Quasispecies variation of 5’ half-length genomes from HIV-1 CRF103_01B by single genome amplification

वायरस स्थिर आक्रमणकारी नहीं होते; वे बदलती आबादी हैं जो मेजबान के शरीर में आगे बढ़ते हुए परिवर्तित होती रहती हैं। जब कोई व्यक्ति एचआईवी (HIV) से संक्रमित होता है, तो वायरस एक एकल, एकरूप इकाई के रूप में मौजूद नहीं होता है। इसके बजाय, यह थोड़े अलग आनुवंशिक संस्करणों के एक बादल के रूप में मौजूद होता है, जिसे 'क्वासिस्पीशीज' (quasispecies) कहा जाता है। इस बादल की तुलना ताश की एक ऐसी गड्डी से करें जहाँ हर पत्ता दूसरे के लगभग समान है, लेकिन प्रत्येक पर एक छोटा, अद्वितीय निशान है। क्योंकि वायरस बहुत तेज़ी से प्रतिकृति (replicate) बनाता है और बार-बार प्रतिलिपि बनाने में गलतियाँ करता है, इसलिए ये निशान जमा होते जाते हैं। संक्रमण के शुरुआती दिनों में, गड्डी आमतौर पर बहुत एकरूप होती है, लेकिन जैसे-जैसे समय बीतता है और शरीर की प्रतिरक्षा प्रणाली मुकाबला करती है, वायरस विकसित होता है, जिससे एक अधिक जटिल और विविध गड्डी तैयार होती है। इस विविधता को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि इनमें से कुछ दुर्लभ, छिपे हुए वेरिएंट उन लक्षणों को धारण कर सकते हैं जो दवा के प्रति जीवित रहने की अनुमति देते हैं, भले ही वायरस की अधिकांश आबादी ऐसा न कर सके।

बीजिंग में शोधकर्ताओं की एक टीम ने CRF103_01B नामक एचआईवी के एक विशिष्ट स्ट्रेन के भीतर इस छिपी हुई विविधता की जांच करने का लक्ष्य रखा। यह स्ट्रेन सबसे पहले 2020 में हेबेई प्रांत में पुरुषों के बीच पहचाना गया था, लेकिन आगे की जांच से पता चला कि इसकी उत्पत्ति बीजिंग में हुई थी और यह कम से कम 2017 से वहां प्रसारित हो रहा था। जबकि वैज्ञानिकों ने पहले से ही इस वायरस की व्यापक संरचना का मानचित्रण किया था, लेकिन उनके पास इसे ले जाने वाले व्यक्तियों के भीतर व्यक्तिगत आनुवंशिक विविधताओं का विस्तृत विवरण नहीं था। इन सूक्ष्म अंतरों को देखने के लिए, शोधकर्ताओं ने 'सिंगल-जीनोम एम्प्लीफिकेशन' (single-genome amplification) नामक तकनीक का उपयोग किया। मानक तरीकों के विपरीत, जो सभी वायरल प्रतियों को आपस में मिला देते हैं और एक औसत परिणाम देते हैं, यह विधि व्यक्तिगत वायरल जीनोम को एक-एक करके अलग करती है और उनकी प्रतिलिपि बनाती है। यह वैज्ञानिकों को उन दुर्लभ वेरिएंट्स को देखने की अनुमति देता है जिन्हें अन्य दृष्टिकोणों द्वारा अनदेखा किया जा सकता है, जिससे प्रत्येक रोगी के भीतर वायरल आबादी की वास्तविक जटिलता का पता चलता है।

यह अध्ययन बीजिंग में रहने वाले छह व्यक्तियों पर केंद्रित था जो इस विशिष्ट स्ट्रेन से संक्रमित थे। अध्ययन के समय उनमें से किसी ने भी एचआईवी के लिए उपचार नहीं लिया था, जिसका अर्थ था कि शोधकर्ता दवा के प्रभाव के बिना वायरस को उसकी प्राकृतिक अवस्था में देख सकते थे। इस समूह में पांच पुरुष और एक महिला शामिल थी, जिनकी आयु 26 से 50 वर्ष के बीच थी। कुछ लोग कई वर्षों से इस वायरस के साथ रह रहे थे, जबकि एक पुरुष का निदान हाल ही में हुआ था, जो एक तीव्र (acute) संक्रमण का प्रतिनिधित्व करता था। शोधकर्ताओं ने इन छह लोगों के रक्त के नमूने एकत्र किए और वायरल आरएनए (RNA) निकाला। सिंगल-जीनोम एम्प्लीफिकेशन तकनीक का उपयोग करते हुए, उन्होंने वायरल जीनोम के 5' आधे हिस्से से कुल 164 विशिष्ट आनुवंशिक अनुक्रम (sequences) सफलतापूर्वक उत्पन्न किए, जिसमें प्रत्येक व्यक्ति के लिए 21 से 36 अनुक्रम प्राप्त हुए, जो प्रत्येक मेजबान के भीतर वायरल बादल की एक विस्तृत तस्वीर पेश करते हैं।

जब शोधकर्ताओं ने इन अनुक्रमों का विश्लेषण किया, तो परिणामों ने संक्रमण के शुरुआती और अंतिम चरणों के बीच एक स्पष्ट अंतर प्रकट किया। तीव्र संक्रमण वाले व्यक्ति ने, जिसने हाल ही में वायरस पकड़ा था, एक उल्लेखनीय रूप से एकरूप वायरल आबादी दिखाई। उस व्यक्ति के आनुवंशिक अनुक्रम लगभग एक जैसे थे, जो यह सुझाव देते हैं कि संक्रमण एक एकल वायरल स्ट्रेन या बहुत निकट से संबंधित स्ट्रेन्स के समूह द्वारा शुरू हुआ था। यह निष्कर्ष इस विचार के अनुरूप है कि यौन संचार में अक्सर एक 'जेनेटिक बॉटलनेक' (genetic bottleneck) शामिल होता है, जहाँ केवल कुछ ही वेरिएंट सफलतापूर्वक संक्रमण स्थापित कर पाते हैं। इसके विपरीत, पुराने, दीर्घकालिक संक्रमण वाले पांच व्यक्तियों ने एक अधिक जटिल चित्र प्रस्तुत किया। उनकी वायरल आबादी कई विशिष्ट उपसमूहों में विभाजित हो गई थी, जो यह दर्शाता है कि वायरस समय के साथ महत्वपूर्ण रूप से विकसित हुआ है, मेजबान की प्रतिरक्षा प्रणाली के अनुकूल हुआ है और आनुवंशिक वेरिएंट का एक विविध मिश्रण बनाया है।

अध्ययन ने प्रतिभागियों में से एक विवाहित जोड़े में एक विशिष्ट पैटर्न को भी उजागर किया, जो एक पुरुष और एक महिला थे जो दोनों संक्रमित थे। उनके वायरल अनुक्रम एक घनिष्ठ क्लस्टर (cluster) बनाते थे, जो पुष्टि करता है कि वे एक ही ट्रांसमिशन चेन का हिस्सा थे। हालांकि, महिला की वायरल आबादी पुरुष की तुलना में कम विविध थी, और उसका वायरस मजबूत सांख्यिकीय समर्थन के साथ एक एकल माध्यमिक विकासवादी क्लस्टर बनाता था, जबकि पुरुष के वायरस ने कई उप-क्लस्टर दिखाए। यह पैटर्न, और इस तथ्य के साथ कि निदान के समय पुरुष में प्रतिरक्षा कोशिकाओं की संख्या बहुत कम थी, दृढ़ता से संकेत देता है कि वह संक्रमण का स्रोत था और महिला को उसके रोग के बढ़ने के बाद संक्रमण हुआ था। पुरुष के वायरस को विकसित होने और विविध होने के लिए अधिक समय मिला था, जबकि महिला का वायरस उनके बीच प्रसारित मूल स्ट्रेन के करीब रहा।

इसके विकासवादी इतिहास के अलावा, शोधकर्ताओं ने दवा प्रतिरोध (drug resistance) के संकेतों की तलाश की, जो ऐसे म्यूटेशन हैं जो मानक उपचारों को कम प्रभावी बना सकते हैं। आश्चर्यजनक रूप से, 164 अनुक्रमों में से एक भी ऐसा प्रतिरोध नहीं दिखा जिसे मानक, 'बल्क टेस्टिंग' विधियों द्वारा पहचाना जा सके। हालांकि, सिंगल-जीनोम दृष्टिकोण ने एक अलग कहानी बताई। प्रत्येक अनुक्रम में V106I नामक एक विशिष्ट म्यूटेशन पाया गया, जो नॉन-न्यूक्लियोसाइड रिवर्स ट्रांसक्रिप्टेज इनहिबिटर्स (non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors) नामक दवाओं के वर्ग के प्रति संवेदनशीलता को कम करने से जुड़ा है। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने व्यक्तिगत रोगियों के भीतर वायरल आबादी के छोटे प्रतिशत में कई अन्य दुर्लभ म्यूटेशन भी पाए। उदाहरण के लिए, एक रोगी के लगभग 18 प्रतिशत वायरल वेरिएंट में F227Y नामक म्यूटेशन था, और अन्य रोगियों में बहुत कम आवृत्ति पर I50V और L210W जैसे म्यूटेशन पाए गए। ये म्यूटेशन पारंपरिक परीक्षणों में अदृश्य थे लेकिन वायरल क्लाउड के भीतर स्पष्ट रूप से मौजूद थे।

इन अल्पसंख्यक वेरिएंट्स की उपस्थिति महत्वपूर्ण है क्योंकि वे भविष्य में उपचार की विफलता के लिए एक भंडार (reservoir) के रूप में कार्य कर सकते हैं। यदि कोई रोगी ऐसी दवा व्यवस्था शुरू करता है जो मुख्य वायरल आबादी को लक्षित करती है, तो ये दुर्लभ, पूर्व-मौजूद वेरिएंट जीवित रह सकते हैं और संख्या में बढ़ सकते हैं, जिससे अंततः उपचार अप्रभावी हो सकता है। यह अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि दवा प्रतिरोध के संबंध में मानक परीक्षणों पर भरोसा करना सुरक्षा का एक झूठा अहसास दे सकता है। सिंगल-जीनोम एम्प्लीफिकेशन का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि उन लोगों में भी जिन्होंने कभी एचआईवी दवा नहीं ली है, वायरस में छिपे हुए आनुवंशिक भिन्नताएं हो सकती हैं जो चिकित्सा को खतरे में डाल सकती हैं। वायरल क्वासिस्पीशीज का यह विस्तृत दृश्य हमें यह समझने का अधिक सटीक तरीका प्रदान करता है कि एचआईवी एक व्यक्ति के भीतर कैसे विकसित होता है और यह सुझाव देता है कि इन आनुवंशिक बादलों में गहराई से देखने से डॉक्टरों को शुरुआत से ही बेहतर, अधिक व्यक्तिगत उपचार योजनाएं डिजाइन करने में मदद मिल सकती है।