Functional characterization of a cytosolic malic enzyme crucial for pyridine nucleotide homeostasis, redox balance, and virulence in Leishmania major
यह अध्ययन LmME2 को *Leishmania major* में पहले साइटोसोलिक मैलिक एंजाइम के रूप में पहचानता और अभिलक्षणित करता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि इसकी हानि पाइरिडीन न्यूक्लियोटाइड होमियोस्टेसिस और रेडॉक्स संतुलन को बाधित करती है, जिससे परजीवी उत्तरजीविता और विरुलेंस बाधित होती है और इसे एक आशाजनक ड्रग टारगेट के रूप में रेखांकित करती है।
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अपने शरीर के भीतर एक सूक्ष्म दुनिया की कल्पना करें जहाँ छोटे, एककोशिकीय हमलावर अपना डेरा जमाने की कोशिश कर रहे हैं। इन हमलावरों को Leishmania कहा जाता है, और वे लीशमैनियासिस (leishmaniasis) नामक बीमारी के दोषी हैं। जीवित रहने के लिए, इन परजीवियों को बहुत चतुर रसायनशास्त्री होना पड़ता है। वे दो बहुत अलग मोहल्लों में रहते हैं: पहले एक सैंडफ्लाई (sandfly) के पेट के अंदर, और बाद में स्तनधारियों (जैसे कि आप या मैं) की कोशिकाओं के गहरे भीतर। अपने सेल्स के अंदर, वातावरण अम्लीय (acidic), भीड़भाड़ वाला और "रासायनिक हथियारों" (ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस) से भरा होता है जो आपका इम्यून सिस्टम हमलावरों को मारने के लिए उन पर फेंकता है।
बचाव के लिए, परजीवियों को ऊर्जा की एक स्थिर आपूर्ति और उन रासायनिक हथियारों को बेअसर करने के तरीके की आवश्यकता होती है। यहीं पर "पाइरिडाइन न्यूक्लियोटाइड्स" (pyridine nucleotides) नामक अणुओं का एक विशेष समूह काम आता है। इन अणुओं को आप बैटरी पैक और अग्निशामक यंत्रों (fire extinguishers) के मिश्रण के रूप में देख सकते हैं। इनके कुछ संस्करण (NADPH) नए पुर्जे बनाने में मदद करते हैं, जबकि अन्य (NAD+) इंजन को चालू रखते हैं। यदि परजीवी इन बैटरियों या अपने अग्निशामक यंत्रों के खत्म होने का इंतजार करता है, तो वह भारी दबाव में आ जाता है और मर जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि परजीवी इस बैटरियों को प्रबंधित करने में मदद करने के लिए "मैलिक एंजाइम" (malic enzyme) नामक एक विशिष्ट प्रकार के एंजाइम का उपयोग करते हैं। हालांकि, अब तक, हम केवल इस एंजाइम के एक संस्करण के बारेए जानते थे और हमें लगा था कि यह परजीवी के पावर प्लांट (माइटोकॉन्ड्रिया) में रहता है। बड़ा सवाल यह है कि क्या परजीवी के पास कोई गुप्त बैकअप योजना है, या उसके शरीर में कहीं और छिपा हुआ दूसरा उपकरण है ताकि उसकी बैटरियां चार्ज होती रहें?
यह शोध पत्र उन वैज्ञानिकों की कहानी बताता है जिन्होंने उस गुप्त बैकअप योजना को खोज निकाला। उन्होंने एक दूसरे संस्करण के मैलिक एंजाइम की खोज की, जिसे उन्होंने LmME2 नाम दिया, और पता चला कि यह परजीवी के पावर प्लांट के बजाय उसके सेल के मुख्य लिविंग रूम (साइटोसोल) में छिपा हुआ है। यहाँ उन्होंने क्या पाया:
साइटोप्लाज्मिक जासूस की खोज
शोधकर्ताओं ने परजीवी की निर्देश पुस्तिका (इसके जीनोम) को देखना शुरू किया और महसूस किया कि वास्तव में इस एंजाइम के लिए दो जीन मौजूद हैं, न कि केवल एक। उन्होंने पुष्टि की कि दूसरा जीन, LmME2, परजीवी के जीवन के दोनों चरणों में सक्रिय है। एक चतुर टैगिंग सिस्टम का उपयोग करके, उन्होंने एंजाइम की गतिविधियों पर नज़र रखी और देखा कि यह साइटोसोल (कोशिका के भीतर भरा हुआ जेली जैसा तरल) में रहता है। यह एक आश्चर्य था क्योंकि LmME1 का दूसरा संस्करण माइटोकॉन्ड्रिया में रहता है। यह ऐसा है जैसे यह पता चलना कि एक घर में दो अलग-अलग प्रकार के इलेक्ट्रीशियन हैं: एक बेसमेंट जनरेटर रूम में काम कर रहा है और दूसरा मुख्य हॉल में।
दो-तरफा रास्ता
जब वैज्ञानिकों ने LmME2 एंजाइम को शुद्ध किया और लैब डिश में इसका परीक्षण किया, तो उन्होंने पाया कि यह एक बहुमुखी कार्यकर्ता है। यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया को दो दिशाओं में चला सकता था: मैलेट (malate) नामक अणु को पाइरूवेट (pyruvate) में बदलना (ऊर्जा छोड़ना), या पाइरूवेट को वापस मैलेट में बदलना (ऊर्जा संग्रहीत करना)। एक टेस्ट ट्यूब में, इसने दोनों काम समान गति से किए। हालांकि, जब उन्होंने वास्तविक परजीवी के भीतर काम करने वाले एंजाइम को देखा, तो ऐसा लगा कि यह पाइरूवेट को वापस मैलेट में बदलने को प्राथमिकता देता है। क्यों? क्योंकि परजीवी का आंतरिक वातावरण अन्य रसायनों से भरा है जो ट्रैफिक पुलिस की तरह काम करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि ATP (कोशिका की ऊर्जा मुद्रा), ऑक्सालोएसीटेट (oxaloacetate), और फ्यूमरेट (fumarate) जैसे अणु नियामक (regulators) के रूप में कार्य करते हैं। वे कोशिका की आवश्यकता के आधार पर एंजाइम को धीमा या तेज़ कर सकते हैं। यह एक स्मार्ट थर्मोस्टेट की तरह है जो कमरे के ठंडा होने के आधार पर हीटिंग को समायोजित करता है।
बैटरी संकट
यह पता लगाने के लिए कि LmME2 वास्तव में परजीवी के लिए क्या करता है, वैज्ञानिकों ने एक जेनेटिक "इरेज़र" (CRISPR-Cas9) का उपयोग करके LmME2 जीन को हटा दिया। उन्होंने ऐसे परजीवियों का एक स्ट्रेन बनाया जिसमें बिल्कुल भी LmME2 नहीं था। शुरुआत में, ये उत्परिवर्ती (mutant) परजीवी सामान्य दिखे और पेट्री डिश में अच्छी तरह बढ़े। लेकिन जब वैज्ञानिकों ने उनकी आंतरिक बैटरियों की जांच की, तो उन्हें एक आपदा मिली। उत्परिवर्ती परजीवियों ने अपनी "ऑक्सीकृत" बैटरियों (NAD+ और NADP+) का एक बड़ा हिस्सा खो दिया था। दिलचस्प बात यह है कि "चार्ज्ड" बैटरियां (NADH और NADPH) काफी हद तक वैसी ही रहीं। इससे पता चलता है कि LmME2 केवल नई ऊर्जा ही नहीं बना रहा है, बल्कि यह पुरानी बैटरियों को रीसायकल करने के लिए भी महत्वपूर्ण है ताकि कोशिका कच्चे माल की कमी का सामना न करे। LmME2 के बिना, परजीवी की बैटरी रीसाइक्लिंग प्रणाली टूट जाती है।
आग और विफलता
चूंकि बैटरी प्रणाली टूट गई थी, इसलिए उत्परिवर्ती परजीवी तनाव को झेल नहीं सके। जब वैज्ञानिकों ने उत्परिवर्ती परजीवियों को हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एक रासायनिक हथियार जो प्रतिरक्षा कोशिकाओं द्वारा उपयोग किया जाने वाला रसायन है) के संपर्क में रखा, तो उत्परिवर्ती परजीवियों में "रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज" (ROS)—मूल रूप से, आंतरिक जंग और आग—का खतरनाक स्तर जमा हो गया। वे उन दवाओं के प्रति भी बहुत संवेदनशील थे जो उनकी बैटरी बनाने के दूसरे मुख्य तरीके (पेंटोज फॉस्फेट पाथवे) को रोकती हैं।
असली परीक्षा तब हुई जब वैज्ञानिकों ने इन उत्परिवर्ती परजीवियों को एक जीवित मेजबान (host) में डाला। जब वैज्ञानिकों ने चूहों को LmME2-मुक्त परजीवियों से संक्रमित किया, तो चूहे शायद ही बीमार पड़े। परजीवी चूहों की प्रतिरक्षा कोशिकाओं (मैक्रोफेज) के अंदर जीवित नहीं रह सके और वे उन बड़े, दर्दनाक घावों को पैदा करने में विफल रहे जो आमतौर पर सामान्य परजीवियों से संक्रमित चूहों में दिखाई देते हैं। वास्तव में, सामान्य परजीवियों से संक्रमित चूहों की तुलना में इन चूहों में परजीवियों की संख्या लगभग 100 गुना कम थी।
निष्कर्ष
शोध पत्र यह निष्कर्ष निकालता है कि LmME2 परजीवी के स्वास्थ्य का एक महत्वपूर्ण, पहले से अज्ञात संरक्षक है। यह एक साइटोसोलिक मैलिक एंजाइम के रूप में कार्य करता है जो परजीवी के बैटरी स्तर को संतुलित रखता है और उसकी आंतरिक आग को नियंत्रित रखता है। इसके बिना, परजीवी स्तनधारी के कठोर वातावरण में जीवित रहने के लिए बहुत कमजोर है। यह खोज बताती है कि यदि हम LmME2 को विशेष रूप से ब्लॉक करने के लिए एक दवा डिजाइन कर सकें, तो हम परजीवी को उसके रेडॉक्स संतुलन से वंचित कर सकते हैं और बीमारी को रोक सकते हैं, और वह भी मानव मेजबान को नुकसान पहुंचाए बिना, क्योंकि हमारे संस्करण का यह एंजाइम अलग तरह से काम करता है। वैज्ञानिकों ने लीशमैनियासिस से लड़ने के लिए एक नया, आशाजनक लक्ष्य पहचान लिया है।
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