2023 लेखक: Christopher Dowman | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-05-24 14:05
ह्यूस्टन विश्वविद्यालय (यूएच) के भौतिक विज्ञानी जटिल कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग एक महत्वपूर्ण प्रोटीन के कामकाज को रोशन करने के लिए कर रहे हैं, जो खराब होने पर अल्जाइमर और कैंसर का कारण बन सकता है।
मार्गरेट चेउंग, यूएच में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर, और एंटोनियोस समियोताकिस, एक भौतिकी पीएच.डी. छात्र, ने अपने निष्कर्षों का वर्णन एक पेपर में किया है जिसका शीर्षक है "फॉस्फोग्लाइसेरेट किनेज (पीजीके) की संरचना, कार्य और तह मैक्रोमोलेक्यूलर क्राउडिंग द्वारा दृढ़ता से परेशान हैं," जर्नल प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के हालिया अंक में प्रकाशित, दुनिया की एक सर्वाधिक उद्धृत बहुविषयक वैज्ञानिक धारावाहिक। शोध को समियोताकिस के शोध प्रबंध के समर्थन में लगभग $224,000 राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन अनुदान द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
"कल्पना कीजिए कि आप भीड़-भाड़ वाले थिएटर में मूवी देखने के बाद गलियारे से नीचे की ओर जा रहे हैं। चलती भीड़ और गलियारों के बीच संकरी जगह से आपकी गति की गति धीमी हो जाएगी। हालांकि, आप अभी भी अपने हाथ, खिंचाव को घुमा सकते हैं। बाहर जाओ और अपने दोस्त को कंधे पर थपथपाओ जो फिल्म के माध्यम से सोया था," चेउंग ने कहा। "यह एक प्रोटीन के दृष्टिकोण से एक भीड़ भरे सेल के अंदर एक ही वातावरण हो सकता है, सभी जीवित प्रणालियों के कार्यकर्ता। प्रोटीन हमेशा कोशिकाओं के अंदर एक दूसरे से 'बात' करते हैं, और वे सेल के साथ क्या होता है और कैसे प्रतिक्रिया दें, इस बारे में जानकारी पास करते हैं तुरंत। ऐसा करने में विफलता से अनियंत्रित कोशिका वृद्धि हो सकती है जो कैंसर की ओर ले जाती है या एक कोशिका की खराबी का कारण बनती है जो अल्जाइमर रोग की ओर ले जाती है। कोशिकाओं के अंदर एक प्रोटीन को समझना - संरचनाओं और एंजाइमी गतिविधि के संदर्भ में - रोकथाम, प्रबंधन पर प्रकाश डालने के लिए महत्वपूर्ण है या आणविक स्तर पर इन बीमारियों का इलाज।"
चेउंग, एक सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी, और अर्बाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय में उनके प्रयोगात्मक सहयोगी मार्टिन ग्रुबेले ने एक टीम का नेतृत्व किया जिसने इस रहस्य को उजागर किया। पीजीके एंजाइम का अध्ययन करते हुए, चेउंग ने कंप्यूटर मॉडल का इस्तेमाल किया जो एक सेल के अंदर के वातावरण का अनुकरण करते हैं। बायोकेमिस्ट आमतौर पर पानी में प्रोटीन का अध्ययन करते हैं, लेकिन इस तरह के टेस्ट ट्यूब अनुसंधान सीमित हैं क्योंकि यह अनुमान नहीं लगा सकता है कि प्रोटीन वास्तव में एक भीड़ भरे सेल के अंदर कैसे कार्य करता है, जहां यह डीएनए, राइबोसोम और अन्य अणुओं के साथ बातचीत कर सकता है।
पीजीके एंजाइम ग्लाइकोलाइसिस की प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो ग्लूकोज और अन्य शर्करा का चयापचय टूटना है जो एटीपी के रूप में ऊर्जा जारी करता है। एटीपी अणु मूल रूप से ईंधन के पैकेट की तरह होते हैं जो जैविक आणविक मोटरों को शक्ति प्रदान करते हैं। भोजन का ऊर्जा में परिवर्तन खमीर से लेकर मनुष्यों तक हर जीव में मौजूद होता है। ग्लाइकोलाइटिक मार्ग की खराबी को अल्जाइमर रोग और कैंसर से जोड़ा गया है। मस्तिष्क में कम चयापचय दर वाले मरीजों को अल्जाइमर रोग के लिए जोखिम में पाया गया है, जबकि नियंत्रण से बाहर चयापचय दर घातक ट्यूमर कोशिकाओं के विकास को बढ़ावा देने के लिए माना जाता है।
वैज्ञानिकों ने पहले माना था कि पीएसी-मैन के आकार के पीजीके एंजाइम को अपना चयापचय कार्य करने के लिए एक गतिशील काज गति से गुजरना पड़ता है। हालांकि, सेल इंटीरियर की नकल करने वाले कंप्यूटर मॉडल में, चेउंग ने पाया कि एंजाइम पहले से ही बंद पीएसी-मैन राज्य में जाम-पैक के आसपास काम कर रहा था। वास्तव में, भीड़ भरे सेल के तंग स्थानों में एंजाइम 15 गुना अधिक सक्रिय था। इससे पता चलता है कि कोशिका जैसी स्थितियों में एक प्रोटीन का कार्य एक तनु अवस्था, जैसे कि एक परखनली की तुलना में अधिक सक्रिय और कुशल होता है। जब कोशिका के वातावरण को ध्यान में रखा जाता है तो यह खोज वैज्ञानिकों के प्रोटीन और उनके व्यवहार को देखने के तरीके को काफी हद तक बदल सकती है।
"यह काम शोधकर्ताओं की समझ को गहरा करता है कि वास्तविक सेल स्थितियों में प्रोटीन कैसे कार्य करता है, या कार्य नहीं करता है, " समोताकिस ने कहा। "संरचना पर एक भीड़ भरे सेल के प्रभाव को समझकर, प्रोटीन की गतिशीलता शोधकर्ताओं को कुशल चिकित्सीय साधनों को डिजाइन करने में मदद कर सकती है जो कोशिकाओं के अंदर बेहतर काम करेगी, जिसका लक्ष्य बीमारियों को रोकने और मानव स्वास्थ्य में सुधार करना है।"
Cheung और Samiotakis के कंप्यूटर सिमुलेशन - टेक्सास लर्निंग एंड कंप्यूटेशन सेंटर (TLC2) में सुपर कंप्यूटर का उपयोग करके प्रदर्शन किया गया - ग्रुबेले और उनकी टीम द्वारा इन विट्रो प्रयोगों के साथ जोड़ा गया। TLC2 के उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग संसाधनों का उपयोग करना उनके काम की सफलता में महत्वपूर्ण रूप से शामिल है।
"एक प्रकार की दवा वाली तस्वीर जो एक भीड़-भाड़ वाली सेल के अंदर अल्जाइमर या कैंसर का कारण बनने वाली कुंजी को सटीक रूप से पहचान और लक्षित कर सकती है। कल्पना करें, फिर, इस तरह एक बीमार सेल को आणविक स्तर पर बातचीत के अपने स्वस्थ रूप में बदलने की क्षमता, "चेंग ने कहा। "यह निकट भविष्य में एक वास्तविकता बन सकता है। यूएच में हमारी प्रयोगशाला उस दृष्टि की ओर काम कर रही है।"