अब तक के सबसे बड़े आनुवंशिक अध्ययन ने डीएनए प्रोफाइल का खुलासा किया जो कैंसर की ओर ले जाता है

प्लेटो द्वारा पुनर्प्रकाशित

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बड़े जीनोमिक डेटा विज़ुअलाइज़ेशन जैव प्रौद्योगिकी एसयू संकाय

कैंसर दुर्भावनापूर्ण बर्फ के टुकड़े की तरह हैं। प्रत्येक अपने जीन में उत्परिवर्तन का एक अनूठा सेट रखता है, धीरे-धीरे उन्हें अंधेरे पक्ष में बदल देता है। आखिरकार, अपने पड़ोसियों की परवाह किए बिना, उत्परिवर्तित कोशिकाएं ऊतकों, अंगों और जीवन को नष्ट कर देती हैं।

लेकिन उनके अनुवांशिक उत्परिवर्तन-एक हस्ताक्षर-उनका पतन भी हो सकता है। अपराध स्थल पर छोड़े गए उंगलियों के निशान या डीएनए की तरह, हम उन हस्ताक्षरों का उपयोग कैंसर कोशिकाओं का शिकार करने के लिए कर सकते हैं, निर्दोष, स्वस्थ कोशिकाओं को अकेला छोड़ते हुए दोषियों को दवा से मार सकते हैं।

कुंजी इन हस्ताक्षरों का दस्तावेजीकरण करने वाला एक डेटाबेस है। अगर उनके खिलाफ मैच करने के लिए कुछ भी नहीं है तो फ़िंगरप्रिंट बेकार हैं। ओपन-सोर्स वंशावली साइटों के बिना फैमिली-ट्री स्लीथिंग संभव नहीं होगा। इसी तरह, कैंसर जैसे जैविक आतंकवादियों का पीछा करने के लिए, हमें एक संदर्भ के रूप में आनुवंशिक उत्परिवर्तन दोषियों के पूरे बहीखाते की आवश्यकता है।

हमें अभी मिल गया है। एक बड़े पैमाने पर अध्ययन में 12,000 से अधिक ट्यूमर को कवर करते हुए, यूके की एक टीम ने आनुवंशिक परिवर्तनों की मैपिंग की, जो सामान्य कोशिकाओं को कैंसर वाले में विकसित करने के लिए प्रेरित करते हैं। एक खजाना निधि, डेटासेट ने सामान्य प्रकार के कैंसर के अद्वितीय आनुवंशिक "उंगलियों के निशान" पर कब्जा कर लिया, लेकिन दुर्लभ व्यक्तिगत उत्परिवर्तन भी जो किसी व्यक्ति के इतिहास को दर्शाते हैं।

अध्ययन और इसके परिणामी कैटलॉग अपनी तरह का सबसे बड़ा है। पिछले अध्ययनों के साथ नए उत्परिवर्तन एटलस की तुलना में, टीम ने 58 नए खोजे, जो उन्हें संभावित अनुवांशिक परिवर्तनों और कैंसर को चलाने वाले जीवनशैली कारकों से जुड़ा हुआ था। इसके बाद उन्होंने डेटाबेस में उत्परिवर्तनीय हस्ताक्षरों को नए ऊतक नमूनों से मिलाने के लिए एक एल्गोरिथ्म विकसित किया, जिससे कैंसर स्क्रीनिंग के लिए एक संपूर्ण अपराध दृश्य जांच प्रणाली का निर्माण हुआ।

"पारस्परिक हस्ताक्षरों की पहचान करना महत्वपूर्ण है क्योंकि वे एक अपराध स्थल पर उंगलियों के निशान की तरह हैं-वे कैंसर अपराधियों को पहचानने में मदद करते हैं," कहा अध्ययन के प्रमुख लेखक, कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में डॉ सेरेना निक-ज़ैनल। "कुछ पारस्परिक हस्ताक्षरों में नैदानिक या उपचार प्रभाव होते हैं-वे असामान्यताओं को हाइलाइट कर सकते हैं जिन्हें विशिष्ट दवाओं के साथ लक्षित किया जा सकता है या व्यक्तिगत कैंसर में संभावित 'एच्लीस हील' का संकेत हो सकता है।"

टर्निंग

हमारे शरीर में लगभग 30 अरब कोशिकाएँ होती हैं। उम्र के साथ, प्रत्येक कोशिका का जीनोम धीरे-धीरे अपने डीएनए अक्षरों को बदलता है।

"अभी मेरे शरीर में हर कोशिका उत्परिवर्तन जमा कर रही है, इसलिए यदि वे लंबे समय तक जीवित रहते हैं तो यह अनिवार्य होगा कि वे ट्यूमर विकसित कर लेंगे।" कहा निक-ज़ैनल। "ऐसा कहने के बाद, आइए याद रखें कि एक इंसान 30 अरब कोशिकाओं से बना है, सभी संचय उत्परिवर्तन, और उनमें से केवल एक ही मेरे पूरे जीवन में कैंसर शुरू कर देगा। ये अद्भुत है।"

तो कुछ सामान्य कोशिकाएं खराब क्यों हो जाती हैं?

हम दशकों से जानते हैं कि डीएनए में संपादन की प्रतिलिपि ऑन्कोजेनिक-या प्रो-कैंसर जीन को फ्लिप कर सकती है, जबकि सामान्य रूप से इस प्रक्रिया के खिलाफ सुरक्षा करने वाले जीन को बंद कर देती है। कैंसर कोशिकाएं भी सामान्य कोशिकाओं की तुलना में अधिक बार विभाजित होती हैं। इन खोजों ने कीमोथेरेपी और इम्यूनोथेरेपी सहित शक्तिशाली उपचारों को जन्म दिया।

लेकिन ये अंतर्दृष्टि अपेक्षाकृत अपरिष्कृत हैं, जैसे कि व्यापक ब्रश स्ट्रोक के साथ कैंसर के जीनोमिक परिदृश्य को चित्रित करना; थोड़ा व्यक्तित्व रिसता है। और कैंसर के साथ, मेजबान और आनुवंशिक उत्परिवर्तन के पैटर्न दोनों की विशिष्टता मायने रखती है।

पारस्परिक हस्ताक्षर दर्ज करें।

यहां, डीएनए के सटीक अक्षरों में बदलाव पर ध्यान केंद्रित किया जाता है क्योंकि एक कोशिका कैंसरग्रस्त हो जाती है। कुछ समानताओं को साझा करते हुए विभिन्न प्रकार के कैंसर में अलग-अलग उत्परिवर्तन होते हैं। ये हस्ताक्षर मेजबान की दोनों आदतों को पकड़ते हैं - उदाहरण के लिए, यदि वे धूम्रपान करते हैं - और स्वयं कैंसर, जैसे कि क्षतिग्रस्त डीएनए की मरम्मत करने में असमर्थ होना।

दूसरे शब्दों में, एक उत्परिवर्तनीय हस्ताक्षर एक व्यक्ति के कैंसर के अत्यधिक व्यक्तिगत फिंगरप्रिंट में डीएनए अक्षर परिवर्तन और मरम्मत के एक विशिष्ट पैटर्न को पकड़ता है। वास्तविक उंगलियों के निशान की तरह, विभिन्न लोगों और कैंसर के बीच समानताएं हैं। अध्ययन ने एक चतुर मार्ग लिया: सबसे पहले, उन्होंने विभिन्न अंगों और लोगों से कैंसर में आम हस्ताक्षर का शिकार किया। फिर उन्होंने अंगों के बीच हस्ताक्षरों की जांच की, अंततः सभी अध्ययन के कैंसर में 120 प्रमुख उत्परिवर्तनीय हस्ताक्षरों को समाप्त कर दिया।

यह प्रक्रिया अलग-अलग चेहरों की तस्वीरें लेने की तरह है, लेकिन अंततः अंतरों को उजागर करते हुए विशेषताओं में समानता खोजने के लिए उन्हें एक साथ मिलाना है।

टीम को एक बड़ी संपत्ति मिली: the 100,000 जीनोम प्रोजेक्ट जीनोमिक्स इंग्लैंड, जिसने हजारों लोगों के पूरे जीनोम को अनुक्रमित किया। बुडापेस्ट में प्राकृतिक विज्ञान के अनुसंधान केंद्र में डॉ डेविड स्ज़ुट्स ने कहा, "इसमें पिछली प्रमुख कैंसर अनुक्रमण परियोजनाओं की तुलना में पूरे जीनोम अनुक्रमों की एक बड़ी संख्या है, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे।" "चूंकि कई हस्ताक्षरों के पीछे तंत्र अभी भी अज्ञात है, अध्ययन ... आगे की जांच के लिए उपजाऊ जमीन भी प्रदान करता है।"

उत्परिवर्तनों का इंद्रधनुष

कुल मिलाकर, टीम ने 12,222 कैंसर के नमूनों में एकल या दोहरे डीएनए अक्षर परिवर्तन की जांच की। परिणामी डेटासेट मारने के लिए एक जानवर था। पारस्परिक हस्ताक्षरों को बाहर निकालने के लिए, उन्होंने एक कम्प्यूटेशनल विधि विकसित की जो दुर्लभ लोगों से सामान्य उत्परिवर्तन को पार करती है। एक विवेक जांच के रूप में, टीम ने दो खुले स्रोत वाले डेटाबेस से अपने डेटा का मिलान करके अपने निष्कर्षों को मान्य किया, जिनमें से प्रत्येक में लगभग 3,000 कैंसर के नमूने थे।

[हमने देखा] "हजारों और हजारों उत्परिवर्तन, और इससे हमें रोगी के नमूनों में पैटर्न देखने में सक्षम होने की बहुत शक्ति मिलती है," निक-ज़ैनल ने कहा।

प्रत्येक अंग के लिए, टीम को केवल 5 से 10 सामान्य हस्ताक्षर मिले, जो कैंसर में एक सामान्य सूत्र का सुझाव देते हैं जिसे बेहतर उपचार के लिए सह-चुना जा सकता है। अंगों पर हस्ताक्षरों का मिलान करते हुए, उन्हें 58 नए उंगलियों के निशान मिले, जिनकी तुलना पिछले वैश्विक प्रयास से की गई थी कैंसर उत्परिवर्तन का दस्तावेजीकरण. कुछ रोगियों में आम थे; दूसरों को और अधिक अद्वितीय, कैंसर के "स्नोफ्लेक" चरित्र को छेड़ना।

आगे जासूसी कार्य के साथ, उन्होंने उत्परिवर्तन हस्ताक्षरों के संभावित कारणों का शिकार किया। कुछ अपराधी पहले से ही जाने-पहचाने थे: निप-टक जो ब्रेक के बाद खुद को ठीक करने की डीएनए की क्षमता से समझौता करते हैं।

दूसरों ने अधिक गूढ़ क्षति का खुलासा किया। ब्रेन ट्यूमर के लिए एक हस्ताक्षर, उदाहरण के लिए, आश्चर्यजनक रूप से यूवी प्रकाश के साथ नष्ट किए गए नमूनों के समान था। प्लेटिनम के संपर्क में कई प्रकार के कैंसर होते हैं, जिनमें अंडाशय, पेट और स्तन कैंसर शामिल हैं। एक और हस्ताक्षर, जिसे SBS4 कहा जाता है (हाँ, उनके पास सबसे आकर्षक नाम नहीं हैं) तंबाकू के उपयोग से अत्यधिक जुड़ा हुआ है, लेकिन स्तन और पेट के कैंसर के लिए एक आश्चर्यजनक मेल के साथ-संभावित, एक पत्थर से कई पक्षियों को मारने के लिए दवा विकास का लक्ष्य।

रंगों के समान, पारस्परिक हस्ताक्षरों को एक स्पेक्ट्रा में जोड़ा जा सकता है-विभिन्न उत्परिवर्तन प्रोफाइल का इंद्रधनुष। अगर यह जटिल लगता है, तो ऐसा इसलिए है क्योंकि कैंसर बेहद जटिल है। विभिन्न हस्ताक्षर हमें एक जटिल, कैंसरयुक्त आनुवंशिक नुस्खा के पुनर्निर्माण में मदद कर सकते हैं ताकि हम इसे समझ सकें और बदले में यह जान सकें कि इसे कैसे नियंत्रित किया जाए।

आगे क्या?

फ़िंगरप्रिंटिंग कैंसर जीनोम बिल्कुल आकर्षक नहीं है, लेकिन डेटाबेस अगली पीढ़ी के कैंसर उपचार को प्रेरित कर सकता है।

जानकारी की मात्रा चौंका देने वाली है - यहां तक कि लेखकों ने भी आगे के विश्लेषण में अपना हाथ फेंकने की बात स्वीकार की। इसके बजाय, उन्होंने एक एल्गोरिथ्म विकसित और जारी किया जो डेटासेट में नए कैंसर आनुवंशिक डेटा को फिट करता है। डब किए गए फिटएमएस, या सिग्नेचर फिट मल्टी-स्टेप, सॉफ्टवेयर अध्ययन के समान दृष्टिकोण लेता है: पहले आम लोगों के लिए उपयुक्त हस्ताक्षर, फिर अतिरिक्त दुर्लभ हस्ताक्षरों की पहचान करने के दायरे को व्यापक बनाना।

उपकरण स्वतंत्र रूप से उपलब्ध है ताकि डॉक्टर डेटाबेस में एक नए ऊतक के नमूने का मिलान कर सकें। यह "हस्ताक्षर-फिटिंग" प्रक्रिया, सिद्धांत रूप में, रोगी के कैंसर के उपचार को उनके विशेष उत्परिवर्तन के सेट के लिए निदान और दर्जी कर सकती है।

"इस अध्ययन से पता चलता है कि कैंसर कैसे विकसित हो सकता है, यह कैसे व्यवहार करेगा, और कौन से उपचार विकल्प सबसे अच्छा काम करेंगे, इसका सुराग देने में संपूर्ण जीनोम अनुक्रमण परीक्षण कितने शक्तिशाली हो सकते हैं," कहा कैंसर रिसर्च यूके से मिशेल मिशेल।

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समय टिकट: अप्रैल १, २०२४