Proteomic remodelling of human red blood cells and their extracellular vesicles across the intraerythrocytic cycle of Plasmodium falciparum

मलेरिया एक ऐसी बीमारी है जो हमारे रक्त के सबसे बुनियादी निर्माण खंडों के भीतर छिपकर रहती है। इसके लिए जिम्मेदार परजीवी, प्लाज्मोडियम फाल्सीपेरम (Plasmodium falciparum), लाल रक्त कोशिकाओं (red blood cells) पर आक्रमण करता है और उन्हें अपने स्वयं के प्रजनन के लिए कारखानों में बदल देता है। दशकों से, वैज्ञानिकों को पता है कि परजीवी न केवल इन कोशिकाओं के भीतर रहता है; बल्कि यह सक्रिय रूप से उन्हें नया आकार देता है, अपने सैकड़ों प्रोटीन को सतह पर निर्यात करता है ताकि वे रक्त वाहिकाओं की दीवारों से चिपक सकें और प्लीहा (spleen) द्वारा बाहर निकाले जाने से बच सकें। हम यह भी जानते हैं कि लाल रक्त कोशिकाएं वैसी शांत और खाली थैलियां नहीं हैं जैसी उन्हें कभी माना जाता था। वे सूक्ष्म आरएनए (microRNAs) नामक छोटे आनुवंशिक निर्देश ले जाती हैं, जो अन्य कोशिकाओं के व्यवहार को प्रभावित कर सकते हैं, और वे रक्तप्रवाह में एक्स्ट्रासेलुलर वेसिकल्स (extracellular vesicles) नामक छोटे बुलबुलों को छोड़ती हैं। ये बुलबुले संदेशवाहक के रूप में कार्य करते हैं, जो उस कोशिका से प्रोटीन और आनुवंशिक सामग्री ले जाते हैं जिसने उन्हें बनाया है, और शरीर की अन्य कोशिकाओं तक पहुँचाते हैं। बड़ा सवाल यह रहा है कि संक्रमण वास्तव में लाल रक्त कोशिका के भीतर के प्रोटीनों को कैसे बदलता है, और क्या कोशिका में पाए जाने वाले आनुवंशिक निर्देशों का वास्तव में नए प्रोटीन बनाने के लिए उपयोग किया जा रहा है।

एक शोधकर्ता ने लाल रक्त कोशिकाओं के प्रोटीन संरचना को मलेरिया संक्रमण के विभिन्न चरणों में देखकर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने मानव लाल रक्त कोशिकाओं के कल्चर विकसित किए, जिनमें से कुछ को मलेरिया परजीवी से संक्रमित किया गया और कुछ को स्वस्थ छोड़ दिया गया। उन्होंने परजीवियों के जीवन चक्र के दो विशिष्ट चरणों तक पहुँचने का इंतज़ार किया: रिंग स्टेज (ring stage), जो संक्रमण के शुरुआती चरण में है, और ट्रोफ़ोज़ोइट स्टेज (trophozoite stage), जो अधिक परिपक्व है। इन कल्चरों से, उन्होंने लाल रक्त कोशिकाओं को भी एकत्र किया और साथ ही उन शुद्ध किए गए नन्हे बुलबुलों (vesicles) को भी निकाला जिन्हें कोशिकाओं ने आसपास के तरल पदार्थ में छोड़ा था। एक शक्तिशाली तकनीक का उपयोग करके, जो एक साथ हजारों प्रोटीनों को तौलता और पहचानता है, उन्होंने स्वस्थ कोशिकाओं, संक्रमित कोशिकाओं और दोनों समूहों के बुलबुलों में मौजूद प्रोटीनों का सटीक मानचित्र तैयार किया। उन्होंने परिणामों की विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए प्रत्येक समूह के लिए यह प्रक्रिया तीन बार दोहराई।

शोधकर्ता को मिली पहली बात यह थी कि परजीवी की उपस्थिति को ट्रैक करना आसान था। स्वस्थ कोशिकाओं में, उन्हें लगभग कोई परजीवी प्रोटीन नहीं मिला। जैसे-जैसे संक्रमण रिंग स्टेज तक पहुँचा, परजीवी प्रोटीनों की एक छोटी संख्या दिखाई दी। जब तक परजीवी परिपक्व ट्रोफ़ोज़ोइट स्टेज तक पहुँचा, तब तक परजीवी प्रोटीनों की संख्या काफी बढ़ गई थी, जिससे कोशिका के कुल प्रोटीन में उनका एक बड़ा हिस्सा बन गया। इसने पुष्टि की कि परजीवी सफलतापूर्वक मेजबान कोशिका के भीतर अपनी मशीनरी का निर्माण कर रहा है। शोधकर्ता ने सात विशिष्ट परजीवी प्रोटीनों की भी पहचान की जो मेजबान कोशिका को पुनर्गठित (remodel) करने के लिए जाने जाते हैं, और उन्होंने पाया कि ये प्रोटीन न केवल कोशिका के भीतर ही रहे, बल्कि उन्हें कोशिका के बाहर नन्हे बुलबुलों में भी छोड़ा गया। यह सुझाव देता है कि परजीवी सक्रिय रूप से अपने औजारों को रक्तप्रवाह में भेज रहा है।

जो शायद सबसे आश्चर्यजनक था, वह था मानव कोशिका के हिस्से में आया बहुत कम बदलाव। लाल रक्त कोशिकाओं में केंद्रक (nucleus) नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि वे नए आनुवंशिक निर्देश नहीं बना सकतीं या किसी खतरे के जवाब में आसानी से नए प्रोटीन नहीं बना सकतीं। शोधकर्ता को उम्मीद थी कि संक्रमण मेजबान कोशिका के भीतर मानव प्रोटीनों में एक बड़े बदलाव को जन्म देगा, लेकिन उन्हें इसके विपरीत परिणाम मिले। मानव प्रोटीनों की सूची काफी हद तक समान रही, जिसमें किसी भी एकल मानव प्रोटीन की मात्रा में सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण परिवर्तन नहीं देखा गया। कोशिका ने प्रोटीन-आधारित रक्षा तंत्र विकसित नहीं किया। इसके बजाय, परिवर्तन सूक्ष्म थे और कोशिका की आंतरिक संरचना पर केंद्रित थे, जिसमें कोशिका के कंकाल (skeleton) बनाने वाले प्रोटीनों में मामूली वृद्धि और ऑक्सीजन ले जाने वाले हीमोग्लोबिन में कमी देखी गई। एक ऐसी कोशिका के लिए यह नाटकीय प्रोटीन प्रतिक्रिया का अभाव समझ में आता है जो नए आनुवंशिक निर्देशों को पढ़ने की अपनी क्षमता खो चुकी है।

कहानी पूरी तरह से बदल गई जब शोधकर्ता ने उन नन्हे बुलबुलों (vesicles) को देखा जो कोशिकाओं द्वारा छोड़े गए थे। जबकि कोशिकाएं स्वयं काफी हद तक अपरिवदित रहीं, उनके द्वारा भेजे गए बुलबुले बहुत अलग थे। संक्रमित कोशिकाओं के बुलबुलों में, शोधकर्ता ने पूरक प्रणाली (complement system) से संबंधित प्रोटीनों में एक व्यापक और समन्वित वृद्धि पाई। पूरक प्रणाली हमारे रक्त में प्रोटीनों का एक समूह है जो प्रतिरक्षा प्रणाली को हमलावरों को चिह्नित करने और सूजन (inflammation) को ट्रिगर करने में मदद करती है। संक्रमित कोशिकाओं के बुलबुलों में, इस प्रणाली के तेईस अलग-अलग घटक एक साथ बढ़े, जबकि जो प्रोटीन प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को शांत करते हैं, वे नहीं बढ़े। साथ ही, बुलबुलों में एंटीबॉडी के रूप में कार्य करने वाले प्रोटीन कम हो गए। इसका अर्थ यह है कि संक्रमित लाल रक्त कोशिका न केवल अपने आंतरिक भाग को बदल रही है, बल्कि वह अपने संदेश को पूरे शरीर के लिए बदल रही है, अपने संदेशवाहक बुलबुलों को प्रतिरक्षा-सक्रिय करने वाले प्रोटीनों से भर रही है।

शोधकर्ता ने यह भी जाँच की कि क्या आनुवंशिक निर्देश, या माइक्रोआरएनए (microRNAs), जो उन्होंने पहले इन कोशिकाओं में पाए थे, वास्तव में प्रोटीनों को बदलने के लिए काम कर रहे थे। उन्होंने कई माइक्रोआरएनए की पहचान की थी जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया से जुड़े जीन को लक्षित करने की भविष्यवाणी करते थे। हालाँकि, जब उन्होंने उन प्रोटीनों की तलाश की जो वे जीन उत्पन्न करते हैं, तो उन्हें उनमें से कोई नहीं मिला। प्रतिरक्षा प्रोटीन वहां मौजूद ही नहीं थे। यह पुष्टि करता है कि माइक्रोआरएनए लाल रक्त कोशिका के भीतर अपने व्यवहार को बदलने के लिए काम नहीं कर रहे हैं। इसके बजाय, साक्ष्य एक अलग भूमिका की ओर संकेत करते: ये माइक्रोआरएनए संभवतः बुलबुलों में पैक किए जाते हैं और शरीर की अन्य कोशिकाओं पर प्रभाव डालने के लिए बाहर भेजे जाते हैं। लाल रक्त कोशिका, अपनी प्रोटीन संरचना को बदलने में असमर्थ, इसके बजाय उन संदेशों की संरचना को बदल रही है जो वह बाहर भेजती है।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि मलेरिया संक्रमण का मुख्य प्रभाव लाल रक्त कोशिका के इस बात पर नहीं है कि वह किससे बनी है, बल्कि इस पर है कि वह क्या छोड़ती है। कोशिका परजीवी के अपने प्रोटीनों को संचित करती है और अपने आंतरिक कंकाल को नया आकार देती है, लेकिन उसकी सबसे महत्वपूर्ण क्रिया प्रतिरक्षा-उत्तेजक प्रोटीनों से भरे बुलबुलों को छोड़ना है। यह खोज बताती है कि एक एकल संक्रमित कोशिका पूरे शरीर को कैसे प्रभावित कर सकती है, जो संभावित रूप से मलेरिया के गंभीर मामलों में देखी जाने वाली तीव्र सूजन (inflammation) में योगदान देती है। शोध यह सुझाव देता है कि संक्रमित लाल रक्त कोशिका एक पीड़ित की तरह नहीं, बल्कि एक ब्रॉडकास्टर (प्रसारक) की तरह कार्य करती है, जो ऐसे संकेत भेजती है जो परिसंचरण में प्रतिरक्षा प्रणाली और अन्य कोशिकाओं के व्यवहार को बदल देते हैं।