Epigenetic Regulation of Stable SARS-CoV-2 RBD-sfGFP Expression in Primary Human Splenic Fibroblasts

कल्पना कीजिए कि आप कुकीज़ का एक आदर्श बैच बनाने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन आटे और चीनी के बजाय, आप वायरस के एक विशिष्ट हिस्से को बनाने के लिए छोटे जीवित कोशिकाओं का उपयोग कर रहे हैं। वैज्ञानिक इन वायरल हिस्सों को बनाने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं, जिन्हें "रिसेप्टर-बाइंडिंग डोमेन" (या RBD) कहा जाता है, क्योंकि वे इस बात को समझने की कुंजी हैं कि वायरस हमारे शरीर से कैसे चिपकता है और हम वैक्सीन या टेस्ट के जरिए इसे कैसे रोक सकते हैं। आमतौर पर, वैज्ञानिक इन हिस्सों को बनाने के लिए बैक्टीरिया या यीस्ट का उपयोग करते हैं, लेकिन ये नन्हे कारखाने कभी-कभी रेसिपी को गलत कर देते हैं, जिससे महत्वपूर्ण विवरण छूट जाते हैं जैसे कि प्रोटीन को सही ढंग से फोल्ड करना। इसे ठीक करने के लिए, वे मानव कोशिकाओं का उपयोग करने की कोशिश करते हैं, जो मास्टर शेफ की तरह होती हैं क्योंकि वे जानती हैं कि इन प्रोटीनों को कैसे फोल्ड किया जाता है। हालांकि, मानव कोशिकाओं के साथ एक समस्या है: वे थक जाती हैं और कुछ समय बाद काम करना बंद कर देती हैं, जिससे सभी के लिए पर्याप्त कुकीज़ बनाना मुश्किल हो जाता है।

इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिकों ने इन मानव कोशिकाओं को "अमर" बनाने का एक तरीका खोजा है, जिसका अर्थ है कि वे बिना थके हमेशा विभाजित और कार्य कर सकती हैं। इसके बाद उन्होंने इन कोशिकाओं को एक विशेष निर्देश पुस्तिका (प्लाज्मिड) दी ताकि वे वायरल हिस्से बनाना शुरू कर सकें, और उन्होंने एक चमकता हुआ टैग (एक ग्रीन फ्लोरोसेंट प्रोटीन) भी जोड़ा ताकि वे वास्तविक समय में काम होते देख सकें। बड़ा सवाल यह था: यदि आप इन अमर मानव कोशिकाओं को इस वायरल हिस्से को बनाने का एक स्थायी काम देते हैं, तो क्या वे महीनों तक इसे अच्छी तरह से करती रहेंगी, या वे भ्रमित हो जाएंगी, निर्देशों को भूल जाएंगी, या उत्पाद को असमान रूप से बनाना शुरू कर देंगी? यह इस विचार का परीक्षण करने की कहानी है कि कैसे शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन कोशिकाओं को एक दीर्घकालिक परियोजना की तरह माना ताकि वे देख सकें कि क्या वे रोशनी चालू रख सकती हैं और उत्पादन स्थिर रख सकती हैं।

चमकते फाइब्रोब्लास्ट की कहानी

इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक विशेष प्रकार की मानव कोशिका जिसे "स्प्लेनिक फाइब्रोब्लास्ट" (प्लीहा में पाई जाने वाली एक कोशिका जो ऊतक बनाने में मदद करती है) कहा जाता है, ली और उसे एक सुपरपावर दी: हमेशा जीवित रहने की क्षमता। फिर उन्होंने इन कोशिकाओं को SARS-CoV-2 वायरस के एक हिस्से (RBD) को बनाने के लिए एक जेनेटिक निर्देश पुस्तिका दी, जो एक चमकती हुई हरी रोशनी (sfGFP) के साथ जुड़ी हुई थी। इसे इस तरह समझें जैसे किसी फैक्ट्री वर्कर को एक विशिष्ट खिलौना बनाने का ब्लूप्रिंट और एक नियॉन जैकेट दी गई हो ताकि आप उन्हें अंतरिक्ष से भी काम करते हुए देख सकें।

वैज्ञानिक यह देखना चाहते थे कि क्या ये कोशिकाएं लंबे समय तक लगातार इस चमकते हुए खिलौने का निर्माण कर सकती हैं। उन्होंने इन कोशिकाओं के चार अलग-अलग समूह बनाए, जिन्हें T1, T2, T3 और T4 नाम दिया गया, और उन्होंने 98 दिनों (जो लगभग 14 सेल डिवीजन या "पैसेजेस" के बराबर है) तक उन्हें देखा। उन्होंने यह सुनिश्चित करने के लिए G418 नामक एक विशेष एंटीबायोटिक का उपयोग किया कि केवल वही कोशिकाएं जीवित रहें जिन्होंने सफलतापूर्वक निर्देश पुस्तिका को पकड़ लिया है, ठीक वैसे ही जैसे एक फिल्टर जो केवल उन श्रमिकों को अंदर रहने देता है जिनके पास वास्तव में ब्लूप्रिंट है।

जो हमें मिला: चमकती हुई फैक्ट्री

परिणाम काफी रोमांचक थे। सभी चार समूहों की कोशिकाओं ने पूरे 98 दिनों तक चमकते हुए खिलौने का उत्पादन जारी रखा। वे न तो काम करना बंद किया और न ही निर्देश खोए; हरी रोशनी चमकदार बनी रही। इससे यह सिद्ध हुआ कि कोशिकाओं ने नए निर्देशों को अपने स्वयं के DNA में स्थायी रूप से एकीकृत कर लिया था, न कि केवल एक ढीले कागज के टुकड़े की तरह रखा था जिसे खोया जा सकता था।

हालांकि, कहानी केवल "यह काम कर गया" के बारे में नहीं है। शोधकर्ताओं ने गौर किया कि कोशिकाएं कैसे काम कर रही थीं, इसके कुछ दिलचस्प पैटर्न थे:

1. "स्टार" परफॉर्मर्स: सभी समूह समान नहीं थे। समूह T1 सुपरस्टार था, जिसने औसतन सबसे अधिक रोशनी (संभावित अधिकतम चमक का लगभग 93.1%) पैदा की। समूह T3 दूसरे स्थान पर रहा (89.2%), उसके बाद T2 (84.2%) और T4 (79.7%) आए। यह पता चला कि निर्देश पुस्तिका कोशिका के DNA में कहाँ लैंड हुई, यह बहुत मायने रखता था। DNA के कुछ स्थान धूप वाली खिड़की की तरह थे जहाँ काम आसानी से होता था, जबकि अन्य अंधेरे कोने की तरह थे।
2. लहराती हुई लय: एक मेट्रोनोम की तरह बिल्कुल स्थिर रहने के बजाय, उत्पादन का स्तर लहरों की तरह ऊपर-नीचे होता रहा। यह धीरे-धीरे होने वाली गिरावट नहीं थी जहाँ कोशिकाएं थक जाती हैं; यह एक लयबद्ध दोलन (oscillation) की तरह था। कोशिकाएं एक पीक (शिखर) तक पहुँचती थीं, थोड़ा नीचे आती थीं, और फिर से पीक करती थीं। यह सुझाव देता है कि कोशिकाओं के आंतरिक "स्विच" (एपिजेनेटिक रेगुलेशन) गतिशील तरीके से चालू और बंद हो रहे थे, न कि केवल टूट रहे थे।
3. बढ़ता हुआ बिखराव: समय के साथ, कोशिकाएं थोड़ी अराजक होने लगीं। शुरुआत में, समूह की हर कोशिका लगभग एक समान चमक रही थी। लेकिन 98वें दिन तक, कुछ कोशिकाएं बहुत चमकदार थीं जबकि अन्य धुंधली थीं। शोधकर्ताओं ने इस "बिखराव" को 'कोएफिशिएंट ऑफ वेरिएशन' (CV) नामक चीज़ से मापा। सबसे अच्छे समूह (T1) के लिए, यह बिखराव शुरुआत में 1.5% से बढ़कर अंत तक 8.5% हो गया। यह एक ऐसे गायक मंडली (choir) की तरह है जो शुरुआत में एकदम तालमेल में गाती है लेकिन धीरे-धीरे गाने के दौरान अलग-अलग सुरों में भटक जाती है।

इसका क्या अर्थ है

यह अध्ययन बताता है कि ये अमर मानव कोशिकाएं वायरल पार्ट्स बनाने के लिए एक शानदार उपकरण हैं क्योंकि वे लंबे समय तक काम करती रहती हैं। हालांकि, यह यह भी चेतावनी देता है कि यदि आप सबसे सटीक और एक समान उत्पाद चाहते हैं, तो आपको कोशिकाओं को उनके जीवन के शुरुआती चरणों (विशेष रूप से उनके पहले से चौथे डिवीजन या "पैसेजेस" के बीच) में उपयोग करना चाहिए। उसके बाद, कोशिकाएं थोड़ी अनिश्चित होने लगती हैं, जहाँ कुछ अधिक मेहनत करती हैं और कुछ कम।

शोधकर्ताओं ने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने 98 दिनों तक सावधानीपूर्वक माप किया, हर हफ्ते तस्वीरें लीं। उन्होंने पाया कि कितनी कोशिकाएं चमक रही थीं और वे कितनी चमकदार थीं, उनके बीच एक मजबूत संबंध था, जिसका अर्थ है कि पूरा समूह एक साथ बदल रहा था न कि केवल यादृच्छिक (random) कोशिकाएं चालू या बंद हो रही थीं।

निष्कर्ष

यह पेपर दिखाता है कि हम वायरल पार्ट्स बनाने के लिए मानव कोशिकाओं का उपयोग करके एक स्थिर, दीर्घकालिक फैक्ट्री बना सकते हैं, लेकिन हमें इस बात के प्रति सावधान रहना होगा कि हम कब उनका उपयोग करते हैं। कोशिकाएं एक बेहतरीन टीम की तरह हैं जो महीनों तक साथ रहती हैं, लेकिन जैसे-जैसे समय बीतता है, वे अलग-अलग आदतें विकसित करने लगती हैं। यदि आपको पूरी तरह से एक समान उत्पाद का बैच चाहिए, तो आपको टीम को तब पकड़ लेना चाहिए जब वे अभी भी ताज़ा और तालमेल में हों। यदि आप यह अध्ययन करना चाहते हैं कि कोशिकाएं समय के साथ कैसे बदलती हैं, तो ये कोशिकाएं उस नाटक को देखने के लिए एक आदर्श मॉडल हैं। वैज्ञानिक अब यह पता लगाने के लिए गहराई से काम करने की योजना बना रहे हैं कि DNA में निर्देश वास्तव में कहाँ लैंड हुए और कुछ स्थान दूसरों की तुलना में अधिक "धूप वाले" क्यों हैं, लेकिन फिलहाल, उन्होंने साबित कर दिया है कि ये चमकती हुई मानव कोशिकाएं रोशनी चालू रखने का एक विश्वसनीय, भले ही थोड़ा उतार-चढ़ाव वाला तरीका हैं।