उभयचर जीवविज्ञान में नया युग

आईएसटीए वैज्ञानिक मेंढकों में तंत्रिका तंत्र की जांच के लिए हानिरहित वायरस का उपयोग करते हैं

उभयचर विकास में एक महत्वपूर्ण स्थान रखते हैं, जो जलीय से स्थलीय जीवन शैली में संक्रमण का प्रतिनिधित्व करते हैं। वे मनुष्यों सहित चार अंगों वाले टेट्रापोड्स-जानवरों के मस्तिष्क और रीढ़ की हड्डी को समझने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया (आईएसटीए) की एक टीम के नेतृत्व में वैज्ञानिकों का एक समूह अब दिखाता है कि मेंढक तंत्रिका तंत्र के विकास को रोशन करने के लिए हानिरहित वायरस का उपयोग कैसे किया जा सकता है। परिणाम अब प्रकाशित किए गए हैं विकासात्मक कोशिका.

वायरस। जब आप यह शब्द सुनते हैं, तो शायद आप कांप उठते हैं। लेकिन सभी वायरस ख़राब नहीं होते या बीमारी का कारण नहीं बनते। कुछ का उपयोग चिकित्सीय अनुप्रयोगों या टीकाकरण के लिए भी किया जाता है। बुनियादी अनुसंधान में, उन्हें अक्सर कुछ कोशिकाओं को संक्रमित करने, उन्हें आनुवंशिक रूप से संशोधित करने, या जीव के केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) में न्यूरॉन्स की कल्पना करने के लिए नियोजित किया जाता है – मस्तिष्क, रीढ़ की हड्डी और तंत्रिकाओं से बना कमांड सेंटर।

हाइलाइटिंग प्रक्रिया अब अंततः उभयचरों में काम करती है। इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ऑस्ट्रिया (आईएसटीए) में स्वीनी लैब और कोलंबिया विश्वविद्यालय में टॉस्चेस लैब के संयुक्त नेतृत्व में एक अंतरराष्ट्रीय ईडीजीई कंसोर्टियम द्वारा किए गए एक नए अध्ययन में यह दिखाया गया है। शोधकर्ताओं ने एक नई तकनीक स्थापित की है जो मेंढक के तंत्रिका तंत्र को उसके कायापलट के दौरान ट्रैक करने के लिए एडेनो-जुड़े वायरस (एएवी) का उपयोग करती है – प्रारंभिक टैडपोल चरणों से उसके वयस्क रूप तक एक विकासात्मक संक्रमण। एक सफलता जो उभयचर तंत्रिका जीव विज्ञान को एक नए युग में लाने में मदद कर सकती है।

तैरना बनाम चलना

डेविड विजाटोविच और लोरा स्वीनी पानी की टंकियों से भरी प्रयोगशाला में प्रवेश करते हैं। विजाटोविच उनमें से एक पर टैप करता है। अंदर, एक छोटा सा धब्बेदार हरा-भूरा अफ़्रीकी पंजे वाला मेंढक (ज़ेनोपस लाविस) प्रकट होता है। इसके अंग प्रमुख हैं, सुंदर ढंग से चालबाज़ी करते हैं और अपने परिवेश को पकड़ते हैं। एक अन्य टैंक में, टैडपोल साधारण तैराकी गतियों का उपयोग करके चारों ओर घूम रहे हैं। यह सोचना उल्लेखनीय है कि एक दूसरे में बदल जाता है।

स्वीनी कहती हैं, “मेंढक कायापलट से गुजरते हैं, जिससे वे दो गति विधियों-तैराकी और चलना-के बीच संक्रमण का अध्ययन करने के लिए एक महान मॉडल जीव बन जाते हैं।” एक मेंढक का विकास 12 से 16 सप्ताह तक चलता है, जिससे वैज्ञानिकों को प्रत्येक चरण का अध्ययन करने का समय मिलता है। इन हफ्तों के दौरान, एक मेंढक का भ्रूण वयस्क अवस्था तक पहुंचने से पहले एक युवा टैडपोल, दो पैरों वाला एक टैडपोल और चार पैरों वाला एक युवा मेंढक के रूप में विकसित होता है।'' विकास के कई चरणों को देखकर, हम इन लोकोमोटिव व्यवहारों और की जांच कर सकते हैं। तंत्रिका तंत्र में अंतर्निहित परिवर्तन,” विजाटोविक कहते हैं।

बिल्कुल एक विद्युत सर्किट की तरह: मेंढकों को कैसे तार से जोड़ा जाता है

किसी जीव के तंत्रिका तंत्र को तंत्रिका सर्किट कहा जाता है क्योंकि यह एक विद्युत सर्किट जैसा दिखता है। “तंत्रिका कोशिकाएं (न्यूरॉन्स) अन्य न्यूरॉन्स से जुड़ी होती हैं, जो विद्युत जानकारी प्रसारित करती हैं। हम कैसे व्यवहार करते हैं, हम क्या महसूस करते हैं और हम दुनिया के साथ कैसे बातचीत करते हैं, यह इस बात का परिणाम है कि हमारे न्यूरॉन्स इन सर्किटों के भीतर एक-दूसरे के साथ कैसे संवाद करते हैं,” स्वीनी बताती हैं। . महत्वपूर्ण बात यह है कि सर्किट को कैसे तार-तार किया जाता है। हम जानते हैं कि न्यूरॉन जुड़े हुए हैं लेकिन कौन सा न्यूरॉन किससे जुड़ता है' एक कोशिका किन अन्य कोशिकाओं से बात करती है, और वह क्या संदेश देती है' इस वायरिंग के बारे में अधिक जानने के लिए, शोधकर्ता वायरस का उपयोग कर रहे हैं, जो एक शक्तिशाली उपकरण साबित हुआ है। एडेनो-एसोसिएटेड वायरस (एएवी) उस संबंध में आदर्श हैं। वे गैर-रोगजनक होते हुए भी न्यूरॉन्स सहित विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को संक्रमित करने में सक्षम होते हैं। एएवी को माइक्रोस्कोप के नीचे चमकीले हरे फ्लोरोसेंट रंगों में चमकने के लिए संशोधित किया जा सकता है क्योंकि वे न्यूरॉन्स के साथ यात्रा करते हैं, चाहे प्रतिगामी (पीछे, सिनैप्स से कोशिका शरीर की ओर) या एंटेरोग्रेड (आगे, कोशिका शरीर से सिनैप्स की ओर)। दूसरे शब्दों में, एएवी का उपयोग प्रसारण छोर से प्राप्तकर्ता छोर तक या इसके विपरीत तंत्रिका सर्किट को रोशन करने के लिए किया जा सकता है।

विजाटोविक कहते हैं, “यह तंत्रिका विज्ञान में इस्तेमाल की जाने वाली एक सामान्य तकनीक है, खासकर चूहों जैसे अच्छी तरह से अध्ययन किए गए जीवों में। उभयचरों के लिए, यह सोचा गया था कि यह नहीं किया जा सकता है।” अब तक यही आम धारणा थी.

वैज्ञानिक सहयोग की शक्ति

उभयचरों में एएवी लेबलिंग का काम करने के लिए, स्वीनी और विजाटोविक कोलंबिया विश्वविद्यालय में मारिया टॉस्चेस समूह के वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम के साथ जुड़ गए, जहां अध्ययन के अन्य दो सह-प्रथम लेखक एलिजा जेगर और एस्ट्रिड डेरीकेरे आधारित हैं। संघ में तेल अवीव विश्वविद्यालय, यूटा विश्वविद्यालय, स्क्रिप्स रिसर्च इंस्टीट्यूट और कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ता भी शामिल थे। शोधकर्ताओं ने एक साथ काम किया, एक-दूसरे से विशेषज्ञता प्राप्त की, सम्मेलनों का दौरा किया, अनगिनत ज़ूम कॉल किए, और विभिन्न दृष्टिकोण और विचार सामने आए। स्वीनी कहती हैं, “जब आप किसी ऐसे जीव पर शोध करना शुरू करते हैं जिसे अभी तक अच्छी तरह से समझा नहीं गया है, तो एक समुदाय का होना बहुत अच्छा है जहां आप जानकारी साझा कर सकते हैं।”

उन्होंने यह पता लगाने के लिए मौजूदा एएवी की जांच की कि उभयचरों के लिए क्या उपयुक्त है और संक्रामक रणनीति को अनुकूलित किया और अंततः मेंढकों और नवजात शिशुओं के लिए “कैसे मार्गदर्शन करें” विकसित किया। विजाटोविक ने अपनी पीएचडी यात्रा का सारांश दिया, “हमने युवा टैडपोल से शुरुआत की, पुराने टैडपोल तक अपना रास्ता बनाया और अंत में किशोर और फिर वयस्क मेंढकों के साथ-साथ वयस्क न्यूट्स की ओर बढ़ गए। हमने प्रत्येक जीवन चरण के लिए उपकरण तैयार किया।”

मेंढकों की इंसानों से तुलना: यह शोध हमारे बारे में क्या कहता है

इस नई तकनीक के साथ, वैज्ञानिक उभयचरों में न्यूरॉन कनेक्शन का पता लगाने के लिए एएवी लागू करने में कामयाब रहे। इससे उन्हें यह जानने में मदद मिलेगी कि उभयचर मस्तिष्क की तुलना स्तनधारियों के मस्तिष्क से कैसे की जाती है। इसके अलावा, नया दृष्टिकोण न्यूरोनल विकास का और अधिक विश्लेषण करने के द्वार भी खोलता है। कुछ जांचे गए एएवी वेरिएंट के साथ, शोधकर्ता सर्किट के विकास के दौरान एक विशिष्ट समय पर पूर्वज कोशिकाओं को लेबल कर सकते हैं और यह देखने के लिए उनका अनुसरण कर सकते हैं कि वे कौन से न्यूरॉन्स बन जाते हैं। स्वीनी कहती हैं, “इस तरह, हम पूरे सर्किट को इसके विकास से हल कर सकते हैं, देख सकते हैं कि यह समय के साथ कैसे बदलता है, और पूरा तंत्रिका तंत्र कैसे बनता है।”

हालाँकि उभयचर और स्तनधारियों ने लगभग 360 मिलियन वर्ष पहले एक ही पूर्वज साझा किया था, फिर भी वे सामान्य लक्षण साझा करते हैं। स्वीनी आगे कहती हैं, “मेंढक के तंत्रिका तंत्र के विवरण की तुलना मनुष्य के तंत्रिका तंत्र से करके, हम देख सकते हैं कि हमारे पास क्या नहीं है और क्या है।” यह ज्ञान हमें यह समझने में मदद कर सकता है कि समय के साथ मानव तंत्रिका तंत्र कैसे विशिष्ट हो गया। “जितना बेहतर हम तंत्रिका तंत्र के बुनियादी निर्माण खंडों को समझते हैं, उतना ही अधिक हम समझते हैं कि बीमारी और चोट के दौरान हम उन्हें कैसे बदल सकते हैं।”

प्रकाशन:

ईसीबी जेगर, डी. विजाटोविक, ए. डेरीकेरे, एन. ज़ोरिन, एएल गुयेन, जी. इवानियन, जे. वोयच, आरसी अर्नोल्ड, ए. ओर्टेगा गुरोला, ए. श्वार्ट्समैन, एफ. बारबेरी, एफए टोमा, एचटी क्लाइन, टीएफ शे , डीबी केली, ए. यामागुची, एम. शीन-इडेल्सन, एमए टॉस्चेस और एलबी स्वीनी। 2024. उभयचरों में तंत्रिका विकास और कनेक्टिविटी का पता लगाने के लिए एडेनो-संबद्ध वायरल उपकरण। विकासात्मक कोशिका. डीओआई: 10.1016/j.devcel.2024.10.025

मूलभूत प्रक्रियाओं को बेहतर ढंग से समझने के लिए, उदाहरण के लिए, तंत्रिका विज्ञान, प्रतिरक्षा विज्ञान, या आनुवंशिकी के क्षेत्र में, अनुसंधान में जानवरों का उपयोग अपरिहार्य है। कोई भी अन्य विधि, जैसे कि सिलिको मॉडल, विकल्प के रूप में काम नहीं कर सकती। जानवरों को ऑस्ट्रियाई कानून के सख्त नियमों के अनुसार पाला, रखा और इलाज किया जाता है। सभी पशु प्रक्रियाओं को संघीय शिक्षा, विज्ञान और अनुसंधान मंत्रालय द्वारा अनुमोदित किया जाता है।