ग्लाइकोलिसिस एक प्राचीन चयापचय गतिविधि है। इसमें प्रतिक्रियाओं का एक सेट होता है जो ग्लूकोज को ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह केंद्रीय प्रक्रिया कोशिकाओं को विकसित करने, विभाजित करने और जीवित रहने की अनुमति देती है। यह अपने मूल के बाद से जीवन के साथ, एकल कोशिकाओं से लेकर स्तनधारियों जैसे जटिल जीवों तक है। वैज्ञानिकों ने व्यक्तिगत कोशिकाओं में चयापचय की भूमिका का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया है कि यह समझने के लिए कि यह उनके ऊर्जावान स्थिति को कैसे प्रभावित करता है, लेकिन उन निर्णयों पर ग्लाइकोलाइसिस के प्रभाव के बारे में बहुत कम अध्ययन किया गया है जो कोशिकाओं या कोशिकाओं के समूह बनाते हैं।
अब, ईएमबीएल बार्सिलोना, स्पेन के शोधकर्ता और मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर सेल बायोलॉजी एंड जेनेटिक्स (एमपीआई-सीबीजी) के ड्रेसडेन, जर्मनी में, ग्लाइकोलिसिस की शिक्षाप्रद क्षमता को उजागर करते हैं। वे दिखाते हैं कि सेल को विशेष रूप से ऊर्जा प्रदान करने के बजाय, ग्लाइकोलाइसिस को नियंत्रित करने में सक्षम है, प्रारंभिक भ्रूण के विकास के विभिन्न चरणों में, सेल भाग्य के फैसले और स्टेम सेल-आधारित भ्रूण मॉडल के अंत-राज्य उपस्थिति।
जर्नल में दो बैक-टू-बैक प्रकाशनों में सेल स्टेम सेलएमबीएल बार्सिलोना में विकास त्रिवेदी के समूहों के शोधकर्ताओं और एमपीआई-सीबीजी में जेसी वेनवलीट ने गैस्ट्रुलोइड्स और ट्रंक जैसी संरचनाओं का उपयोग किया हैकृत्रिम परिवेशीय स्टेम सेल-आधारित भ्रूण मॉडल माउस भ्रूण स्टेम सेल से बना, बॉडी प्लान के गठन में शुरुआती चरणों का अध्ययन करने के लिए-एक प्रक्रिया जो भविष्य के अंग विकास के लिए नींव देती है। क्रिस्टीना स्टेपोर्नवोंगकुल, त्रिवेदी समूह में पोस्टडॉक और ऑस्ट्रिया के वियना में आणविक जैव प्रौद्योगिकी (IMBA) में आने वाले समूह के नेता, सितंबर 2025 से, 2025 सितंबर से, मीडिया में ग्लूकोज एकाग्रता को बदलकर ग्लाइकोलाइसिस की भूमिका का अध्ययन किया, जहां कोशिकाएं रहते हैं और फ़ीड करते हैं। वेनवेलियट समूह में दोनों डॉक्टरेट छात्रों ने अल्बा विलारोंगा-ल्यूक और रयान सैविल, ने अध्ययन किया कि कुछ ट्रंक जैसी संरचनाएं समय के साथ सक्रिय जीन और चयापचयों के प्रोफाइल के साथ इमेजिंग डेटा को एकीकृत करने के लिए मशीन लर्निंग का उपयोग करके दूसरों की तुलना में प्राकृतिक भ्रूण की तरह अधिक दिखती हैं और ग्लाइकोलाइसिस के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका पाई।
स्टेपोर्नवॉन्गकुल ने महसूस किया कि ग्लाइकोलाइसिस को अवरुद्ध करने से दो महत्वपूर्ण ऊतक प्रकारों के गठन को बाधित किया गया है: मेसोडर्म – जो बाद में मांसपेशियों, हड्डियों, या रक्त – और एंडोडर्म में विकसित होता है – जो यकृत या फेफड़ों की तरह अंगों को जन्म देता है। इसके बजाय, अधिक कोशिकाओं ने एक्टोडर्म ऊतक में बदलने का फैसला किया, वह प्रकार जो अंततः हमारे तंत्रिका तंत्र को बढ़ाता है। इस अध्ययन से पता चलता है कि ग्लाइकोलाइसिस प्रमुख सिग्नलिंग पाथवे (Wnt, Nodal, और FGF) को सक्रिय करने में मदद करता है जो मेसोडर्म और एंडोडर्म फेट्स की ओर कोशिकाओं का मार्गदर्शन करता है। जब ग्लाइकोलाइसिस को अवरुद्ध किया गया था, तो संकेत कमजोर हो गए और कोशिकाएं एक्टोडर्म कोशिकाओं में विकसित हुईं। हालांकि, जब इन संकेतों को कृत्रिम रूप से बढ़ावा दिया गया था, तो सामान्य सेल भाग्य के फैसले बहाल किए गए थे, यहां तक कि ग्लाइकोलाइसिस के बिना भी। यह एक अपस्ट्रीम नियामक/विशिष्ट सिग्नलिंग मार्गों के एक्टिवेटर के रूप में चयापचय की महत्वपूर्ण भूमिका को उजागर करता है जो सेलुलर निर्णयों को प्रभावित करता है। मीडिया रचना को बदलने के माध्यम से सेल भाग्य को नियंत्रित करने में सक्षम होने का मतलब है कि कोई भी ऊतक प्रकार एक की ओर सेल भेदभाव को निर्देशित कर सकता है।
“मेरे लिए सबसे ज्यादा आश्चर्य की बात थी कि ग्लाइकोलाइसिस की यह स्पष्ट दोहरी भूमिका थी: इसका बायोएनेरगेटिक फ़ंक्शन विकास के लिए महत्वपूर्ण है और सेल भाग्य के फैसलों के लिए इसका सिग्नलिंग फ़ंक्शन महत्वपूर्ण है। जब हमने ग्लाइकोलाइसिस को बाधित किया, तो हमने स्पष्ट रूप से इन सेल प्रकारों को सक्रिय करने के लिए इन सेल प्रकारों को पुनर्जीवित करने में सक्षम थे। स्टेपोर्नवोंगकुुल ने कहा कि एक अपस्ट्रीम सिग्नलिंग नियामक के रूप में अपनी भूमिका से ग्लाइकोलाइसिस की बायोएनेरगेटिक भूमिका, प्रारंभिक विकास के दौरान दो अलग -अलग कार्यों के अस्तित्व को रेखांकित करते हुए, “स्टेपोर्नवोंगकुल ने कहा।
“क्रिस्टीना के काम के बारे में रोमांचक बात चयापचय और सिग्नलिंग के बीच पदानुक्रमित संबंध है, कम से कम जीव विकास के शुरुआती चरणों में। यह परिणाम चयापचय और पैटर्निंग के बीच संबंधों पर एक उभरते परिप्रेक्ष्य में योगदान देता है बाद में इवोल्यूशन में उभरा।
विलारोंगा-ल्यूक और सैविल ने पाया कि चयापचय में शुरुआती बदलाव ट्रंक जैसी संरचनाओं के अंतिम-राज्य उपस्थिति में अंतर का कारण बनते हैं, भ्रूण ट्रंक विकास का एक स्टेम-सेल-आधारित मॉडल जो स्पाइन (मेसोडर्म) और रीढ़ की हड्डी (एक्टोडर्म) को जन्म देने वाले ऊतकों को बनाता है। ये संरचनाएं स्तनधारी भ्रूण के विकास का अध्ययन करना संभव बनाती हैं, जो अन्यथा माताओं के गर्भाशय में छिपी हुई है, बड़ी संख्या में नमूनों में पशु प्रयोगों की आवश्यकता के बिना। यद्यपि इन स्टेम सेल-आधारित भ्रूण मॉडल की कई विशेषताएं एक भ्रूण के समान हैं, वे पूरी तरह से कार्यात्मक जीवों में विकसित करने में असमर्थ हैं।
उनके व्यापक उपयोग के लिए एक बड़ी बाधा यह है कि वे भ्रूण की तुलना में बहुत अधिक परिवर्तनशील होते हैं: यहां तक कि जब समान परिस्थितियों में उगाया जाता है, तो कुछ स्टेम सेल क्लंप भ्रूण के समान संरचनाओं में विकसित होते हैं, जबकि अन्य नहीं करते हैं। इस तरह की परिवर्तनशीलता उन्हें अनुसंधान उद्देश्यों के लिए उपयोग करना कठिन बनाती है, जिसमें एक अत्यधिक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य आधार रेखा की आवश्यकता होती है, जैसे कि रोग मॉडलिंग या विषाक्तता अध्ययन। विलारोंगा-ल्यूक और सैविल ने देखा कि विशेष रूप से, दो अलग-अलग प्रक्रियाओं के बीच संतुलन जो ऊर्जा का उत्पादन करता है-ग्लाइकोलाइसिस और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन-स्टेम सेल-आधारित भ्रूण मॉडल की परिवर्तनशीलता को प्रभावित करता है। ग्लाइकोलाइसिस के साथ, कोशिकाएं ग्लूकोज को तोड़कर ऊर्जा बनाती हैं। एक प्रकार के ‘मीठे दाँत’ के साथ ट्रंक जैसी संरचनाएं, ग्लाइकोलाइसिस पर अधिक निर्भर करती हैं ताकि चीनी को तोड़कर अपनी ऊर्जा प्राप्त हो सके, एक भ्रूण के समान ही विकसित हो, जबकि जिन लोगों में ‘मीठे दांत’ का अभाव था, वे ज्यादातर एक्टोडर्म का गठन करते थे। स्टेपोर्नवॉन्गकुल की तरह, उन्होंने पाया कि ग्लाइकोलाइसिस WNT जैसे सिग्नलिंग मार्गों को सक्रिय करता है जो सेलुलर निर्णयों को प्रभावित करते हैं और अंततः, संरचनाएं भ्रूण से कितनी होती हैं। अंत में, उन्होंने दिखाया कि दवाओं के साथ ग्लाइकोलाइसिस को बढ़ावा देने से ट्रंक जैसी संरचनाओं की उपस्थिति में सुधार हुआ।
“स्टेम सेल-आधारित भ्रूण मॉडल में इस परिवर्तनशीलता के कारण को उजागर करने के लिए, आपको यह देखने के लिए विकास में जल्दी उपाय करने की आवश्यकता है कि क्या गलत हो जाता है। हालांकि, इस तरह के माप आमतौर पर नमूने को नष्ट कर देते हैं, जैसे कि हम नहीं जानते कि यह एक सफल संरचना में विकसित होगा या नहीं। यह चुनौती है कि हम निपटने में सक्षम थे।” विलारोंगा-ल्यूक ने कहा।
“मशीन लर्निंग के साथ मात्रात्मक इमेजिंग विश्लेषण को मिलाकर, हमने उन संरचनाओं की प्रमुख विशेषताएं पाईं जो यह अनुमान लगा सकती हैं कि उनका विकास कैसे होगा। हाथ में इस भविष्य कहनेवाला शक्ति के साथ, हम तब संरचनाओं की अभिव्यक्ति प्रोफाइल की जांच कर सकते हैं, जिसके लिए अंतिम राज्य अन्यथा अज्ञात होगा,” सविल ने कहा।
“स्टेम सेल-आधारित भ्रूण मॉडल की भविष्य की उपस्थिति की भविष्यवाणी करने में सक्षम होने के कारण, हमारी टीम यह दिखा सकती है कि शुरुआती चयापचय राज्य नियंत्रित करता है कि मॉडल भ्रूण की तरह कितना दिखता है, जिसे दवाओं के साथ चयापचय गतिविधि को बदलकर विनियमित किया जा सकता है। रोग मॉडलिंग, आनुवंशिक स्क्रीन और विषाक्तता अध्ययन सहित उच्च प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता की आवश्यकता है। ” वेनवलीट ने कहा।
ये अध्ययन विकासात्मक और ऊतक जीव विज्ञान के लिए एक नए प्रतिमान की शुरुआत को चिह्नित करते हैं। यह विकास के शुरुआती चरणों का अध्ययन करने के लिए चयापचय को सुर्खियों में लाता है, जिससे अनुसंधान समुदाय को शुरुआती सेल निर्णयों और भ्रूण के विकास का अध्ययन करने के लिए एक नया उपकरण मिलता है। रोमांचक रूप से, दो अध्ययनों से पता चलता है कि भ्रूणजनन के विभिन्न चरणों में, ग्लाइकोलाइसिस शरीर की योजना के उचित विकास को सुनिश्चित करने के लिए एक समान तंत्र के माध्यम से कार्य करता है।
