Integrative systems biology identifies shared neuroimmune co-expression programmes across pulmonary tuberculosis and Alzheimer's disease
यह अध्ययन एक एकीकृत सिस्टम्स बायोलॉजी ढांचे का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि पल्मोनरी ट्यूबरकुलोसिस और अल्जाइमर रोग पुनरुत्पादनीय न्यूरोइम्यून सह-अभिव्यक्ति कार्यक्रमों और एक 12-जीन बायोमार्कर सिग्नेचर को साझा करते हैं, जो पुरानी संक्रमण को न्यूरोडीजेनेरेशन से जोड़ने वाले संरक्षित ट्रांसक्रिप्शनल तंत्रों को प्रकट करता है।
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मानव शरीर की अक्सर एक अलग-अलग प्रणालियों के संग्रह के रूप में कल्पना की जाती है: फेफड़े सांस लेते हैं, हृदय पंप करता है, और मस्तिष्क विचार करता है। फिर भी, आधुनिक विज्ञान इन अंगों को गहराई से जुड़े हुए देखता है, जो रासायनिक संकेतों की एक जटिल भाषा के माध्यम से एक-दूसरे से लगातार संवाद करते हैं। सबसे महत्वपूर्ण बातचीत में से एक प्रतिरक्षा प्रणाली (इम्यून सिस्टम), जो हमलावरों से लड़ती है, और तंत्रिका तंत्र (नर्वस सिस्टम), जो हमारे विचारों और यादों को नियंत्रित करता है, के बीच होती है। लंबे समय तक, डॉक्टरों ने तपेदिक (टीबी) जैसी संक्रमणों को एक ऐसी बीमारी के रूप में माना जो फेफड़ों तक ही सीमित रहती है, और उन्होंने अल्जाइमर रोग को एक ऐसी समस्या के रूप में देखा जो मस्तिष्क में शुरू होती है और वहीं समाप्त हो जाती है। हालांकि, साक्ष्यों का एक बढ़ता हुआ समूह सुझाव देता है कि जब प्रतिरक्षा प्रणाली संक्रमण के कारण लंबे समय तक तनाव में होती है, तो यह सूजन (इन्फ्लेमेशन) की ऐसी लहरें भेज सकती है जो मस्तिष्क तक पहुँच जाती हैं, जिससे संभावित रूप से मस्तिष्क कोशिकाओं के कार्य करने और परस्पर क्रिया करने के तरीके में बदलाव आ सकता है। यह एक गहरा प्रश्न उठाता है: क्या वही जैविक पैटर्न जो शरीर को फेफड़ों के संक्रमण से लड़ने में मदद करते हैं, न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों के दौरान मस्तिष्क में भी सक्रिय हो सकते हैं, जो दो ऐसी स्थितियों को जोड़ते हैं जो दुनिया से बिल्कुल अलग लगती हैं?
शोधकर्ताओं की एक टीम ने शरीर की आनुवंशिक गतिविधि को व्यक्तिगत जीनों की एक सूची के रूप में नहीं, बल्कि संवादों के एक समन्वित नेटवर्क के रूप में मानकर इसका उत्तर देने का प्रयास किया। उन्होंने दो विशिष्ट स्थितियों पर ध्यान केंद्रित किया: सक्रिय पल्मोनरी ट्यूबरकुलोसिस (तपेदिक), जो एक गंभीर फेफड़ों का संक्रमण है, और अल्जाइमर रोग, जो धीरे-धीरे याददाश्त और सोचने की क्षमता को कम करता है। रक्त के नमूनों और मस्तिष्क के ऊतकों से प्राप्त आनुवंशिक डेटा का विश्लेषण करने के लिए उन्नत कंप्यूटर उपकरणों का उपयोग करते हुए, उन्होंने साझा "प्रोग्राम" की तलाश की। शरीर के जीनों को एक विशाल ऑर्केस्ट्रा की तरह कल्पना करें; शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि क्या संगीतकारों का वही समूह ट्यूबरकुलोसिस के रोगी के फेफड़ों और अल्जाइमर वाले व्यक्ति के मस्तिष्क में एक ही धुन बजा रहा है। उन्होंने सक्रिय ट्यूबरकुलोसिस वाले लोगों के रक्त की जांच करके यह पता लगाने से शुरुआत की कि संक्रमण के दौरान कौन से जीन बड़े समूहों, या मॉड्यूल, में मिलकर काम कर रहे थे। उन्होंने पाया कि संक्रमण ने केवल यादृच्छिक शोर (रैंडम नॉइज़) उत्पन्न नहीं किया; बल्कि इसने 1,389 विभिन्न जीनों को 16 विशिष्ट, समन्वित नेटवर्कों में व्यवस्थित किया। ये नेटवर्क प्रतिरक्षा रक्षा, सूजन और शरीर की ऊतकों की मरम्मत करने की क्षमता में गहराई से शामिल थे।
अपने निष्कर्षों को यह सुनिश्चित करने के लिए कि वे किसी विशिष्ट समूह के लोगों का संयोग मात्र नहीं हैं, शोधकर्ताओं ने ट्यूबरकुलोसिस के दो अन्य स्वतंत्र समूहों पर अपने परिणामों का परीक्षण किया। इसके बाद, उन्होंने हजारों जीनों को केवल बारह जीनों के एक छोटे, अत्यधिक सटीक सिग्नेचर (चिह्न) तक सीमित करने के लिए एक शक्तिशाली कंप्यूटर लर्निंग पद्धति का उपयोग किया। जीनों का यह छोटा समूह ट्यूबरकुलोसिस की पहचान करने में इतना प्रभावी था कि इसने प्रारंभिक समूह में संक्रमित रोगियों को स्वस्थ लोगों से लगभग पूर्ण सटीकता के साथ अलग किया और बिना पुन: प्रशिक्षित किए अन्य समूहों पर परीक्षण के दौरान भी मजबूत प्रदर्शन बनाए रखा। इससे सिद्ध हुआ कि ट्यूबरकुलोसिस के प्रति शरीर की प्रतिक्रिया एक बहुत ही विशिष्ट, पुनरुत्पादक (रिप्रोड्यूसिबल) आनुवंशिक पटकथा (स्क्रिप्ट) का पालन करती है।
अध्ययन का सबसे आश्चर्यजनक हिस्सा तब आया जब शोधकर्ताओं ने इस ट्यूबरकुलोसिस की "पटकथा" को लिया और अल्जाइमर रोग वाले लोगों के मस्तिष्क में इसकी तलाश की। उन्होंने पाया कि वही आनुवंशिक कार्यक्रम जो ट्यूबरकुलोसिस के रोगियों के रक्त में सक्रिय थे, अल्जाइमर के रोगियों के मस्तिष्क के ऊतकों में भी सक्रिय थे। ऐसा लग रहा था जैसे मस्तिष्क उसी सेट के निर्देशों का उपयोग अपनी आंतरिक संकट को प्रबंधित करने के लिए कर रहा था, जिसका उपयोग शरीर फेफड़ों के संक्रमण को प्रबंधित करने के लिए करता है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि ये नेटवर्क न केवल मौजूद थे, बल्कि इसी तरह से व्यवस्थित भी थे, जो यह सुझाव देते हैं कि ट्यूबरकुलोसिस में प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को चलाने वाली जैविक मशीनरी अल्जाइमर के दौरान मस्तिष्क में भी आंशिक रूप से संरक्षित है। इसके अलावा, उन्होंने इन आनुवंशिक कार्यक्रमों को मानव मस्तिष्क के एक विस्तृत एटलस पर मैप किया और पाया कि वे यादृच्छिक रूप से बिखरे हुए नहीं थे। इसके बजाय, नेटवर्क के विभिन्न हिस्से मस्तिष्क के विशिष्ट क्षेत्रों में केंद्रित थे, जैसे कि गति के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क के गहरे केंद्र और सोचने के लिए जिम्मेदार बाहरी परतें। यह क्षेत्रीय संगठन विभिन्न व्यक्तियों में सुसंगत था, जो मानव मस्तिष्क में इन प्रतिरक्षा-संबंधी जीनों के वितरण के एक स्थिर, अंतर्निहित पैटर्न को दर्शाता है।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि क्रोनिक संक्रमण और न्यूरोडिजनरेशन (तंत्रिका क्षय) उतने अलग नहीं हैं जितना कि पहले सोचा जाता था। यह शोध एक सिस्टम-लेवल का दृष्टिकोण प्रदान करता है जो दिखाता है कि शरीर की निरंतर फेफड़ों के संक्रमण के प्रति प्रतिक्रिया में समन्वित आनुवंशिक नेटवर्क शामिल हैं, जो अल्जाइमर रोग में सक्रिय नेटवर्कों के साथ महत्वपूर्ण ओवरलैप साझा करते हैं। ये साझा नेटवर्क केवल यादृच्छिक समानताएं नहीं हैं; वे संगठित, पुनरुत्पादक हैं और मस्तिष्क के विशिष्ट भागों में सक्रिय हैं। हालांकि यह अध्ययन यह सिद्ध नहीं करता है कि ट्यूबरकुलोसिस अल्जाइमर का कारण बनता है, लेकिन यह दृढ़ता से सुझाव देता है कि संक्रमण के कारण होने वाले दीर्घकालिक प्रतिरक्षा परिवर्तन मस्तिष्क के वातावरण को उन तरीकों से प्रभावित कर सकते हैं जो न्यूरोडिजनरेशन के तंत्रों के साथ मेल खाते हैं। इन साझा आनुवंशिक कार्यक्रमों की पहचान करके, शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए एक नया द्वार खोल दिया है कि शरीर का संक्रमण के विरुद्ध संघर्ष कैसे मस्तिष्क के क्षय के साथ मिल सकता है, जो भविष्य के अध्ययनों के लिए एक संभावित रोडमैप प्रदान करता है कि हम मस्तिष्क को दीर्घकालिक प्रतिरक्षा तनाव के प्रभावों से कैसे बचा सकते हैं।
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