तपेदिक हवाई संचरण के दौरान सुरक्षात्मक जीन पर निर्भर करता है

अब एमआईटी शोधकर्ताओं और उनके सहयोगियों ने जीन के एक परिवार की खोज की है जो विशेष रूप से जीवित रहने के लिए आवश्यक हो जाता है जब रोगज़नक़ हवा के संपर्क में होता है, संभवतः इसकी उड़ान के दौरान जीवाणु की रक्षा करने की संभावना है।

इनमें से कई जीनों को पहले गैर -गैर -माना जाता था, क्योंकि वे एक मेजबान में इंजेक्ट होने पर रोग पैदा करने में बैक्टीरिया की भूमिका पर कोई प्रभाव नहीं डालते थे। नए काम से पता चलता है कि ये जीन वास्तव में आवश्यक हैं, हालांकि प्रसारण के बजाय संचरण के लिए।

“एक अंधा स्थान है कि हमारे पास एयरबोर्न ट्रांसमिशन की ओर है, इस संदर्भ में कि कैसे एक रोगज़नक़ इन अचानक परिवर्तनों से बच सकता है क्योंकि यह हवा में घूमता है,” लिडा बोरौबा कहते हैं, जो रोग संचरण प्रयोगशाला के द्रव गतिशीलता के प्रमुख हैं, सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग और मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एक एसोसिएट प्रोफेसर, और मेडिकल इंजीनियरिंग के लिए संस्थान में एक कोर संकाय सदस्य। “अब हमारे पास एक समझ है, इन जीनों के माध्यम से, जो उपकरण ट्यूबरकुलोसिस का उपयोग करते हैं, वे खुद को बचाने के लिए उपयोग करते हैं।”

टीम के परिणाम, इस सप्ताह में दिखाई दे रहे हैं राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाहीतपेदिक उपचारों के लिए नए लक्ष्य प्रदान कर सकते हैं जो एक साथ संक्रमण का इलाज करते हैं और संचरण को रोकते हैं।

माइक्रोबायोलॉजी और इम्यूनोलॉजी विभाग के अध्यक्ष और वेइल कॉर्नेल मेडिसिन में माइक्रोबायोलॉजी के आरए रीस प्रिटचेट प्रोफेसर कार्ल नाथन का कहना है, “अगर कोई दवा इन जीनों के उत्पाद को लक्षित करने के लिए थी, तो यह किसी व्यक्ति का प्रभावी ढंग से इलाज कर सकती है, और उस व्यक्ति को ठीक होने से पहले ही, यह संक्रमण को दूसरों तक फैलने से रोक सकता है,” माइक्रोबायोलॉजी और इम्यूनोलॉजी विभाग के अध्यक्ष और वील कॉर्नेल मेडिसिन में माइक्रोबायोलॉजी के आरएई रीस प्रिटचेट प्रोफेसर कार्ल नाथन कहते हैं।

नाथन और बोरौइबा अध्ययन के सह-वरिष्ठ लेखक हैं, जिसमें तरल पदार्थ और स्वास्थ्य नेटवर्क में एमआईटी सह-लेखक और बोरौइबा के मानसिक रूप से शामिल हैं: सह-लीड लेखक पोस्टडॉक ज़ियाओई हू, पोस्टडॉक एरिक शेन, और छात्र रॉबिन जाहन और ल्यूक ज्यूरेट्स को सलाह देते हैं। अध्ययन में वेइल कॉर्नेल मेडिसिन, सैन डिएगो में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, रॉकफेलर विश्वविद्यालय, हैकेंसैक मेरिडियन हेल्थ और वाशिंगटन विश्वविद्यालय के सहयोगी भी शामिल हैं।

रोगज़नक़ का परिप्रेक्ष्य

तपेदिक एक श्वसन रोग है माइकोबैक्टेरियम ट्यूबरक्यूलोसिसएक जीवाणु जो आमतौर पर फेफड़ों को प्रभावित करता है और बूंदों के माध्यम से प्रेषित होता है कि एक संक्रमित व्यक्ति हवा में बाहर निकलता है, अक्सर खांसी या छींकने के माध्यम से। तपेदिक संक्रमण से मृत्यु का एकल प्रमुख कारण है, वायरस के कारण होने वाले प्रमुख वैश्विक महामारी के दौरान छोड़कर।

“पिछले 100 वर्षों में, हमारे पास 1918 इन्फ्लूएंजा, 1981 एचआईवी एड्स महामारी और 2019 SARS COV2 महामारी है,” नाथन नोट हैं। “उन वायरस में से प्रत्येक ने लोगों की एक बड़ी संख्या को मार दिया है। और जैसा कि वे बस गए हैं, हम तपेदिक के एक ‘स्थायी महामारी’ के साथ छोड़ दिए जाते हैं।”

अपने पैथोफिज़ियोलॉजी पर तपेदिक केंद्रों पर अधिकांश शोध – वे तंत्र जिनके द्वारा बैक्टीरिया एक मेजबान को संक्रमित करते हैं और संक्रमित करते हैं – साथ ही रोग का निदान और इलाज करने के तरीके भी। अपने नए अध्ययन के लिए, नाथन और बोरौबा ने तपेदिक के प्रसारण पर ध्यान केंद्रित किया, जीवाणु के दृष्टिकोण से, यह जांचने के लिए कि यह किस बचाव पर भरोसा कर सकता है ताकि यह अपने हवाई संचरण से बचने में मदद कर सके।

बोरौइबा कहते हैं, “यह एयरबोर्न के नजरिए से तपेदिक को देखने के पहले प्रयासों में से एक है, जो जीव के साथ क्या हो रहा है, इन अचानक परिवर्तनों और बहुत कठोर बायोफिजिकल स्थितियों से संरक्षित होने के स्तर पर,” बोरौइबा कहते हैं।

आलोचनात्मक रक्षा

MIT में, Bourouiba तरल पदार्थों के भौतिकी और उन तरीकों का अध्ययन करता है जिसमें बूंद की गतिशीलता कणों और रोगजनकों को फैला सकती है। उसने नाथन के साथ मिलकर काम किया, जो तपेदिक का अध्ययन करता है, और उन जीनों को जो बैक्टीरिया अपने पूरे जीवन चक्र पर भरोसा करते हैं।

कैसे तपेदिक हवा में जीवित रह सकता है, इस पर एक संभाल पाने के लिए, टीम ने उन स्थितियों की नकल करने का लक्ष्य रखा जो ट्रांसमिशन के दौरान जीवाणु अनुभव करते हैं। शोधकर्ताओं ने पहले एक तरल पदार्थ विकसित करने के लिए देखा जो चिपचिपापन और छोटी बूंद के आकार में समान है कि एक मरीज क्या खांसी करेगा या हवा में छींक देगा। Bourouiba नोट करता है कि अतीत में तपेदिक पर किए गए प्रयोगात्मक कार्य का अधिकांश हिस्सा एक तरल समाधान पर आधारित है जो वैज्ञानिक बैक्टीरिया को विकसित करने के लिए उपयोग करते हैं। लेकिन टीम ने पाया कि इस तरल में एक रासायनिक संरचना होती है जो तरल पदार्थ से बहुत अलग होती है कि तपेदिक के रोगियों को वास्तव में खांसी और हवा में छींकते हैं।

इसके अतिरिक्त, बोरौइबा नोट करता है कि आमतौर पर तपेदिक रोगियों से तरल पदार्थ का नमूना थूक पर आधारित होता है जो एक रोगी को एक नैदानिक ​​परीक्षण के लिए उदाहरण के लिए बाहर थूकता है। वह कहती हैं, “तरल पदार्थ मोटी और गूई है और यह वही है जो तपेदिक दुनिया में सबसे ज्यादा यह दर्शाता है कि शरीर में क्या हो रहा है।” “लेकिन यह दूसरों को फैलने में असाधारण रूप से अक्षम है क्योंकि यह इनहेल्ड बूंदों में टूटने के लिए बहुत चिपचिपा है।”

द्रव और बूंद भौतिकी के साथ बोरौबा के काम के माध्यम से, टीम ने अधिक यथार्थवादी चिपचिपाहट और तपेदिक-ले जाने वाले माइक्रोड्रोप्लेट्स के संभावित आकार के वितरण का निर्धारण किया जो हवा के माध्यम से प्रेषित किया जाएगा। टीम ने संक्रमित फेफड़े के ऊतकों के रोगी नमूनों के विश्लेषण के आधार पर, बूंदों की रचनाओं की भी विशेषता बताई। फिर उन्होंने एक अधिक यथार्थवादी तरल पदार्थ बनाया, जिसमें एक रचना, चिपचिपाहट, सतह तनाव और बूंद का आकार होता है जो कि साँस छोड़ने से हवा में जारी किया जाएगा।

फिर, शोधकर्ताओं ने छोटे व्यक्तिगत बूंदों में प्लेटों पर अलग -अलग द्रव मिश्रण जमा किए और विस्तार से मापा कि वे कैसे वाष्पित हो जाते हैं और वे किस आंतरिक संरचना को पीछे छोड़ते हैं। उन्होंने देखा कि पारंपरिक तरल पदार्थों की तुलना में नए तरल पदार्थ को बूंद के केंद्र में बैक्टीरिया को ढालने के लिए प्रेरित किया गया, जहां पारंपरिक तरल पदार्थों की तुलना में बैक्टीरिया हवा के लिए अधिक उजागर हुए। अधिक यथार्थवादी तरल भी अधिक पानी को बनाए रखने में सक्षम था।

इसके अतिरिक्त, टीम ने प्रत्येक बूंदों को बैक्टीरिया के साथ विभिन्न नॉकडाउन वाले जीन के साथ संक्रमित किया, यह देखने के लिए कि क्या कुछ जीनों की अनुपस्थिति बैक्टीरिया के अस्तित्व को प्रभावित करेगी क्योंकि बूंदों को वाष्पित किया गया है।

इस तरह, टीम ने 4,000 से अधिक तपेदिक जीनों की गतिविधि का आकलन किया और कई सौ जीनों के एक परिवार की खोज की, जो विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो गया था क्योंकि बैक्टीरिया को हवाई परिस्थितियों में अनुकूलित किया गया था। इनमें से कई जीन ऑक्सीकृत प्रोटीन को नुकसान की मरम्मत में शामिल हैं, जैसे कि प्रोटीन जो हवा के संपर्क में हैं। अन्य सक्रिय जीनों को क्षतिग्रस्त प्रोटीन को नष्ट करने के साथ करना पड़ता है जो मरम्मत से परे हैं।

नाथन कहते हैं, “हमने जो कुछ किया वह एक उम्मीदवार सूची थी जो बहुत लंबी थी।” “सैकड़ों जीन हैं, कुछ और दूसरों की तुलना में प्रमुख रूप से फंसाए गए हैं, जो कि तपेदिक के ट्रांसमिशन चरण से बचने में मदद करने में गंभीर रूप से शामिल हो सकते हैं।”

टीम स्वीकार करती है कि प्रयोग बैक्टीरिया के बायोफिजिकल ट्रांसमिशन का पूर्ण एनालॉग नहीं हैं। वास्तव में, तपेदिक को बूंदों में ले जाया जाता है जो हवा के माध्यम से उड़ान भरते हैं, जैसे वे जाते हैं। अपने आनुवंशिक विश्लेषण को पूरा करने के लिए, टीम को एक प्लेट पर बैठे बूंदों के साथ काम करना था। इन बाधाओं के तहत, उन्होंने बूंदों के ट्रांसमिशन को सबसे अच्छी तरह से नकल किया, जो कि वे बूंदों के वाष्पीकरण में तेजी लाने के लिए एक अत्यंत सूखे कक्ष में प्लेटों को सेट करके कर सकते थे, जो कि वे उड़ान में अनुभव करते हैं।

आगे बढ़ते हुए, शोधकर्ताओं ने ऐसे प्लेटफॉर्म के साथ प्रयोग करना शुरू कर दिया है जो उन्हें कई स्थितियों में उड़ान में बूंदों का अध्ययन करने की अनुमति देते हैं। वे और भी अधिक यथार्थवादी प्रयोगों में जीन के नए परिवार पर ध्यान केंद्रित करने की योजना बनाते हैं, यह पुष्टि करने के लिए कि क्या जीन वास्तव में ढाल करते हैं माइकोबैक्टेरियम ट्यूबरक्यूलोसिस जैसा कि यह हवा के माध्यम से प्रेषित होता है, संभावित रूप से अपने हवाई बचाव को कमजोर करने का रास्ता खोलता है।

नाथन कहते हैं, “तपेदिक के साथ किसी को खोजने के लिए इंतजार करने का विचार, फिर उनका इलाज करना और ठीक करना, महामारी को रोकने के लिए एक पूरी तरह से अक्षम तरीका है।” “ज्यादातर लोग जो तपेदिक को साँस छोड़ते हैं, उनका अभी तक निदान नहीं है। इसलिए हमें इसके ट्रांसमिशन को बाधित करना होगा। और आप ऐसा कैसे करते हैं, अगर आपको प्रक्रिया के बारे में कुछ भी पता नहीं है? हमारे पास अब कुछ विचार हैं।”

इस काम का समर्थन किया गया था, नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ, एबी और हॉवर्ड पी। मिलस्टीन प्रोग्राम इन केमिकल बायोलॉजी एंड ट्रांसलेशनल मेडिसिन, और पॉट्स मेमोरियल फाउंडेशन, द नेशनल साइंस फाउंडेशन सेंटर फॉर एनालिसिस एंड प्रेडिक्शन ऑफ पैंडेमिक एक्सपेंशन (APPEX) द्वारा भाग लिया गया था।, Inditex, नासा ट्रांसलेशनल रिसर्च इंस्टीट्यूट फॉर स्पेस हेल्थ, और एनालॉग डिवाइस, इंक।