छायाचित्र: सय्यद अली
मलेरिया हा मानवजातीवर परिणाम करणाऱ्या प्राणघातक आजारांपैकी एक असून सन २०१९ मध्ये जगभरातील चार लाखाहून अधिक लोक त्यामुळे मृत्युमुखी पडले. मादी अॅनोफिलीस डासांद्वारे प्रसारित होणारा हा आजार प्लाझमोडियम नावाच्या सूक्ष्म परजीवींच्या विविध प्रजातींमुळे होतो. त्यापैकी प्रमुख दोन प्रजाती, प्लाझमोडियम व्हिव्हॅक्स आणि विशेषतः प्लाझमोडियम फाल्सीपेरम यामुळे मलेरियाची लागण सर्वाधिक होते. रुग्णाची प्रतिकारशक्ती, परजीवी जीवाणूंचे रक्तातील प्रमाण, तसेच सेरेब्रल मलेरियामध्ये मेंदूसारख्या विशिष्ट अवयवांवर परजीवी जीवाणूंचा हल्ला इत्यादी अनेक कारणांमुळे फाल्सीपेरम मलेरियाच्या रूग्णांमध्ये सौम्य स्वरुपाचा आजार गंभीर रूप धारण करतो आणि रुग्णाची परिस्थिती खालावत जाते. बऱ्याच लोकांमध्ये रोग प्रतिकारशक्ती चांगली असते, म्हणजे गंभीर संसर्ग असतानाही त्यांच्यात ताप, डोकेदुखी आणि हुडहुडी भरणे यासारखी रोगाची बाह्य लक्षणे दिसत नाहीत. आजघडीला मलेरियाच्या तीव्रतेचा अंदाज बांधण्यासाठी भारतात जी प्रायोगिक पद्धत वापरली जाते ती निव्वळ निरीक्षणे आणि रुग्णांच्या वैयक्तिक अनुभवांवर आधारित आहे.
नुकत्याच झालेल्या अभ्यासात भारतीय तंत्रज्ञान संस्था, मुंबई (आयआयटी बॉम्बे) च्या संशोधकांनी त्यांच्या सहयोगी रुग्णालयांच्या साथीने प्रथिनांचे एक पॅनेल (गट) तयार केले, ज्याद्वारे मलेरियाकारक परजीवी जीवाणूंच्या प्रजातीमधील (प्लाझमोडियम व्हिव्हॅक्स किंवा प्लाझमोडियम फाल्सीपेरम) फरक ओळखता येईल तसेच रोगाची तीव्रताही तपासता येऊ शकेल. कम्युनिकेशन्स बायोलॉजी - नेचर या नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या या अभ्यासाला भारत सरकारच्या जैवतंत्रज्ञान विभागाने अर्थसहाय्य दिले होते.
मलेरियाचे निदान करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या नेहमीच्या प्रयोगशाळेतील पद्धतीमध्ये सूक्ष्मदर्शक वापरुन संभाव्य रुग्णाच्या रक्ताच्या नमुन्याचे परीक्षण करून त्यात परजीवी जीवाणूंचा शोध घेतला जातो. तथापि, ही पद्धत रोगाच्या संभाव्य चढउताराचे व कारणांचे पूर्वनिदान करण्यात सहाय्यक ठरतेच असे नाही. रोगनिदानाचे इतर पर्याय म्हणजे परजीवी जीवाणूमधील एका रायबोन्यूक्लिक अॅसीडसाठीची (आरएनए) रॅपीड डायग्नोस्टिक्स टेस्ट (आरडीटी) आणि न्यूक्लिक अॅसिड एम्पलीफिकेशन (एनएए) टेस्ट. आरडीटीचे परिणाम त्वरित मिळतात परंतु मलेरियाचे निदान करण्याच्या दृष्टीने या चाचणीची संवेदनशीलता आणि निश्चितता कमी आहे. तसेच, काही भौगोलिक ठिकाणी परजीवींच्या निदानासाठी वापरल्या जाणार्‍या जनुकांचा लोप (उत्परिवर्तनामुळे) झाल्यामुळे चुकीचे निदान होते. दुसरीकडे, एनएए चाचणीमुळे बिनचूक निदान होते परंतु त्यासाठी सुसज्ज प्रयोगशाळा आणि अखंड वीजपुरवठ्याची आवश्यकता असते. या सुविधा ग्रामीण भागात, जिथे प्रामुख्याने मलेरियाचा प्रादुर्भाव आहे अशा ठिकाणी मिळणे असंभवनीय आहे. म्हणून, मलेरियाचे निदान आणि रोगकारक प्रजातीमधील फरक ओळखण्यासाठी उपयुक्त चाचण्या विकसित करण्याची आवश्यकता आहे. अशा चाचण्या, केवळ रोगाचा अंदाज लावण्यातच नव्हे तर उपचार योजनेची आखणी करण्यात देखील मदत करू शकतील.
“आमचे निष्कर्ष, मलेरियाला सहज बळी पडू शकणाऱ्या जनतेचे जीवनमान सुधारण्यास मदत करतील. तसेच, रोगाचे पूर्व निदान शक्य असल्याने कमीतकमी संसाधने असलेल्या देशातील व्यक्तींसाठीही प्रभावी आणि कार्यक्षम उपचार योजना आखण्यात सहाय्यक ठरतील.” असे भारतीय तंत्रज्ञान संस्थेच्या शालिनी अग्रवाल सांगतात. त्या संशोधन सहकारी असून, या अभ्यासामध्ये सहभागी असलेल्या संशोधकांपैकी एक आहेत.
प्रथिनांच्या रेणूंची रचना गुंतागुंतीची असून त्यांच्याद्वारे आपल्या शरीरातील महत्वपूर्ण कार्ये पार पडतात. रासायनिकदृष्ट्या, प्रथिने पेप्टाइड्सपासून बनतात मुळात पेप्टाइड्स अमीनो आम्लापासून बनलेली असतात. जेव्हा एखादा परजीवी जीवाणू मानवी शरीरात प्रवेश करून स्थापित होतो तेव्हा त्याच्या संसर्गामुळे यजमान शरीरातील प्रथिनांच्या प्रमाणात उतार चढाव होतात ज्याचे पर्यवसान शरीरातील पेशींवर तसेच महत्वाच्या रासायनिक रेणूंवरील परिणामात होते.
संशोधकांनी फाल्सीपेरम मलेरिया, व्हिव्हॅक्स मलेरिया व डेंग्यूच्या गंभीर आणि सौम्य रुग्णांचे तसेच निरोगी लोकांच्या रक्ताचे नमुने गोळा केले. त्यांनी रक्तातील प्लाझ्मामधून सर्व प्रथिने वेगळी केली – प्लाझ्मा म्हणजे रक्ताचा फिकट पिवळा द्रवभाग, जो शरीराच्या वेगवेगळ्या भागात प्रथिनांची ने-आण करतो. लिक्विड क्रोमॅटोग्राफी आणि मास स्पेक्ट्रोमेट्री सारख्या तंत्राचा वापर करून त्यांनी या प्रथिनांचे वर्गीकरण केले व त्यांचे प्रमाण मोजले. प्लाझ्माच्या नमुन्यांमध्ये उपस्थित प्रत्येक प्रकारचे प्रथिन एक विशिष्ट उंचवटा दाखवते. या उंचवट्याखालील क्षेत्रफळ हे त्या प्रथिनाचे प्रमाण असते. वेब डेटाबेसमध्ये उपलब्ध असलेल्या प्रथिनाच्या अनुक्रमाशी या स्पेक्ट्राची तुलना करून त्यांनी प्रथिनांची ओळख पटवली आणि फाल्सीपेरम मलेरिया, व्हिवॅक्स मलेरिया आणि डेंग्यूच्या सौम्य आणि गंभीर रुग्णांच्या बाबतीत तुलनात्मक निष्कर्ष काढले.
त्यानंतर, प्रत्येक रोगाच्या संदर्भात मिळालेला हा प्रथिनांचा डेटा संशोधकांनी मशीन लर्निंग मॉडेलला पुरवला. हा सांख्यिकीय अल्गोरिदमचा एक प्रकार आहे, जो इनपुट आणि त्याच्याशी संबंधित ज्ञात परिणामामध्ये अर्थपूर्ण संबंध प्रस्थापित करू शकतो. अशाप्रकारे हे मशीन मॉडेल मिळालेल्या माहितीच्या आधारे मलेरियाच्या सौम्य आणि गंभीर प्रकरणांमधील तसेच मलेरिया आणि डेंग्यू यातील फरक ओळखू शकते. अशाप्रकारे प्रशिक्षित मॉडेल मलेरियाच्या नवीन प्रकरणांचे आणि त्यांच्या गंभीरतेचे वर्गीकरण करते, जेणेकरून हे प्रथिनांचे समूह मलेरियाच्या निदानासाठी उपयुक्त असे संभाव्य बायोमार्कर्स ठरतात.
प्लाझ्माच्या नमुन्यांमधील ज्या प्रथिनांच्या स्तरामध्ये अनियमितता दिसली तेवढीच प्रथिने पॅनेलमध्ये समाविष्ट करून पॅनेलमधील एकूण प्रथिने कमी करण्यात संशोधकांनी यश मिळवले. गंभीर फाल्सीपेरम मलेरियाच्या रुग्णांमध्ये सौम्य रुग्णांच्या तुलनेत २५ प्रथिनांचा स्तर असामान्यपणे जास्त दिसला. ही प्रथिने प्रामुख्याने, रक्तात घुसलेल्या परजीवी जीवाणूविरुद्ध सक्रीय होणाऱ्या प्लेटलेट्स तसेच लघुरक्तवाहिन्यांचा मार्ग अवरुद्ध करून अवयवांचे गंभीर नुकसान करणाऱ्या, लाल रक्तपेशींच्या गुठळ्या होण्याच्या प्रवृत्तीला नियंत्रित करतात. व्हिवॅक्स मलेरियाच्या बाबतीत, त्यांना गंभीर प्रकरणात मुबलकपणे आढळणारी अशी ४५ प्रथिने सापडली, जी मानवाच्या रोगप्रतिकारशक्तीशी आणि मानवी लाल रक्तपेशीमधील परजीवी जीवाणूंच्या वाढीशी व प्रसाराशी संबंधित होती.
मलेरियाच्या रुग्णांमध्ये पी. फाल्सीपेरमची सहा परजीवी प्रथिनेदेखील संशोधकांना सातत्याने आढळली. ही प्रथिने परजीवींची संसर्गक्षमता वाढवणाऱ्या एन्झाईम्सचे प्रतिनिधित्व करणारी होती. याशिवाय, त्यांनी फॅल्सीपेरम मलेरियामुळे दिसून येणारी, मेंदूचे नुकसान करणारी आणि तीव्र अशक्तपणास कारणीभूत ठरणारी प्रथिनेदेखील ओळखली.
या प्रथिनांमुळे भविष्यात अशी डायग्नोस्टिक किट तयार करण्याचा मार्ग खुला झाला आहे, ज्यांचा वापर मलेरियाची गंभीर प्रकरणे तपासण्यासाठी तसेच मलेरिया आणि डेंग्यूमधील फरक ओळखण्यासाठी केला जाऊ शकतो. नैदानिक उपयोगात, मधुमेह किंवा कोलेस्टेरॉल चाचणी प्रमाणेच, एखाद्या रोग्याच्या रक्ताच्या नमुन्यामधील प्रथिनांच्या पातळीची तुलना मानक प्रमाणित प्रथिनांच्या मूल्यांशी करून या आजारांचे निदान होणे शक्य होईल. वेळेवर निदान होणे वेळेवर उपचार होण्यास सहाय्यक ठरेल, ज्याचा खात्रीशीर परिणाम होईल.
सदरच्या अभ्यासामुळे भारतात जेथे ८५% लोक मलेरिया ग्रस्त क्षेत्रात राहतात अशा ठिकाणी मलेरिया नियंत्रित करण्यासाठी एक नवा दृष्टीकोन उदयास आला आहे.
“भविष्यात, आम्ही या माहितीवर आधारित डिप-चिप चाचणी किंवा वापरकर्त्यांसाठी सुलभ किटची निर्मिती करू इच्छितो. डिप-चिप चाचणीमध्ये प्रभावी रोग निदानासाठी, रोगाचे पूर्वनिदान तसेच रोगकारक जीवाणूमधील फरक ओळखण्यात सक्षम प्रथिनांच्या पॅनेलचा थर सब्सट्रेटवर दिला जाऊ शकतो,” शालिनी त्यांच्या योजनांबद्दल सांगताना म्हणाल्या.