इस साल, फिजियोलॉजी या मेडिसिन के लिए नोबेल पुरस्कार तीन वैज्ञानिकों, हावर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट, मैरीलैंड, यूएस से विलियम जी कैलिन जूनियर, फ्रांसिस क्रिक इंस्टीट्यूट, लंदन से सर पीटर जे रैटक्लिफ और जॉन्ज हॉपकिंस इंस्टीट्यूट फॉर सेल इंजीनियरिंग से ग्रेग एल सेन्ज़ा को कैसे कोशिकाओं की खोज और ऑक्सीजन की उपलब्धता के अनुकूल होने की उनकी खोज के लिए प्रदान किया गया। तीनों वैज्ञानिकों ने आनुवांशिक तंत्रों का खुलासा किया है जो कोशिकाओं को ऑक्सीजन के विभिन्न स्तरों पर प्रतिक्रिया करने की अनुमति देते हैं।

यह महत्वपूर्ण क्यों है?

भोजन को उपयोगी ऊर्जा में बदलने के लिए सभी कोशिकाओं द्वारा ऑक्सीजन का उपयोग किया जाता है। जबकि ऑक्सीजन कोशिकाओं के अस्तित्व के लिए आवश्यक है, अधिक या बहुत कम ऑक्सीजन प्रतिकूल स्वास्थ्य परिणाम पैदा कर सकता है।

गहन व्यायाम के दौरान मांसपेशियों में ऑक्सीजन की आपूर्ति अस्थायी रूप से कम हो जाती है और ऐसी स्थितियों में कोशिकाएँ अपने चयापचय को कम ऑक्सीजन के स्तर के अनुकूल बनाती हैं। भ्रूण और प्लेसेंटा की उचित वृद्धि कोशिकाओं की ऑक्सीजन की भावना की क्षमता पर निर्भर करती है।

ड्रग्स को पहले से ही शरीर की लाल रक्त कोशिकाओं की बढ़ी हुई संख्या का उत्पादन करके एनीमिया के इलाज के लिए विकसित किया गया है। इसी तरह, हृदय रोग और फेफड़ों के कैंसर वाले लोगों में ऑक्सीजन की उपलब्धता बढ़ाने वाली दवाओं का परीक्षण किया जा रहा है। ऑक्सीजन-सेंसिंग मशीनरी के एक विशेष मार्ग के कार्य को बढ़ाकर कई बीमारियों का इलाज किया जा सकता है। उसी समय, मार्ग को रोकने या अवरुद्ध करने से कैंसर, दिल का दौरा, स्ट्रोक और फुफ्फुसीय उच्च रक्तचाप के इलाज में निहितार्थ होंगे। कैंसर ऑक्सीजन-विनियमन मशीनरी को रक्त वाहिका निर्माण को प्रोत्साहित करने के लिए और कम ऑक्सीजन की स्थिति के अनुकूल होने के लिए चयापचय को फिर से प्रोग्राम करने के लिए जाना जाता है चयापचय की पुनर्संरचना कैंसर कोशिकाओं को एक स्थिति से स्थानांतरित करने की प्लास्टिसिटी प्रदान करती है, जहां उनके पास एक स्थिति में कैंसर पैदा करने की सीमित क्षमता होती है जब उनके पास दीर्घकालिक विकास की अधिक संभावना होती है। दवाओं को विकसित करने के लिए प्रयास चल रहे हैं जो कैंसर कोशिकाओं के ऑक्सीजन-सेंसिंग मशीनरी को मार सकते हैं।

हम पहले से ही क्या जानते हैं?

जिस दर पर हम सांस लेते हैं, वह रक्त में ली जाने वाली ऑक्सीजन की मात्रा पर निर्भर करता है। गर्दन में बड़ी रक्त वाहिकाओं के बगल में मौजूद विशिष्ट कोशिकाएं रक्त ऑक्सीजन स्तर को समझती हैं और मस्तिष्क को सतर्क करती हैं कि जब रक्त में ऑक्सीजन का स्तर कम हो जाता है तो श्वसन की दर को बढ़ाएं। इस खोज ने 1938 में नोबेल पुरस्कार जीता।

पिछली शताब्दी की शुरुआत में, वैज्ञानिकों को पता था कि गुर्दे में मौजूद विशेष कोशिकाएं एरिथ्रोपोइटिन नामक एक हार्मोन बनाती हैं और छोड़ती हैं। जब ऑक्सीजन का स्तर कम होता है, तो उच्च ऊंचाई में, इस हार्मोन का अधिक उत्पादन और जारी किया जाता है, जिससे अस्थि मज्जा में लाल रक्त कोशिकाओं के उत्पादन में वृद्धि होती है – शरीर को उच्च ऊंचाई के लिए अनुकूल बनाने में मदद मिलती है। लाल रक्त कोशिकाओं को बढ़ाने के अलावा, शरीर रक्त की आपूर्ति बढ़ाने के लिए नई रक्त वाहिकाओं को भी बढ़ाता है।

2019 के विजेताओं के मुख्य योगदान क्या हैं?

प्रोफेसर सेमेंज़ा और सर रैटक्लिफ़ दोनों ने स्वतंत्र रूप से अध्ययन किया कि एरिथ्रोपोइटिन जीन को अलग-अलग ऑक्सीजन स्तरों द्वारा कैसे विनियमित किया जाता है। दोनों शोधकर्ताओं ने पाया कि ऑक्सीजन-संवेदी तंत्र गुर्दे तक सीमित नहीं है जहां एरिथ्रोपोइटिन का उत्पादन होता है, लेकिन गुर्दे के अलावा ऊतकों में विभिन्न कोशिकाओं द्वारा। प्रोफ़ेसर सेमेंज़ा ने एक ऐसे जीन की पहचान की जो दो प्रोटीनों को व्यक्त करता है। जब ऑक्सीजन का स्तर कम होता है, तो प्रोटीन में से एक (HIF-1alpha) एरिथ्रोपोइटिन के उत्पादन को बढ़ाने के लिए एरिथ्रोपोइटिन जीन सहित कुछ जीनों को चालू करता है। हार्मोन, बदले में, लाल रक्त कोशिकाओं के उत्पादन को बढ़ाकर ऑक्सीजन की उपलब्धता को बढ़ाता है।

प्रोफेसर केलिन जूनियर, जो वॉन हिप्पेल-लिंडौ रोग (वीएचएल रोग) नामक एक विरासत सिंड्रोम का अध्ययन कर रहे थे, ने पाया कि लोगों को वीएचएल म्यूटेशन विरासत में मिलने पर कैंसर का खतरा बढ़ गया था। उन्होंने पाया कि VHL जीन को लगता है कि कोशिकाएं ऑक्सीजन का जवाब कैसे देती हैं।

HIF-1alpha प्रोटीन का कार्य, जो अधिक एरिथ्रोपोइटिन का उत्पादन करने के लिए जीन को चालू करता है, को अवरुद्ध किया जाता है और ऑक्सीजन स्तर सामान्य होने पर तेजी से नीचा होता है, लेकिन ऑक्सीजन का स्तर कम होने पर बरकरार रहता है। सर रैटक्लिफ ने पाया कि VHL HIF-1alpha प्रोटीन के साथ बातचीत करता है और ऑक्सीजन स्तर सामान्य होने पर इसे नीचा दिखाता है। यह सुनिश्चित करता है कि ऑक्सीजन स्तर सामान्य होने पर अतिरिक्त लाल रक्त कोशिकाओं का उत्पादन नहीं होता है। 2001 में, प्रोफेसर केलिन जूनियर और सर रैटक्लिफ दोनों ने VHL द्वारा HIF-1alpha प्रोटीन के क्षरण के तंत्र पर अधिक विवरण को स्पष्ट किया जब ऑक्सीजन का स्तर सामान्य है लेकिन ऑक्सीजन स्तर कम होने पर नहीं।

एथलीट एरिथ्रोपोइटिन का उपयोग क्यों करते हैं? उसके खतरे क्या हैं?

एथलीटों को रक्त डोपिंग के लिए एरिथ्रोपोइटिन, सिंथेटिक ऑक्सीजन वाहक और रक्त आधान का उपयोग करने के लिए पाया गया है। तीनों पदार्थों या विधियों में से प्रत्येक पर विश्व डोपिंग रोधी एजेंसी (वाडा) द्वारा प्रतिबंध लगाया गया है। जबकि क्रोनिक किडनी रोग के कारण एनीमिया वाले लोगों में एरिथ्रोपोइटिन का उपयोग रक्त में ऑक्सीजन का स्तर बढ़ाने में मदद करता है, सामान्य, स्वस्थ लोगों द्वारा हार्मोन का उपयोग गंभीर स्वास्थ्य जोखिम पैदा कर सकता है। सामान्य लाल रक्त कोशिका की संख्या वाले स्वस्थ लोगों के मामले में, बाहरी एरिथ्रोपोइटिन के उपयोग से रक्त गाढ़ा होता है (चिपचिपापन बढ़ जाता है) जिससे हृदय रोग, स्ट्रोक और मस्तिष्क या फुफ्फुसीय अन्त: शल्यता का खतरा बढ़ जाता है (थक्का जो रक्त के प्रवाह को अवरुद्ध करता है)।

Source: The Hindu

Relevant for GS Prelims & Mains Paper III; Science & Technology