حیاتیات میں سال

ہماری یادیں ہماری شناخت کا سنگ بنیاد ہیں۔ ان کی اہمیت اس کا ایک بڑا حصہ ہے جو الزائمر کی بیماری اور ڈیمنشیا کی دوسری شکلوں کو اتنا ظالمانہ اور زہریلا بناتی ہے۔ یہی وجہ ہے کہ ہم نے سائنس سے الزائمر کا علاج فراہم کرنے کی اتنی شدت سے امید کی ہے، اور یہ اتنا مایوس کن اور المناک کیوں ہے کہ مفید علاج سامنے آنے میں سست روی کا مظاہرہ کر رہے ہیں۔ اس لیے ستمبر میں ہونے والے اس اعلان پر زبردست جوش و خروش چھایا ہوا تھا کہ ایک نئی دوا، لیکانیماب، نے کلینیکل ٹرائلز میں بیماری کے بڑھنے کو سست کر دیا۔ اگر اسے فوڈ اینڈ ڈرگ ایڈمنسٹریشن کی طرف سے منظور کیا جاتا ہے تو، لیکانیماب الزائمر کا صرف دوسرا علاج بن جائے گا جو امائلائیڈ-بیٹا پروٹین کا مقابلہ کرتا ہے، جس کے بارے میں بڑے پیمانے پر اس بیماری کا سبب سمجھا جاتا ہے۔ 

اس کے باوجود lecanemab کے اثرات اتنے معمولی ہیں کہ محققین اس بات پر بحث کرتے ہیں کہ آیا یہ دوا واقعی مریضوں کے لیے کوئی عملی فرق کرے گی۔ حقیقت یہ ہے کہ lecanemab ایک روشن جگہ کے طور پر کھڑا ہے اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ الزائمر کے علاج پر تحقیق کی تاریخ کتنی مایوس کن رہی ہے۔ دریں اثنا، کھیل میں حیاتیات کی ایک گہری تفہیم بیماری کا سبب بننے والے متبادل نظریات میں دلچسپی پیدا کر رہی ہے۔

یادداشت کے کام کرنے کے طریقے کے بارے میں قیاس آرائیاں کم از کم افلاطون کی طرح پرانی ہیں، جس نے اپنے ایک سقراطی مکالمے میں "میموری کا تحفہ، میوز کی ماں" کے بارے میں لکھا تھا اور اس کے آپریشن کا موازنہ روح میں موم کی مہر سے کیا تھا۔ ہم شکرگزار ہو سکتے ہیں کہ سائنس نے افلاطون کے زمانے سے لے کر اب تک میموری کے بارے میں ہماری سمجھ میں بہت حد تک بہتری لائی ہے - مومی ڈاک ٹکٹوں کے ساتھ، ہمارے نیوران میں تبدیلیوں کے "انگرام" کے ساتھ۔ صرف اس پچھلے سال میں، محققین نے یہ سیکھنے کی طرف دلچسپ پیش رفت کی ہے کہ دماغ میں ہماری یادوں کے مختلف پہلو کیسے اور کہاں رہتے ہیں۔ مزید حیرت کی بات یہ ہے کہ انھوں نے ایسے بائیو کیمیکل میکانزم بھی ڈھونڈ لیے ہیں جو اچھی یادوں کو بری یادوں سے ممتاز کرتے ہیں۔

چونکہ ہم دماغ کے ساتھ مخلوق ہیں، ہم اکثر میموری کے بارے میں خالصتا اعصابی اصطلاحات میں سوچتے ہیں۔ اس کے باوجود کیلیفورنیا انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی کے محققین کے ذریعہ 2022 کے اوائل میں شائع ہونے والے کام سے پتہ چلتا ہے کہ ترقی پذیر بافتوں میں بھی انفرادی خلیے اپنے نسب کی تاریخ کے کچھ ریکارڈ رکھ سکتے ہیں۔ ایسا لگتا ہے کہ یہ سٹیم سیلز اس ذخیرہ شدہ معلومات پر انحصار کرتے ہیں جب انہیں کیمیائی اشارے کے جواب میں مہارت حاصل کرنے کے بارے میں فیصلوں کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ اس پچھلے سال کے دوران حیاتیات میں ہونے والی پیشرفت نے بہت سے دیگر حیرتوں سے بھی پردہ اٹھایا، جس میں یہ بصیرت بھی شامل ہے کہ دماغ کس طرح خوراک کی بڑھتی ہوئی کمی کو اپناتا ہے اور کس طرح ہجرت کرنے والے خلیے جسم کے راستے پر چلتے ہیں۔ اس سے پہلے کہ آنے والے سال کے انکشافات ہمیں اپنے بارے میں ایک نیا نقطہ نظر فراہم کریں اس سے پہلے کہ اس میں سے کچھ بہترین کاموں پر نظر ڈالیں۔

الزائمر کی بیماری سے جڑے بہت سے لوگوں نے، یا تو تحقیق کے ذریعے یا مریضوں سے ذاتی تعلقات کے ذریعے، امید ظاہر کی کہ 2022 ایک بینر سال ہوگا۔ بڑے کلینیکل ٹرائلز آخر کار یہ ظاہر کریں گے کہ آیا دو نئی دوائیں جو بیماری کی بنیادی وجہ کو حل کرتی ہیں، کام کرتی ہیں۔ نتائج بدقسمتی سے توقعات سے کم نکلے۔ ادویات میں سے ایک، lecanemab، نے کچھ مریضوں کے علمی زوال کو قدرے سست کرنے کی صلاحیت ظاہر کی لیکن بعض اوقات مہلک ضمنی اثرات سے بھی منسلک ہوتی ہے۔ دوسرے، gantenerumab، کو سراسر ناکامی سمجھا جاتا تھا۔ 

مایوس کن نتائج تین دہائیوں پر محیط تحقیق پر بہت زیادہ اس نظریہ پر مبنی ہیں کہ الزائمر کی بیماری ایمیلائڈ پروٹین کی تختیوں کی وجہ سے ہوتی ہے جو دماغ کے خلیوں کے درمیان بنتے ہیں اور انہیں ہلاک کر دیتے ہیں۔ بڑھتے ہوئے شواہد سے پتہ چلتا ہے کہ، تاہم، امائلائیڈ a میں صرف ایک جزو ہے۔ بہت زیادہ پیچیدہ بیماری کے عمل جس میں نقصان دہ سوزش اور خرابی شامل ہوتی ہے کہ کس طرح خلیے اپنے پروٹین کو ری سائیکل کرتے ہیں۔ ان میں سے زیادہ تر خیالات ایمیلائڈ مفروضے کے طور پر طویل عرصے سے موجود ہیں لیکن صرف وہ توجہ حاصل کرنا شروع کر رہے ہیں جس کے وہ مستحق ہیں۔

درحقیقت، خلیات کے ارد گرد پروٹین کا مجموعہ ایک کی طرح نظر آنے لگا ہے۔ تقریبا عالمگیر رجحان اسٹینفورڈ یونیورسٹی کے محققین کے کام کے مطابق جس کا اعلان گزشتہ موسم بہار میں پری پرنٹ میں کیا گیا تھا، عمر بڑھنے والے ٹشوز میں اور امائلائیڈ اور الزائمر کی بیماری سے مخصوص نہیں ہے۔ یہ مشاہدہ اس بات کا ایک اور ثبوت ہو سکتا ہے کہ پروٹین کے انتظام کے ساتھ بگڑتے ہوئے مسائل خلیات کی عمر بڑھنے کا معمول کا نتیجہ ہو سکتے ہیں۔

اعصابی سائنس داں طویل عرصے سے اس بارے میں بہت کچھ سمجھ چکے ہیں کہ یادیں کیسے بنتی ہیں - اصولی طور پر۔ وہ جانتے ہیں کہ جیسے ہی دماغ محسوس کرتا ہے، محسوس کرتا ہے اور سوچتا ہے، اعصابی سرگرمی جو ان تجربات کو جنم دیتی ہے اس میں شامل نیوران کے درمیان Synaptic کنکشن کو مضبوط کرتی ہے۔ ہماری عصبی سرکٹری میں وہ دیرپا تبدیلیاں ہماری یادوں کا جسمانی ریکارڈ بن جاتی ہیں، جس سے ہمارے تجربات کے برقی نمونوں کو ضرورت پڑنے پر دوبارہ پیدا کرنا ممکن ہو جاتا ہے۔ اس عمل کی صحیح تفصیلات اس کے باوجود خفیہ رہی ہیں۔ اس سال کے اوائل میں، یہ اس وقت بدل گیا جب یونیورسٹی آف سدرن کیلیفورنیا کے محققین نے اس کے لیے ایک تکنیک بیان کی۔ ان تبدیلیوں کا تصور کرنا جیسا کہ وہ زندہ دماغ میں پائے جاتے ہیں، جسے وہ ایک مچھلی کو ہلکے اشارے کے ساتھ ناخوشگوار گرمی کو جوڑنا سیکھتے ہوئے دیکھتے تھے۔ ان کے تعجب کی بات ہے، جبکہ اس عمل نے کچھ Synapses کو مضبوط کیا، اس نے دوسروں کو حذف کر دیا۔ 

میموری کا معلوماتی مواد دماغ کے ذخیرہ کردہ چیزوں کا صرف ایک حصہ ہے۔ یادیں بھی انکوڈ ہوتی ہیں۔ ایک جذباتی "ویلنس" جو انہیں ایک مثبت یا منفی تجربے کے طور پر درجہ بندی کرتا ہے۔ پچھلی موسم گرما میں، محققین نے اطلاع دی کہ نیوران کے ذریعہ جاری کردہ ایک واحد مالیکیول کی سطح، جسے نیوروٹینسن کہا جاتا ہے، اس لیبلنگ کے لیے جھنڈے کے طور پر کام کرتے نظر آتے ہیں۔ 

زمین پر زندگی کا آغاز تقریباً 3.8 بلین سال پہلے خلیات کی پہلی ظاہری شکل سے ہوا۔ لیکن حیرت انگیز طور پر، خلیات کی موجودگی سے پہلے، حیرت انگیز طور پر زندگی جیسی چیزیں کرنے والے مالیکیولز کے مجموعے موجود ہوں گے۔ پچھلی دہائی کے دوران، جاپان میں محققین یہ جاننے کے لیے آر این اے مالیکیولز کے ساتھ تجربات کر رہے ہیں کہ آیا ایک ہی قسم کا نقل کرنے والا مالیکیول مختلف نقل کرنے والوں کے ہجوم میں تیار ہو سکتا ہے، جیسا کہ زندگی کی ابتدا کے بارے میں محققین کا نظریہ ہے کہ یہ فطرت میں ہوا ہو گا۔ جاپانی سائنس دانوں نے پایا کہ یہ تنوع واقع ہوا ہے، مختلف مالیکیولز ایک دوسرے کے ساتھ مسابقتی میزبانوں اور پرجیویوں میں شامل ہوئے جو بڑھے اور غالب ہوئے۔ پچھلے مارچ میں، سائنسدانوں نے ایک نئی ترقی کی اطلاع دی: متنوع مالیکیولز نے ایک ساتھ کام کرنا شروع کر دیا تھا۔ زیادہ مستحکم ماحولیاتی نظام. ان کے کام سے پتہ چلتا ہے کہ RNAs اور پری بائیوٹک دنیا میں دوسرے مالیکیول بھی اسی طرح سیلولر زندگی کی بنیاد رکھنے کے لیے مل کر تیار ہو سکتے تھے۔

زندگی کے کسی بھی مفروضے میں خود کی نقل کو اکثر ضروری پہلا قدم سمجھا جاتا ہے، لیکن ایسا ہونا ضروری نہیں ہے۔ اس سال، نک لین اور دیگر ارتقائی ماہر حیاتیات اس بات کا ثبوت تلاش کرتے رہے کہ خلیات کے وجود سے پہلے، "پروٹو میٹابولزم" کے نظام ہائیڈرو تھرمل وینٹ کے قریب غیر محفوظ مواد میں توانائی بخش رد عمل کے پیچیدہ سیٹ شامل ہو سکتے ہیں۔

30 سے زیادہ خصوصی زمروں میں 200 ٹریلین خلیات کے ساتھ بالغ انسانی جسم میں ایک واحد فرٹیلائزڈ انڈے کا سیل کیسے بڑھتا ہے؟ یہ ترقی کا سب سے بڑا راز ہے۔ پچھلی صدی کے بیشتر حصے میں، بنیادی وضاحت یہ رہی ہے کہ نشوونما پذیر جسم کے مختلف حصوں میں قائم کیمیکل میلان ان خلیوں کی رہنمائی کرتے ہیں جہاں ان کی ضرورت ہوتی ہے اور انہیں بتاتے ہیں کہ جلد، پٹھوں، ہڈیوں، دماغ اور دیگر اجزاء میں کیسے فرق کیا جائے۔ اعضاء 

لیکن کیمیکلز اب جواب کا صرف ایک حصہ لگتے ہیں۔ حالیہ کام سے پتہ چلتا ہے کہ جب خلیے اپنی نیویگیشن کی رہنمائی کے لیے کیمیائی تدریجی اشارے استعمال کرتے ہیں، وہ بھی اس کی پیروی کرتے ہیں۔ جسمانی کشیدگی کے پیٹرن اپنے اردگرد کے ٹشوز میں، جیسے ٹائیٹروپ واکرز کسی تنگ کیبل کو عبور کرتے ہیں۔ جسمانی تناؤ خلیوں کو یہ بتانے سے کہیں زیادہ کام کرتا ہے کہ کہاں جانا ہے۔ مئی میں رپورٹ کیے گئے دوسرے کام سے پتہ چلتا ہے کہ جنین کے اندر میکانی قوتیں بھی خلیات کے سیٹ کو دلانے میں مدد کرتی ہیں۔ مخصوص ڈھانچے بن جاتے ہیںجیسے کہ جلد کے بجائے پنکھ۔

دریں اثنا، مصنوعی حیاتیات کے ماہرین - محققین جو زندگی کے مطالعہ کے لیے انجینئرنگ کا طریقہ اختیار کرتے ہیں - نے ان قسم کے جینیاتی الگورتھم کو سمجھنے میں اہم پیش رفت کی جو یہ کنٹرول کرتے ہیں کہ کیمیائی اشارے کے جواب میں خلیات کس طرح مختلف ہوتے ہیں۔ کیلٹیک میں ایک ٹیم نے ایک مظاہرہ کیا۔ جینوں کا مصنوعی نیٹ ورک جو کہ سٹیم سیلز کو مزید مخصوص سیل اقسام میں تبدیل کر سکتا ہے۔ انہوں نے اس بات کی نشاندہی نہیں کی کہ خلیات میں قدرتی جینیاتی کنٹرول سسٹم کیا ہے، لیکن ان کے ماڈل کی کامیابی یہ ثابت کرتی ہے کہ حقیقی نظام جو بھی ہو، اسے شاید زیادہ پیچیدہ ہونے کی ضرورت نہیں ہے۔

دماغ جسم کا سب سے زیادہ توانائی کا بھوکا عضو ہے، اس لیے شاید یہ حیران کن نہیں ہے کہ ارتقاء نے دماغ کو طویل عرصے تک خوراک کی کمی سے نمٹنے میں مدد کے لیے ہنگامی حکمت عملی وضع کی۔ ایڈنبرا یونیورسٹی کے محققین نے دریافت کیا کہ جب چوہوں کو مختصر راشن پر ہفتوں تک زندہ رہنا پڑتا ہے، تو ان کا دماغ ایک کے برابر کام کرنا شروع کر دیتا ہے۔ "کم طاقت" موڈ. 

اس حالت میں، بصری پرانتستا میں نیوران اپنے synapses میں تقریباً 30% کم توانائی استعمال کرتے ہیں۔ انجینئرنگ کے نقطہ نظر سے، یہ دماغ کے توانائی کے وسائل کو بڑھانے کے لئے ایک صاف حل ہے، لیکن ایک کیچ ہے. درحقیقت، کم طاقت والا موڈ بصری نظام کے عمل کے سگنلز کو کم درست طریقے سے بنا کر جانوروں کے بصارت کی ریزولوشن کو کم کرتا ہے۔ 

دماغ کے انجینئرنگ نقطہ نظر نے بھی حال ہی میں ایک اور حسی نظام کے بارے میں ہماری سمجھ میں بہتری لائی ہے: ہماری سونگھنے کی حس۔ محققین کمپیوٹرائزڈ "مصنوعی ناک" کی بو کو پہچاننے کی صلاحیت کو بہتر بنانے کی کوشش کر رہے ہیں۔ اکیلے کیمیاوی ڈھانچے ان بووں کی وضاحت کرنے کی طرف بہت طویل سفر طے کرتے ہیں جن کو ہم مختلف مالیکیولز سے جوڑتے ہیں۔ لیکن نئے کام سے پتہ چلتا ہے کہ میٹابولک عمل جو فطرت میں مالیکیولز تخلیق کرتے ہیں وہ مالیکیولز کی بو کے ہمارے احساس کی بھی عکاسی کرتے ہیں۔ عصبی نیٹ ورکس جنہوں نے اپنے تجزیوں میں میٹابولک معلومات کو شامل کیا وہ بو کی درجہ بندی کرنے کے بہت قریب آگئے جس طرح انسان کرتے ہیں۔

ایک زندہ انسانی دماغ کا مطالعہ نیورو سائنسدانوں کے لیے اب بھی ایک دیوانہ وار مشکل چیز ہے: کھوپڑی ان کے نظریے میں رکاوٹ ہے اور اخلاقی تحفظات بہت سے ممکنہ طور پر معلوماتی تجربات کو مسترد کرتے ہیں۔ یہی وجہ ہے کہ محققین نے لیبارٹری میں الگ تھلگ دماغی بافتوں کو بڑھانا شروع کر دیا ہے اور اسے حقیقی دماغوں سے جسمانی اور برقی مماثلت کے ساتھ "آرگنائڈز" بنانے دیا ہے۔ اس سال، نیورو سائنسدان سرجیو پاسکا اور ان کے ساتھیوں نے دکھایا کہ امپلانٹنگ کے ذریعے یہ مماثلتیں کس حد تک جاتی ہیں۔ انسانی دماغ کے آرگنائڈز نوزائیدہ لیبارٹری چوہوں میں انسانی خلیات نے خود کو جانوروں کے اعصابی سرکٹری میں ضم کر لیا اور اس کی سونگھنے کے احساس میں اپنا کردار ادا کیا۔ مزید برآں، ٹرانسپلانٹ شدہ نیوران الگ تھلگ آرگنائڈز میں بڑھنے والے نیوران سے زیادہ صحت مند نظر آتے ہیں، جس سے پتہ چلتا ہے، جیسا کہ Paşca نے لکھا ہے۔ ایک انٹرویو ساتھ Quantaان پٹ اور آؤٹ پٹ کے ساتھ نیوران فراہم کرنے کی اہمیت۔ یہ کام مستقبل میں انسانی دماغ کے لیے بہتر تجرباتی ماڈل تیار کرنے کی طرف اشارہ کرتا ہے۔