वैज्ञानिक सर्वव्यापी त्वचा जीवाणु को एक सामयिक टीके में बदल देते हैं

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं द्वारा एक जीवाणु प्रजाति को पालतू बनाने के लिए धन्यवाद, जो पृथ्वी पर हर किसी की त्वचा पर पाई जाती है, वह दृष्टि वास्तविकता बन सकती है।

“हम सभी सुइयों से नफरत करते हैं – हर कोई करता है,” माइकल फिशबैक, पीएचडी, लियू (लियाओ) परिवार के प्रोफेसर और बायोइंजीनियरिंग के प्रोफेसर ने कहा। “मुझे एक भी व्यक्ति ऐसा नहीं मिला जिसे यह विचार पसंद न हो कि एक शॉट को क्रीम से बदलना संभव है।”

फिशबैक के अनुसार, त्वचा रहने के लिए एक भयानक जगह है। “यह अविश्वसनीय रूप से सूखा है, अधिकांश एक-कोशिका वाले प्राणियों के लिए बहुत नमकीन है और खाने के लिए बहुत कुछ नहीं है। मैं कल्पना नहीं कर सकता कि कोई भी वहां रहना चाहेगा।”

लेकिन कुछ साहसी रोगाणु इसे अपना घर कहते हैं। उनमें से है स्तवकगोलाणु अधिचर्मशोथआम तौर पर हानिरहित त्वचा-उपनिवेशीकरण करने वाली जीवाणु प्रजाति।

फिशबैक ने कहा, “ये कीड़े ग्रह पर लगभग हर व्यक्ति के हर बाल कूप पर रहते हैं।”

फिशबैक ने कहा, इम्यूनोलॉजिस्टों ने शायद हमारी त्वचा को उपनिवेशित करने वाले बैक्टीरिया की उपेक्षा की है, क्योंकि वे हमारी भलाई में ज्यादा योगदान नहीं देते हैं। “हमने बस यह मान लिया है कि वहां बहुत कुछ नहीं चल रहा है।”

वह ग़लत साबित होता है. हाल के वर्षों में, फिशबैक और उनके सहयोगियों ने पाया है कि प्रतिरक्षा प्रणाली किसी के खिलाफ कहीं अधिक आक्रामक प्रतिक्रिया देती है एस. एपिडर्मिडिस किसी की अपेक्षा से अधिक.

11 दिसंबर को प्रकाशित होने वाले एक अध्ययन में प्रकृतिफिशबैक और उनके सहयोगियों ने प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के एक प्रमुख पहलू पर ध्यान केंद्रित किया – एंटीबॉडी का उत्पादन। ये विशेष प्रोटीन हमलावर रोगाणुओं की विशिष्ट जैव रासायनिक विशेषताओं से चिपके रह सकते हैं, जो अक्सर उन्हें कोशिकाओं के अंदर जाने या रक्तप्रवाह के माध्यम से उन स्थानों पर जाने से रोकते हैं जहां उन्हें नहीं जाना चाहिए। व्यक्तिगत एंटीबॉडीज़ इस बात को लेकर बेहद चयनात्मक होते हैं कि वे किस चीज़ से चिपके रहते हैं। प्रत्येक एंटीबॉडी अणु आम तौर पर एक ही माइक्रोबियल प्रजाति या तनाव से संबंधित एक विशेष जैव रासायनिक विशेषता को लक्षित करता है।

फिशबैक और पोस्टडॉक्टरल विद्वान जेनेट बौस्बेन, पीएचडी, क्रमशः अध्ययन के वरिष्ठ और प्रमुख लेखक, और उनके सहयोगी जानना चाहते थे: क्या चूहे की प्रतिरक्षा प्रणाली, जिसकी त्वचा आम तौर पर उपनिवेशित नहीं होती है एस. एपिडर्मिडिसयदि वह वहां उपस्थित हो तो उस सूक्ष्मजीव के प्रति एक एंटीबॉडी प्रतिक्रिया स्थापित करें?

(एंटीबॉडी) का स्तर बिना किसी कारण के?

बौस्बेन द्वारा किए गए शुरुआती प्रयोग सरल थे: एक रुई के फाहे को एक शीशी में डुबोएं एस. एपिडर्मिडिस. सामान्य चूहे के सिर पर धीरे से स्वाब रगड़ें – उसके बालों को शेव करने, कुल्ला करने या धोने की कोई ज़रूरत नहीं है – और चूहे को वापस उसके पिंजरे में डाल दें। अगले छह सप्ताहों में निर्धारित समय बिंदुओं पर रक्त निकालें और पूछें: क्या इस चूहे की प्रतिरक्षा प्रणाली ने किसी एंटीबॉडी का उत्पादन किया है जो बांधती है एस. एपिडर्मिडिस?

चूहों की एंटीबॉडी प्रतिक्रिया एस. एपिडर्मिडिस फिशबैक ने कहा, “यह एक सदमा देने वाला था।” “उन एंटीबॉडीज़ का स्तर धीरे-धीरे बढ़ा, फिर कुछ और – और फिर उससे भी अधिक।” छह सप्ताह में, वे नियमित टीकाकरण से अपेक्षा से अधिक उच्च सांद्रता तक पहुँच गए – और वे उन स्तरों पर बने रहे।

फिशबैक ने कहा, “यह ऐसा है जैसे चूहों को टीका लगाया गया हो।” उनकी एंटीबॉडी प्रतिक्रिया उतनी ही मजबूत और विशिष्ट थी जैसे कि वह किसी रोगज़नक़ पर प्रतिक्रिया कर रही हो।

फ़िशबैक ने कहा, “ऐसा प्रतीत होता है कि यही चीज़ मनुष्यों में स्वाभाविक रूप से घटित होती है।” “हमने मानव दाताओं से रक्त प्राप्त किया और पाया कि उनके परिसंचारी एंटीबॉडी का स्तर निर्देशित है एस. एपिडर्मिडिस वे उतने ही ऊंचे थे जितने किसी भी चीज़ के खिलाफ हम नियमित रूप से टीका लगवाते हैं।”

यह हैरान करने वाला है, उन्होंने कहा: “उस सभी महत्वपूर्ण एंटी-माइक्रोबियल बैरियर जिसे हम अपनी त्वचा कहते हैं, के दूर की ओर घूम रहे इन कमेंसल बैक्टीरिया के प्रति हमारी क्रूर प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का कोई उद्देश्य नहीं है।”

क्या चल रहा है? यह 20वीं सदी के आरंभिक कवि रॉबर्ट फ्रॉस्ट द्वारा लिखी गई एक पंक्ति तक सीमित हो सकता है: “अच्छी बाड़ें अच्छे पड़ोसी बनाती हैं।” फिशबैक ने कहा, ज्यादातर लोगों ने सोचा है कि बाड़ त्वचा थी। लेकिन यह पूर्णता से बहुत दूर है। प्रतिरक्षा प्रणाली की मदद के बिना, इसका बहुत जल्दी उल्लंघन हो जाएगा।

उन्होंने कहा, “सबसे अच्छी बाड़ वे एंटीबॉडी हैं। वे हमारे दैनिक अस्तित्व में जमा होने वाली अपरिहार्य कटौती, खरोंच, खरोंच से हमारी रक्षा करने का प्रतिरक्षा प्रणाली का तरीका हैं।”

जबकि किसी संक्रामक रोगज़नक़ के प्रति एंटीबॉडी प्रतिक्रिया तभी शुरू होती है जब रोगज़नक़ शरीर पर आक्रमण करता है एस. एपिडर्मिडिस कोई भी समस्या होने से पहले, पहले से ही होता है। इस तरह, यदि आवश्यक हो तो प्रतिरक्षा प्रणाली प्रतिक्रिया दे सकती है – उदाहरण के लिए, जब त्वचा टूट जाती है और सामान्य रूप से हानिरहित कीट अंदर घुस जाता है और हमारे रक्तप्रवाह में प्रवेश करने की कोशिश करता है।

एक जीवित वैक्सीन की इंजीनियरिंग

कदम दर कदम फिशबैक की टीम पलटती गई एस. एपिडर्मिडिस एक जीवित, प्लग-एंड-प्ले वैक्सीन में जिसे शीर्ष पर लगाया जा सकता है। उन्होंने सीखा कि का हिस्सा एस. एपिडर्मिडिस एक शक्तिशाली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को ख़त्म करने के लिए सबसे अधिक जिम्मेदार आप नामक प्रोटीन है। यह महान, पेड़ जैसी संरचना, औसत प्रोटीन से पांच गुना बड़ी, जीवाणु कोशिका दीवार से निकलती है। उन्हें लगता है कि यह इसके कुछ बाहरी हिस्सों को प्रतिरक्षा प्रणाली की प्रहरी कोशिकाओं के संपर्क में ला सकता है जो समय-समय पर त्वचा के माध्यम से रेंगते हैं, बालों के रोम का नमूना लेते हैं, आप के “पत्ते” में जो कुछ भी फड़फड़ा रहा है उसके नमूने छीन लेते हैं और अन्य प्रतिरक्षा को दिखाने के लिए उन्हें वापस अंदर ले जाते हैं। कोशिकाएं उस वस्तु पर लक्षित एक उपयुक्त एंटीबॉडी प्रतिक्रिया तैयार करने के लिए जिम्मेदार होती हैं।

(फिशबैक, पाश्चर इंस्टीट्यूट के निदेशक, पीएचडी, यासमीन बेल्केड के नेतृत्व में एक अध्ययन के सह-लेखक हैं और फिशबैक टीम के अध्ययन के सह-लेखक हैं, जो इसी अंक में दिखाई देगा। प्रकृति. यह साथी अध्ययन लैंगरहैंस कोशिकाओं नामक प्रहरी प्रतिरक्षा कोशिकाओं की पहचान करता है, जो शेष प्रतिरक्षा प्रणाली को इसकी उपस्थिति के प्रति सचेत करती हैं। एस. एपिडर्मिडिस त्वचा पर.)

आप न केवल रक्त-जनित एंटीबॉडीज, जिन्हें प्रतिरक्षाविज्ञानी आईजीजी के नाम से जानते हैं, में उछाल लाते हैं, बल्कि अन्य एंटीबॉडीज, जिन्हें आईजीए कहा जाता है, में भी वृद्धि लाते हैं, जो हमारे नासिका छिद्रों और फेफड़ों की श्लैष्मिक परत पर निवास करते हैं।

फिशबैक ने कहा, “हम चूहों की नाक में आईजीए उत्पन्न कर रहे हैं।” “सामान्य सर्दी, फ्लू और सीओवीआईडी ​​​​-19 के लिए जिम्मेदार श्वसन रोगज़नक़ हमारी नाक के माध्यम से हमारे शरीर के अंदर प्रवेश करते हैं। सामान्य टीके इसे रोक नहीं सकते हैं। वे केवल तभी काम करते हैं जब रोगज़नक़ रक्त में प्रवेश कर जाता है। यह बहुत बेहतर होगा इसे पहले स्थान पर आने से रोकने के लिए।”

आप को एंटीबॉडी के मुख्य लक्ष्य के रूप में पहचानने के बाद, वैज्ञानिकों ने इसे काम में लाने का एक तरीका खोजा।

फिशबैक ने कहा, “जेनेट ने कुछ चतुर इंजीनियरिंग की।” “उसने टेटनस टॉक्सिन के एक टुकड़े को एन्कोड करने वाले जीन को एक घटक को एन्कोड करने वाले जीन टुकड़े के स्थान पर प्रतिस्थापित किया, जो आम तौर पर इस विशाल वृक्षीय प्रोटीन के पत्ते में प्रदर्शित होता है। अब यह टुकड़ा है – एक अत्यधिक जहरीले जीवाणु प्रोटीन का एक हानिरहित टुकड़ा – जो इसमें लहरा रहा है हवा।” क्या चूहों की प्रतिरक्षा प्रणाली इसे “देखेगी” और इसके प्रति एक विशिष्ट एंटीबॉडी प्रतिक्रिया विकसित करेगी?

जांचकर्ताओं ने डिप-फिर-स्वैब प्रयोग को दोहराया, इस बार या तो अपरिवर्तित का उपयोग किया एस. एपिडर्मिडिस या बायोइंजीनियर्ड एस. एपिडर्मिडिस टेटनस विष के टुकड़े को एन्कोड करना। उन्होंने छह सप्ताह में कई एप्लिकेशन प्रशासित किए। बायोइंजीनियर्ड से चूहों की सफ़ाई की गई एस. एपिडर्मिडिसलेकिन दूसरों ने नहीं, टेटनस विष को लक्षित करने वाले एंटीबॉडी के अत्यधिक उच्च स्तर विकसित किए। जब शोधकर्ताओं ने चूहों को टेटनस टॉक्सिन की घातक खुराक का इंजेक्शन लगाया, तो चूहों को प्राकृतिक रूप से जहर दिया गया एस. एपिडर्मिडिस सब झुक गए; जिन चूहों को संशोधित संस्करण प्राप्त हुआ वे लक्षण-मुक्त रहे।

इसी तरह का एक प्रयोग, जिसमें शोधकर्ताओं ने एएपी “कैसेट प्लेयर” में टेटनस टॉक्सिन के बजाय डिप्थीरिया टॉक्सिन के लिए जीन को स्नैप किया, इसी तरह डिप्थीरिया टॉक्सिन को लक्षित करने वाले बड़े पैमाने पर एंटीबॉडी सांद्रता को प्रेरित किया।

वैज्ञानिकों ने अंततः पाया कि वे केवल दो या तीन अनुप्रयोगों के बाद भी चूहों में जीवन रक्षक एंटीबॉडी प्रतिक्रियाएँ प्राप्त कर सकते हैं।

उन्होंने बहुत छोटे चूहों को अपने साथ बसाकर भी दिखाया एस. एपिडर्मिडिसकि इन चूहों की त्वचा पर बैक्टीरिया की पूर्व उपस्थिति (जैसा कि मनुष्यों में विशिष्ट है लेकिन चूहों में नहीं) ने एक शक्तिशाली एंटीबॉडी प्रतिक्रिया को प्रेरित करने के लिए प्रयोगात्मक उपचार की क्षमता में हस्तक्षेप नहीं किया। फिशबैक ने कहा, इसका तात्पर्य यह है कि हमारी प्रजाति लगभग 100% त्वचा का उपनिवेशण करती है एस. एपिडर्मिडिस लोगों में निर्माण के उपयोग में कोई समस्या नहीं होनी चाहिए।

देखो माँ, कोई सीमा नहीं

रणनीति में बदलाव करते हुए, शोधकर्ताओं ने एक बायोरिएक्टर में टेटनस-टॉक्सिन के टुकड़े को उत्पन्न किया, फिर रासायनिक रूप से इसे आप में स्टेपल किया ताकि यह बिंदीदार हो जाए। एस. एपिडर्मिडिसकी सतह. फिशबैक को आश्चर्य हुआ, इससे आश्चर्यजनक रूप से शक्तिशाली एंटीबॉडी प्रतिक्रिया उत्पन्न हुई। फिशबैक ने शुरू में तर्क दिया था कि सतह पर मौजूद विष की प्रचुरता प्रत्येक जीवाणु विभाजन के साथ और अधिक पतली हो जाएगी, जिससे धीरे-धीरे प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया कम हो जाएगी। हुआ ठीक इसके विपरीत. इस बग के सामयिक अनुप्रयोग ने चूहों को टेटनस विष की छह गुना घातक खुराक से बचाने के लिए पर्याप्त एंटीबॉडी उत्पन्न की।

“हम जानते हैं कि यह चूहों में काम करता है,” फिशबैक ने कहा। “इसके बाद, हमें यह दिखाना होगा कि यह बंदरों में काम करता है। हम यही करने जा रहे हैं।” यदि चीजें ठीक रहीं, तो उन्हें उम्मीद है कि यह टीकाकरण दृष्टिकोण दो या तीन वर्षों के भीतर नैदानिक ​​​​परीक्षणों में प्रवेश कर जाएगा।

उन्होंने कहा, “हमें लगता है कि यह वायरस, बैक्टीरिया, कवक और एक-कोशिका वाले परजीवियों के लिए काम करेगा।” “अधिकांश टीकों में ऐसे तत्व होते हैं जो सूजन संबंधी प्रतिक्रिया को उत्तेजित करते हैं और आपको थोड़ा बीमार महसूस कराते हैं। ये कीड़े ऐसा नहीं करते हैं। हम उम्मीद करते हैं कि आपको किसी भी तरह की सूजन का अनुभव नहीं होगा।”

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, डेविस के शोधकर्ता; राष्ट्रीय मानव जीनोम अनुसंधान संस्थान; राष्ट्रीय एलर्जी और संक्रामक रोग संस्थान; और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ आर्थराइटिस एंड मस्कुलोस्केलेटल एंड स्किन डिजीज ने इस काम में योगदान दिया।

अध्ययन को राष्ट्रीय स्वास्थ्य संस्थान (अनुदान 5R01AI175642-02, 1K99AI180358-01A1, P51OD0111071 और F32HL170591-01), लियोना एम. और हैरी बी. हेल्मस्ले चैरिटेबल ट्रस्ट, चैन जुकरबर्ग बायोहब, बिल एंड मेलिंडा गेट्स फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था। , खुला परोपकार, और स्टैनफोर्ड माइक्रोबायोम थेरेपी पहल।