जीव विज्ञान में वर्ष

हमारी यादें हमारी पहचान की आधारशिला हैं। उनका महत्व अल्जाइमर रोग और मनोभ्रंश के अन्य रूपों को इतना क्रूर और मार्मिक बनाने में एक बड़ा हिस्सा है। यही कारण है कि हमने विज्ञान से अल्जाइमर का इलाज खोजने की इतनी उत्सुकता से आशा की है, और यह इतना निराशाजनक और दुखद क्यों है कि उपयोगी उपचार उभरने में धीमे हैं। इसलिए सितंबर में इस घोषणा को लेकर काफी उत्साह था कि एक नई दवा, लेकेनमैब ने नैदानिक ​​परीक्षणों में बीमारी की प्रगति को धीमा कर दिया है। यदि इसे खाद्य एवं औषधि प्रशासन द्वारा अनुमोदित किया जाता है, तो लेकेनेमैब अल्जाइमर का दूसरा उपचार बन जाएगा जो अमाइलॉइड-बीटा प्रोटीन का प्रतिकार करता है, जिसे व्यापक रूप से बीमारी का कारण माना जाता है। 

फिर भी लेकेनमैब के प्रभाव इतने मामूली हैं कि शोधकर्ता इस बात पर बहस करते हैं कि क्या दवा वास्तव में रोगियों के लिए व्यावहारिक अंतर लाएगी। यह तथ्य कि लेकेनेमैब एक उज्ज्वल स्थान के रूप में सामने आया है, यह बताता है कि अल्जाइमर के उपचार पर शोध का इतिहास कितना निराशाजनक रहा है। इस बीच, जीव विज्ञान की गहरी समझ बीमारी के कारणों के प्रमुख वैकल्पिक सिद्धांतों में रुचि बढ़ा रही है।

स्मृति कैसे काम करती है इसके बारे में अटकलें कम से कम प्लेटो जितनी पुरानी हैं, जिन्होंने अपने एक सुकराती संवाद में "स्मृति का उपहार, म्यूज़ की माँ" के बारे में लिखा था और इसके संचालन की तुलना आत्मा में मोम की मोहर से की थी। हम इस बात के लिए आभारी हो सकते हैं कि विज्ञान ने प्लेटो के समय से स्मृति की हमारी समझ में काफी सुधार किया है - मोम के टिकटों के साथ, हमारे न्यूरॉन्स में परिवर्तनों के "एनग्राम" के साथ। अकेले पिछले वर्ष में, शोधकर्ताओं ने यह सीखने की दिशा में रोमांचक प्रगति की है कि हमारी यादों के विभिन्न पहलू मस्तिष्क में कैसे और कहाँ रहते हैं। अधिक आश्चर्य की बात यह है कि उन्होंने ऐसे जैव रासायनिक तंत्र भी खोज लिए हैं जो अच्छी यादों को बुरी यादों से अलग करते हैं।

चूँकि हम दिमाग वाले प्राणी हैं, हम अक्सर स्मृति के बारे में विशुद्ध रूप से न्यूरोलॉजिकल शब्दों में सोचते हैं। फिर भी कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं द्वारा 2022 की शुरुआत में प्रकाशित काम से पता चलता है कि विकासशील ऊतकों में भी व्यक्तिगत कोशिकाएं अपने वंश के इतिहास के कुछ रिकॉर्ड रख सकती हैं। जब ये स्टेम कोशिकाएं रासायनिक संकेतों के जवाब में विशेषज्ञता हासिल करने के बारे में निर्णय लेती हैं तो वे उस संग्रहीत जानकारी पर भरोसा करती प्रतीत होती हैं। पिछले वर्ष में जीव विज्ञान में प्रगति ने कई अन्य आश्चर्यों का भी खुलासा किया, जिसमें यह अंतर्दृष्टि भी शामिल है कि मस्तिष्क विस्तारित भोजन की कमी को कैसे अनुकूलित करता है और कैसे प्रवासी कोशिकाएं शरीर के माध्यम से एक पथ का अनुसरण करती हैं। इससे पहले कि आने वाले वर्ष के खुलासे हमें फिर से अपने बारे में एक नया दृष्टिकोण दें, उस काम में से कुछ को फिर से देखना उचित है।

अल्जाइमर रोग से जुड़े बहुत से लोग, या तो शोध के माध्यम से या रोगियों के साथ व्यक्तिगत संबंधों के माध्यम से, उम्मीद करते हैं कि 2022 एक बैनर वर्ष होगा। प्रमुख नैदानिक ​​​​परीक्षणों से अंततः पता चलेगा कि बीमारी के कथित मूल कारण को संबोधित करने वाली दो नई दवाएं काम करती हैं या नहीं। दुर्भाग्य से परिणाम उम्मीदों के अनुरूप नहीं रहे। दवाओं में से एक, लेकेनमैब, ने कुछ रोगियों की संज्ञानात्मक गिरावट को थोड़ा धीमा करने की क्षमता दिखाई, लेकिन कभी-कभी घातक दुष्प्रभावों से भी जुड़ा था; दूसरे, गेन्टेनरुमैब को पूरी तरह से विफल माना गया। 

इस सिद्धांत पर आधारित तीन दशकों के शोध के निराशाजनक नतीजे सामने आए हैं कि अल्जाइमर रोग अमाइलॉइड प्रोटीन की पट्टियों के कारण होता है जो मस्तिष्क कोशिकाओं के बीच बनते हैं और उन्हें मार देते हैं। हालाँकि, बढ़ते सबूत बताते हैं कि अमाइलॉइड केवल एक घटक है बहुत अधिक जटिल रोग प्रक्रिया इसमें हानिकारक सूजन और कोशिकाएं अपने प्रोटीन को कैसे पुन: चक्रित करती हैं, उसमें खराबी शामिल है। इनमें से अधिकांश विचार अमाइलॉइड परिकल्पना के समय से ही मौजूद हैं, लेकिन अभी उन्हें वह ध्यान मिलना शुरू हुआ है जिसके वे हकदार हैं।

वास्तव में, कोशिकाओं के चारों ओर प्रोटीन का एकत्रीकरण एक जैसा दिखने लगा है लगभग सार्वभौमिक घटना स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं के काम के अनुसार उम्र बढ़ने वाले ऊतकों में और अमाइलॉइड और अल्जाइमर रोग के लिए विशिष्ट स्थिति नहीं है, जिसकी घोषणा पिछले वसंत में एक प्रीप्रिंट में की गई थी। यह अवलोकन इस बात का एक और सबूत हो सकता है कि प्रोटीन प्रबंधन के साथ बिगड़ती समस्याएं कोशिकाओं की उम्र बढ़ने का एक नियमित परिणाम हो सकती हैं।

तंत्रिका वैज्ञानिकों ने लंबे समय से इस बारे में बहुत कुछ समझा है कि यादें कैसे बनती हैं - सिद्धांत रूप में। वे जानते हैं कि जैसे मस्तिष्क अनुभव करता है, महसूस करता है और सोचता है, उन अनुभवों को जन्म देने वाली तंत्रिका गतिविधि शामिल न्यूरॉन्स के बीच सिनैप्टिक कनेक्शन को मजबूत करती है। हमारी तंत्रिका सर्किटरी में वे स्थायी परिवर्तन हमारी यादों के भौतिक रिकॉर्ड बन जाते हैं, जिससे जरूरत पड़ने पर हमारे अनुभवों के विद्युत पैटर्न को फिर से प्रकट करना संभव हो जाता है। फिर भी उस प्रक्रिया का सटीक विवरण गूढ़ रहा है। इस साल की शुरुआत में, यह तब बदल गया जब दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इसके लिए एक तकनीक का वर्णन किया उन परिवर्तनों की कल्पना करना जैसा कि वे एक जीवित मस्तिष्क में होते हैं, जिसका उपयोग वे मछली को एक हल्के संकेत के साथ अप्रिय गर्मी को जोड़ना सीखते हुए देखते थे। उन्हें आश्चर्य हुआ, जबकि इस प्रक्रिया ने कुछ सिनैप्स को मजबूत किया, लेकिन अन्य को हटा दिया। 

स्मृति की सूचना सामग्री मस्तिष्क द्वारा संग्रहीत चीज़ों का केवल एक हिस्सा है। यादें भी कूटबद्ध हैं एक भावनात्मक "वैलेंस" जो उन्हें सकारात्मक या नकारात्मक अनुभव के रूप में वर्गीकृत करता है। पिछली गर्मियों में, शोधकर्ताओं ने बताया कि न्यूरॉन्स द्वारा जारी एकल अणु, जिसे न्यूरोटेंसिन कहा जाता है, का स्तर उस लेबलिंग के लिए झंडे के रूप में कार्य करता प्रतीत होता है। 

पृथ्वी पर जीवन लगभग 3.8 अरब वर्ष पहले कोशिकाओं की पहली उपस्थिति के साथ शुरू हुआ। लेकिन विरोधाभासी रूप से, कोशिकाएं होने से पहले, आश्चर्यजनक रूप से सजीव कार्य करने वाले अणुओं का संग्रह रहा होगा। पिछले दशक में, जापान में शोधकर्ता यह जानने के लिए आरएनए अणुओं के साथ प्रयोग कर रहे हैं कि क्या एक ही प्रकार का प्रतिकृति अणु विभिन्न प्रतिकृतियों के समूह में विकसित हो सकता है, जैसा कि जीवन की उत्पत्ति पर शोधकर्ताओं ने सिद्धांत दिया है कि यह प्रकृति में हुआ होगा। जापानी वैज्ञानिकों ने पाया कि यह विविधीकरण हुआ, जिसमें विभिन्न अणु प्रतिस्पर्धी मेजबानों और परजीवियों में एकजुट हो गए जो प्रभुत्व में बढ़े और गिरे। पिछले मार्च में, वैज्ञानिकों ने एक नए विकास की सूचना दी: विविध अणुओं ने एक साथ काम करना शुरू कर दिया था अधिक स्थिर पारिस्थितिकी तंत्र. उनके काम से पता चलता है कि प्रीबायोटिक दुनिया में आरएनए और अन्य अणु भी सेलुलर जीवन की नींव रखने के लिए एकजुट हो सकते हैं।

जीवन की उत्पत्ति की किसी भी परिकल्पना में आत्म-प्रतिकृति को अक्सर आवश्यक पहला कदम माना जाता है, लेकिन ऐसा होना जरूरी नहीं है। इस वर्ष, निक लेन और अन्य विकासवादी जीवविज्ञानी इस बात के प्रमाण ढूँढ़ते रहे कि कोशिकाओं के अस्तित्व में आने से पहले, "प्रोटो-मेटाबोलिज्म" की प्रणालियाँ हाइड्रोथर्मल वेंट के पास झरझरा सामग्री में ऊर्जावान प्रतिक्रियाओं के जटिल सेट उत्पन्न हो सकते हैं।

एक निषेचित अंडा कोशिका 30 से अधिक विशिष्ट श्रेणियों में 200 ट्रिलियन से अधिक कोशिकाओं के साथ एक वयस्क मानव शरीर में कैसे विकसित होती है? यह विकास का सर्वोत्कृष्ट रहस्य है। पिछली शताब्दी के अधिकांश समय में, प्रमुख व्याख्या यह रही है कि विकासशील शरीर के विभिन्न हिस्सों में स्थापित रासायनिक ग्रेडिएंट कोशिकाओं को वहां निर्देशित करते हैं जहां उनकी आवश्यकता होती है और उन्हें बताते हैं कि त्वचा, मांसपेशियों, हड्डियों, मस्तिष्क और अन्य के घटकों में अंतर कैसे किया जाए। अंग. 

लेकिन रसायन अब उत्तर का केवल एक हिस्सा प्रतीत होते हैं। हाल के काम से पता चलता है कि जबकि कोशिकाएं अपने नेविगेशन को निर्देशित करने के लिए रासायनिक ढाल सुरागों का उपयोग करती हैं, वे उनका अनुसरण भी करती हैं शारीरिक तनाव के पैटर्न उनके चारों ओर के ऊतकों में, जैसे रस्सी पर चलने वाले एक तनी हुई केबल को पार कर रहे हों। शारीरिक तनाव कोशिकाओं को यह बताने के अलावा और भी बहुत कुछ करता है कि उन्हें कहाँ जाना है। मई में रिपोर्ट किए गए अन्य कार्यों से पता चला है कि भ्रूण के अंदर यांत्रिक बल भी कोशिकाओं के सेट को प्रेरित करने में मदद करते हैं विशिष्ट संरचनाएँ बनें, जैसे कि त्वचा के बजाय पंख।

इस बीच, सिंथेटिक जीवविज्ञानी - शोधकर्ता जो जीवन के अध्ययन के लिए इंजीनियरिंग दृष्टिकोण अपनाते हैं - ने आनुवंशिक एल्गोरिदम के प्रकार को समझने में महत्वपूर्ण प्रगति की है जो नियंत्रित करते हैं कि कोशिकाएं रासायनिक संकेतों के जवाब में कैसे अंतर करती हैं। कैल्टेक की एक टीम ने इसका प्रदर्शन किया जीनों का कृत्रिम नेटवर्क जो स्टेम कोशिकाओं को कई अधिक विशिष्ट प्रकार की कोशिकाओं में बदल सकता है। उन्होंने यह नहीं पहचाना है कि कोशिकाओं में प्राकृतिक आनुवंशिक नियंत्रण प्रणाली क्या है, लेकिन उनके मॉडल की सफलता साबित करती है कि वास्तविक प्रणाली जो भी हो, इसे शायद अधिक जटिल होने की आवश्यकता नहीं है।

मस्तिष्क शरीर में सबसे अधिक ऊर्जा की भूख वाला अंग है, इसलिए शायद यह आश्चर्य की बात नहीं है कि विकास ने मस्तिष्क को लंबे समय तक भोजन की कमी से निपटने में मदद करने के लिए एक आपातकालीन रणनीति तैयार की। एडिनबर्ग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने पाया कि जब चूहों को कई हफ्तों तक कम भोजन पर जीवित रहना पड़ता है, तो उनका दिमाग एक के बराबर काम करना शुरू कर देता है। "काम ऊर्जा मोड. 

इस अवस्था में, विज़ुअल कॉर्टेक्स में न्यूरॉन्स अपने सिनैप्स पर लगभग 30% कम ऊर्जा का उपयोग करते हैं। इंजीनियरिंग के दृष्टिकोण से, यह मस्तिष्क के ऊर्जा संसाधनों को बढ़ाने के लिए एक अच्छा समाधान है, लेकिन इसमें एक समस्या है। वास्तव में, कम-शक्ति मोड दृश्य प्रणाली प्रक्रिया संकेतों को कम सटीक बनाकर जानवर की दृष्टि के रिज़ॉल्यूशन को कम कर देता है। 

मस्तिष्क के एक इंजीनियरिंग दृष्टिकोण ने हाल ही में एक अन्य संवेदी प्रणाली: हमारी गंध की भावना के बारे में हमारी समझ में भी सुधार किया है। शोधकर्ता गंध पहचानने के लिए कम्प्यूटरीकृत "कृत्रिम नाक" की क्षमता में सुधार करने की कोशिश कर रहे हैं। अकेले रासायनिक संरचनाएं उन गंधों को परिभाषित करने में काफी मदद करती हैं जिन्हें हम विभिन्न अणुओं से जोड़ते हैं। लेकिन नया काम बताता है कि चयापचय की प्रक्रिया जो प्रकृति में अणुओं का निर्माण करते हैं, वे अणुओं की गंध की हमारी समझ को भी दर्शाते हैं। तंत्रिका नेटवर्क, जिन्होंने अपने विश्लेषण में चयापचय संबंधी जानकारी शामिल की थी, मनुष्यों की तरह गंधों को वर्गीकृत करने के काफी करीब आ गए।

एक जीवित मानव मस्तिष्क का अध्ययन करना तंत्रिका वैज्ञानिकों के लिए अभी भी बेहद कठिन है: खोपड़ी उनके दृष्टिकोण में बाधा डालती है और नैतिक विचार कई संभावित जानकारीपूर्ण प्रयोगों को खारिज करते हैं। यही कारण है कि शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में मस्तिष्क के अलग-अलग ऊतकों को विकसित करना शुरू कर दिया है और इसे वास्तविक मस्तिष्क के भौतिक और विद्युतीय समानता वाले "ऑर्गेनॉइड" बनाने दिया है। इस वर्ष, न्यूरोसाइंटिस्ट सर्गिउ पास्का और उनके सहयोगियों ने दिखाया कि प्रत्यारोपण से ये समानताएँ कितनी दूर तक जाती हैं मानव मस्तिष्क के अंग नवजात प्रयोगशाला चूहों में. मानव कोशिकाओं ने खुद को जानवर की तंत्रिका सर्किटरी में एकीकृत कर लिया और गंध की भावना में भूमिका निभाई। इसके अलावा, प्रत्यारोपित न्यूरॉन्स पृथक ऑर्गेनोइड में विकसित होने वाले न्यूरॉन्स की तुलना में अधिक स्वस्थ दिखते हैं, जो बताता है, जैसा कि पास्का ने उल्लेख किया है एक साक्षात्कार साथ में क्वांटा, इनपुट और आउटपुट के साथ न्यूरॉन्स प्रदान करने का महत्व। यह कार्य भविष्य में मानव मस्तिष्क के लिए बेहतर प्रयोगात्मक मॉडल विकसित करने का मार्ग प्रशस्त करता है।