दशकों से, वैज्ञानिक भ्रूण के विकास में अलग-अलग क्षणों को देखने में सक्षम रहे हैं: विकासशील मस्तिष्क का एक स्नैपशॉट, हृदय कैसे आकार लेता है इसकी एक तस्वीर, या तंत्रिका तंत्र का निर्माण शुरू करने वाली कोशिकाओं की एक झलक।
लेकिन क्या होगा अगर स्नैपशॉट लेने के बजाय, वे पूरी प्रक्रिया को सामने आते हुए देख सकें?
व्हाइटहेड इंस्टीट्यूट फॉर बायोमेडिकल रिसर्च के सदस्य और हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट के अन्वेषक, एमआईटी प्रोफेसर जोनाथन वीसमैन की प्रयोगशाला से निकला एक नया अध्ययन, अब तक के सबसे विस्तृत विचारों में से एक प्रदान करता है कि एक स्तनपायी कोशिका दर कोशिका कैसे निर्मित होती है।
चूहे के भ्रूण के विकसित होने पर दस लाख से अधिक कोशिकाओं के पारिवारिक इतिहास का अनुसरण करके, शोधकर्ताओं ने एक प्रकार का विकासात्मक खाका या फिल्म बनाई है, जिसमें दिखाया गया है कि कोशिकाएं कैसे विभाजित होती हैं और अंततः शरीर में ऊतक और अंग बन जाती हैं।
येल विश्वविद्यालय में ज़ाचरी स्मिथ के समूह और मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर मॉलिक्यूलर जेनेटिक्स के सहयोग से जर्नल सेल में 8 अक्टूबर को प्रकाशित यह ओपन-एक्सेस कार्य, उस प्रक्रिया का एक व्यापक दृष्टिकोण प्रदान करता है जिसका लंबे समय से टुकड़ों में अध्ययन किया गया है: कैसे एक निषेचित अंडाणु सैकड़ों विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को जन्म देता है, जो एक जानवर के निर्माण के लिए सही स्थानों और सही समय पर व्यवस्थित होती हैं।
वीसमैन कहते हैं, “यह वास्तव में एक दृश्य है कि जीनोम में जानकारी रैखिक डीएनए से त्रि-आयामी जानवर तक जाने के लिए स्थान और समय पर कैसे काम करती है।”
जन्म दोषों और कैंसर को समझने के लिए मानचित्र के व्यापक निहितार्थ हो सकते हैं। कई जन्म दोष तब उत्पन्न होते हैं जब कोशिकाएं ऊतकों और अंगों के संयोजन के दौरान अपना मार्ग बदल लेती हैं। विशिष्ट विकास का एक विस्तृत मानचित्र शोधकर्ताओं को यह पता लगाने में मदद कर सकता है कि वे प्रक्रियाएँ कहाँ और कब गड़बड़ाती हैं। कैंसर में, यही दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को यह पता लगाने में मदद कर सकता है कि कोशिकाएं कब फैलने या उपचार का विरोध करने की क्षमता जैसे लक्षण हासिल कर लेती हैं।
मानचित्र कोशिका अवस्थाओं के अनुक्रम को प्रकट करके स्टेम सेल अनुसंधान को भी सूचित कर सकता है जो परिपक्व, कार्यात्मक कोशिका प्रकारों की ओर ले जाता है।
1980 के दशक में, वैज्ञानिकों ने कैनोर्हाडाइटिस एलिगेंस, एक छोटा कीड़ा जिसके पारदर्शी शरीर में केवल लगभग 1,000 कोशिकाएं होती हैं, के विकास के बाद कड़ी मेहनत से इसी तरह के क्षेत्र में कदम रखा। माइक्रोस्कोपी का उपयोग करके, वे यह पता लगा सकते हैं कि व्यक्तिगत कोशिकाएँ कैसे विभाजित हुईं और उनके वंशज कहाँ समाप्त हुए।
लेकिन एक स्तनपायी में कुछ ऐसा ही हासिल करना एक बहुत ही अलग पैमाने पर एक चुनौती थी। स्तनधारी भ्रूणों में कहीं अधिक कोशिकाएँ होती हैं, वे गर्भाशय के अंदर विकसित होते हैं – दृष्टि से दूर – और पूरी तरह से पूर्व निर्धारित स्क्रिप्ट का पालन नहीं करते हैं।
नया अध्ययन वीसमैन लैब में विकसित पीट्रैसर नामक तकनीक का उपयोग करके इस चुनौती से निपटता है। यह प्रणाली कुछ हद तक सेल के अंदर फ्लाइट रिकॉर्डर की तरह काम करती है। पेट्रैसर डीएनए में छोटे, वंशानुगत परिवर्तन करता है जो कोशिकाओं के विभाजित होने पर आगे बढ़ जाते हैं। बाद में उन परिवर्तनों को पढ़कर, वैज्ञानिक यह पुनर्निर्माण करने के लिए पीछे की ओर काम कर सकते हैं कि कौन सी कोशिकाएँ किस पूर्वजों से आई हैं, अनिवार्य रूप से विकासशील भ्रूण में कोशिकाओं के लिए एक पारिवारिक वृक्ष का निर्माण कर सकते हैं।
इस काम में, शोधकर्ताओं ने इन पारिवारिक पेड़ों को इस जानकारी के साथ जोड़ा कि प्रत्येक कोशिका में कौन से जीन सक्रिय थे और ये कोशिकाएँ भ्रूण में कहाँ स्थित थीं। उन्होंने विकास के दौरान कई बिंदुओं पर एकत्र किए गए माउस भ्रूणों से दस लाख से अधिक कोशिकाओं का विश्लेषण किया, जिससे उन्हें न केवल यह पता लगाने की अनुमति मिली कि कोशिकाएं कहां समाप्त हुईं, बल्कि यह भी कि वे विशेष नियति की ओर कब बढ़ना शुरू हुईं।
वाशिंगटन विश्वविद्यालय में जे शेंदुरे के समूह का एक नया अध्ययन, जो साइंस जर्नल में समवर्ती रूप से प्रकाशित हुआ, माउस भ्रूण के विकास में कोशिका विभाजन को ट्रैक करने और उनके सेलुलर इतिहास का रिकॉर्ड बनाने के लिए डीएनए टाइपराइटर नामक एक संबंधित दृष्टिकोण का उपयोग करता है।
दोनों अध्ययन स्तनधारी विकास पर पहले की तुलना में कहीं अधिक व्यापक दृष्टिकोण प्रदान करते हैं। हालाँकि, वीज़मैन टीम ने प्रत्येक चरण में कई भ्रूणों को देखते हुए, विकास के करीबी चरणों में भ्रूणों का अध्ययन किया। इससे उन्हें इस बात की अधिक विस्तृत तस्वीर मिली कि विकास कैसे होता है और उन्हें यह पूछने की अनुमति दी गई कि कोशिकाएं एक भ्रूण से दूसरे भ्रूण तक किस प्रकार लगातार समान पथ का अनुसरण करती हैं।
इस विस्तृत समयरेखा के साथ, शोधकर्ता यह भी निर्धारित कर सकते हैं कि कोशिकाएं कब विशेष नियति के लिए प्रतिबद्ध होती हैं, कितनी प्रारंभिक कोशिकाएं ऊतक बनाती हैं, और वे अंततः विकासशील अंग में कैसे योगदान करती हैं।
जबकि पहले के अध्ययन एक कोशिका आबादी पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं, यह दृष्टिकोण उन व्यक्तिगत कहानियों को संपूर्ण विकासशील जानवर के संदर्भ में रखता है – एक परिप्रेक्ष्य जो बीमारी को समझने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है।
उदाहरण के लिए, कैंसर कोई एक घटना नहीं है, बल्कि एक प्रक्रिया है जिसमें कोशिकाएं समय के साथ नई विशेषताएं हासिल कर लेती हैं, जिसमें फैलने या उपचार का विरोध करने की क्षमता भी शामिल है। एक वंशावली मानचित्र शोधकर्ताओं को यह पता लगाने की अनुमति दे सकता है कि वे विशेषताएँ कब उभरती हैं और कोशिकाएँ उन्हें प्राप्त करते ही कैसे बदलती हैं।
वीज़मैन लैब में पोस्टडॉक और पेपर के सह-प्रथम लेखक ल्यूक कोबलन कहते हैं, “विकास और कैंसर दोनों ही कोशिकाओं द्वारा लिए गए निर्णय पर निर्भर करते हैं कि वे क्या बनेंगे।” “चूहे के भ्रूण में कोशिकाएं कैसे विकसित होती हैं, इसका पता लगाकर, हम यह बेहतर ढंग से समझने की उम्मीद करते हैं कि कैंसर कोशिकाएं किस तरह से बदलती हैं जो उन्हें फैलने में मदद करती हैं या उपचार का विरोध करती हैं।”
यह कार्य स्टेम सेल अनुसंधान के लिए एक नया मार्गदर्शक भी प्रदान कर सकता है। वैज्ञानिकों ने अनुसंधान या संभावित उपचारों के लिए स्टेम कोशिकाओं को विशेष प्रकार की कोशिकाओं के परिपक्व, कार्यात्मक संस्करण बनाने की कोशिश में दशकों बिताए हैं। लेकिन भ्रूण में सटीक स्थितियों को पुन: उत्पन्न करना कठिन है।
स्नातक छात्र और सह-प्रथम लेखक विलियम कोलगन कहते हैं, “अगर हमारे पास शरीर में हर प्रकार की कोशिका बनाने का चरण-दर-चरण नुस्खा हो, तो यह स्टेम सेल जीव विज्ञान के लिए अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली होगा।”
वीसमैन ने कार्य की तुलना मानव जीनोम परियोजना से की: मानव जीनोम के अनुक्रम को जानने से वैज्ञानिकों को जीव बनाने के लिए सामग्री मिली – लेकिन उन सामग्री का उपयोग कैसे किया जाता है, इसके निर्देश नहीं मिले।
“जीनोम चार-कोर्स भोजन के लिए सामग्री सूची की तरह है,” वे कहते हैं। “यह आपको बताता है कि सामग्रियां क्या हैं, लेकिन यह आपको यह नहीं बताता कि आप किन सामग्रियों का उपयोग कब करते हैं, कितना उपयोग करते हैं, या आप उन्हें कहां रखते हैं। नुस्खा के बिना, यह जानना असंभव है कि वे सामग्रियां भोजन कैसे बन सकती हैं।”
यह नया नक्शा उस लुप्त रेसिपी का विवरण भरना शुरू करता है। परिणाम एक संसाधन है जिसका उपयोग शोधकर्ता मौलिक रूप से नए तरीके से स्तनधारी विकास का पता लगाने के लिए कर सकते हैं। विकास को अलग-अलग प्रक्रियाओं के संग्रह के रूप में अध्ययन करने के बजाय, वैज्ञानिक अब यह देखना शुरू कर सकते हैं कि वे प्रक्रियाएँ एक उभरती हुई कहानी में एक साथ कैसे फिट होती हैं।
