Intestinal uptake regulates T cell responses to dietary antigens

हर बार जब हम खाते हैं, तो हमारा शरीर एक शांत लेकिन महत्वपूर्ण निर्णय का सामना करता है। हमारे द्वारा खाया जाने वाला भोजन प्रोटीनों से भरा होता है, जो जटिल अणु हैं जिनका हमारे प्रतिरक्षा तंत्र (इम्यून सिस्टम) को लगातार मूल्यांकन करना पड़ता है। आंत में, यह प्रणाली एक सतर्क द्वारपाल के रूप में कार्य करती है, जो हानिरहित पोषक तत्वों और बैक्टीरिया या वायरस जैसे खतरनाक हमलावरों के बीच अंतर करती है। जब प्रतिरक्षा प्रणाली किसी खाद्य प्रोटीन को सुरक्षित पहचान कर सही ढंग से पहचान लेती है, तो वह उसे अनदेखा करना सीख जाती है, जिसे 'ओरल टॉलरेंस' (मौखिक सहनशीलता) के रूप में जाना जाता है। यह प्रक्रिया हमारे शरीर को उन चीजों के खिलाफ अनावश्यक हमले करने से रोकती है जो हमें जीवित रखने के लिए आवश्यक हैं। हालाँकि, जब यह प्रणाली विफल हो जाती है, तो यह खाद्य एलर्जी का कारण बन सकती है, जहाँ शरीर गलती से एक सुरक्षित प्रोटीन को खतरे के रूप में देखता है। प्रतिरक्षा प्रणाली यह कैसे तय करती है कि किसे अनदेखा करना है और किससे लड़ना है, इसे समझना आधुनिक जीव विज्ञान की एक केंद्रीय चुनौती है, जिसके एलर्जी और ऑटोइम्यून रोगों के उपचार में गहरे निहितार्थ हैं।

दशकों तक, वैज्ञानिक इस प्रक्रिया का अध्ययन करने के लिए सरलीकृत मॉडलों पर निर्भर रहे हैं, जिसमें अक्सर जानवरों को शुद्ध, अलग किए गए प्रोटीन खिलाए जाते थे ताकि यह देखा जा सके कि उनकी प्रतिरक्षा प्रणाली कैसे प्रतिक्रिया करती है। प्रचलित धारणा यह थी कि यदि कोई प्रोटीन सुरक्षित है, तो शरीर उसे इस बात की परवाह किए बिना स्वीकार कर लेगा कि उसे किस रूप में दिया गया है। फिर भी, साल्क इंस्टीट्यूट और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं के एक नए अध्ययन ने इस दृष्टिकोण को चुनौती दी है। उन्होंने पाया कि प्रोटीन का भौतिक रूप, और भोजन के भीतर उसे कैसे पैक किया गया है, यह मौलिक रूप से बदल देता है कि शरीर उसे कैसे अवशोषित करता है और फलस्वरूप, प्रतिरक्षा प्रणाली कैसे प्रतिक्रिया करती है। मक्का में पाए जाने वाले एक विशिष्ट प्रोटीन का परीक्षण करते हुए, शोधकर्ताओं ने पाया कि प्रोटीन जिस मार्ग से शरीर में प्रवेश करता है, वह प्रोटीन स्वयं जितना महत्वपूर्ण है।

शोधकर्ताओं ने अपने अध्ययन की शुरुआत ज़ीन (zein) नामक एक आश्चर्यजनक अवलोकन के साथ की, जो मक्के में प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला प्रोटीन है। पिछले कार्यों में, उन्होंने पाया था कि चूहों को मक्के के आटे वाला मानक आहार खिलाने से एक मजबूत, स्वस्थ प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न हुई, जिसने शरीर को प्रोटीन के प्रति सहनशील होना सिखाया। हालाँकि, जब उन्होंने चूहों को बिल्कुल वही प्रोटीन, लेकिन एक अत्यधिक शुद्ध, अलग रूप में खिलाया, तो प्रतिरक्षा प्रणाली पूरी तरह से शांत रही। प्रोटीन वहाँ मौजूद था, लेकिन शरीर ने इसे सीखने योग्य एंटीजन के रूप में नहीं पहचाना। यह एक पहेली थी। इसे सुलझाने के लिए, टीम ने ज़ीन प्रोटीन के तीन अलग-अलग संस्करणों की तुलना की: एक व्यावसायिक रूप से शुद्ध संस्करण (cZein), एक संस्करण जिसे मक्का ग्लूटेन मील (मक्का प्रसंस्करण का एक उपोत्पाद, जिसे pZein कहा गया) से निकाला गया था, और स्वयं मक्का ग्लूटेन मील (CGM)। उन्होंने पाया कि जबकि शुद्ध किया गया व्यावसायिक संस्करण किसी भी प्रतिरक्षा गतिविधि को उत्पन्न करने में विफल रहा, अन्य दो रूपों ने, जिनमें प्रोटीन अन्य खाद्य घटकों के साथ मिश्रित था या अलग तरह से संसाधित था, नियामक टी-कोशिकाओं (regulatory T cells) की एक मजबूत आबादी सफलतापूर्वक विकसित की। ये वे विशिष्ट कोशिकाएं हैं जो सहनशीलता बनाए रखने और एलर्जी को रोकने के लिए जिम्मेदार हैं।

टीम ने पहले इस बात पर विचार किया कि क्या प्रोटीन के विभिन्न रूपों में अलग-अलग रासायनिक संरचनाएं या छिपे हुए एडजुवेंट्स (adjuvants)—वे पदार्थ जो स्वाभाविक रूप से प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को बढ़ाते हैं—हो सकते हैं। उन्होंने प्रोटीनों का विस्तार से विश्लेषण किया और पाया कि सभी संस्करणों में ज़ीन की मूल संरचना समान थी। उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि क्या मक्के के आटे में अन्य घटक एक बूस्टर के रूप में कार्य कर रहे थे, लेकिन शुद्ध प्रोटीन को बचे हुए मक्के के घटकों के साथ पुनर्संयोजित करने से प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया बहाल नहीं हुई। उन्हें एहसास हुआ कि उत्तर प्रोटीन की केमिस्ट्री में नहीं, बल्कि इस बात के भौतिक विज्ञान में था कि वह आंत के माध्यम से कैसे चलता है।

इसे समझने के लिए, शोधकर्ताओं को यह देखना था कि प्रोटीन आंत की दीवार को कैसे पार करते हैं। आंत की परत एक सख्त अवरोध है जिसे अधिकांश बड़े अणुओं को बाहर रखने के लिए बनाया गया है, लेकिन इसमें आंत की सामग्री का नमूना लेने के लिए विशेष द्वार होते हैं। दो मुख्य प्रकार की कोशिकाएं इन द्वारपालों के रूप में कार्य करती हैं: गोब्लेट कोशिकाएं (goblet cells) और एम कोशिकाएं (M cells)। गोब्लेट कोशिकाएं घुलनशील, घुले हुए पदार्थों के नमूने लेने के लिए जानी जाती हैं, जबकि एम कोशिकाएं बड़े, अघुलनशील कणों को पकड़ने के लिए विशेष होती हैं, जो एक कार्य है जिसे वे आमतौर पर बैक्टीरिया के लिए करती हैं। शोधकर्ताओं ने यह ट्रैक करने के लिए एक नई विधि विकसित की कि ज़ीन प्रोटीन वास्तव में शरीर में कितनी मात्रा में पहुँचता है, इसके लिए उन्होंने मल में शेष रहने वाली मात्रा को मापा। उन्होंने पाया कि व्यावसायिक रूप से शुद्ध ज़ीन (cZein) का मल में उच्च रिकवरी दर देखी गई, जो सीमित अवशोषण का संकेत देती है, जबकि मक्के के आटे और संसाधित मक्का ग्लूटेन मील (pZein) से प्राप्त ज़ीन कुशलतापूर्वक अवशोषित किया गया।

मुख्य अंतर घुलनशीलता (solubility) था। मक्के के आटे और संसाधित संस्करण (pZein) में मौजूद ज़ीन, व्यावसायिक शुद्ध संस्करण (cZein) की तुलना में आंत के तरल पदार्थ में अधिक घुलनशील था। इस घुलनशीलता के अंतर ने यह निर्धारित किया कि प्रोटीन ने किस कोशिकीय द्वार का उपयोग किया। अधिक घुलनशील रूप, गोब्लेट कोशिकाओं द्वारा उठाए गए, जो खाद्य एंटीजन के लिए मानक मार्ग है। कम घुलनशील, अधिक कणमय (particulate) रूपों को एम कोशिकाओं द्वारा पकड़ा गया, जो कि रोगजनकों (pathogens) से जुड़े एक सामान्य मार्ग है। शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में आंतों की कोशिकाओं को उगाकर और यह देखकर इसकी पुष्टि की कि घुलनशील प्रोटीन (pZein) को गोब्लेट कोशिकाओं द्वारा और अघुलनशील कणों (CGM) को एम कोशिकाओं द्वारा ले जाया गया। जब उन्होंने जीवित चूहों में एम कोशिकाओं को ब्लॉक किया, तो अघुलनशील मक्के के आटे के प्रोटीन का अवशोषण काफी कम हो गया, जिससे सिद्ध हुआ कि ये कोशिकाएं इसके अवशोषण के लिए आवश्यक थीं।

यह सिद्ध करने के लिए कि घुलनशीलता ही प्रेरक शक्ति थी, शोधकर्ताओं ने व्यावसायिक शुद्ध ज़ीन को लिया, जो सामान्य रूप से अघुलनशील था और प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा अनदेखा किया जाता था, और इसे रासायनिक रूप से संशोधित करके घुलनशील बनाया। जब उन्होंने इस नए घुलनशील संस्करण को चूहों को खिलाया, तो आंत ने इसे कुशलतापूर्वक अवशोषित किया, और प्रतिरक्षा प्रणाली ने प्राकृतिक मक्के के आटे की तरह ही सुरक्षात्मक नियामक टी-कोशिकाओं को उत्पन्न करके प्रतिक्रिया दी। इस प्रयोग ने प्रदर्शित किया कि केवल प्रोटीन की भौतिक अवस्था को बदलकर, प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को चुप्पी से सहनशीलता की ओर ले जाना पर्याप्त था।

निष्कर्ष मक्के तक ही सीमित नहीं थे। टीम ने मूंगफली को भी देखा, जो एक सामान्य एलर्जन है, और एक समान पैटर्न पाया। उन्होंने पाया कि प्रमुख मूंगफली एलर्जन, Ara h 1, को तब अग्राहण (transport) किया जाता है जब मूंगफली कच्ची होती है, लेकिन जब मूंगफली भुनी हुई होती है, तो यह एम कोशिकाओं द्वारा किया जाता है। हालांकि भूनना (roasting) प्रोटीन के गुणों को बदलने के लिए जाना जाता है, शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके परिवहन परख (transport assay) में उपयोग किए गए ऑर्गेनॉइड मीडिया में, कच्ची मूंगफली की तुलना में भुनी हुई मूंगफली में एलर्जन Ara h 1 की घुलनशीलता में अपेक्षित कमी देखी गई। हालांकि, इस घुलनशीलता परिवर्तन के बावजूद, भुनी हुई मूंगफली मुख्य रूप से एम कोशिकाओं द्वारा ली गई, जबकि कच्ची मूंगफली को गोब्लेट कोशिकाओं द्वारा लिया गया। यह सुझाव देता है कि हम अपने भोजन को कैसे तैयार करते हैं—खाना पकाना, भूनना या प्रसंस्करण करना—यह हमारे द्वारा खाए जाने वाले प्रोटीनों के भौतिक रूप को बदल सकता है, जिससे यह बदल जाता है कि हमारे शरीर उनका नमूना कैसे लेते हैं और संभावित रूप से यह प्रभावित करता है कि हम एलर्जी विकसित करते हैं या सहनशीलता।

यह कार्य हमारी मौखिक सहनशीलता (oral tolerance) की समझ को नया आकार देता है। यह सुझाव देता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली न केवल खाद्य प्रोटीन की रासायनिक पहचान पर प्रतिक्रिया करती है, बल्कि उस भौतिक संदर्भ पर भी प्रतिक्रिया करती है जिसमें वह प्रोटीन प्रदान किया जाता है। प्रवेश का मार्ग, जो इस बात से निर्धारित होता है कि प्रोटीन घुला हुआ है या कणमय, एक स्विच के रूप में कार्य करता है जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया की तीव्रता को नियंत्रित करता है। यह दिखाते हुए कि एक ही प्रोटीन को उसकी घुलनशीलता और उसे ले जाने वाली कोशिकाओं के आधार पर अनदेखा या स्वीकार किया जा सकता है, यह अध्ययन रेखांकित करता है कि अवशोषण की यांत्रिकी प्रतिरक्षा प्रोग्रामिंग में एक महत्वपूर्ण, विनियमित चरण है। यह अंतर्दृष्टि यह सोचने के नए रास्ते खोलती है कि कैसे खाद्य प्रसंस्करण और फॉर्मूलेशन का उपयोग प्रतिरक्षा प्रणाली को सहनशीलता की ओर निर्देशित करने के लिए किया जा सकता है, जो एंटीजन को शरीर के सामने प्रस्तुत करने के तरीके में हेरफेर करके खाद्य एलर्जी को रोकने या इलाज करने के लिए उपचार विकसित करने का एक संभावित मार्ग प्रदान करता है।