Evolutionary Architecture of Longevity Regulators: Directional Conservation and Divergence from Yeast to Human Cells

बुढ़ापा कोई एक अकेली घटना नहीं है, बल्कि शरीर की स्वयं को बनाए रखने की क्षमता का एक धीमी, जटिल तरह से बिखरना है। दशकों से, वैज्ञानिक यीस्ट, कृमि (worms) और मक्खियों जैसे सरल जीवों का अध्ययन करके इस प्रक्रिया के नियमों को समझने की कोशिश कर रहे हैं, इस उम्मीद में कि वे मानव दीर्घायु के रहस्यों को खोलने वाली सार्वभौमिक कुंजियाँ खोज सकें। तर्क सीधा है: यदि कोई विशिष्ट जीन एक नन्हे कृमि को अधिक समय तक जीवित रहने में मदद करता है, तो शायद उस जीन का मानव संस्करण भी वही काम करता होगा। शोधकर्ताओं ने हजारों ऐसे आनुवंशिक स्विचों की पहचान की है, और यह सूचीबद्ध किया है कि कौन से बुढ़ापे को तेज करते हैं और कौन से इसे धीमा करते हैं। हालाँकि, इस कार्य पर एक बड़ी अनिश्चितता बनी हुई है। केवल इसलिए कि एक जीन एक कृमि और एक मनुष्य दोनों में मौजूद है, इसका मतलब यह नहीं है कि वह समान भूमिका निभाता है। एक जीन जो यीस्ट कोशिका में जीवन बढ़ाता है, वह वास्तव में एक चूहे के जीवन को छोटा कर सकता है, या इसका प्रभाव पूरी तरह से इस बात पर निर्भर हो सकता है कि कोशिका विभाजित हो रही है या विश्राम कर रही है। यह जाने बिना कि इन प्रभावों की दिशा विभिन्न प्रजातियों में सुसंगत है या नहीं, यह विश्वास करना कठिन है कि सरल प्रयोगशाला जीवों से प्राप्त निष्कर्ष मनुष्यों पर लागू होंगे।

रॉकी इंस्टीट्यूट ऑफ बायोटेक्नोलॉजी के डेविस डब्ल्यू. चेंग द्वारा किया गया एक नया अध्ययन पांच अलग-अलग जैविक प्रणालियों: यीस्ट, कृमि, फ्रूट फ्लाई, चूहे और लैब में उगाई गई मानव कोशिकाओं से प्राप्त विशाल आनुवंशिक डेटा को एक साथ लाकर इस अनिश्चितता का समाधान करता है। शोधकर्ता ने केवल यह नहीं देखा कि कौन से जीन साझा किए गए हैं; बल्कि उसने सावधानीपूर्वक यह भी मानचित्रित किया कि प्रत्येक जीन को बदलने का प्रभाव विभिन्न प्रजातियों में समान था या भिन्न। हजारों प्रयोगों को सामंजस्यपूर्ण बनाकर, यह अध्ययन प्रकट करता है कि कौन से जैविक नियम सार्वभौमिक हैं और कौन से जीवन के कुछ विशिष्ट प्रकारों के लिए विशिष्ट हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि जबकि कोशिकाओं को स्वस्थ रखने की मशीनरी यीस्ट से लेकर मनुष्यों तक उल्लेखनीय रूप से सुसंगत है, लेकिन वे संकेत जो कोशिका को विभाजित होना रोकने या सूजन (inflammation) को ट्रिगर करने के लिए कहते हैं, वे नहीं हैं। यह अंतर वैज्ञानिकों के लिए एक नया, अधिक विश्वसनीय मानचित्र प्रदान करता है जो यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि स्वस्थ जीवन को कैसे बढ़ाया जाए, जो मुख्य रखरखाव प्रणालियों (जो हर जगह एक ही तरह से काम करती हैं) को उन जटिल, परिवर्तनशील मार्गों से अलग करता है जो प्रजातियों के बीच भिन्न होते हैं।

अध्ययन की शुरुआत लगभग पांच हजार नियंत्रित प्रयोगों से डेटा एकत्र करके हुई जहाँ वैज्ञानिकों ने एक एकल जीन को बदला और उसके परिणाम को मापा। ये प्रयोग यीस्ट से आए थे, जहाँ शोधकर्ता ट्रैक करते हैं कि एक मातृ कोशिका मरने से पहले कितनी संतति (offspring) पैदा करती है, जिसे 'रेप्लिकेटिव लाइफस्पैन' कहा जाता है, या यह देखते हैं कि एक गैर-विभाजित कोशिका कितने समय तक जीवित रहती है, जिसे 'क्रोनोलॉजिकल लाइफस्पैन' कहा जाता है; कृमि और मक्खियों में, जहाँ वे कुल जीवनकाल को मापते हैं; चूहों में, जहाँ वे जानवर के जीवित रहने की अवधि का परीक्षण करते हैं; और मानव कोशिकाओं में, जहाँ वे देखते हैं कि कोशिकाएं कब विभाजित होना बंद करती हैं और स्थायी सुस्ती (dormancy) की अवस्था में प्रवेश करती हैं जिसे सेनेसेंस (senescence) कहा जाता है। शोधकर्ता ने इन विभिन्न जीवों के जीनों को उनके मानव समकक्षों से मिलाया, जिससे तीन हजार से अधिक मानव जीनों की एक एकीकृत सूची बनी जिनका कम से कम एक ऐसी प्रणाली में परीक्षण किया गया था। लक्ष्य यह देखना था कि क्या प्रभाव की दिशा—चाहे जीन परिवर्तन ने जीव को लंबा जीवन दिया या छोटा—सुसंगत थी।

पहला बड़ा निष्कर्ष यीस्ट में वैज्ञानिकों द्वारा बुढ़ापे को मापने के दो अलग-अलग तरीकों से संबंधित था। यीस्ट कोशिकाओं का अध्ययन दो तरीकों से किया जा सकता है: एक माँ कोशिका मरने से पहले कितनी पुत्री कोशिकाएं पैदा करती है, जिसे 'रेप्लिकेटिव लाइफस्पैन' कहा जाता है, या यह देखना कि एक कोशिका विभाजित न होने की स्थिति में कितने समय तक जीवित रहती है, जिसे 'क्रोनोलॉजिकल लाइफस्पैन' कहा जाता है। लंबे समय तक, शोधकर्ता अक्सर इन दोनों मापों को एक-दूसरे के विकल्प के रूप में देखते रहे। इस अध्ययन ने पाया कि वे एक नहीं हैं। हालांकि दोनों यीस्ट विधियाँ कई समान जीनों को साझा करती हैं, लेकिन उनके प्रभावों की दिशा अक्सर एक-दूसरे के विपरीत होती है। एक जीन जो यीस्ट कोशिका को अधिक संतान पैदा करने में मदद करता है, वह वास्तव में एक गैर-विभाजित कोशिका के जीवन को छोटा कर सकता है। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि अध्ययन ने दिखाया कि 'रेप्लिकेटिव लाइफस्पैन' विधि वह है जो जानवरों में क्या होता है, इसकी भविष्यवाणी करती है। जब एक जीन ने यीस्ट के रेप्लिकेटिव लाइफस्पैन को बढ़ाया, तो इसकी अत्यधिक संभावना थी कि वह कृमियों, मक्खियों और चूहों के जीवनकाल को भी बढ़ाएगा। हालांकि, क्रोनोलॉजिकल लाइफस्पैन विधि ने ऐसा कोई पूर्वानुमान नहीं दिया। इसका अर्थ यह है कि सरल जीवों में बुढ़ापे का अध्ययन करने वाले वैज्ञानिकों के लिए, कोशिका विभाजन को मापने की विधि, विश्राम की अवस्था में उत्तरजीविता को मापने की तुलना में पशु बुढ़ापे को समझने के लिए कहीं अधिक सूचनात्मक है।

शोध ने यह भी जांचा कि किसी वैज्ञानिक को स्तनधारियों में जीन के प्रभाव के बारे में आश्वस्त होने के लिए कितने अलग-अलग प्रजातियों का सहमत होना आवश्यक है। यह आम है कि एक ऐसा जीन मिले जो एक कृमि में बुढ़ापे को प्रभावित करता है, लेकिन क्या यह गारंटी देता है कि वह चूहे में भी वैसा ही करेगा? अध्ययन में पाया गया कि गैर-स्तनधारी जीव से प्राप्त एक एकल साक्ष्य अक्सर एक अनुमान से बेहतर नहीं होता है। हालांकि, जब दो या दो से अधिक अलग-अलग गैर-स्तनधारी जीव, जैसे कि एक यीस्ट, एक कृमि और एक मक्खी, सभी एक विशिष्ट जीन के लिए एक ही प्रभाव दिखाते हैं, तो चूहों के लिए भविष्यवाणी अत्यंत विश्वसनीय हो जाती है। उन मामलों में जहाँ कई जीव सहमत थे, चूहे ने लगभग सभी उदाहरणों में प्रभाव की समान दिशा दिखाई। इस उच्च स्तर की सहमति शोधकर्ताओं को एक सौ अस्सी मानव जीनों की एक सूची की पहचान करने की अनुमति देती है जिनका अभी तक चूहों में परीक्षण नहीं किया गया है, लेकिन वे सरल जीवों के सर्वसम्मति के आधार पर बुढ़ापे को प्रभावित करने की बहुत अधिक संभावना रखते हैं। इन जीनों में वे शामिल हैं जो कोशिकीय कचरे की सफाई करने और तनाव के प्रबंधन में शामिल हैं, जो भविष्य के प्रयोगों के लिए एक प्राथमिकता वाली सूची प्रदान करते हैं।

एक अन्य महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह था कि इन प्रभावों की निरंतरता पूरी तरह से इस बात पर निर्भर करती है कि जीन वास्तव में कोशिका के भीतर क्या करता है। अध्ययन ने जीनों को कार्यात्मक श्रेणियों में वर्गीकृत किया, जैसे कि क्षतिग्रस्त प्रोटीन की सफाई करने, ऊर्जा और ऑक्सीजन के प्रबंधन, कोशिका विभाजन को रोकने, या सूजन (inflammation) को ट्रिगर करने में शामिल जीन। रखरखाव कार्यों के लिए जिम्मेदार जीन—जैसे क्षति की मरम्मत करना, ऊर्जा का प्रबंधन करना और कोशिकीय कचरे की सफाई करना—मानव कोशिकाओं और संपूर्ण जानवरों के बीच एक मजबूत सहमति दिखाते हैं। यदि किसी जीन ने मानव कोशिका को स्वस्थ रहने में मदद की, तो उसने लगभग हमेशा चूहे या मक्खी को लंबा जीवन जीने में मदद की। इसके विपरीत, कोशिका विभाजन को नियंत्रित करने वाले या सूजन संबंधी प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने वाले जीन कोई सुसंगत पैटर्न नहीं दिखाते। एक जीन जो मानव कोशिका को विभाजित होने से रोकता है, वह चूहे के जीवन को बढ़ा सकता है, या उसे छोटा कर सकता है; प्रभाव अनिवार्य रूप से यादृच्छिक (random) था। यह सुझाव देता है कि जीवन की बुनियादी रखरखाव प्रणालियाँ सार्वभौमिक हैं, लेकिन कोशिका के रुकने या सूजन के संकेत भेजने के विशिष्ट तरीके अत्यधिक परिवर्तनशील हैं और जीव के विशिष्ट संदर्भ पर निर्भर करते हैं।

अध्ययन ने जीव विज्ञान के एक लंबे समय से चले आ रहे विचार 'एंटागोनिस्टिक प्लीओट्रॉपी' (antagonistic pleiotropy) को भी चुनौती दी। यह सिद्धांत सुझाव देता है कि वे जीन जो बुढ़ापे में हानिकारक होते हैं, उन्हें विकास के दौरान आवश्यक होने के कारण विकास (evolution) द्वारा बनाए रखा जाता है। यदि यह सच होता, तो हम उम्मीद करते कि बुढ़ापे को बढ़ावा देने वाले जीन वे होंगे जो भ्रूण के विकास के लिए आवश्यक हैं। हालांकि, डेटा ने इसके विपरीत दिखाया। बुढ़ापे को रोकने वाले जीन—जो किसी जीव को लंबा जीवन जीने में मदद करते हैं—वास्तव में विकास के लिए आवश्यक थे। जब चूहों में इन सुरक्षात्मक जीनों को हटा दिया गया, तो बुढ़ापे को बढ़ावा देने वाले जीनों को हटाने की तुलना में भ्रूण के मरने की संभावना अधिक थी। यह इंगित करता है कि शरीर की स्वयं को बनाए रखने और बुढ़ापे का विरोध करने की क्षमता, विकास को चलाने वाले तंत्रों की तरह ही प्रारंभिक उत्तरजीविता के लिए भी उतनी ही महत्वपूर्ण है।

अंत में, शोधकर्ता ने मानचित्रित किया कि ये संरक्षित जीन एक-दूसरे से कैसे जुड़े हैं। कम से कम तीन अलग-अलग प्रणालियों में दिखने वाले मुख्य जीनों के समूह ने एक एकल, मजबूती से जुड़े नेटवर्क का निर्माण किया। यह नेटवर्क उन संकेतों को जोड़ता है जो कोशिका को बढ़ने और खाने के लिए कहते हैं, उन प्रणालियों के साथ जो कचरे की सफाई और क्षति से सुरक्षा करती हैं। यह एक केंद्रीय केंद्र (hub) के रूप में कार्य करता है जहाँ पोषक तत्वों के संकेतों को कोशिकीय मरम्मत की आवश्यकता के विरुद्ध संतुलित किया जाता है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि बुढ़ापे की संरचना इस संरक्षित रखरखाव परत पर बनी है, जो यीस्ट से लेकर मनुष्यों तक एक ही तरह से काम करती है, जबकि कोशिका मृत्यु या सूजन की ओर ले जाने वाले विशिष्ट आउटपुट अधिक लचीले और प्रजाति-विशिष्ट होते हैं। बुढ़ापे को प्रभावित करने के लिए इन सार्वभौमिक रखरखाव नियमों और सेल अरेस्ट (cell arrest) के परिवर्तनशील संकेतों के बीच अंतर करके, यह अध्ययन बुढ़ापे की प्रक्रिया को समझने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है, जो यह सुझाव देता है कि शरीर की रखरखाव और मरम्मत करने की क्षमता पर ध्यान केंद्रित करना स्वस्थ जीवन को बढ़ाने के लिए सबसे विश्वसनीय रणनीति है।