मानव ग्लूकोज क्या है? वैज्ञानिकों ने चीनी कोड को कैसे अनलॉक किया

जब आप चीनी के बारे में सोचते हैं, तो आप शायद मीठे, सफ़ेद, क्रिस्टलीय टेबल शुगर के बारे में सोचते हैं जिसका उपयोग आप कुकीज़ बनाने या अपनी कॉफी को मीठा बनाने के लिए करते हैं। लेकिन क्या आप जानते हैं कि हमारे शरीर के भीतर, सरल चीनी अणुओं को एक साथ जोड़कर शक्तिशाली संरचनाएं बनाई जा सकती हैं, जिन्हें हाल ही में कैंसर, उम्र बढ़ने और ऑटोइम्यून बीमारियों सहित स्वास्थ्य समस्याओं से जोड़ा गया है।

हमारी प्रत्येक कोशिकाओं को कवर करने वाली इन लंबी चीनी श्रृंखलाओं को ग्लाइकान कहा जाता है, और नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के अनुसार, उनके स्थान और संरचना का नक्शा बनाने से हमें आधुनिक चिकित्सा के नए युग की शुरुआत होगी। इसका कारण यह है कि मानव ग्लाइकेज़ - हमारे शरीर के भीतर शर्करा का संपूर्ण संग्रह - अपने रोगियों के निदान और उपचार में चिकित्सकों की सहायता करने की क्षमता वाले घरों में अभी तक खोजे गए ग्लाइकान हैं।

ह्यूमन जीनोम प्रोजेक्ट के 2003 के पूरा होने से दुनिया भर में ध्यान आकर्षित करने के लिए धन्यवाद, अधिकांश लोगों ने डीएनए, जीनोमिक्स और प्रोटिओमिक्स - प्रोटीन के अध्ययन के बारे में सुना है। लेकिन ग्लाइकान का अध्ययन, जिसे ग्लाइकोमिक्स के रूप में भी जाना जाता है, अन्य क्षेत्रों से लगभग 20 साल पीछे है। इस अंतराल का एक कारण यह है कि वैज्ञानिकों ने लोगों की कोशिकाओं पर ग्लाइकेन संरचनाओं और उनके लगाव स्थलों की तेजी से पहचान करने के लिए उपकरण विकसित नहीं किए हैं। "चीनी कोट" कुछ हद तक एक रहस्य है।

अब तक, वह है।

जबकि अधिकांश प्रयोगशालाएं सेलुलर या आणविक अनुसंधान पर ध्यान केंद्रित करती हैं, हमारी प्रयोगशाला ग्लाइकॉन संरचनाओं और उनके लगाव स्थलों को तेजी से विकसित करने के लिए प्रौद्योगिकी विकसित करने के लिए समर्पित है। हमारा अंतिम लक्ष्य विभिन्न प्रकारों पर सैकड़ों हजारों शर्करा और उनके स्थानों को सूचीबद्ध करना है, और फिर इस जानकारी का उपयोग प्रत्येक व्यक्ति के लिए चिकित्सा उपचारों को करना है।

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हम ग्लाइकन्स के बारे में परवाह क्यों करते हैं?

भविष्य में, यह संभावना है कि किसी व्यक्ति के ग्लाइकन्स का विश्लेषण संधिशोथ, कैंसर या यहां तक ​​कि खाद्य एलर्जी जैसी बीमारियों के विकास के लिए हमारे जोखिम की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाएगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि ग्लाइक परिवर्तन को विशेष रूप से विशेष रोग राज्यों से जोड़ा जा सकता है। इसके अलावा, उम्र बढ़ने जैसी जैविक प्रक्रियाएं हमारे ग्लाइक में सूजन से जुड़ी होती हैं। इसका परीक्षण किया जाना बाकी है अगर इन परिवर्तनों को उलटने से बीमारी को रोकने में मदद मिल सकती है, या यहां तक ​​कि धीमी उम्र बढ़ने - एक पेचीदा संभावना।

डीएनए, प्रोटीन और वसा के साथ, ग्लाइकान जीवन के लिए आवश्यक चार प्रमुख मैक्रोमोलेक्यूल्स में से एक है। इन चार में से, ग्लाइकन्स अंतिम मध्यस्थ हैं कि हमारी कोशिकाएं कैसे व्यवहार करती हैं।

डीएनए ऑर्केस्ट्रेट्स जो हम जैसा दिखता है, हमारी सोचने और व्यवहार करने की क्षमता, और यहां तक ​​कि उन बीमारियों को भी निर्धारित करता है जिनसे हम सबसे अधिक संवेदनशील हैं। हमारे डीएनए में छोटे खंड, जीन होते हैं, जिनमें अक्सर प्रोटीन को संश्लेषित करने के तरीके के निर्देश होते हैं। प्रोटीन, बदले में, सेल के "वर्कहॉर्स" हैं, जो जीवन के लिए आवश्यक कई कार्यों को पूरा करते हैं।

हालांकि, एक प्रोटीन कैसे व्यवहार करता है, यह अक्सर इस बात पर निर्भर करता है कि ग्लाइकन्स इसके साथ क्या जुड़ा हुआ है। दूसरे शब्दों में, ये चीनी अणु बहुत प्रभावित कर सकते हैं कि हमारे प्रोटीन कैसे अपना काम करते हैं, और यहां तक ​​कि हमारी कोशिकाएं उत्तेजनाओं का जवाब कैसे देंगी। उदाहरण के लिए, यदि आप किसी सेल के बाहर कुछ ग्लाइकान बदलते हैं, तो यह हमारे शरीर में एक अलग स्थान पर स्थानांतरित करने के लिए उस सेल को ट्रिगर कर सकता है।

ग्लाइकान का मुख्य काम प्रोटीन और वसा को संशोधित करना है जो हमारी कोशिकाओं की सतह पर बैठते हैं। साथ में, वे सेल के चारों ओर एक मोटी चीनी कोट बनाते हैं। यदि हम कोशिका की सतह को मिट्टी मानते हैं, तो ग्लाइकान आश्चर्यजनक रूप से विविध पौधे-जीवन और पत्ते होंगे जो सेल को रंग और पहचान देते हैं। वास्तव में, यदि आप अपनी नग्न आंखों के साथ एक सेल देखने में सक्षम थे, तो यह बहुत फजी लगेगा। एक आड़ू के साथ तस्वीर को 10 गुना अधिक फजी।

ग्लाइकन्स हमारे स्वयं के कोशिकाओं को लेबल करते हैं और उन्हें "स्व" के रूप में पहचानते हैं।

एक कोशिका के चारों ओर स्थित फुज्जी इसका ग्लाइकेन कोट है। हमारी कोशिकाओं के बाहर होने के कारण, ग्लाइकॉन अधिकांश सेलुलर इंटरैक्शन के लिए संपर्क का पहला बिंदु है और इस प्रकार यह प्रभावित करता है कि हमारी कोशिकाएं एक दूसरे के साथ कैसे संवाद करती हैं। आप ग्लाइकन्स को एक अद्वितीय सेल्युलर "बारकोड" के रूप में भी सोच सकते हैं। इस प्रकार, एक किडनी सेल का फ़ज़ एक प्रतिरक्षा सेल के फ़ज़ से अलग दिखेगा। लेकिन इसमें समानताएं भी हैं। वास्तव में, प्रतिरक्षा कोशिकाएं जो हमारे शरीर को रोगजनकों के लिए खोज करती हैं, वे जानते हैं कि हमारे स्वयं के "स्वयं" कोशिकाओं पर हमला नहीं करना चाहिए क्योंकि ग्लाइकेन "बारकोड" में आम विशेषताएं हैं जो हमारे शरीर की सभी कोशिकाओं द्वारा साझा की जाती हैं।

इसके विपरीत, मलेरिया जैसे बैक्टीरिया और परजीवी में अलग-अलग "चीनी कोट" होते हैं जो मानव कोशिकाओं पर नहीं देखे जाते हैं। जब जीवाणु शर्करा को "विदेशी" के रूप में टैग किया जाता है, तो एक व्यक्ति की प्रतिरक्षा प्रणाली विनाश के लिए जीवाणु को लक्षित करती है। हालांकि, समूह बी स्ट्रेप्टोकोकस जैसे कुछ हानिकारक बैक्टीरियल रोगजनकों, जो आमतौर पर शिशुओं में गंभीर संक्रमण का कारण बनते हैं, एक समान ग्लाइकॉन को भेस के रूप में ले जाने वाले मानव कोशिकाओं को लगाने से प्रतिरक्षा का पता लगाने से बच सकते हैं - जैसे भेड़िए में कपड़े पहने भेड़िया।

दुर्भाग्य से, कुछ रोगजनकों हमारे ग्लाइकान का उपयोग करने में सक्षम हैं ताकि उन्हें बीमारी का कारण बन सके। एचआईवी और इबोला जैसे जानलेवा वायरस विशिष्ट ग्लाइकन्स को पकड़ने के लिए विकसित हुए हैं, जो तब वे "लॉक" करते हैं, जैसा कि वे अपनी मानव कोशिकाओं को संक्रमित करते हैं। थेरेपी जो या तो इन वायरस को हमारे ग्लाइकन्स के साथ बातचीत करने से रोकते हैं, या जो वायरस-विशिष्ट ग्लाइकान पर हमला करते हैं, इन संक्रमणों के इलाज के लिए एक नया एवेन्यू हो सकता है।

नए शोधों से यह भी पता चला है कि ग्लाइकन्स ऑटोइम्यून बीमारियों जैसे रुमेटीइड गठिया और ऑटोइम्यून अग्नाशयशोथ के विकास में एक बड़ी भूमिका निभाता है। यह आश्चर्य की बात नहीं है क्योंकि ग्लाइकन्स सीधे प्रतिरक्षा कोशिकाओं के कार्य को प्रभावित करते हैं।

आम तौर पर, हमारी प्रतिरक्षा कोशिकाएं हमारे शरीर की "रक्षा प्रणाली" के रूप में कार्य करती हैं और हानिकारक बैक्टीरिया या वायरस जैसे विदेशी आक्रमणकारियों की पहचान और उन्हें नष्ट कर देती हैं। लेकिन जब शरीर गलती से हमारी ही कोशिकाओं को शत्रु समझ लेता है और स्वयं पर एक आंतरिक हमला करता है, तो ऑटोइम्यूनिटी पैदा होती है। दिलचस्प बात यह है कि ऐसे उदाहरणों में, यह ग्लिसेन्स है जो दुर्व्यवहार वाले आत्म-हमलावर एंटीबॉडीज पर मौजूद है जो शरीर पर हमले की ताकत को निर्धारित करेगा। यह असामान्य प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया भी ग्लाइकान के खिलाफ निर्देशित की जा सकती है। उदाहरण के लिए, प्रतिरक्षा प्रणाली "स्वयं" ग्लाइकान की गलती कर सकती है जैसे कि वे "विदेशी" अणु थे। हमारी शोध टीम ने हाल ही में एक लेख प्रकाशित किया जिसमें ऑटोइम्यूनिटी के ग्लायकॉन सिद्धांत को पेश किया गया, जो इनमें से कुछ रिश्तों की व्याख्या करता है।

हमारे भोजन में ग्लाइकान कर सकते हैं ट्रिगर प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाएं

एथेरोस्क्लेरोसिस और मधुमेह जैसी बीमारियों के साथ लाल मांस की खपत को जोड़ने के कई अध्ययन हुए हैं, लेकिन वे यह नहीं दिखा पाए हैं कि यह हाल तक क्यों या कैसे होता है। एक पेचीदा अध्ययन से पता चलता है कि अपराधी एक चीनी था जिसका नाम अनहेल्दी, नॉनहुमन सियालिक एन-ग्लाइकोलीन्यूरैमिनिक एसिड या शॉर्ट के लिए Neu5Gc था। मनुष्यों को छोड़कर सभी स्तनधारियों में Neu5Gc पाया जाता है, क्योंकि प्रारंभिक मानव जो Neu5Gc बना सकते थे, एक प्राचीन मलेरिया परजीवी से मर गया।

हालाँकि, हालांकि अब हमारे पास Neu5Gc का उत्पादन करने की क्षमता की कमी है, फिर भी हमारे शरीर में इसे हमारी कोशिकाओं पर ग्लाइकन्स में शामिल करने की क्षमता है अगर हम इसे लाल मांस खाकर प्राप्त करते हैं। एक बार जब यह हमारी कोशिकाओं के ग्लाइकन कोट का हिस्सा बन जाता है, तो हमारी कोशिकाओं में एक "विदेशी" पदार्थ - न्यूरो 5 ग्रा - होता है। यह पूरे शरीर में सूजन को ट्रिगर कर सकता है क्योंकि हमारी प्रतिरक्षा प्रणाली "विदेशी" के रूप में Neu5Gc को पहचानती है और इस पर हमला करती है। इन आंतरिक हमलों के कारण होने वाली पुरानी सूजन से दिल का दौरा, स्ट्रोक और यहां तक ​​कि कैंसर हो सकता है।

हमारे शरीर सरल शर्करा निर्माण ब्लॉकों से बनने वाली शाखाओं के ढांचे के साथ, अक्सर हजारों अद्वितीय ग्लाइकान का संश्लेषण करते हैं। प्रोटीन या वसा को दर्जनों अद्वितीय ग्लाइकान द्वारा भी संशोधित किया जा सकता है। ये अनगिनत संयोजन ग्लाइकेन्स को एक कठिन कार्य बनाते हैं क्योंकि हमें सैकड़ों हजारों ग्लाइकेन पैटर्न का विश्लेषण करने के लिए एक व्यावहारिक और कुशल तरीका चाहिए।

हमारी शोध टीम ने अब मानव ग्लाइके पर तेजी से और मजबूती से निगरानी करने के लिए तरीके विकसित किए हैं। इंजीनियरिंग प्रगति और नमूना प्रसंस्करण में सुधार पर पूंजीकरण करके, हमारी तकनीक एक बार में हजारों ग्लाइकान की निगरानी कर सकती है, जो हमें स्वस्थ नियंत्रण और विभिन्न प्रकार के रोगों के रोगियों से कोशिकाओं में ग्लाइकान की विशेषता की अनुमति देती है। हमारा लक्ष्य सभी मानव रोगों के निदान और उपचार में चिकित्सकों की मदद करने के लिए पूर्वानुमान मॉडल विकसित करने के लिए इस डेटा का उपयोग करना है। हम मानते हैं कि जैसे ही हम "चीनी कोड" अनलॉक करते हैं, चिकित्सा प्रगति की एक नई लहर आ जाएगी।

जेनी वांग इस लेख की सह-मुख्य लेखिका थीं।

यह आलेख मूल रूप से द कन्वर्सेशन ऑन एमनुअल मेवरकिस, कार्लिटो लेब्रिला और जेनी वांग द्वारा प्रकाशित किया गया था। मूल लेख यहां पढ़ें।