Integrated Computational Design and Molecular Dynamics Evaluation of Novel siRNAs Targeting the Hemagglutinin Gene of Measles Virus

अदृश्य लॉकपिक और वायरल कुंजी

कल्पना कीजिए कि आपका शरीर एक हलचल भरा शहर है, और उस शहर के भीतर, आपकी कोशिकाएं इमारतें हैं। कभी-कभी, वायरस जैसे छोटे हमलावर अंदर घुसने की कोशिश करते हैं। ऐसा करने के लिए, वे आपकी कोशिकाओं के दरवाजों को खोलने के लिए अपनी सतह पर विशेष "कुंजियों" का उपयोग करते हैं। एक बार अंदर जाने के बाद, वे खुद की कॉपियां बनाने के लिए इमारत की मशीनरी का अपहरण कर लेते हैं, जिससे अफरा-तफरी मच जाती है। सबसे कुख्यात हमलावरों में से एक खसरा (Measles) वायरस है। भले ही हमारे पास एक टीका है जो इसे रोकने के लिए एक सुरक्षा गार्ड की तरह काम करता है, लेकिन जब गार्ड गायब होता है या शहर बहुत अधिक भीड़भाड़ वाला होता है, तो प्रकोप फिर भी होते हैं। अभी, यदि किसी को खसरा होता है, तो डॉक्टर उन्हें सीधे वायरस को मारने के लिए कोई दवा नहीं दे सकते; वे केवल व्यक्ति को बेहतर महसूस कराने में मदद कर सकते हैं जबकि उनका शरीर इससे लड़ रहा होता है। वैज्ञानिक एक नए प्रकार के "लॉकपिक" (ताला खोलने वाले औजार) की तलाश में हैं जो वायरस को अंदर घुसने से पहले ही रोक सके।

यहीं पर आरएनए इंटरफेरेंस (RNAi) नामक एक शक्तिशाली उपकरण काम आता है। RNAi को आनुवंशिक निर्देशों के लिए एक अत्यधिक विशिष्ट "कैंसिल बटन" के रूप में समझें। हमारी कोशिकाओं के भीतर, छोटी मशीनें चीजें बनाने के लिए ब्लूप्रिंट (mRNA) को पढ़ती हैं। यदि आप मशीन में एक छोटा, कस्टम-मेड नोट (जिसे छोटा इंटरफेरिंग आरएनए या siRNA कहा जाता है) खिसका सकें जो वायरस के ब्लूप्रिंट से पूरी तरह मेल खाता हो, तो मशीन वायरस बनाने के बजाय उस ब्लूप्रिंट को फाड़ देगी। चुनौती एक आदर्श नोट डिजाइन करने की है ताकि वह केवल वायरस को लक्षित करे और गलती से आपकी अपनी स्वस्थ कोशिकाओं के निर्देशों को डिलीट न कर दे। यह शोध इन नोट्स को डिजाइन करने और परीक्षण करने के लिए सुपर-फास्ट कंप्यूटरों का उपयोग करने के बारे में है ताकि यह देखा जा सके कि क्या वे खसरे के वायरस को उसके रास्ते में ही रोक सकते हैं।

परफेक्ट वायरस स्टॉपर की डिजिटल खोज

इस अध्ययन में, बांग्लादेश के जहांगीरनगर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने डिजिटल जासूस का एक उच्च-दांव वाला खेल खेलने का निर्णय लिया। वे खसरे के वायरस के एक विशिष्ट भाग, जिसे हेमैग्लुटिनिन (H) जीन कहा जाता है, को लक्षित करने के लिए एकदम सही siRNA "नोट्स" खोजना चाहते थे। आप H जीन को वायरस की कुंजी बनाने के निर्देश मैनुअल के रूपas देख सकते हैं—वह हिस्सा जो इसे आपकी कोशिकाओं से चिपकने में मदद करता है। यदि वे उस मैनुअल को नष्ट कर सकते हैं, तो वायरस अपनी कुंजी नहीं बना पाएगा, और वह अंदर नहीं घुस पाएगा।

सबसे पहले, टीम ने दुनिया भर के खसरे के 96 अलग-अलग संस्करणों का अध्ययन किया। वे यह सुनिश्चित करना चाहते थे कि उनके नोट्स सभी पर काम करेंगे, न कि केवल एक पर। इन 96 स्ट्रेन के जेनेटिक कोड को एक पंक्ति में रखकर, उन्होंने पाया कि वायरस के "की" (चाबी) के निर्देश सभी में लगभग समान थे। इसका मतलब था कि उन्हें पूरे वायरस परिवार को संभावित रूप से रोकने के लिए केवल एक ही सेट नोट्स डिजाइन करने की आवश्यकता थी।

इसके बाद, उन्होंने 11 विभिन्न उम्मीदवार नोट्स उत्पन्न करने के लिए एक कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग किया। लेकिन उन्हें सावधान रहना था; वे ऐसा नोट नहीं चाहते थे जो गलती से मानव के अपने निर्देशों में बाधा डाल सके। उन्होंने एक सख्त फिल्टर चलाया, यह जांचते हुए कि प्रत्येक नोट में मानव जीन से पर्याप्त अंतर है ताकि परेशानी पैदा न हो। इससे उनके पास 11 आशाजनक उम्मीदवारों की एक संक्षिप्त सूची बची।

फिर आया "थर्मोडायनामिक" परीक्षण। कल्पना कीजिए कि दो चुंबकों को आपस में चिपकाने की कोशिश की जा रही है। यदि वे बहुत कमजोर हैं, तो वे अलग हो जाएंगे; यदि वे बहुत मजबूत हैं, तो वे गलत जगह पर फंस सकते हैं। शोधकर्ताओं ने गणना की कि उनके नोट्स वायरस के निर्देशों से कितनी अच्छी तरह चिपकेंगे। उन्होंने पाया कि 11 में से 10 नोट्स एकदम सही थे—उन्हें वायरस को पकड़ने के लिए सही "चिपचिपाहट" थी, लेकिन इतनी भी नहीं कि वे भ्रमित हो जाएं। एक नोट, जिसे S6 कहा गया, थोड़ा कमजोर था और ठीक से नहीं चिपका, इसलिए उन्होंने उसे हटा दिया।

अब, असली जादू हुआ। शोधकर्ताओं को यह देखने की आवश्यकता थी कि क्या ये नोट्स वास्तव में हमारी कोशिकाओं के भीतर मौजूद "मशीन" में फिट हो सकते हैं जो चीजों को फाड़ती है। इस मशीन को मानव ऑर्गनॉट-2 (hAgo2) कहा जाता है। यह आणविक कैंची की एक जोड़ी की तरह है। टीम ने अपने 10 नोट्स को कैंची में डॉकिंग (फिट करने) का अनुकरण करने के लिए एक कंप्यूटर का उपयोग किया ताकि यह देखा जा सके कि कौन से सबसे अच्छी तरह फिट होते हैं। उन्होंने पाया कि तीन नोट्स—S3, S4, और S7—बिल्कुल सटीक रूप से फिट बैठते हैं। वे अन्य की तुलना में कैंची के सक्रिय भाग (जिसे PIWI डोमेन कहा जाता है) में बेहतर तरीके से फिट हुए, जिनके बाइंडिंग स्कोर क्रमशः -367.22, -349.03, और -383.07 kcal/mol थे।

लेकिन एक बार फिट होना ही काफी नहीं है; नोट को वहां तब तक रहना होगा जब तक वायरस नष्ट नहीं हो जाता। इसकी जांच करने के लिए, टीम ने 100-नैनोसेकंड का मॉलिक्यूलर डायनेमिक्स सिमुलेशन चलाया। इसे एक हाई-स्पीड मूवी के रूप में समझें जहाँ उन्होंने देखा कि नोट्स और कैंची समय के साथ एक साथ कैसे हिलते, डगमगाते और नाचते हैं। उन्होंने मापा कि संरचना कितनी डगमगाती है (RMSD) और वे कितनी मजबूती से एक साथ जुड़े रहते हैं। परिणाम उत्साहजनक थे: तीनों उम्मीदवार (S3, S4, और S7) स्थिर रहे और अलग नहीं हुए। S3 नोट सबसे स्थिर था, जो सबसे कम डगमगाया, जबकि S4 और S7 ने भी अच्छी तरह से अपनी पकड़ बनाए रखी। उन्होंने यह भी जांचा कि नोट्स और कैंची के बीच कितने "हैंडशेक" (हाइड्रोजन बॉन्ड) हुए; S7 ने सबसे अधिक हाथ मिलाए, जो एक बहुत मजबूत पकड़ का सुझाव देता है।

इसका क्या अर्थ है (और क्या नहीं है)

यह शोध पत्र सुझाव देता है कि ये तीन उम्मीदवार—S3, S4, और S7—खसरे के वायरस को रोकने के लिए उत्कृष्ट विकल्प हैं, कम से कम कंप्यूटर सिमुलेशन की दुनिया में। उनके पास सही आकार है, सही चिपचिपाहट है, और जब वे कोशिका की काटने वाली मशीन से मिलते हैं तो वे स्थिर रहते हैं। शोधकर्ता आश्वस्त हैं कि वे अपनी 11 की सूची में से शीर्ष दावेदार हैं।

हालाँकि, यह याद रखना महत्वपूर्ण है कि यह सब एक कंप्यूटर के भीतर हो रहा है। लेखक स्पष्ट रूप से कहते हैं कि उन्होंने अभी तक इन नोट्स का परीक्षण वास्तविक पेट्री डिश या जीवित जानवर में नहीं किया है। उन्होंने यह साबित नहीं किया है कि ये नोट्स वास्तव में मानव में खसरे के संक्रमण को रोकेंगे। यह अध्ययन एक "प्रीक्लिनिकल फ्रेमवर्क" है, जो एक फैंसी तरीका है यह कहने का कि, "हमने होमवर्क कर लिया है और सबसे अच्छे उम्मीदवारों को ढूंढ लिया है; अब हमें वास्तविक प्रयोग करने की आवश्यकता है।"

इसलिए, हालांकि यह आज खसरे का इलाज नहीं है, लेकिन यह वैज्ञानिकों के लिए एक बहुत ही आशाजनक मानचित्र है जिसका वे अनुसरण कर सकते हैं। यह उन्हें दिखाता है कि उन्हें लैब में परीक्षण करने के लिए कौन से तीन नोट्स उठाने चाहिए। यदि भविष्य के वे परीक्षण सफल होते हैं, तो हमारे पास खसरे से लड़ने के लिए एक नया हथियार हो सकता है जो तब भी काम करता है जब टीके उपलब्ध नहीं होते या जब वायरस छिपने की कोशिश करता है। फिलहाल के लिए, कंप्यूटर कहता है "जाओ," लेकिन वास्तविक दुनिया को अभी भी "हाँ" कहना बाकी है।