Engineered probiotic co‑expressing IL‑10 and Amuc_1100 modulates the gut‑brain axis to improve ASD‑like behaviors in BTBR mice
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि IL-10 और Amuc_1100 को सह-अभिव्यक्त करने वाला एक इंजीनियर प्रोबायोटिक, आंतों की सूजन को कम करके, आंत के सूक्ष्मजीवों (माइक्रोबायोटा) के पुनर्निर्माण और मेडियल प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स में माइक्रोग्लियल कार्य के सामान्यीकरण के माध्यम से गट-ब्रेन एक्सिस को नियंत्रित करके, BTBR चूहों में ASD जैसे व्यवहारों को कम करता है।
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ऑटिज्म स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर एक जटिल स्थिति है जो प्रभावित करती है कि लोग दूसरों के साथ कैसे जुड़ते हैं और दुनिया में कैसे रास्ता बनाते हैं। हालांकि इसके सटीक कारण अभी भी एक पहेली बने हुए हैं, वैज्ञानिकों ने लंबे समय से संदेह जताया है कि प्रतिरक्षा प्रणाली (इम्यून सिस्टम) इसमें महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। ऑटिज्म वाले कई व्यक्तियों में, शरीर की रक्षा प्रणाली निरंतर, निम्न-स्तरीय खतरे की स्थिति में दिखाई देती है, जिससे सूजन (इन्फ्लेमेशन) होती है जो मस्तिष्क के विकास और कार्य को बाधित कर सकती है। इस आंतरिक आग को शांत करने में एक प्रमुख खिलाड़ी एक प्राकृतिक प्रोटीन है जिसे इंटरल्यूकिन-10, या IL-10 कहा जाता है। यह अणु एक शांतिदूत के रूप में कार्य करता है, जो प्रतिरक्षा प्रणाली को शांत होने का निर्देश देता है और हानिकारक सूजन को कम करता है। हालांकि, ऑटिज्म के कुछ मामलों में, शरीर इस शांत करने वाले संकेत का पर्याप्त उत्पादन नहीं करता है, या यह इसे प्रभावी ढंग से सही स्थानों तक नहीं पहुँचा पाता है। पारंपरिक चिकित्सा यहाँ संघर्ष करती है क्योंकि रोगी को सीधे प्रोटीन देना कठिन है; यह शरीर में बहुत जल्दी टूट जाता है और यदि यह एक साथ हर जगह फैल जाए तो अनचाहे दुष्प्रभाव भी पैदा कर सकता है।
यहीं पर एक नया दृष्टिकोण, जो हालिया शोध में विस्तृत है, एक अलग मार्ग प्रदान करता है। दवा इंजेक्ट करने के बजाय, वैज्ञानिकों ने एक हानिरहित, मित्रवत बैक्टीरिया को शरीर के भीतर एक नन्हे, जीवित कारखाने के रूप में काम करने के लिए इंजीनियर किया है। इस संशोधित सूक्ष्मजीव को पाचन तंत्र में रखकर, वे उम्मीद कर रहे थे कि वे पाचन तंत्र में ही, जहाँ इसकी सबसे अधिक आवश्यकता है, वहीं IL-10 प्रोटीन की एक स्थिर, स्थानीय आपूर्ति बना सकेंगे। अध्ययन ने चूहों के एक विशिष्ट स्ट्रेन पर ध्यान केंद्रित किया जो स्वाभाविक रूप से ऑटिज्म के समान व्यवहार प्रदर्शित करते हैं, जैसे कि सामाजिक मेलजोल से बचना और एक ही तरह की गतिविधियों को बार-बार दोहराना। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या अपने कस्टम-मेड बैक्टीरिया खिलाने से चूहों की प्रतिरक्षा प्रणाली शांत हो सकती है, मस्तिष्क शांत हो सकता है, और उनके व्यवहार में बदलाव आ सकता है।
टीम ने एक प्रसिद्ध, सुरक्षित बैक्टीरिया एस्चेरिचिया कोली (Escherichia coli) निस्ले 1917 का उपयोग किया, जिसका उपयोग दशकों से मनुष्यों में पाचन संबंधी समस्याओं के इलाज के लिए किया जाता रहा है। उन्होंने इस बैक्टीरिया को आनुवंशिक रूप से इस तरह से बदला ताकि यह लगातार दो चीजें बना सके: चूहे का IL-10 प्रोटीन संस्करण और दूसरा प्रोटीन जिसे Amuc_1100 कहा जाता है, जो आंतों की बाधा (बैरियर) को मजबूत करने के लिए जानी जाने वाली एक अलग प्रकार की बैक्टीरिया से आता है। इस संयोजन को मिलकर काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जिसमें दूसरा प्रोटीन आंतों की परत को सील करने में मदद करता है और पहला प्रोटीन प्रतिरक्षा प्रणाली को शांत करता है। शोधकर्ताओं ने इन इंजीनियर किए गए बैक्टीरिया को ऑटिज्म जैसे लक्षणों वाले चूहों को हर दिन चार सप्ताह तक दिया, जबकि एक नियंत्रण समूह (कंट्रोल ग्रुप) को उस बैक्टीरिया का एक संस्करण दिया गया जो इन प्रोटीनों का उत्पादन नहीं करता था।
परिणाम आश्चर्यजनक थे। एक महीने के उपचार के बाद, इंजीनियर बैक्टीरिया प्राप्त करने वाले चूहों के सामाजिक व्यवहार में नाटकीय सुधार देखा गया। एक परीक्षण में, जहाँ वे दूसरे चूहे के पास रहने या एक खाली वस्तु के पास रहने का विकल्प चुन सकते थे, उपचारित चूहों ने स्पष्ट रूप से दूसरे चूहे की संगति को प्राथमिकता दी, जबकि अनुपचारित चूहों ने ऐसी कोई रुचि नहीं दिखाई। उपचार ने उन दोहराव वाले व्यवहारों को भी कम कर दिया जो मॉडल में आम हैं; चूहों ने खुद को कम साफ किया (ग्रूमिंग) और बिछावन में कम कंचे दबाए, जो अक्सर इन जानवरों में चिंता या बाध्यता के संकेत देखे जाते हैं। इन परिवर्तनों ने सुझाव दिया कि उपचार केवल शारीरिक रूप से उन्हें बेहतर महसूस नहीं करा रहा था, बल्कि वास्तव में उनकी स्थिति से जुड़े मूल लक्षणों को बदल रहा था।
यह समझने के लिए कि यह कैसे हुआ, वैज्ञानिकों ने चूहों के शरीर के भीतर देखा। उन्होंने पाया कि उपचार ने आंतों में सूजन को सफलतापूर्वक कम कर दिया। आंतों की परत, जो अनुपचारित चूहों में क्षतिग्रस्त और अव्यवस्थित थी, फिर से स्वस्थ और संरचित दिखाई देने लगी। आंत की सूजन के लिए एक मार्कर का स्तर काफी गिर गया, जो सामान्य सीमा में वापस आ गया। इसके अलावा, उपचार ने गट (आंत) में रहने वाले सूक्ष्मजीवों के समुदाय को नया आकार दिया। इसने उन लाभकारी बैक्टीरिया के विकास को प्रोत्साहित किया जो एक स्वस्थ गट वातावरण बनाए रखने में मदद करते हैं, जबकि सूजन से जुड़े बैक्टीरिया के प्रकारों को दबा देते हैं। यह सुझाव देता है कि इंजीनियर किए गए बैक्टीरिया ने केवल अकेले काम नहीं किया; उन्होंने पाचन तंत्र के भीतर एक संतुलित पारिस्थितिकी तंत्र को बहाल करने में मदद की, जो मस्तिष्क के साथ निकटता से संवाद करता है।
परिवर्तन केवल गट तक ही सीमित नहीं रहे। जब शोधकर्ताओं ने चूहों के मस्तिष्क, विशेष रूप से मेडियल प्रीफ्रंटल कॉर्टेक्स नामक क्षेत्र की जांच की जो सामाजिक व्यवहार के लिए महत्वपूर्ण है, तो उन्होंने पाया कि सूजन के संकेत शांत हो गए थे। मस्तिष्क के ऊतकों ने उन जीनों के निम्न स्तर को दिखाया जो सूजन को बढ़ावा देते हैं, विशेष रूप से IL-17 सिग्नलिंग नामक एक पथ (पाथवे) में शामिल हैं, जो ऑटिज्म में अक्सर अत्यधिक सक्रिय होता है। शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि अध्ययन ने मस्तिष्क की प्रतिरक्षा कोशिकाओं, जिन्हें माइक्रोग्लिया कहा जाता है, पर ध्यान केंद्रित किया। अनुपचारित चूहों में, ये कोशिकाएं उच्च सतर्कता की स्थिति में थीं, जो लगातार खतरों को स्कैन कर रही थीं और मस्तिष्क कोशिकाओं के बीच स्वस्थ कनेक्शनों को खा रही थीं। उपचारित चूहों में, ये कोशिकाएं वापस एक शांत, सुरक्षात्मक अवस्था में आ गईं। उन्होंने मस्तिष्क के कनेक्शनों की अत्यधिक सफाई करना बंद कर दिया और मस्तिष्क के सामान्य कार्यों का समर्थन करना शुरू कर दिया।
यह अध्ययन एक स्पष्ट प्रमाण (प्रूफ ऑफ कॉन्सेप्ट) प्रदान करता है कि सीधे गट के माध्यम से एक शांत करने वाले प्रतिरक्षा संकेत पहुँचाने से एक रिपल इफेक्ट (लहर जैसा प्रभाव) हो सकता है, जो व्यवहार में सुधार के लिए सीधे मस्तिष्क तक पहुँचता है। एक जीवित बैक्टीरिया का उपयोग करके स्थानीय रूप से आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन करके, शोधकर्ताओं ने अल्पकालिक दवाओं और प्रणालीगत विषाक्तता (सिस्टमिक टॉक्सिसिटी) की समस्याओं को दरकिनार कर दिया। हालांकि यह काम चूहों पर किया गया था और मनुष्यों में सुरक्षा और प्रभावशीलता सुनिश्चित करने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है, यह एक आशाजनक नई रणनीति की ओर इशारा करता है। यह सुझाव देता है कि ऑटिज्म के कुछ रूपों के लिए, जो प्रतिरक्षा असंतुलन से प्रेरित हैं, उत्तर किसी गोली या इंजेक्शन में नहीं, बल्कि एक नन्हे, इंजीनियर किए गए सहायक द्वारा संचालित, गट और मस्तिष्क के बीच एक सौम्य, निरंतर बातचीत में हो सकता है।
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