Heptyl prodigiosin from estuarine Zooshikella sp. RANM57 induces caspase-dependent apoptosis and suppresses clonogenic survival in androgen-independent prostate cancer cells

महासागर का तल और नदियों के समुद्र से मिलने वाले कीचड़ वाले किनारे केवल मछलियों और केकड़ों के आवास ही नहीं हैं; वे विशाल, छिपी हुई रासायनिक कारखाने भी हैं। दशकों से, वैज्ञानिक नई दवाओं को खोजने के लिए इन वातावरणों की ओर देखते रहे हैं, विशेष रूप से कैंसर जैसी उन बीमारियों के इलाज के लिए जिन्हें ठीक करना कठिन है। प्रकृति ने लंबे समय से शक्तिशाली दवाओं के ब्लूप्रिंट प्रदान किए हैं, पहले एंटीबायोटिक्स से लेकर आधुनिक कीमोथेरेपी एजेंटों तक। तर्क सरल है: जो जीव अत्यधिक या बदलते परिवेश में रहते हैं, वे अक्सर जीवित रहने के अनूठे तरीके विकसित करते हैं, जिससे वे जटिल रसायन पैदा करते हैं जो अन्य जीवित चीजों के विकास को बाधित कर सकते हैं। शोधकर्ता अब एस्टुअरी (ज्वारनदमुख) में सूक्ष्म जीवन की ओर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं, जहाँ मीठा और खारा पानी मिलता है। ये क्षेत्र बैक्टीरिया के लिए तनावपूर्ण स्थान होते हैं, जो उन्हें विशिष्ट उपकरण विकसित करने के लिए मजबूर करते हैं, जिनमें से कुछ मानव कोशिकाओं को अनियंत्रित रूप से बढ़ने से रोकने की कुंजी हो सकती है।

इस संदर्भ में, भारत के विश्वविद्यालयों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने मैंगलोर में नेत्रवती नदी के एस्टुअरी में पाए जाने वाले एक विशिष्ट बैक्टीरिया की क्षमता का पता लगाने के लिए हाथ बढ़ाया। वे Zooshikella sp. RANM57 नामक बैक्टीरिया के एक स्ट्रेन में रुचि रखते थे, जो एक आकर्षक लाल रंग का पिगमेंट (वर्णक) पैदा करता है। हालांकि कई बैक्टीरिया रंग बनाते हैं, लेकिन यह विशिष्ट लाल पदार्थ उन यौगिकों के परिवार से संबंधित है जो अन्य कोशिकाओं को मारने की क्षमता के लिए जाने जाते हैं। वैज्ञानिक यह जानना चाहते थे कि क्या यह विशिष्ट पिगमेंट, जो उनके अद्वितीय एस्टुअरी बैक्टीरिया द्वारा निर्मित है, प्रोस्टेट कैंसर के खिलाफ एक नया हथियार बन सकता है, जो एक ऐसी बीमारी है जो अक्सर प्रगति के साथ मानक उपचारों के प्रति प्रतिरोधी हो जाती है।

शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला सेटिंग में उस लाल पिगमेंट वाले बैक्टीरिया को बड़े पैमाने पर उगाने से शुरुआत की, जो उस नदी के एस्टुअरी की स्थितियों की नकल करती थी जहाँ यह पाया गया था। एक बार जब बैक्टीरिया बढ़ गए, तो उन्होंने कोशिकाओं को निकाला और लाल पिगमेंट को निकालने के लिए रासायनिक चरणों की एक श्रृंखला का उपयोग किया। इस प्रक्रिया में सॉल्वैंट्स का उपयोग करके पिगमेंट को बाकी बैक्टीरियल सामग्री से अलग करना और फिर इसे एक बहुत ही महीन फिल्टर की तरह काम करने वाली तकनीक के माध्यम से शुद्ध करना शामिल था, जो एकल सबसे सक्रिय घटक को अलग करती है। परिणाम एक शुद्ध, लाल पदार्थ की थोड़ी मात्रा थी। यह समझने के लिए कि उन्होंने वास्तव में क्या पाया है, टीम ने उन्नत मशीनों का उपयोग किया जो अणुओं के वजन और परमाणुओं की व्यवस्था को मापती हैं। इन उपकरणों ने पुष्टि की कि पदार्थ एक विशिष्ट प्रकार का अणु था जिसे हेप्टिल प्रोडिजियोसिन (heptyl prodigiosin) कहा जाता है। यह अणु कार्बन और नाइट्रोजन के तीन जुड़े हुए छल्लों (रिंग्स) से बना है, जिसके साथ कार्बन परमाणुओं की एक लंबी श्रृंखला जुड़ी हुई है, एक ऐसी संरचना जो इसे कोशिका झिल्ली में आसानी से फिसलने में मदद करती है।

आणविक की पहचान के बाद, टीम ने मानव कैंसर कोशिकाओं के विरुद्ध इसकी शक्ति का परीक्षण करने के लिए कदम बढ़ाया। उन्होंने प्रोस्टेट कैंसर की एक विशिष्ट सेल लाइन चुनी जिसे PC-3 के रूप में जाना जाता है, जो इलाज करने में कठिन है क्योंकि यह बढ़ने के लिए पुरुष हार्मोन पर निर्भर नहीं करती है, जिससे यह कई सामान्य उपचारों के प्रति प्रतिरोधी हो जाती है। जब उन्होंने इन कैंसर कोशिकाओं को शुद्ध लाल पिगमेंट के संपर्क में लाया, तो कोशिकाएं मरने लगीं। शोधकर्ताओं ने यह मापा कि एक डिश में आधी कोशिकाओं को मारने के लिए पदार्थ की कितनी मात्रा आवश्यक थी। उन्होंने पाया कि हेप्टिल प्रोडिजियोसिन 9.00 माइक्रोग्राम प्रति मिलीलीटर की सांद्रता पर प्रभावी था। तुलना के लिए, उन्होंने उसी स्थिति में एक मानक कीमोथेरेपी दवा, सिस्प्लैटिन (cisplatin), का परीक्षण किया। पिगमेंट मानक दवा की तुलना में बहुत कम सांद्रता पर प्रभावी था, जो इस विशिष्ट प्रकार की कैंसर कोशिका के खिलाफ इसकी उच्च क्षमता का सुझाव देता है। उन्होंने स्वस्थ मानव फेफड़ों की कोशिकाओं पर भी इसका परीक्षण किया कि क्या यह शरीर के लिए बहुत विषाक्त है। हालांकि इसने स्वस्थ कोशिकाओं को प्रभावित किया, लेकिन इसके लिए उच्च सांद्रता की आवश्यकता थी, जो यह संकेत देता है कि यह सामान्य ऊतकों की तुलना में कैंसर कोशिकाओं के लिए अधिक खतरनाक हो सकता है, हालांकि यह पूरी तरह से चयनात्मक (selective) नहीं है।

यह समझने के लिए कि पिगमेंट ने कैंसर कोशिकाओं को कैसे मारा, वैज्ञानिकों ने उनके भीतर क्या हो रहा था, इस पर बारीकी से नज़र डाली। उन्होंने पाया कि कोशिकाएं केवल फटकर या सड़कर नहीं मर रही थीं, जो कोशिका मृत्यु का एक अराजक रूप है जिसे नेक्रोसिस (necrosis) कहा जाता है। इसके बजाय, कोशिकाएं एक नियंत्रित, प्रोग्राम्ड आत्म-विनाश से गुजर रही थीं जिसे एपोप्टोसिस (apoptosis) कहा जाता है। यह एक प्राकृतिक प्रक्रिया है जिसका उपयोग शरीर क्षतिग्रस्त या अवांछित कोशिकाओं को हटाने के लिए करता है, लेकिन कैंसर कोशिकाएं अक्सर इन संकेतों को अनदेखा करना सीख लेती हैं। शोधकर्ताओं ने देखा कि लाल पिगमेंट ने कैंसर कोशिकाओं को उनके आत्म-विनाश अनुक्रम को फिर से शुरू करने के लिए मजबूर किया। उन्होंने स्पष्ट संकेत देखे कि कोशिकाओं की बाहरी परत बदल रही थी, जो आमतौर पर मृत्यु प्रक्रिया के शुरुआती चरण में होता है। आगे के परीक्षणों से पता चला कि कोशिकाएं विशिष्ट एंजाइमों को सक्रिय कर रही थीं, जिन्हें कैस्पेसेस (caspases) के रूप में जाना जाता है, जो कोशिका के 'जल्लाद' के रूप में कार्य करते हैं, और कोशिका की आंतरिक मशीनरी को काट देते हैं। अंत में, उन्होंने पाया कि कोशिकाओं के भीतर का डीएनए, जो आनुवंशिक निर्देश रखता है, खंडित और टूट रहा था। इन घटनाओं की श्रृंखला ने पुष्टि की कि पिगमेंट केवल कोशिकाओं को जहर नहीं दे रहा था, बल्कि यह उन्हें खत्म करने के लिए एक सटीक जैविक तंत्र को सक्रिय कर रहा था।

अध्ययन ने इन कैंसर कोशिकाओं के प्रजनन की दीर्घकालिक क्षमता को भी देखा। इन कोशिकाओं के उपचार के बाद और उन्हें ताजे भोजन में रखने के बाद भी, उन्हें बड़ी कॉलोनियों के रूप में वापस बढ़ने में संघर्ष करना पड़ा। यह सुझाव देता है कि उपचार ने केवल एक क्षण के लिए उनकी वृद्धि को नहीं रोका, बल्कि उन्हें इतना नुकसान पहुँचाया कि वे समय के साथ उबर और गुणा नहीं कर सके। हालांकि पिगमेंट प्रभावी था, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि इसने उनके विशिष्ट परीक्षणों में मानक दवा सिस्प्लैटिन की तुलना में लंबे समय में उतनी कोशिकाओं को नहीं मारा, भले ही यह प्रारंभिक वृद्धि को रोकने में अधिक शक्तिशाली था। यह रेखांकित करता है कि विभिन्न परीक्षण दवा की शक्ति के विभिन्न पहलुओं को मापते हैं।

शोधकर्ताओं ने अपने काम की सीमाओं को स्पष्ट रूप से बताया। उन्होंने मजबूत साक्ष्य के साथ अणु की पहचान की पुष्टि की, लेकिन उन्होंने कोशिका के भीतर इसके काम करने के हर एक चरण का मानचित्र बनाने के लिए हर संभव परीक्षण नहीं किया। उन्होंने यह भी नोट किया कि चूंकि पदार्थ एक चमकीला लाल पिगमेंट है, इसलिए यह कोशिका मृत्यु को मापने के लिए उपयोग की जाने वाली मशीनों में कभी-कभी हस्तक्षेप कर सकता है, इसलिए परिणामों की व्याख्या करते समय इस बात को ध्यान में रखना चाहिए। इसके अलावा, जबकि पदार्थ ने एक प्रकार की कैंसर कोशिका के खिलाफ आशाजनक परिणाम दिखाए, इसका परीक्षण अन्य प्रकार के कैंसर या जीवित जानवरों की एक विस्तृत श्रृंखला पर नहीं किया गया था। यह अध्ययन स्थापित करता है कि एस्टुअरी बैक्टीरिया एक शक्तिशाली यौगिक का उत्पादन करता है जो प्रोस्टेट कैंसर में कोशिका मृत्यु को ट्रिगर कर सकता है, लेकिन यह केवल एक शुरुआत है। यह कार्य सिद्ध करता है कि नदियों के कीचड़ वाले किनारे अभी भी नए रासायनिक उपकरणों का एक समृद्ध स्रोत हैं, और हेप्टिल प्रोडिजियोसिन एक ऐसा उम्मीदवार है जो यह देखने के लिए आगे के अध्ययन के योग्य है कि क्या इसे रोगियों के लिए एक वास्तविक उपचार के रूप में विकसित किया जा सकता है।