Evidence from three taxonomically distinct species for a non-AhR mechanism of developmental neurotoxicity of an environmentally derived mixture of polycyclic aromatic hydrocarbons

प्राकृतिक दुनिया में, कई प्रदूषक एकल, अलग-थलग रसायनों के रूप में नहीं आते हैं, बल्कि मिश्रित पदार्थों के जटिल सूप के रूप में आते हैं। इनमें से, पॉलीसाइक्लिक एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन (PAHs) नामक रसायनों का एक बड़ा परिवार पर्यावरण में आम है, जो अक्सर कालिख, तेल और औद्योगिक कचरे में पाया जाता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि कुछ PAHs जीवित चीजों को नुकसान पहुँचा सकते हैं, और दशकों से, शोध का प्राथमिक ध्यान इस बात पर रहा है कि ये रसायन कोशिकाओं के भीतर एक विशिष्ट प्रोटीन के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं जिसे एरील हाइड्रोकार्बन रिसेप्टर (AhR) के रूप में जाना जाता है। यह रिसेप्टर एक स्विच की तरह कार्य करता है; जब इसे किसी रसायन द्वारा चालू किया जाता है, तो यह घटनाओं की एक श्रृंखला को सक्रिय करता है जो विष को तोड़ने के लिए एंजाइमों के उत्पादन की ओर ले जा सकती है। हालांकि यह मार्ग अच्छी तरह से समझा गया है, अधिकांश पिछले अध्ययनों ने इस बात पर ध्यान केंद्रित किया है कि कैसे एकल रसायन या बहुत सरल मिश्रण इस स्विच को प्रभावित करते हैं, जिससे हमारे ज्ञान में एक कमी रह गई कि प्रकृति में पाए जाने वाले प्रदूषकों के वास्तविक, वास्तविक दुनिया के मिश्रण वास्तव में कैसे काम करते हैं। यह समझना कि क्या ये जटिल मिश्रण इस ज्ञात स्विच के माध्यम से विकसित होते मस्तिष्क को नुकसान पहुँचाते हैं या किसी अन्य, छिपे हुए मार्ग के माध्यम प्रकार से, पर्यावरणीय संदूषण के वास्तविक जोखिमों का आकलन करने के लिए महत्वपूर्ण है।

इस अंतर को दूर करने के लिए, शोधकर्ताओं ने वर्जीनिया के नॉरफ़ॉक में एलिज़ाबेथ नदी के एक विशिष्ट, अत्यधिक प्रदूषित स्थल की ओर रुख किया, जिसे रिपब्लिक क्रीओसोटिंग साइट के रूप में जाना जाता है। इस नदी के तलछट (सेडिमेंट) से, उन्होंने PAHs का एक जटिल मिश्रण बनाया, जिसे उन्होंने रिपब्लिक सेडिमेंट एक्सट्रैक्ट नाम दिया। इस मिश्रण का परीक्षण केवल एक प्रकार के जानवर पर करने के बजाय, टीम ने तीन बहुत अलग प्रजातियों को चुना ताकि यह देखा जा सके कि क्या प्रभाव जीव जगत में सुसंगत हैं: अटलांटिक किलफिश, जेब्राफिश और एक छोटा गोलकृमि (राउंडवॉर्म) जिसे केनोरेबेडाइटिस एलिगेंस (Caenorhabditis elegans) कहा जाता है। इन प्रजातियों को इसलिए चुना गया क्योंकि वे विकासवादी वृक्ष (इवोल्यूशनरी ट्री) की अलग-अलग शाखाओं का प्रतिनिधित्व करती हैं, जिससे वैज्ञानिकों को यह देखने में मदद मिली कि क्या परिणाम केवल एक प्रकार के जानवर तक सीमित थे या वे एक मौलिक जैविक सत्य की ओर संकेत कर रहे थे। शोधकर्ताओं ने इन जीवों के विकसित भ्रूणों को सेडिमेंट एक्सट्रैक्ट के संपर्क में रखा, और सावधानीपूर्वक नुकसान के संकेतों पर नज़र रखी और साथ ही यह भी जाँच की कि क्या ज्ञात AhR स्विच सक्रिय हो रहा था।

परिणामों ने स्पष्ट रूप से दिखाया कि जो वैज्ञानिक उम्मीद कर रहे थे और जो वास्तव में हुआ, उनके बीच एक स्पष्ट विभाजन था। किलफिश और जेब्राफिश दोनों में, सेडिमेंट एक्सट्रैक्ट ने सफलतापूर्वक AhR स्विच को चालू कर दिया, जिससे मछलियों में CYP1A नामक एक विशिष्ट एंजाइम का उत्पादन हुआ, जो रिसेप्टर के सक्रिय होने का एक मानक संकेत है। हालाँकि, इस एक्सट्रैक्ट ने मछलियों के विकसित होते तंत्रिका तंत्र को भी महत्वपूर्ण नुकसान पहुँचाया, जिससे उनके व्यवहार में परिवर्तन आया, भले ही यह उन स्तरों पर हुआ जो शरीर में दृश्य शारीरिक विकृतियों का कारण बनने के लिए पर्याप्त नहीं थे। यह पता लगाने के लिए कि क्या यह मस्तिष्क क्षति AhR स्विच के कारण हुई थी, टीम ने किलफिश की एक विशेष आबादी का उपयोग किया जो कई पीढ़ियों से प्रदूषित नदी के अनुकूल हो गई थी। ये अनुकूलित मछलियाँ अपने AhR स्विच को अनदेखा करने की क्षमता के लिए प्रसिद्ध हैं; जब उन्हें उसी सेडिमेंट के संपर्क में लाया गया, तो उन्होंने CYP1A एंजाइम का उत्पादन नहीं किया। फिर भी, इस स्विच के प्रति प्रतिरोध होने के बावजूद, इन मछलियों को उन्हीं हानिकारक व्यवहार परिवर्तनों का सामना करना पड़ा। इस निष्कर्ष ने दृढ़ता से सुझाव दिया कि मस्तिष्क की क्षति एक ऐसे मार्ग के माध्यम से हो रही थी जिसमें AhR रिसेप्टर शामिल नहीं था।

गोलकृमियों (राउंडवॉर्म्स) को देखते समय इस वैकल्पिक मार्ग के प्रमाण और भी स्पष्ट हो गए। मछलियों और मनुष्यों के विपरीत, गोलकृमियों में ऐसा AhR रिसेप्टर नहीं होता है जिसे PAHs द्वारा उसी तरह से सक्रिय किया जा सके। जब कृमियों को सेडिमेंट एक्सट्रैक्ट के संपर्क में लाया गया, तो उनमें डोपामाइन-उत्पादक न्यूरॉन्स को नुकसान पहुँचा, जो गति और व्यवहार के लिए महत्वपूर्ण हैं। चूंकि कृमियों में यह रिसेप्टर तंत्र असंभव था, इसलिए इस तथ्य ने सिद्ध कर दिया कि वे बीमार हो रहे थे क्योंकि मिश्रण एक अलग विधि का उपयोग कर रहा था। कृमियों के जीव विज्ञान की गहराई में जाने पर, शोधकर्ताओं ने पाया कि सेडिमेंट एक्सट्रैक्ट ने कोशिकाओं के ऊर्जा संतुलन को बाधित किया और उनकी आंतरिक रासायनिक स्थिति को बदल दिया, विशेष रूप से इस बात को प्रभावित किया कि कोशिकाएं अपनी ऊर्जा और ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस (ऑक्सीडेटिव तनाव) के विरुद्ध अपनी सुरक्षा का प्रबंधन कैसे करती हैं।

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि PAHs के जटिल पर्यावरणीय मिश्रणों से उत्पन्न खतरा पहले की तुलना में अधिक जटिल है। हालांकि ये रसायन निश्चित रूप से ज्ञात AhR मार्ग को सक्रिय कर सकते हैं, शोध से पता चलता है कि वे अन्य तंत्रों के माध्यम से विकसित होते तंत्रिका तंत्र को गंभीर नुकसान भी पहुँचा सकते हैं जो इस स्विच को पूरी तरह से दरकिनार कर देते हैं। यह तथ्य कि यह गैर-AhR क्षति मछलियों, कृमियों और यहाँ तक कि उन मछलियों में भी दिखाई दी जिन्होंने स्विच को अनदेखा करने के लिए विकास किया था, यह सुझाव देता है कि यह वैकल्पिक मार्ग एक संरक्षित और मजबूत तरीका है जिससे ये प्रदूषक विकसित होते मस्तिष्क को चोट पहुँचा सकते हैं। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि केवल AhR मार्ग पर निर्भर रहना पर्यावरणीय मिश्रणों की सुरक्षा का अनुमान लगाने में महत्वपूर्ण जोखिमों को छोड़ सकता है, जो जटिल रासायनिक सूप जीवन को कैसे प्रभावित करते हैं, इस पर व्यापक दृष्टिकोण अपनाने का आग्रह करता है।