालाँकि, क्लॉउडिन-4 (Claudin-4) का काम बिल्कुल अलग है। यह मुख्य रूप से सिग्नलिंग रिसेप्टर के रूप में काम करने के बजाय, आस-पास की कोशिकाओं के बीच भौतिक जुड़ाव बनाए रखने में मदद करता है।
इस खोज से बैक्टीरियल टॉक्सिन (जीवाणु विष) के काम करने के एक अनोखे तरीके का भी पता चला। BFT, 'प्रोटीएज' (proteases) नामक एंजाइमों के समूह से आता है, जो अन्य प्रोटीनों को काटते हैं। ज़्यादातर प्रोटीएज सीधे अपने टारगेट (लक्ष्य) पर काम करते हैं, लेकिन BFT को E-कैडेरिन (E-cadherin) तक पहुँचने और उसे नुकसान पहुँचाने के लिए एक अलग रिसेप्टर की ज़रूरत होती है।
जब टीम ने पिछले वैज्ञानिक शोधों की समीक्षा की, तो उन्हें ऐसा कोई दूसरा टॉक्सिन नहीं मिला जो इसी तरह के तरीके का इस्तेमाल करता हो। यह पक्का करने के लिए कि BFT और क्लॉउडिन-4 सच में एक-दूसरे से जुड़ते हैं, जॉन्स हॉपकिन्स के शोधकर्ताओं ने बार्सिलोना के मॉलिक्यूलर बायोलॉजी इंस्टीट्यूट के स्ट्रक्चरल बायोलॉजिस्ट एफ. ज़ेवियर गोमिस-रुथ और उलरिच एकहार्ड के साथ मिलकर काम किया।
अणुओं (molecules) के आपस में जुड़ने के तरीके को मापने वाली तकनीकों का इस्तेमाल करके, व्हाइट और बार्सिलोना की टीम ने दिखाया कि प्रयोगशाला के प्रयोगों में BFT और क्लॉउडिन-4 मिलकर एक मज़बूत कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। टॉक्सिन का हर अणु एक रिसेप्टर अणु के साथ जुड़ता है, जो इस जुड़ाव का सीधा भौतिक सबूत देता है।
'नकली प्रोटीन' बनाकर टॉक्सिन को दिया धोखा
एक चालाक 'मॉलिक्यूलर डिकॉय' (molecular decoy) आंतों के खतरनाक टॉक्सिन को रोकता है। रिसेप्टर की पहचान होने से न केवल यह पता चला कि टॉक्सिन कैसे काम करता है, बल्कि इससे वैज्ञानिकों को इसे रोकने का एक तरीका भी मिल गया। अगर BFT को कोलन (बड़ी आंत) की कोशिकाओं से जुड़ने के लिए क्लॉउडिन-4 की ज़रूरत होती है, तो शायद कोई विकल्प (substitute) इस टॉक्सिन को उसके असली टारगेट से दूर खींच सकता है।
इस संभावना को परखने के लिए, टीम ने एक 'मॉलिक्यूलर डिकॉय' (धोखा देने वाला अणु) तैयार किया। यह क्लॉउडिन-4 के सीक्वेंस वाला एक घुलनशील प्रोटीन था, जिसे इस तरह डिज़ाइन किया गया था कि वह BFT को अपनी ओर आकर्षित करे, लेकिन उसे कोलन की सुरक्षात्मक परत पर हमला न करने दे।
इसके बाद शोधकर्ताओं ने हार्वर्ड मेडिकल स्कूल में मिन डोंग की प्रयोगशाला (जिसमें कांग वांग और उनके साथी शामिल थे) के साथ मिलकर चूहों पर इस तरीके का परीक्षण किया। इन प्रयोगों से वैज्ञानिकों को यह देखने का मौका मिला कि जीवित आंत के जटिल वातावरण में यह टॉक्सिन किस तरह व्यवहार करता है।
इसके नतीजे उत्साहजनक रहे। कोलन कोशिकाओं पर मौजूद क्लौडिन-4 रिसेप्टर्स से जुड़ने के बजाय, BFT 'डिकॉय' (decoy) प्रोटीनों से जुड़ गया। इन डिकॉय प्रोटीनों ने टॉक्सिन को खुद से जोड़कर चूहों को BFT से होने वाले नुकसान से बचा लिया। इस खोज से पता चलता है कि नुकसान होने के बाद उसे ठीक करने की कोशिश करने के बजाय, टॉक्सिन की प्रक्रिया के शुरुआती चरण में ही दखल देना संभव हो सकता है।
व्हाइट कहते हैं, "इस तरीके को छोटे अणुओं (small molecules) या अन्य बायोलॉजिक्स के साथ और बेहतर बनाया जा सकता है, जिनमें बेहतर औषधीय गुण होते हैं।" अब टीम यह पता लगा रही है कि टॉक्सिन को रोकने के लिए कौन सा आणविक तरीका सबसे सफल हो सकता है। 'स्मॉल मॉलिक्यूल्स' ऐसे यौगिक होते हैं जिनसे कभी-कभी दवाएं बनाई जा सकती हैं, जबकि 'बायोलॉजिक्स' ऐसे उपचार हैं जो जैविक पदार्थों (जैसे प्रोटीन) से बने होते हैं या उनमें इनका इस्तेमाल होता है। भविष्य में डिकॉय रणनीति को इस तरह से विकसित किया जा सकता है कि यह शरीर में और अधिक प्रभावी ढंग से काम करे या इसे देना और भी आसान हो जाए।
कोलन कैंसर की रोकथाम के लिए इस खोज के क्या मायने हो सकते हैं?
हालांकि इस खोज से एक नया और आशाजनक लक्ष्य (target) सामने आया है, लेकिन अभी भी कई महत्वपूर्ण सवाल बाकी हैं। वैज्ञानिकों ने यह तो साबित कर दिया है कि BFT क्लौडिन-4 से जुड़ता है और इस जुड़ाव को रोककर चूहों को टॉक्सिन से होने वाले नुकसान से बचाया जा सकता है। हालांकि, वे अभी तक उस सटीक त्रि-आयामी (3D) संरचना का पता नहीं लगा पाए हैं, जो यह दिखाए कि ये दोनों अणु आपस में कैसे जुड़ते हैं। 'अल्फाफोल्ड' (AlphaFold) जैसे उन्नत आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस टूल भी इस जुड़ाव को पूरी तरह से स्पष्ट नहीं कर पाए हैं। इसकी सटीक संरचना को समझने से शोधकर्ताओं को ऐसे अधिक प्रभावी यौगिक बनाने में मदद मिल सकती है, जो टॉक्सिन को जुड़ने से रोक सकें।
यह जानने के लिए और प्रयोगों की आवश्यकता होगी कि क्या डिकॉय रणनीति इंसानों में टॉक्सिन से जुड़ी बीमारियों को सुरक्षित और प्रभावी ढंग से रोक सकती है। चूहों पर किए गए प्रयोगों में ऊतकों (tissues) को होने वाले नुकसान से बचाव तो दिखा, लेकिन यह साबित नहीं हुआ कि यह रणनीति कोलोरेक्टल कैंसर को भी रोक सकती है।
फिर भी, इस खोज ने एक बड़े सवाल का जवाब दे दिया है, जो 2009 में BFT और कोलन ट्यूमर के बीच संबंध सामने आने के बाद से ही बना हुआ था। टॉक्सिन के जुड़ने की उस जगह का पता लगाकर, जिसके बारे में पहले जानकारी नहीं थी, शोधकर्ताओं ने एक हानिकारक जैविक प्रक्रिया को शुरू होने से पहले ही रोकने का एक संभावित तरीका खोज लिया है।
'साइंसडेली' (ScienceDaily) वेबसाइट के अनुसार, ये निष्कर्ष भविष्य में ऐसी नई रणनीतियों में मददगार हो सकते हैं, जिनसे बैक्टीरियल टॉक्सिन से जुड़ी बीमारियों-जैसे कोलोरेक्टल कैंसर, दस्त (diarrhoea) और रक्तप्रवाह में होने वाले संक्रमण (bloodstream infections)-का पता लगाने या उनका इलाज करने में मदद मिल सके।