Analysis of the effects of N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine Quinone on lung disorders using computational toxicology and molecular docking

हर दिन, हमारे वाहनों के रबर टायर सड़क से रगड़ खाकर घिसते हैं, जिससे हवा और पानी में सूक्ष्म कण झड़ते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक जानते हैं कि इन कणों में ऐसे रासायनिक अदिटिव्स (additives) होते हैं जो रबर को लचीला और टिकाऊ बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। ऐसा ही एक अदिटिव, जिसका टायर निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, जब हवा में मौजूद ओजोन के संपर्क में आता है, तो एक नए रासायनिक पदार्थ में बदल जाता है। यह रूपांतरण एक सुरक्षात्मक घटक को एक संभावित पर्यावरणीय खतरे में बदल देता है। जबकि शोधकर्ताओं ने लंबे समय से इस बात का अध्ययन किया है कि यह नया पदार्थ मछलियों और अन्य जलीय जीवों को कैसे नुकसान पहुँचाता है, इसका मानव फेफड़ों पर प्रभाव एक रहस्य बना हुआ है। अब वैज्ञानिक समुदाय के सामने प्रश्न यह है कि क्या यह रसायन, जिसे हम सड़कों की धूल के हिस्से के रूप में सांस के साथ अंदर लेते हैं, हमारे श्वसन तंत्र को उन तरीकों से नुकसान पहुँचा सकता है जिन्हें हम अभी तक नहीं समझ पाए हैं।

चीन की जियूजियांग यूनिवर्सिटी के एक शोधकर्ता ने इस समस्या पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया है, न कि जीवित रोगियों पर परीक्षण करके, बल्कि मानव शरीर के माध्यम से इसके संभावित मार्ग का पता लगाने के लिए शक्तिशाली कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करके। उनका कार्य एक विशिष्ट रसायन पर केंद्रित है जिसे 6PPD-क्विनोन (6PPD-quinone) के रूप में जाना जाता है, जो टायर एंटीऑक्सीडेंट का ऑक्सीकृत रूप है। उन्होंने 'नेटवर्क टॉक्सिकोलॉजी' नामक एक विधि का उपयोग किया, जो इस बात का मानचित्र तैयार करती है कि रसायन हमारे कोशिकाओं के भीतर हजारों प्रोटीनों के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, उन्होंने एक डिजिटल मानचित्र बनाया जो संभावित क्षति को दर्शाता है। उन्होंने अपना ध्यान तीन गंभीर फेफड़ों की स्थितियों पर केंद्रित किया: फेफड़ों का कैंसर (lung cancer), क्रॉनिक ऑब्सट्रक्टिव पल्मोनरी डिजीज (COPD), और पल्मोनरी फाइब्रोसिस (pulmonary fibrosis)। ये बीमारियाँ, हालांकि अलग-अलग लक्षणों वाली हैं, लेकिन इन सभी में फेफड़े क्षति, सूजन या निशान (scarring) के कारण कार्य करने के लिए संघर्ष करते हैं। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या यह रासायनिक पदार्थ उन्हीं जैविक विघटनों को उत्पन्न कर सकता है जो इन स्थितियों की ओर ले जाते हैं।

अध्ययन की शुरुआत 6PPD-क्वोनिन की रासायनिक संरचना पर डेटा एकत्र करके और इसकी तुलना मानव जीन और प्रोटीन के विशाल डेटाबेस से करके हुई। कंप्यूटर खोज ने मानव शरीर के भीतर सैकड़ों संभावित लक्ष्यों की पहचान की जिनसे यह रसायन जुड़ सकता है। शोधकर्ता ने इस सूची को उन विशिष्ट प्रोटीनों को ढूंढकर सीमित कर दिया जो फेफड़ों के कैंसर, क्रॉनिक ऑब्सट्रक्टिव पल्मोनरी डिजीज और पल्मोनरी फाइब्रोसिस के विकास में भी शामिल हैं। इन सूचियों को क्रॉस-रेफरेंस करके, उन्होंने उन साझा लक्ष्यों के एक समूह को अलग किया जिन्हें यह रसायन तीनों बीमारियों में संभावित रूप से बाधित कर सकता है। इस दृष्टिकोण ने उन्हें यह देखने की अनुमति दी कि कैसे एक प्रदूषक विभिन्न प्रकार की फेफड़ों की विफलताओं को जोड़ने वाले सामान्य धागों से जुड़ा है, जो यह सुझाव देता है कि एक ही प्रदूषक एक साझा तंत्र के माध्यम से कई अलग-अलग स्वास्थ्य समस्याओं का कारण बनने में सक्षम हो सकता है।

यह समझने के लिए कि यह व्यवधान कैसे होता है, उन्होंने साझा लक्ष्यों से जुड़े जैविक मार्गों (biological pathways) का विश्लेषण किया। उन्होंने पाया कि यह रसायन कोशिका की अपनी आंतरिक संरचना बनाने और बनाए रखने की क्षमता में हस्तक्षेप करता प्रतीत होता है, विशेष रूप से यह प्रभावित करता है कि प्रोटीन कैसे बनते हैं और मुड़ते (fold) हैं। सिमुलेशन ने संकेत दिया कि रसायन 'ऑक्सीडेटिव स्ट्रेस' (oxidative stress) की स्थिति को ट्रिगर करता है, जो एक ऐसी स्थिति है जहाँ हानिकारक अणु जमा हो जाते हैं और कोशिकाओं को नुकसान पहुँचाते हैं, और यह पुरानी सूजन (chronic inflammation) को भी भड़काता है। ये दो कारक फेफड़ों की बीमारी के चालक माने जाते हैं। आगे के विश्लेषण से पता चला कि यह रसायन कोशिकाओं के बढ़ने, विभाजित होने और मरने के तरीके को बदल सकता है, जो कैंसर को रोकने और स्वस्थ फेфड़ों के ऊतकों को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण प्रक्रियाएं हैं। कंप्यूटर मॉडल ने सुझाव दिया कि इन मौलिक कोशिकीय कार्यों के साथ छेड़छाड़ करके, यह रसायन एक ऐसी श्रृंखला शुरू कर सकता है जो ऊतकों के निशान (scarring), वायुमार्ग के अवरोध या अनियंत्रित कोशिका वृद्धि की ओर ले जाती है।

शोधकर्ता ने फिर पहचाने गए सबसे महत्वपूर्ण लक्ष्यों और रसायन के बीच भौतिक अंतःक्रिया का बारीकी से निरीक्षण किया। 'मॉलिक्यूलर डॉकिंग' (molecular docking) का उपयोग करते हुए, एक तकनीक जो यह सिम्युलेट करती है कि दो अणु एक ताले में चाबी की तरह कैसे फिट होते हैं, उन्होंने परीक्षण किया कि क्या रसायन विशिष्ट प्रोटीनों से भौतिक रूप से जुड़ सकता है। परिणामों ने दिखाया कि रसायन और दो विशेष प्रोटीनों के बीच एक मजबूत और स्थिर संबंध है: एक जो कोशिका के आंतरिक कंकाल को बनाने में मदद करता है और दूसरा जो प्रोटीन बनाने वाली मशीनरी का हिस्सा है। सिमुलेशन में, रसायन नकारात्मक 6.2 से नकारात्मक 8.9 किलो कैलोरी प्रति मोल की बाइंडिंग ऊर्जा के साथ इन प्रोटीनों से मजबूती से जुड़ गया, जो यह मापता है कि वे एक-दूसरे को कितनी मजबूती से पकड़ते हैं। सबसे मजबूत संबंध कोशिका के कंकाल बनाने वाले प्रोटीन के साथ था, जो यह सुझाव देता है कि यह हमले का प्राथमिक बिंदु है।

इन निष्कर्षों के निहितार्थ महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे एक एकीकृत तरीका बताते हैं कि यह पर्यावरणीय प्रदूषक मानव स्वास्थ्य को कैसे नुकसान पहुँचा सकता है। अध्ययन बताता है कि 6PPD-क्विनोन केवल यादृच्छिक क्षति नहीं पहुँचाता है; यह विशिष्ट, आवश्यक कोशिकीय घटकों को लक्षित करता है। कोशिका के आकार को बनाए रखने वाले प्रोटीन से जुड़कर, यह रसायन कोशिका की संरचनात्मक अखंडता को खोने का कारण बन सकता है, जिससे कैंसर कोशिकाओं में असामान्य गति और आक्रमण या फाइब्रोसिस में अत्यधिक निशान बन सकते हैं। प्रोटीन बनाने वाली मशीनरी से जुड़कर, यह कोशिका की मरम्मत करने या तनाव प्रबंधन करने की क्षमता को बाधित कर सकता है। शोधकर्ता का प्रस्ताव है कि ये व्यवधान सूजन और कोशिकीय शिथिलता का एक 'परफेक्ट स्टॉर्म' पैदा करते हैं जो अध्ययन की गई किसी भी तीन फेफड़ों की बीमारियों के रूप में प्रकट हो सकते हैं।

यह कार्य यह सिद्ध नहीं करता है कि यह रसायन हर उस व्यक्ति में इन बीमारियों का कारण बनता है जो इसे सांस के साथ अंदर लेता है, लेकिन यह एक मजबूत सैद्धांतिक आधार प्रदान करता है कि ऐसा क्यों हो सकता है। अध्ययन पूरी तरह से कंप्यूटर सिमुलेशन और डेटाबेस विश्लेषण पर निर्भर है, जिसका अर्थ है कि परिणाम भविष्य के प्रयोगशाला प्रयोगों और नैदानिक अध्ययनों द्वारा पुष्ट किए जाने वाले अनुमान हैं। हालाँकि, तीन अलग-अलग बीमारियों में निष्कर्षों की निरंतरता उल्लेखनीय है। यह सुझाव देता है कि कोशिका की बुनियादी मशीनरी के साथ हस्तक्षेप करने की रसायन की क्षमता इसे फेफड़ों के कैंसर, क्रॉनिक ऑब्सट्रक्टिव पल्मोनरी डिजीज और पल्मोनरी फाइब्रोसिस से जोड़ने वाला एक सामान्य सूत्र है। विशिष्ट प्रोटीन लक्ष्यों की पहचान वैज्ञानिकों को यह सुराग देती है कि क्षति के शुरुआती संकेतों को कहाँ देखना है और ऐसे उपचार कैसे विकसित किए जा सकते हैं जो इस रसायन के हानिकारक प्रभावों को रोक सकें।

अंततः, यह शोध आधुनिक औद्योगिक सामग्रियों की छिपी हुई लागतों को उजागर करता है। वे अदिटिव्स जो हमारे टायरों को लंबे समय तक चलने में मदद करते हैं, पर्यावरण में ऐसे पदार्थों में बदल रहे हैं जो हमारे फेफड़ों के लिए खतरा पैदा कर सकते हैं। मानव शरीर के भीतर आणविक अंतःक्रियाओं को देखने के लिए कम्प्यूटेशनल उपकरणों का उपयोग करके, शोधकर्ता ने नुकसान के एक संभावित मार्ग को आलोकित किया है जो पहले अदृश्य था। उनका कार्य इस बात पर जोर देता है कि हमारे द्वारा ली जाने वाली हवा में इस रसायन की निरंतर निगरानी की आवश्यकता है और यह सुझाव देता है कि सार्वजनिक स्वास्थ्य की रक्षा के लिए दैनिक प्रदूषकों की मानव शरीर की नाजुक मशीनरी के साथ होने वाली अंतःक्रियाओं की गहरी समझ आवश्यक है। यह अध्ययन आगे की जांच के लिए एक आह्वान है, जो वैज्ञानिकों और नीति निर्माताओं से टायर के घिसाव के कणों के श्वसन जोखिमों को पर्यावरणीय और मानव स्वास्थ्य की सुरक्षा के लिए एक व्यापक रणनीति के हिस्से के रूप में विचार करने का आग्रह करता है।