Distinct genetic requirements underlie LITE-1-dependent photosensation and avoidance of high concentration of diacetyl in C. elegans

सभी जीवित चीजों को जीवित रहने के लिए अपनी दुनिया को महसूस करना चाहिए। उन्हें यह जानने की आवश्यकता होती है कि कब भोजन की ओर बढ़ना है और कब खतरे से भागना है। कई जानवरों के लिए, यह विशेष कोशिकाओं के माध्यम से होता है जो छोटे एंटेना की तरह कार्य करती हैं, जो पर्यावरण से संकेतों को पकड़ती हैं और उन्हें मस्तिष्क के लिए विद्युत संदेशों में बदल देती हैं। सूक्ष्म राउंडवर्म केनोरैबडिटिस एलिन्स (Caenorhabditis elegans) में, जिसका तंत्रिका तंत्र केवल 302 कोशिकाओं से बना है, वैज्ञानिक लंबे समय से इस बात का अध्ययन करते रहे हैं कि ये सरल जीव अपने रासायनिक और प्रकाश से भरे संसार में कैसे नेविगेट करते हैं। इस प्रक्रिया में एक प्रमुख खिलाड़ी LITE-1 नामक एक प्रोटीन है। यह प्रोटीन कृमि के लिए एक सेंसर के रूप में कार्य करता है, जो उसे चमकीले नीले और पराबैंगनी प्रकाश (जिसे वह दर्दनाक पाता है) और कुछ गंधों (जो उनकी तीव्रता के आधार पर आकर्षक या विकर्षक हो सकते हैं) का पता लगाने में मदद करता है। वर्षों तक, शोधकर्ताओं ने यह मान लिया था कि चूंकि LITE-1 प्रकाश और गंध दोनों को संभालता है, इसलिए यह निश्चित रूप से उन संकेतों को कृमि के मस्तिष्क तक भेजने के लिए एक ही आंतरिक वायरिंग का उपयोग करता होगा। यह तर्कसंगत लग रहा था कि एक एकल सेंसर एक ही सेट निर्देशों पर निर्भर करेगा ताकि जीव को क्या करना है, यह बताया जा सके।

MRC लैबोरेटरी ऑफ मेडिकल साइंसेज, लंदन और उमेओ यूनिवर्सिटी, स्वीडन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन व्यवहारों के पीछे के आनुवंशिक निर्देशों को करीब से देखकर इस धारणा का परीक्षण करने का निर्णय लिया। उन्होंने एक विशिष्ट परिदृश्य पर ध्यान केंद्रित किया जहाँ कृमि डायएसिटाइल (diacetyl) की उच्च सांद्रता का सामना करता है, जो एक रसायन है जिसकी गंध मक्खन जैसी होती है। कम स्तर पर, यह गंध सुखद होती है और कृमि को अपनी ओर खींचती है, लेकिन उच्च स्तर पर, यह विषाक्त हो जाती है और कृमि को इससे दूर जाने के लिए मजबूर करती है। वैज्ञानिक यह जानना चाहते थे कि क्या वह मार्ग जो कृमि इस तीव्र गंध से बचने के लिए अपनाता है, वही मार्ग है जिसका उपयोग वह तेज रोशनी से भागने के लिए करता है। यह पता लगाने के लिए, उन्होंने टूटे हुए जीन वाले कृमियों की जांच की, विशेष रूप से उन उत्परिवर्तनों (mutations) की तलाश की जिन्होंने कृमियों की प्रकाश के प्रति प्रतिक्रिया को रोक दिया लेकिन उनकी गंध की शक्ति को बरकरार रखा, या इसके विपरीत। उन्होंने विविध प्रकार के आनुवंशिक परिवर्तनों का परीक्षण किया, जिसमें वे परिवर्तन शामिल थे जो कोशिकाओं के रासायनिक संदेशवाहकों को बनाने और प्रबंधित करने के तरीके को बाधित करते हैं, साथ ही वे भी जो कृमि की संवेदी कोशिकाओं पर सूक्ष्म बालों जैसी संरचनाओं को प्रभावित करते हैं।

परिणामों ने इन दो बहुत अलग खतरों को संसाधित करने के तरीके में एक आश्चर्यजनक विभाजन का खुलासा किया। जब शोधकर्ताओं ने उन जीनों को बाधित किया जो प्रकाश देखने के लिए आवश्यक एक विशिष्ट रासायनिक सिग्नलिंग पाथवे (मार्ग) के लिए जिम्मेदार हैं, तो कृमियों ने चमकीली रोशनी से बचने की अपनी क्षमता खो दी। हालांकि, इन्हीं कृमियों में मक्खन जैसी सुगंध वाले रसायन की उच्च सांद्रता को सूंघने और स्वस्थ कृमियों की तरह ही उससे दूर जाने की क्षमता बनी रही। यह खोज बताती है कि कृमि LITE-1 के लिए एक एकल, सार्वभौमिक निर्देशों के सेट का उपयोग नहीं करता है। इसके बजाय, प्रोटीन गियर बदलता हुआ प्रतीत होता है, प्रकाश को संभालने के लिए एक सेट आंतरिक उपकरणों का उपयोग करता है और तीव्र गंध को संभालने के लिए पूरी तरह से अलग सेट का। अध्ययन ने दिखाया कि जबकि कृमि को प्रकाश और तीव्र गंध दोनों से बचने के लिए GOA-1 नामक एक विशिष्ट प्रोटीन की आवश्यकता होती है, उसे गंध से बचने के लिए प्रकाश-संवेदी मशीनरी के अन्य घटकों की आवश्यकता नहीं होती है।

शोधकर्ताओं ने उन भौतिक संरचनाओं का भी अध्ययन किया जो कृमि को अपने पर्यावरण को महसूस करने में मदद करती हैं। कृमियों की कई संवेदी कोशिकाओं में सिलिया (cilia) नामक छोटी, बालों जैसी संरचनाएं होती हैं, जो अधिकांश गंधों का पता लगाने के लिए आवश्यक हैं। टीम ने उन कृमियों का परीक्षण किया जिनके सिलिया टूटे हुए थे या जो उन्हें बनाने वाली मशीनरी के गायब हिस्सों वाले थे। आश्चर्यजनक रूप से, ये कृमि डायएसिटाइल की उच्च सांद्रता से बच सकते थे, जो यह संकेत देता है कि यह विशिष्ट बचाव व्यवहार सख्ती से बरकरार सिलिया होने पर निर्भर नहीं है। यह इस विचार को और अधिक वजन देता है कि गंध की प्रतिक्रिया प्रकाश की प्रतिक्रिया से भिन्न है, जो सिलिया पर निर्भर नहीं करती है। अध्ययन में यह भी पाया गया कि यदि कृमि का आंतरिक रासायनिक संतुलन एक विशिष्ट प्रकार के सिग्नलिंग अणु की ओर बहुत अधिक झुक जाता है, तो गंध से बचने की उसकी क्षमता टूट जाती है, जिससे पता चलता है कि इस रसायन का स्तर इस व्यवहार के लिए एक महत्वपूर्ण स्विच है।

हालांकि अध्ययन इस बात के पुख्ता प्रमाण प्रदान करता है कि प्रकाश और गंध से बचाव अलग-अलग आनुवंशिक मार्गों का उपयोग करते हैं, लेखक सावधानीपूर्वक यह नोट करते हैं कि यह विषय पर अंतिम शब्द नहीं है। वे बताते हैं कि उनके द्वारा परीक्षण किए गए कुछ आनुवंशिक परिवर्तन कृमि के सामान्य स्वास्थ्य या गति को प्रभावित करते हैं, जो परिणामों को जटिल बना सकते हैं। वे सुझाव देते हैं कि भविष्य के काम को यह पुष्टि करने के लिए सीधे कृमि के न्यूरॉन्स की गतिविधि को देखना होगा कि संकेतों को ठीक से कैसे संसाधित किया जाता है। फिलहाल, यह कार्य प्रकृति की एक स्पष्ट तस्वीर पेश करता है: एक एकल सेंसर प्रोटीन विभिन्न डाउनस्ट्रीम तंत्रों को संलग्न कर सकता है ताकि एक जीव को विविध और अक्सर विरोधाभासी खतरों से भरी दुनिया में नेविगेट करने में मदद मिल सके। कृमि केवल दुनिया के प्रति प्रतिक्रिया नहीं करता है; वह प्रत्येक संकेत की व्याख्या एक अद्वितीय लेंस के माध्यम से करता है, यह तय करने के लिए कि क्या प्रकाश से भागना है या गंध से भागना है।