प्रथिन रेणूंची त्रिमितीय रचना

‘प्रिऑन’ म्हणजे संक्रमणक्षम प्रथिनकण (Proteinaceous infectious particle) होय. १९८२ मध्ये स्टॅन्ले प्रूसनर (Stanley B. Prusiner) या चेतासंस्थाशास्त्रज्ञांनी प्रिऑन हा शब्द सर्वप्रथम वापरला. चेतासंस्थेच्या काही विशिष्ट रोगांच्या संदर्भात [उदा., मानवातील क्रूत्झफेल्ट-याकब विकार (Creutzfeldt-jakob disease) मेंढीमधील स्क्रेपी (Scrapie) आणि गायीमधील मॅड काऊ डिसीज (Mad cow disease)] हा शब्द सुरुवातीला वापरला गेला. या रोगांचा संसर्गकारक घटक शोधताना प्रूसनर यांना प्रथिनाखेरीज दुसरे काही मिळाले नाही. तसेच रोगी प्राण्यातून वेगळा केलेला फक्त हा प्रथिनयुक्त घटक निरोगी प्राण्यात रोगाच्या संक्रमणासाठी पुरेसा असतो, हे त्यांना दिसून आले. इतर संसर्गजन्य रोगांमध्ये नेहमी एखादा न्यूक्लिइक अम्ल (डीएनए किंवा आरएनए) असलेला सजीव घटक (विषाणू, जिवाणू, बुरशी वगैरे) सहभागी असतो. परंतु, वरील रोगांमध्ये केवळ ‘निर्जीव’ प्रथिनामुळे रोगाची लक्षणे आणि रोगाचे संक्रमण दिसत होते; म्हणून या नव्या संसर्गकारक घटकासाठी प्रूसनर यांनी ‘प्रोटीन’ आणि ‘इन्फेक्शन’ या दोन शब्दांपासून ‘प्रिऑन’ हा शब्द तयार केला.

प्रिऑनवरील अधिक संशोधनातून या प्रथिनयुक्त घटकाबद्दल बरीच नवी माहिती समोर आली. रोगी प्राण्यांच्या मेंदूतून वेगळ्या केलेल्या अर्कामध्ये लांब कांबीसदृश (Rod shaped) किंवा तंतुसदृश कण दिसले. या कणांमधून मिळालेले प्रथिन ‘PrP’ (Prion protein) या नावाने ओळखले जाते. हे प्रथिन मानवासहित इतर प्राण्यांमध्ये संपूर्ण शरीरभर तयार होते. निरोगी प्राण्यांमध्ये हे प्रथिन विविध कार्ये पार पाडते. परंतु, रोगी प्राण्यांमध्ये या प्रथिनाच्या त्रिमितीय रचनेमध्ये काही अनिष्ट बदल होतात, ज्यामुळे हे प्रथिन अकार्यक्षम होते आणि रोगाला कारणीभूत ठरते.

कुठलाही प्रथिन रेणू पेशीमध्ये अमिनो अम्लांच्या एका लांब साखळीच्या (माळेच्या) रूपात तयार होतो. ही साखळी एका विशिष्ट त्रिमितीय रचनेमध्ये (विशिष्ट घड्यांमध्ये) साकारली  जाते. त्यानंतर प्रथिन रेणू त्याचे विशिष्ट कार्य करू शकतो. काही कारणाने प्रथिनाच्या या प्रक्रियेमध्ये बिघाड झाला, तर प्रथिन रेणूच्या घड्या चुकीच्या पडतात. चुकीच्या घड्या असलेला प्रथिन रेणू पेशीला अडचणीत आणू शकतो. PrP सोबतही हेच होते. काही कारणाने त्याचा रेणू चुकीचा घडवला जातो, ज्याची अंतिम परिणती रोगामध्ये होते.

प्रिऑनमध्ये असेच बिघडलेले अयोग्य त्रिमितीय रचना असलेले प्रथिन रेणू सापडले. सामान्य रीतीने घडलेल्या PrP रेणूच्या संपर्कात हे बिघडलेले रेणू आले तर ते या सामान्य रेणूंनाही बिघडवतात. त्यामुळे प्रिऑन संसर्गजन्य बनतात. तसेच हे प्रिऑन प्रथिनभंजक विकरांना (Proteases) दाद देत नाहीत. त्यामुळे ते एकदा तयार झाले, तर त्यांचा नाश करणे शरीराला अतिशय कठीण होऊन बसते.

भुसभुशीत मेंदूचा आजार : संक्रमण प्रक्रिया

कोणत्याही मार्गाने निरोगी प्राण्याच्या शरीरात प्रवेश केलेले प्रिऑन त्याच्या मेंदूत पोहोचले, तर रोग टाळणे अशक्य बनते. पॅपुआ न्यू गिनीतील (Papua New Guinea) या बेटावरील फोरे (Fore) जमातीमध्ये ‘कुरू’ (Kuru) नावाचा आजार यामुळेच पसरला. मृत भाऊबंधांचे मेंदू खाण्याच्या रूढीमुळे पसरलेला हा रहस्यमय आजार एक प्रिऑनजन्य आजारच आहे, हे नंतर सिद्ध झाले.

मानवामध्ये कुरू आणि क्रूत्झफेल्ट-याकब विकार, मेंढ्यांमधील स्क्रेपी आणि गायींमधील मॅड काऊ डिसीज हे रोग PrP युक्त प्रिऑनमुळे होतात. या रोगांसाठी ‘भुसभुशीत मेंदूचा आजार’ (Transmissible spongiform encephalopathies; TSEs) अशी सामाईक संज्ञा वापरली जाते. या रोगांमध्ये PrP प्रथिन प्रिऑनच्या रूपात मेंदूमध्ये साठू लागते, ज्यामुळे मज्जापेशी त्यांचे कार्य करू शकत नाहीत आणि मेंदूतील संदेशवहन बिघडते. काही काळाने मज्जापेशी मोठ्या प्रमाणात मृत होऊ लागतात, परंतु त्यांची जागा नव्या पेशी घेत नाहीत. त्यामुळे तेथे रिकाम्या जागा तयार होतात. परिणामत: मेंदू सूक्ष्मदर्शकाखाली स्पंजासारखा दिसू लागतो. या रोगांमध्ये व्यक्तिमत्त्वात बदल, नैराश्य, असूत्रता, स्मृतिऱ्हास अशी लक्षणे दिसतात. या रोगांना बरे करण्यासाठी अद्याप कुठलाही उपाय ज्ञात नाही.

सगळे प्रिऑनजन्य रोग मेंदूलाच का लक्ष्य करतात, तसेच नक्की कोणते बदल PrP च्या रेणूला बिघडवतात, हे बदल कितपत जनुकीय आणि अजनुकीय असतात, बिघडलेले PrP रेणू परत योग्य प्रकारे घडवता येऊ शकतील का, नाही तर त्यांचा शरीरातच कसा नाश करता येईल, असे अनेक प्रश्न सध्या उत्तरांच्या प्रतीक्षेत आहेत. प्रिऑनजन्य रोग हे अल्झायमर, हंटिंग्टन  कंपवात या मज्जासंस्थेच्या इतर आजारांसोबत ‘प्रथिन वलीकरण / घडवणूक’ (Protein folding) संबंधित आजाराच्या या श्रेणीमध्ये येतात.

वैद्यक क्षेत्राबाहेर ‘प्रिऑन’ हा एक मूलभूत संकल्पना म्हणूनही अतिशय महत्त्वाचा आहे. PrP प्रथिनाखेरीज आणखी बरीच प्रथिने विविध परिस्थितींत प्रिऑन तयार करतात. ही प्रथिने संपूर्ण जीवसृष्टीत सापडतात. या हानिकारक दिसणाऱ्या प्रथिन कणांची जैविक उत्क्रांतीमध्ये काहीतरी कळीची भूमिका असावी, असे सूझन लिंडक्विस्ट (Susan Lindquist) या अमेरिकन शास्त्रज्ञांना वाटले. सुमारे तीन दशकांच्या संशोधनात त्यांना ‘प्रिऑन हे उत्क्रांतीसाठीचा कच्चा माल’ असल्याचे अनेक पुरावे त्यांना  मिळाले. त्यांनी सॅकरोमायसीज सेरेव्हिसीआय (Saccharomyces cerevisiae) या प्रातिनिधिक सजीवाचा (यीस्टचा) वापर केला आणि अनेक नवी प्रिऑन प्रथिने शोधून काढली. तसेच या प्रथिनांचा नक्की कोणता भाग (Domain) प्रिऑन तयार होण्यासाठी गरजेचा असतो हे देखील सांगितले. काही विशिष्ट परिस्थितींमध्ये प्रिऑन तयार करणाऱ्या पेशी या प्रिऑन तयार न करणाऱ्या पेशींपेक्षा जास्त सशक्त असतात, हे त्यांना दिसून आले. कठीण परिस्थितीत टिकून राहिलेल्या यीस्ट पेशी आपले प्रिऑन पुढच्या पिढीला हस्तांतरित करत असल्याचेही त्यांना दिसले. हे उपयुक्त माहितीचे हस्तांतरण डीएनएमध्ये कोणताही बदल न होता झाले होते.

क्रूत्झफेल्ट-याकब विकार

कोणताही सजीव हा निसर्गात एका सतत बदलणाऱ्या गुंतागुंतीच्या परिसंस्थेचा भाग असतो. त्यामुळे बदलत्या परिस्थितीत आपले अस्तित्व टिकवून ठेवण्यासाठी त्याला इतर सजीवांशी सतत स्पर्धा आणि प्रसंगी सहकार्य करणे भाग असते. स्पर्धा आणि सहकार्य यांच्या अचूक समतोलातूनच उत्क्रांती होते. सूझन यांच्या संशोधनात असेही दिसले, की एखाद्या परिस्थितीत स्पर्धा करायची की सहकार्य, हे ठरवण्यासाठी प्रिऑन मदत करू शकतात. वाईन निर्मितीत वापरले जाणारे यीस्ट एका विशिष्ट जीवाणूच्या सान्निध्यात प्रिऑन तयार करतात. हा प्रिऑन तयार केल्यामुळे यीस्ट आणि तो जिवाणू, दोघेही सहकार्याने एकत्रित वाढत राहतात; परंतु, त्यामुळे यीस्टची इथेनॉल बनवण्याची क्षमता कमी होते आणि वाईनची चव बिघडते. त्यामुळे असे प्रिऑन यीस्टसाठी फायदेशीर ठरत असले तरी मानवासाठी नुकसानकारक ठरतात.

मूलभूत जीवशास्त्राच्या दृष्टिकोनातून ‘प्रिऑन’ ही अशी एक अद्वितीय संकल्पना आहे, जी अनेक प्रस्थापित गृहितांना आव्हान देते. कोकची गृहितके (Koch’s postulates) आजही वैद्यक-सूक्ष्मजीवशास्त्रात वैध मानली जातात. ‘रोगासाठी जबाबदार घटक निरोगी व्यक्तीच्या शरीरात असता कामा नये’ हे कोकचे पहिलेच गृहीतक PrP प्रिऑनच्या बाबतीत असत्य ठरते. कारण PrP प्रथिन हे निरोगी व्यक्तीच्या शरीरातही तयार होते. प्रथिने स्वत:हून आपल्या प्रतिकृती तयार करू शकत नसल्याने (प्रथिन संश्लेषण) ‘रोगकारक घटक मानवी शरीराबाहेर शुद्ध स्वरूपात वाढवता आला पाहिजे’ हे कोकचे दुसरे गृहीतकही अवैध मानावे लागते.

याच विचारसूत्राचा विस्तार केल्यास प्रिऑन थेट रेणवीय जीवशास्त्राच्या मूळ गाभ्याला हात घालतो, असे अनेक शास्त्रज्ञांचे मत आहे. जीवशास्त्रातील या प्रसिद्ध तत्त्वानुसार एखाद्या जैविक यंत्रणेत माहितीचा प्रवाह डीएनएकडून आरएनएकडे आणि आरएनएकडून प्रथिनाकडे, असाच वाहतो. हा प्रवाह उलट दिशेने (प्रथिनाकडून डीएनएकडे) वाहण्याची शक्यता प्रिऑनच्या शोधाआधी कोणत्याही शास्त्रज्ञाने हसण्यावारी नेली असती. परंतु, प्रिऑनचे उत्क्रांतीतील योगदान लक्षात घेता ही शक्यता लक्षात घेणे आता आवश्यक झाले आहे.

सूझन लिंडक्विस्ट यांच्या संशोधनामुळे लामार्कच्या उत्क्रांतीवादाला (लामार्किझम; Lamarckism) नवसंजीवनी मिळाली आहे. लामार्किझम डार्विनच्या उत्क्रांतीवादापुढे (डार्विनिझम; Darwinism) टिकू शकला नाही. याचे कारण लामार्किझमच्या पुष्ट्यर्थचा  पुरावा अतिशय दुबळा  होता. आज प्रिऑनवरील संशोधनातून अजनुकीय वारशाच्या बाजूने सशक्त पुरावा मिळतो आहे. यामुळे दिवसेंदिवस उत्क्रांतीविषयक ज्ञान अनेकांगी आणि समग्र होताना दिसून येते.

पहा : प्रथिन संश्लेषण, स्टॅन्ले बेंजामिन प्रूसनर, हंटिंग्टन कंपवात (पूर्वप्रकाशित नोंद).

संदर्भ :

  • https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19491937/
  • https://www.encyclopedia.com/science/science-magazines/biomedicine-and-health-prions-and-kochs-postulates
  • https://www.ibiology.org/biochemistry/prions/#part-4
  • https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1997/prusiner/biographical/
  • https://www.scienceabc.com/pure-sciences/what-are-prions.html
  • https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369848698000296

समीक्षक : रंजन गर्गे