Spatially resolved host-fungal transcriptomics profiling by fungal-DBiT
यह अध्ययन fungal-DBiT को पेश करता है, जो एक स्थानिक ट्रांसक्रिप्टोमिक प्लेटफॉर्म है जो अक्षत ऊतकों के भीतर होस्ट और फंगल जीन अभिव्यक्ति के उच्च-रिज़ॉल्यूशन, समवर्ती मानचित्रण को सक्षम बनाता है, जो संक्रमण मॉडल और शारीरिक स्थितियों दोनों में स्थानिक रूप से विषम अंतःक्रियाओं को प्रकट करता है।
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प्रत्येक जीवित शरीर के भीतर, मानव कोशिकाओं के साथ सूक्ष्म जीवन का एक जटिल पारिस्थितिकी तंत्र मौजूद होता है। हालांकि बैक्टीरिया पर अक्सर अधिक ध्यान दिया जाता है, लेकिन कवक (फंगी) भी हमारे शरीर के निरंतर निवासी हैं, जो हमारी त्वचा और हमारी आंतों के भीतर रहते हैं। कभी-कभी, ये कवक हानिरहित पड़ोसियों की तरह रहते हैं, लेकिन कमजोर प्रतिरक्षा प्रणाली वाले लोगों में, वे गहरे ऊतकों (टिश्यू) पर आक्रमण कर सकते हैं और गंभीर, जीवन के लिए खतरा पैदा करने वाले संक्रमण का कारण बन सकते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक यह समझने के लिए संघर्ष कर रहे हैं कि ये सूक्ष्म आक्रमणकारी संक्रमण के स्थान पर मानव शरीर के साथ वास्तव में कैसे परस्पर क्रिया करते हैं। पारंपरिक तरीकों में आमतौर पर जीन के औसत मिश्रण का अध्ययन करने के लिए ऊतक के एक टुकड़े को पीसना शामिल होता है, जो कवक के सटीक स्थान और आसपास की कोशिकाओं की विशिष्ट प्रतिक्रिया को धुंधला कर देता है। अन्य इमेजिंग तकनीकें यह दिखा सकती हैं कि कवक कहाँ हैं, लेकिन वे यह प्रकट नहीं कर सकतीं कि वे किन जीनों को सक्रिय कर रहे हैं या उसी सटीक स्थान पर मेजबान कोशिकाएं कैसे प्रतिक्रिया दे रही हैं। मेजबान और रोगजनक के बीच के युद्ध को वास्तव में समझने के लिए, शोधकर्ताओं को एक ऐसे तरीके की आवश्यकता है जिससे वे ऊतक की नाजुक संरचना को बाधित किए बिना, उनके मूल स्थानों में दोनों पक्षों की कहानी को एक साथ देख सकें।
येल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए 'फंगल-DBiT' नामक एक नया उपकरण विकसित किया है। यह तकनीक वैज्ञानिकों को ऊतक के एक ही स्लाइस के भीतर मानव कोशिकाओं और कवक कोशिकाओं दोनों की आनुवंशिक गतिविधि को मैप करने की अनुमति देती है, जिससे प्रत्येक परस्पर क्रिया के सटीक स्थान को सुरक्षित रखा जा सकता है। यह विधि एक जमे हुए ऊतक के पतले स्लाइस को लेने, ऊतक को उपचारित करके कवक कोशिकाओं की कठोर बाहरी दीवारों को पारगम्य (परमिएबल) बनाने ताकि उनकी आनुवंशिक सामग्री को पढ़ा जा सके, और फिर ऊतक के प्रत्येक छोटे बिंदु पर एक अद्वितीय रासायनिक कोड लागू करने के माध्यम से काम करती है। यह कोड एक डाक पते की तरह कार्य करता है, जो प्रत्येक आनुवंशिक सामग्री को उसके विशिष्ट निर्देशांकों (कोऑर्डिनेट्स) के साथ टैग करता है। जब ऊतक का विश्लेषण किया जाता है, तो शोधकर्ता एक विस्तृत मानचित्र का पुनर्निर्माण कर सकते हैं जो न केवल यह दिखाता है कि कवक कहाँ स्थित हैं, बल्कि यह भी कि वे किन जीनों का उपयोग कर रहे हैं और आस-पास की मानव कोशिकाएं कैसे प्रतिक्रिया दे रही हैं।
शोधकर्ताओं ने इस नए दृष्टिकोण का परीक्षण एक माउस मॉडल का उपयोग करके किया जिसे गंभीर कवक संक्रमण की नकल करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। उन्होंने चूहों में सात अलग-अलग कवक प्रजातियों का मिश्रण डाला और फिर उनके हृदय और गुर्दे के ऊतकों का परीक्षण किया। परिणामों ने संक्रमण के एक ऐसे परिदृश्य को प्रकट किया जो पहले की समझ की तुलना में कहीं अधिक जटिल और संगठित था। हृदय के ऊतकों में, कवक को कोहरे की तरह समान रूप से नहीं फैला था; इसके बजाय, उन्होंने विशिष्ट, घने समूह बनाए थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि इन कवक समूहों के बिल्कुल केंद्र में, मानव हृदय कोशिकाएं काफी हद तक अनुपस्थित थीं, जो यह सुझाव देती हैं कि कवक ने स्थानीय स्तर पर महत्वपूर्ण क्षति पहुंचाई थी। इन क्षतिग्रस्त केंद्रों के चारोंกัน मानव कोशिकाओं का एक घेरा था जो तनाव की स्थिति में दिखाई दे रहा था, जो आक्रमण से निपटने के लिए अपनी आनुवंशिक गतिविधि को बदल रहे थे। यह तकनीक विभिन्न कवक प्रजातियों के बीच अंतर करने के लिए पर्याप्त संवेदनशील थी, जिससे पता चला कि एक प्रकार का कवक, कैंडिडा एल्बिकन्स (Candida albicans), संक्रमण पर हावी था, जबकि अन्य कम संख्या में मौजूद थे।
अध्ययन ने गुर्दे को भी देखा, जहाँ संक्रमण का पैटर्न अलग था। यहाँ, कवक अधिक फैले हुए थे, और मानव प्रतिरक्षा प्रणाली ने ठीक वहीं सूजन संबंधी कोशिकाओं (इन्फ्लेमेटरी सेल्स) की एक दृश्य वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दी जहाँ कवक मौजूद थे। शोधकर्ता एक स्पष्ट ग्रेडिएंट देख सके: अधिक कवक वाले क्षेत्रों ने मजबूत प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रेरित किया, जबकि कम कcols वाले क्षेत्रों ने एक शांत वातावरण दिखाया। कवक की सटीक उपस्थिति और मेजबान कोशिकाओं की विशिष्ट आनुवंशिक प्रतिक्रिया को जोड़ने की इस क्षमता ने विवरण का एक ऐसा स्तर प्रदान किया जो पिछली विधियों के साथ असंभव था। टीम ने इस उपकरण को स्वस्थ माउस की आंतों पर भी लागू किया, जहाँ कवक बहुत कम संख्या में मौजूद होते हैं। इस शांत वातावरण में भी, तकनीक ने कवक के रहने वाले छोटे, विशिष्ट निश (niches) का पता लगाया, जिससे पता चला कि वे केवल यादृच्छिक रूप से बिखरे हुए नहीं हैं बल्कि आंत के भीतर संगठित सूक्ष्म-आवासों (माइक्रो-हैबिटेट्स) में रहते हैं।
उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग के साथ जेनेटिक सीक्वेंसिंग को जोड़कर, फंगल-DBiT ने मेजबान-कवक परस्पर क्रिया की छिपी दुनिया में एक नई खिड़की खोल दी है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि कवक संक्रमण समान घटनाएं नहीं हैं बल्कि अत्यधिक स्थानीयकृत होते हैं, जिनमें क्षति, प्रतिरक्षा गतिविधि और कवक प्रभुत्व के विशिष्ट क्षेत्र होते हैं। यह कार्य बताता है कि शरीर कवक से लड़ने का तरीका संक्रमण के विशिष्ट स्थान और कवक के प्रकार पर बहुत अधिक निर्भर करता है। हालांकि वर्तमान तकनीक एक छोटे स्थान के भीतर कई कोशिकाओं की गतिविधि को कैप्चर करती है न कि एकल कोशिकाओं को, फिर भी यह रोग की स्थानिक गतिशीलता को समझने की दिशा में एक महत्वपूर्ण छलांग है। ये निष्कर्ष भविष्य के अध्ययनों के लिए एक आधार प्रदान करते हैं जो कवक संक्रमणों के लिए अधिक लक्षित उपचारों की ओर ले जा सकते हैं, क्योंकि वे यह प्रकट करते हैं कि ये सूक्ष्म आक्रमणकारी वास्तव में कहाँ और कैसे मानव शरीर को बाधित करते हैं।
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