In Silico Polypharmacological Profiling of Lupeol and 1-Heptatriacontanol from Probiotic Limosilactobacillus reuteri GM4 and Streptococcus equinus WC1 against Colorectal Cancer-Associated Targets

कैंसर टूटे हुए संकेतों की एक बीमारी है, जहाँ वे कोशिकाएं जो रुक जानी चाहिए, अनियंत्रित रूप से बढ़ती रहती हैं। कोलन (बड़ी आंत) में, यह अनियंत्रित वृद्धि कोलोरेक्टल कैंसर का कारण बनती है, जो दुनिया भर में मृत्यु का एक प्रमुख कारण है। जबकि आधुनिक चिकित्सा सर्जरी और कीमोथेरेपी जैसे उपचार प्रदान करती है, ये दृष्टिकोण कठोर हो सकते हैं, और कैंसर कोशिकाएं अक्सर उनसे बचने के तरीके खोज लेती हैं। इसने वैज्ञानिकों को अप्रत्याशित स्थानों में नए समाधान खोजने के लिए प्रेरित किया है, जिसमें मानव आंत के भीतर रहने वाले ट्रिलियन सूक्ष्म बैक्टीरिया शामिल हैं। ये सूक्ष्मजीव, जिन्हें गट माइक्रोबायोटाटा (gut microbiota) के रूप में जाना जाता है, केवल भोजन पचाने में मदद नहीं करते; वे रासायनिक यौगिकों की एक विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन करते हैं जो मानव स्वास्थ्य को प्रभावित कर सकते हैं। इनमें से कुछ बैक्टीरिया उपोत्पादों ने बीमारी से लड़ने में आशाजनक प्रदर्शन किया है, जो प्राकृतिक उपकरणों के रूप में कार्य करते हैं जो शायद एक दिन कैंसर कोशिकाओं को फैलने से रोकने या उन्हें मरने के लिए मजबूर करने में मदद कर सकें।

यह समझने के लिए कि ये बैक्टीरियल रसायन कैसे काम कर सकते हैं, शोधकर्ताओं ने 'मॉलिक्यूलर डॉकिंग' नामक एक शक्तिशाली कंप्यूटर-आधारित पद्धति का उपयोग किया। कल्पना कीजिए कि आप एक विशिष्ट ताले के लिए सही चाबी खोजने की कोशिश कर रहे हैं; शरीर में, "ताले" वे प्रोटीन हैं जो कोशिका वृद्धि को नियंत्रित करते हैं, और "चाबियाँ" रासायनिक अणु हैं। यदि कोई अणु किसी प्रोटीन के सक्रिय स्थल (active site) में मजबूती से फिट बैठता है, तो वह उस प्रोटीन के व्यवहार को बदल सकता है। कंप्यूटर पर इस फिट होने की प्रक्रिया का अनुकरण (simulation) करके, वैज्ञानिक यह अनुमान लगा सकते हैं कि कौन से बैक्टीरियल रसायन कोलोरेक्टल कैंसर में शामिल प्रोटीन के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण शोधकर्ताओं को हजारों संभावित उम्मीदवारों की तेजी से जांच करने, और प्रयोगशाला या जीवित जीवों में परीक्षण करने से पहले सबसे आशाजनक नामों को सीमित करने की अनुमति देता है।

एक हालिया अध्ययन में, ऐन शम्स विश्वविद्यालय, मिस्र के शोधकर्ताओं मोना ए. अशूर और खालिद मेटवली ने दो विशिष्ट लाभकारी बैक्टीरिया: लिमोलेक्टोबैसिलस र्यूटरी (Limosilactobacillus reuteri) GM4 और स्ट्रैप्टोकोकस इक्विनस (Streptococcus equinus) WC1 का उपयोग करके इस संभावना की खोज की। ये बैक्टीरिया सामान्य गट समुदाय का हिस्सा हैं और स्वास्थ्य का समर्थन करने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं। टीम ने पहले इन बैक्टीरिया को एक नियंत्रित वातावरण में उगाया और उनके द्वारा उत्पादित तरल पदार्थ को एकत्र किया, जिसमें वे रसायन होते हैं जो बैक्टीरिया स्रावित करते हैं। एक ऐसी तकनीक का उपयोग करके, जो वजन और संरचना के आधार पर रसायनों को अलग और पहचानती है, उन्होंने मिश्रण का विश्लेषण किया कि इसके अंदर क्या है। उन्होंने पाया कि बैक्टीरिया ने कई जटिल अणुओं का उत्पादन किया, लेकिन दो सबसे प्रचुर और दिलचस्प थे: 'लूपियोल' (lupeol) नामक एक यौगिक और '1-हेप्टाट्राइकोसेंटानोल' (1-heptatriacontanol) नामक दूसरा। एक स्ट्रेन से प्राप्त वाष्पशील रसायनों में लूपियोल का हिस्सा लगभग 15 प्रतिशत था, जबकि दूसरे में 1-हेप्टाट्राइकोसेंटानोल लगभग 5.5 प्रतिशत पर दिखाई दिया।

इन दो रसायनों की पहचान के बाद, शोधकर्ताओं ने एक महत्वपूर्ण प्रश्न पूछा: क्या वे उन प्रोटीनों से जुड़ सकते हैं जो कोलोरेक्टल कैंसर को बढ़ावा देते हैं? उन्होंने दस अलग-अलग मानव प्रोटीनों को चुना जो कैंसर के विकास में शामिल ज्ञात हैं, जिनमें कोशिका विभाजन को नियंत्रित करने वाले, हार्मोन का प्रबंधन करने वाले और क्षतिग्रस्त डीएनए की मरम्मत करने वाले प्रोटीन शामिल हैं। कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, उन्होंने मॉडल किया कि लूपियोल और 1-हेप्टाट्राइकोसेंटानोल प्रत्येक दस लक्ष्यों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करेंगे। परिणामों ने दोनों रसायनों के बीच एक स्पष्ट अंतर दिखाया। लूपियोल, 1-हेप्टाट्राइकोसेंटानोल की तुलना में कैंसर से संबंधित प्रोटीनों के लिए बहुत बेहतर फिट था। दस में से आठ मामलों में, लूपियोल अधिक मजबूती से जुड़ा, जिसकी बंधन शक्ति मध्यम से बहुत मजबूत तक भिन्न थी। सबसे मजबूत संपर्क 'HSD11B1' नामक प्रोटीन के साथ हुआ, जो शरीर में तनाव हार्मोन को विनियमित करने में मदद करता है। सिमुलेशन में, लूपियोल इस प्रोटीन के सक्रिय स्थल में -11.0 किलो कैलोरी प्रति मोल की बाइंडिंग ऊर्जा के साथ स्थिर हुआ, जो एक बहुत ही स्थिर संबंध का संकेत देता है। इसके विपरीत, 1-हेप्टाट्राइकोसेंटानोल, जो अनिवार्य रूप से कार्बन परमाणुओं की एक लंबी, लचीली श्रृंखला है, अधिकांश लक्ष्यों के साथ स्थिर संबंध बनाने के लिए संघर्ष करता रहा, और अक्सर बहुत कमजोर बाइंडिंग स्कोर दिखाता रहा।

शोधकर्ताओं ने इन अंतःक्रियाओं के विवरण की जांच की ताकि यह समझा जा सके कि लूपियोल इतना प्रभावी क्यों था। उन्होंने पाया कि लूपियोल की एक कठोर, बहु-वलय (multi-ring) संरचना है जो एक ठोस ब्लॉक की तरह कार्य करती है, जिससे यह प्रोटीनों की खोखली जेबों में आराम से फिट हो जाता है। इसने आसपास के अमीनो एसिड के साथ कई संपर्कों का निर्माण किया, जो मुख्य रूप से हाइड्रोफोबिक इंटरैक्शन (hydrophobic interactions) के माध्यम से थे, जो उन बलों को कहते हैं जो पानी से न प्यार करने वाले अणुओं के हिस्सों को एक साथ लाते हैं। कुछ मामलों में, जैसे कि CDC25B प्रोटीन के साथ, लूपियोल ने एक एकल अमीनो एसिड के साथ एक विशिष्ट हाइड्रोजन बॉन्ड (हाइड्रोजन बंध) भी बनाया, जो एक मजबूत प्रकार का संबंध है। एक ठोस आकार और कई संपर्क बिंदुओं के इस संयोजन ने लूपियोल को मजबूती से पकड़ बनाए रखने की अनुमति दी। दूसरी ओर, 1-हेप्टाट्राइकोसेंटानोल, अपनी लंबी और ढीली श्रृंखला के साथ, प्रभावी ढंग से लॉक होने के लिए आवश्यक कठोर संरचना की कमी रखता था। यह केवल कमजोर, ढीले संबंध बना सका, जो यह समझाता है कि सिमुलेशन में इसका प्रदर्शन खराब क्यों रहा।

सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक HSD11B1 पर संभावित प्रभाव था। यह प्रोटीन मेटाबॉलिक सिंड्रोम में शामिल है और कैंसर कोशिका के अस्तित्व से जुड़ा हुआ है। सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि लूपियोल इस प्रोटीन की गतिविधि को रोक सकता है, जो उन संकेतों को बाधित कर सकता है जो कैंसर कोशिकाओं को बढ़ने में मदद करते हैं। अध्ययन ने अन्य महत्वपूर्ण लक्ष्यों, जैसे कि एंड्रोजन रिसेप्टर (androgen receptor), जो कोशिका वृद्धि में शामिल है, और TRPM8, जो ठंड और दर्द को महसूस करने वाला एक चैनल है, के साथ अंतःक्रियाओं पर भी प्रकाश डाला। हालांकि कंप्यूटर मॉडल ने दिखाया कि लूपियोल इन प्रोटीनों में फिट हो सकता है, शोधकर्ता सावधानी बरतते हुए नोट करते हैं कि ये केवल भविष्यवाणियां हैं। सिमुलेशन यह साबित नहीं करते हैं कि लूपियोल वास्तव में जीवित मानव शरीर में इन प्रोटीनों को काम करने से रोकता है, और न ही वे यह दिखाते हैं कि यह सीधे कैंसर कोशिकाओं को मारता है। अध्ययन स्पष्ट रूप से कहता है कि ये परिणाम एक शुरुआती बिंदु हैं, एक तरीका जो वास्तविक दुनिया के प्रयोगों के माध्यम से परीक्षण किए जाने वाले परिकल्पनाओं (hypotheses) को उत्पन्न करता है।

लेखकों ने निष्कर्ष निकाला कि हालांकि दोनों रसायन एक ही स्रोत से आए थे, लेकिन लूपियोल आगे के अध्ययन के लिए कहीं अधिक आशाजनक उम्मीदवार है। विभिन्न प्रकार के कैंसर-संबंधित प्रोटीनों से जुड़ने की इसकी क्षमता बताती है कि यह एक साथ कई मार्गों के माध्यम से काम कर सकता है, जो कैंसर जैसी जटिल बीमारियों के खिलाफ उपयोगी रणनीति हो सकती है। हालांकि, पेपर यह स्पष्ट करता है कि यह केवल पहला कदम है। निष्कर्ष पूरी तरह से कम्प्यूटेशनल हैं, जो इस बात पर आधारित हैं कि अणु कैसे परस्पर क्रिया कर सकते हैं। कंप्यूटर स्क्रीन से वास्तविक उपचार तक पहुँचने के लिए, वैज्ञानिकों को प्रयोगशाला में इन अंतःक्रियाओं की पुष्टि करनी होगी, यह देखना होगा कि शरीर इस रसायन को कैसे संसाधित करता है, और यह देखना होगा कि क्या यह वास्तव में जीवित प्रणालियों में कैंसर के विकास को धीमा करता है या रोकता है। फिलहाल, यह अध्ययन गट माइक्रोबायोटा के रसायनों को करीब से देखने का एक ठोस कारण प्रदान करता है, जो बताता है कि प्रकृति ने शायद पहले से ही बीमारी से लड़ने के लिए कुछ उपकरण प्रदान कर दिए हैं, जो हमारे अपने माइक्रोबायोम के भीतर ही छिपे हुए हैं।