রকফেলার বিজ্ঞানীরা এখন পর্যন্ত সবচেয়ে বিস্তৃত মানচিত্র তৈরি করেছেন যে কীভাবে প্রয়োজনীয় জিনগুলি মাইকোব্যাকটেরিয়াম টিউবারকুলোসিস (Mtb), যক্ষ্মা (টিবি) এর জন্য দায়ী ব্যাকটেরিয়াতে যোগাযোগ করে। অভূতপূর্ব মানচিত্রটি হাজার হাজার পূর্বে অজানা জেনেটিক সম্পর্ক প্রকাশ করে, যা বিশ্বের সবচেয়ে মারাত্মক প্যাথোজেনের অভ্যন্তরীণ কাজের মধ্যে একটি নতুন উইন্ডো সরবরাহ করে।
জেরেমি রকের ল্যাবরেটরি অফ হোস্ট-প্যাথোজেন বায়োলজির গবেষকদের নেতৃত্বে এবং নেচারে প্রকাশিত এই কাজটি দুর্বলভাবে বোঝানো জিন এবং জিনের মিথস্ক্রিয়াগুলির কার্যকারিতার উপর আলোকপাত করে। ব্যাকটেরিয়ামের বেঁচে থাকার জন্য প্রয়োজনীয় জিনগুলি কীভাবে একসাথে কাজ করে তা প্রকাশ করে, ফলাফলগুলি বিজ্ঞানীদের প্রতিশ্রুতিশীল ওষুধের লক্ষ্যগুলি সনাক্ত করতে এবং টিবি মোকাবেলায় অ্যান্টিবায়োটিকের আরও কার্যকর সংমিশ্রণ তৈরি করতে সহায়তা করতে পারে।
খামির জেনেটিসিস্টরা মৌলিক কোষ জীববিজ্ঞান সম্পর্কে আমাদের বোঝার রূপান্তর করার জন্য একই পদ্ধতি ব্যবহার করেছেন; যখন থেকে আমি টিবি নিয়ে কাজ শুরু করেছি, আমি এমটিবি অধ্যয়নে এই ধারণাটি আনার স্বপ্ন দেখেছি। এখন, আমাদের কাছে একটি প্যাথোজেনের অপরিহার্য জিনের মধ্যে মিথস্ক্রিয়াগুলির প্রথম বিস্তৃত মানচিত্র রয়েছে। এই রোগের বিরুদ্ধে লড়াইয়ের সম্ভাব্য প্রভাব বিশাল।"
জেরেমি রক, হোস্ট-প্যাথোজেন বায়োলজির ল্যাবরেটরি, রকফেলার ইউনিভার্সিটি
একটি কুখ্যাত একগুঁয়ে প্যাথোজেন
যক্ষ্মা হাজার হাজার বছর ধরে মানবতাকে জর্জরিত করেছে, এবং কয়েক দশক ধরে চিকিৎসার অগ্রগতি সত্ত্বেও, এটি বিশ্বের সবচেয়ে মারাত্মক সংক্রামক রোগগুলির মধ্যে একটি রয়ে গেছে, প্রতি বছর এক মিলিয়নেরও বেশি জীবন দাবি করে। এটি মূলত কারণ Mtb কুখ্যাতভাবে নির্মূল করা কঠিন। একের জন্য, অণুজীবের একটি বিশেষভাবে বলিষ্ঠ কোষ প্রাচীর রয়েছে যা অ্যান্টিবায়োটিকের বিরুদ্ধে একটি বাধা তৈরি করে এবং শরীরে টিকে থাকার ক্ষমতা সংক্রমণকে বিশেষভাবে একগুঁয়ে করে তোলে।
গবেষণার সহ-প্রথম লেখক এবং ল্যাবে গ্র্যাজুয়েট ফেলো আইজ্যাক ক্রেস বলেছেন, "এটি বাড়তে ধীর, তবে এটি মরতেও ধীর।" "এবং সংক্রমণ পরিষ্কার করতে যত বেশি সময় লাগে, ব্যাকটেরিয়াকে প্রতিরোধ করতে তত বেশি সময় লাগে।"
যক্ষ্মা রোগের চিকিৎসার জন্য সাধারণত কয়েক মাস ধরে একাধিক অ্যান্টিবায়োটিকের প্রয়োজন হয়; ওষুধ-প্রতিরোধী সংক্রমণ শরীর থেকে পরিষ্কার হতে আরও বেশি সময় নিতে পারে। ভাল চিকিত্সা খোঁজার জন্য, তবে, ব্যাকটেরিয়া নিজেই একটি গভীর বোঝার প্রয়োজন. কয়েক দশকের গবেষণা সত্ত্বেও, বিজ্ঞানীরা এখনও তার বেঁচে থাকার জন্য প্রয়োজনীয় অনেক জিনের কার্যকারিতা সম্পূর্ণরূপে বুঝতে পারেন না, সেই জিনগুলি কীভাবে একসাথে কাজ করে তা অনেক কম।
"এমটিবি জিনোমে অনেকগুলি জিন রয়েছে যেগুলি সম্পূর্ণরূপে অক্ষরিত," নাটালি সায়েগ বলেছেন, একজন সহ-প্রথম লেখক এবং রক ল্যাব বায়োমেডিকাল ফেলো৷ "আমরা জানি না তারা কি করে।"
গবেষকদের নতুন মানচিত্র সেই ফাঁক পূরণের দিকে একটি বড় পদক্ষেপ নেয়। তাদের উচ্চাভিলাষী প্রকল্পের জন্য পদ্ধতিগতভাবে অধ্যয়ন করা প্রয়োজন যে কিভাবে শত শত জিন একে অপরকে প্রভাবিত করে; এটি হাজার হাজার পূর্বে অজানা জেনেটিক সম্পর্ক উন্মোচন করেছে, জিনের কার্যকারিতা সম্পর্কে নতুন সূত্র প্রদান করেছে এবং ড্রাগ-টার্গেট মিথস্ক্রিয়া চিহ্নিত করেছে যা আরও কার্যকর থেরাপিউটিক সংমিশ্রণের দিকে নির্দেশ করতে পারে।
বিন্দু সংযোগ
Mtb-এর বেঁচে থাকার জন্য কোন জিন অপরিহার্য তা বিজ্ঞানীরা দীর্ঘদিন ধরেই জানতেন। কেন তারা অপরিহার্য তা বোঝা অনেক বেশি কঠিন হয়েছে।
একটি প্রধান বাধা হল ঐতিহ্যগত জিন-সম্পাদনা কৌশলগুলির সীমাবদ্ধতা। CRISPR, উদাহরণস্বরূপ, বিজ্ঞানীদের DNA এর নির্দিষ্ট অংশগুলিকে টার্গেট করতে এবং কাটাতে দেয়, কার্যকরভাবে পৃথক জিনকে নিষ্ক্রিয় করে যাতে গবেষকরা তাদের কার্যাবলী অধ্যয়ন করতে পারেন। কিন্তু যখন একটি জিন বেঁচে থাকার জন্য অপরিহার্য, তখন এটিকে ছিটকে ফেলা ব্যাকটেরিয়াকে মেরে ফেলতে পারে, যে জিনটি অন্যদের সাথে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে তা তদন্ত করা কঠিন করে তোলে, ক্রেস বলেছেন।
এই সমস্যাটি কাটিয়ে উঠতে, রক এবং তার দল CRISPR হস্তক্ষেপ (CRISPRi) নামক জিন-সম্পাদনা প্রযুক্তির একটি সংস্করণ পরিবর্তন করেছে। ডিএনএ কাটার পরিবর্তে, CRISPRi বিজ্ঞানীদের স্থায়ীভাবে পরিবর্তন না করে পৃথক জিনের অভিব্যক্তি ডায়াল করতে দেয়। এটি গবেষকদের ব্যাকটেরিয়া হত্যা না করে অপরিহার্য জিন অধ্যয়ন করার একটি উপায় দিয়েছে।
মাইকোব্যাকটেরিয়াতে পৃথক জিন অধ্যয়ন করার জন্য পূর্বে রকের ল্যাবে বিকশিত একটি CRISPRi সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে, দলটি একটি নতুন পদ্ধতি তৈরি করেছে যা একই সাথে দুটি জিনকে দমন করতে সক্ষম। এটি তাদের অত্যাবশ্যক জিনগুলির জোড়া কীভাবে একসাথে কাজ করে এবং কীভাবে উভয়ই ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধিকে প্রভাবিত করে তা তদন্ত করার অনুমতি দেয়।
দলটি তখন প্রযুক্তিটি ব্যবহার করে যা জেনেটিক ইন্টারঅ্যাকশন (GI) ম্যাপিং নামে পরিচিত, একটি কৌশল যা বিজ্ঞানীদের বুঝতে সাহায্য করে কিভাবে জিন একসাথে কাজ করে। গবেষকরা প্রথমে প্রতিটি জিনের ক্রিয়াকলাপকে পৃথকভাবে হ্রাস করেন, তারপরে ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধির উপর সম্মিলিত প্রভাব কীভাবে তাদের প্রত্যাশার সাথে তুলনা করে তা দেখতে একই সাথে উভয়কে দমন করে। যদি ব্যাকটেরিয়া পূর্বাভাসের চেয়ে ভাল বা খারাপ বৃদ্ধি পায়, তবে এটি একটি জেনেটিক মিথস্ক্রিয়া প্রস্তাব করে যা জিনগুলি কীভাবে কার্যকরীভাবে সংযুক্ত রয়েছে সে সম্পর্কে সূত্র দিতে পারে।
এমটিবি-তে প্রয়োগ করার আগে তারা প্রথমে কৌশলটি মিকোব্যাকটেরিয়াম স্মেগমাটিস, একটি সম্পর্কিত মডেল ব্যাকটেরিয়াতে পরিমার্জন করে। এমটিবি-তে, তারা 762 জিনের মধ্যে মিথস্ক্রিয়া তদন্ত করেছে, প্রায় 6,500 জেনেটিক মিথস্ক্রিয়া সনাক্ত করেছে। ফলস্বরূপ মানচিত্রটি ব্যাকটেরিয়ামের বেঁচে থাকার জন্য প্রয়োজনীয় জিনগুলি কীভাবে কার্যকরীভাবে সংযুক্ত রয়েছে তার একটি অভূতপূর্ব দৃশ্য প্রদান করে।
লুকানো জোট উন্মোচন
রহস্যময় জিনের সাথে পরিচিত ফাংশনগুলির সাথে জিনের মিথস্ক্রিয়া নিদর্শনগুলির তুলনা করে, দলটি জৈবিক পথের মধ্যে পূর্বে অচেনা সংযোগগুলি সনাক্ত করতে পারে।
"আমরা সেই পথগুলি ব্যবহার করছি যা আমরা বুঝতে পারি যে সেই পথগুলির মধ্যে অন্য কোন জিনগুলি মাপসই করে তা খুঁজে বের করার চেষ্টা করি," ক্রেস বলেছেন।
উদাহরণস্বরূপ, গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে ইলেক্ট্রন ট্রান্সপোর্ট চেইনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে এমন কিছু পূর্বে অক্ষরিত জিন দেখা যাচ্ছে, সেলুলার যন্ত্রপাতি যা জীবকে শক্তি উৎপন্ন করতে সাহায্য করে। ফলো-আপ পরীক্ষাগুলি নিশ্চিত করেছে যে এই জিনগুলি একটি প্রধান শ্বাসযন্ত্রের প্রোটিন কমপ্লেক্সের কাজে অবদান রাখে।
দলটি তার জেনেটিক মানচিত্রগুলিকে আলফাফোল্ড 3-এর সাথে একত্রিত করেছে, একটি কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা সিস্টেম যা আণবিক কাঠামোর ভবিষ্যদ্বাণী করে, এই জিনগুলির মধ্যে কয়েকটি কীভাবে আণবিক স্তরে একসাথে কাজ করতে পারে তার আরও অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করতে।
অ্যান্টিবায়োটিকের জন্য একটি নতুন পদ্ধতি
এই ফলাফলগুলি নতুন থেরাপিউটিক ডিজাইনের জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। "টিবি জিনোমের এই বড় অংশটি ওষুধ আবিষ্কারের প্রচেষ্টার সীমাবদ্ধতা থেকে দূরে ছিল," সায়েগ বলেছেন।
মানচিত্রগুলি স্ক্র্যাচ থেকে প্রতিটি সম্ভাব্য জোড়া পরীক্ষা না করেই সম্ভাব্য কার্যকর অ্যান্টিবায়োটিক সংমিশ্রণগুলি সনাক্ত করার একটি উপায় অফার করে। ঐতিহ্যগতভাবে, বিজ্ঞানীরা মূলত পরীক্ষা এবং ত্রুটির মাধ্যমে যক্ষ্মা ওষুধের সমন্বয় তৈরি করেছেন। কিন্তু সম্ভাব্য সংমিশ্রণের সংখ্যা প্রচুর হওয়ায়, গবেষকরা সম্ভাবনার একটি ভগ্নাংশই অন্বেষণ করেছেন।
নতুন মানচিত্রগুলি সেই অনুসন্ধানটিকে সংকীর্ণ করার একটি পদ্ধতিগত উপায় প্রদান করে৷ উদাহরণস্বরূপ, যখন একই সাথে দুটি জিনকে দমন করা ব্যাকটেরিয়া বৃদ্ধিতে প্রত্যাশিত-অপ্রত্যাশিত হ্রাস ঘটায়, তখন সেই জিনগুলিকে লক্ষ্য করে ওষুধগুলি বিশেষভাবে একসাথে কাজ করতে পারে, সায়েগ বলেছেন।
গবেষকরা চারটি সিনারজিস্টিক ওষুধের সংমিশ্রণ শনাক্ত করেছেন, যার মধ্যে একটি পরীক্ষামূলক যৌগ রয়েছে যা বিদ্যমান টিবি অ্যান্টিবায়োটিক ইথামবুটলের হত্যার কার্যকলাপকে বাড়িয়ে তোলে। তারা একটি বিরোধী সংমিশ্রণও চিহ্নিত করেছে, যেখানে দুটি ওষুধ একে অপরের কার্যকারিতার সাথে হস্তক্ষেপ করেছে।
সহ-সিনিয়র লেখক এবং কম্পিউটেশনাল বায়োলজি লিড মাইকেল ডিজেসাস বলেছেন, "নতুন পদ্ধতির নকশা সম্পর্কে জানানো এই পদ্ধতিগত ডেটা থাকা সম্ভাব্যভাবে অবিশ্বাস্যভাবে কার্যকর।"
বিদ্যমান চিকিত্সা সংমিশ্রণগুলিকে উন্নত করার বাইরে, মানচিত্রগুলি জিন এবং জৈবিক প্রক্রিয়াগুলি প্রকাশ করে সম্পূর্ণ নতুন অ্যান্টিবায়োটিকের বিকাশকে গাইড করতে পারে যা বিজ্ঞানীরা আগে প্রতিশ্রুতিবদ্ধ লক্ষ্য হিসাবে বিবেচনা করেননি। গবেষকরা মানচিত্রগুলিকে সর্বজনীনভাবে উপলব্ধ করেছেন, যা বিশ্বজুড়ে বিজ্ঞানীদের ফলাফলগুলি তৈরি করতে অনুমতি দেবে।
ইতিমধ্যে, রকের দল তাদের বর্তমান কৌশলগুলিকে অপ্রয়োজনীয় জিনে প্রসারিত করার পাশাপাশি মানবদেহে সংক্রমণের অনুরূপ পরিস্থিতিতে জেনেটিক মিথস্ক্রিয়া কীভাবে পরিবর্তিত হয় তা তদন্ত করার আশা করছে।
রক বলেছেন, "যা আমাকে সবচেয়ে বেশি উত্তেজিত করে তা হ'ল আমরা সত্যিই কেবল পৃষ্ঠটি স্ক্র্যাচ করছি।" "আমরা হাজার হাজার জেনেটিক মিথস্ক্রিয়া উন্মোচন করেছি, কিন্তু এমটিবি কীভাবে কাজ করে সে সম্পর্কে তারা আমাদের কী বলে তা আমরা কেবল অন্বেষণ করতে শুরু করেছি। আমরা আগামী বহু বছর ধরে এই মানচিত্রগুলি থেকে শিখতে যাচ্ছি।"
