ओह! वे वेरिएंट्स

म्यूटेशन, वेरिएंट और सीक्वेंसिंग पर एक शुरुआती जानकारी।

-अनु आचार्य, मैपमायजीनोम

20 साल पहले, जब मैंने जीनोमिक्स की दुनिया में अचानक गोता लगाया, तो इसकी शब्दावली उस छोटे जीनोमिक ब्रह्मांड तक सीमित थी जहाँ मैं खुद को सफल होते हुए पा रही थी। बाहरी दुनिया इसे एक दिलचस्प चीज़ के रूप में जानती थी जिसके बारे में कभी ज़्यादा जानने की ज़रूरत नहीं थी। इन वर्षों में, डीएनए परीक्षण और सीक्वेंसिंग के बारे में जनता में जागरूकता बढ़ी क्योंकि परीक्षण मरीज़ों, डॉक्टरों और उपभोक्ताओं के लिए सुलभ हो गए। हालांकि, दुनिया ने पहले कभी सीक्वेंसिंग शब्दावली, जीनोम सीक्वेंसिंग, आरटी-पीसीआर, और बहुत कुछ के बारे में जागरूकता के मामले में इतना बड़ा विस्फोट नहीं देखा। कुछ दोस्तों से बात करने और ऑनलाइन कुछ टिप्पणियाँ पढ़ने के बाद, मैंने सोचा कि इस्तेमाल की जाने वाली भाषा को सरल बनाना अच्छा हो सकता है ताकि इसे बेहतर ढंग से समझा जा सके।

पिछले साल अप्रैल में, मैंने सीक्वेंसिंग (सीक्वेंस!, सीक्वेंस!, सीक्वेंस!) पर एक ब्लॉग लिखा था, जिसमें भारत से वायरस में म्यूटेशन हो रहा है या नहीं, यह समझने के लिए और ज़्यादा सीक्वेंस करने का आग्रह किया गया था क्योंकि यह परीक्षण, टीके और दवाओं सहित कई चीजों को प्रभावित करता है और इस तरह सार्वजनिक स्वास्थ्य नीति को भी प्रभावित करता है।

जैव प्रौद्योगिकी विभाग ने इस साल भारत में अधिक नमूनों को सीक्वेंस करने में मदद करने के लिए INSACOG बनाया। वह लक्ष्य भारत को मिलने वाले पॉज़िटिव नमूनों का 5% है। यह एक शानदार लक्ष्य है क्योंकि दुनिया का सबसे ज़्यादा सीक्वेंस किया जाने वाला देश (यूके) लगभग 10% मामलों को सीक्वेंस करता है। अमेरिका लगभग 2% को सीक्वेंस करता है। अगर हम कुछ बातों पर ध्यान दें, तो हमने पॉज़िटिव पाए गए लोगों में केवल 20,000 वायरल नमूनों का ही सीक्वेंस किया है। इसे जबरदस्त तरीके से बढ़ाने की योजना है। यह वास्तव में हमें यह समझने में मदद कर सकता है कि क्या हम और अधिक वेरिएंट की उम्मीद कर सकते हैं और क्या वे किसी भी टीके, संक्रमण दर, दवाओं, आरटी-पीसीआर परीक्षणों आदि को प्रभावित करेंगे। विश्व स्तर पर जीनोम के अनुक्रमों को समझना हमें उत्पत्ति, संचरण, आनुवंशिक विविधता और प्रकोप की गतिशीलता पर भी एक बेहतर दृष्टिकोण देता है।

यह वायरस और मेज़बान (इस मामले में मानव) के बीच एक विकासवादी खेल है। वायरस के दृष्टिकोण से, उसका अस्तित्व अधिक लोगों को संक्रमित करने और मनुष्यों द्वारा बनाए गए टीकों के माध्यम से विकसित दवाओं और प्रतिरक्षा स्मृति से बचने पर निर्भर करता है। यह जितनी देर तक मेज़बान में रहता है और जितने अधिक मेज़बानों को संक्रमित करता है, प्रतिकृति और उस प्रक्रिया में त्रुटियों के परिणामस्वरूप म्यूटेशन की संभावना उतनी ही अधिक होती है। कई म्यूटेशन एक वेरिएंट को जन्म देते हैं जब उसकी संक्रमित करने, संचारित करने या गंभीर बीमारी पैदा करने की क्षमता में बदलाव होता है। वायरस को अप्रभावी बनाने वाले म्यूटेशन का अध्ययन नहीं किया जाता है क्योंकि हम आमतौर पर उस मेज़बान में वायरस की तलाश करते हैं जिसे वह संक्रमित करता है।

जैसे ही नई दवाएँ और टीके प्रतिकृति को रोकने की कोशिश करते हैं, वायरस को अपनी वृद्धि के पथ को जारी रखने के तरीके खोजने पड़ते हैं और इस प्रकार उत्परिवर्तित संस्करण सामने आते हैं। वायरस और इंसान के बीच की लड़ाई में, रोकथाम ही इलाज है। जितनी जल्दी हम कम समय में बड़ी आबादी का टीकाकरण करेंगे, उतनी ही तेज़ी से हम जीत सकते हैं। इस प्रक्रिया के दौरान, हमें यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि वैश्विक मानव समुदाय द्वारा अन्य निवारक उपाय किए जा रहे हैं, जिसमें मास्क पहनना और अन्य स्वच्छता उपाय शामिल हैं।

तो, जीनोमिक सीक्वेंसिंग को लेकर इतना शोर-शराबा क्यों है और ये कौन से वेरिएंट हैं जो लोगों को भावनात्मक रूप से चार्ज कर देते हैं क्योंकि देश उनसे जुड़े होते हैं?

अधिकांश लोग अब टीवी, समाचार पत्रों आदि में दिखाई देने वाली गेंद जैसी संरचना से परिचित हैं। अगर हमें इसे उसके मूल में तोड़ना होता, तो यह लगभग 29,000 बेस पेयर का होता। इसकी तुलना में, हम मनुष्यों के पास लगभग 3.2 बिलियन बेस पेयर हैं। एक वायरल सीक्वेंसिंग मूल सीक्वेंसिंग नमूने में बदलाव दिखाएगी जो दिसंबर 2019 में चीन के वैज्ञानिकों द्वारा प्रस्तुत किया गया था। उस अनुक्रम को आधार अनुक्रम माना जाता है। उसमें कोई भी बदलाव एक म्यूटेशन माना जाएगा। अब जीनोम के विभिन्न हिस्सों में हजारों म्यूटेशन पाए जाएंगे, लेकिन उनमें से कई इस बात पर कोई अंतर नहीं कर सकते हैं कि वायरस हमारे शरीर में कैसे प्रवेश करता है और बीमारी का कारण बनता है। अगर हम वायरस को कागज़ के रोल की तरह खोल सकें, तो वह कुछ ऐसा दिखेगा।

 

स्रोत: सेल आर्टिकल: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867420304062

रुचि का क्षेत्र स्पाइक प्रोटीन (हरे रंग का S क्षेत्र) में, विशेष रूप से आरबीडी क्षेत्र या रिसेप्टर-बाइंडिंग डोमेन में पाया जाता है। मूल रूप से, यह वह क्षेत्र है जो मानव कोशिकाओं में पाए जाने वाले ACE2 रिसेप्टर्स से जुड़ता है। जब हम वायरस का अनुक्रमण करते हैं, तो हमें A, C, T, G के रूप में डेटा मिलता है। उन लोगों के लिए जो आरएनए बनाम डीएनए के बारे में सोच रहे हैं। हम एक रिवर्स ट्रांसक्रिप्शन करेंगे और वास्तविक डीएनए अनुक्रम बनाने के लिए एक सीडीएनए लाइब्रेरी बनाएंगे।

आप सोच रहे होंगे कि एक छोटा सा बदलाव कैसे फर्क पड़ता है? खैर, हाई स्कूल जीव विज्ञान से आपको अमीनो एसिड याद होंगे। तीन बेस एक अमीनो एसिड के लिए कोड करते हैं।

जब हमने पहली बार ओसियम बायोसोल्यूशंस शुरू किया, तो मैं अपने सर्वरों का नाम अमीनो एसिड रखना चाहता था। इस विचार को खारिज कर दिया गया, लेकिन यह मुझे अभी भी कुछ नाम याद रखने में मदद करता है। इन्हें समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि ये वे अक्षर हैं जिन्हें आप विभिन्न उत्परिवर्तन में देखेंगे। 20 आवश्यक अमीनो एसिड और कुछ और मिलाकर 22 अमीनो एसिड हैं। कुछ ऐसे नाम जो आपने COVID संदर्भ में सुने होंगे, वे हैं N (एस्पारागिन), K (लाइसिन), D (एस्पार्टिक एसिड), G (ग्लाइसिन), और P (प्रोलाइन)।

दिसंबर 2019 में चीनी वैज्ञानिकों द्वारा प्रकाशित मूल अनुक्रम से कोई भी बदलाव जिसे जंगली प्रकार के रूप में जाना जाता है, उसे उत्परिवर्तन के रूप में जाना जाता है। वे विभिन्न प्रकार के हो सकते हैं। अंग्रेजी में मान लेते हैं कि हमारे पास एक वाक्य था "कृपया अग्रिम में एक बर्थ आरक्षित करें" जब इसका मतलब था "कृपया अग्रिम में एक बर्थ आरक्षित करें"। जैसा कि आप देख सकते हैं कि यह वाक्य का अर्थ बदल देता है। इसी तरह जब एक अक्षर को बदल दिया जाता है तो यह प्रोटीन और उसकी संरचना को पूरी तरह से बदल देता है।

इसी तरह, जब कोई वायरस अपनी प्रतियां बनाता है, तो वह विभिन्न प्रकार की कॉपी करने में त्रुटियां कर सकता है।

आमतौर पर पाए जाने वाले मिससेंस म्यूटेशन: यहां एक अक्षर गलत कॉपी हो जाता है जिसके परिणामस्वरूप हम जिसे पॉइंट म्यूटेशन कहते हैं। लेकिन जैसा कि ऊपर बताया गया है, यह अमीनो एसिड को बदल सकता है।

• E484K जिसे कुछ वैज्ञानिकों ने ईक उपनाम दिया है, स्पाइक प्रोटीन में E से K तक 484 स्थिति पर अमीनो एसिड में बदलाव है जो हरे रंग का है। उदाहरण के लिए E (ग्लूटामिक एसिड GAA या GAG के लिए है। K जो लाइसिन AAA या AAG के लिए कोड करता है। तो यदि पहला अक्षर G से A में बदल जाता है, तो यह इसे ग्लूटामिक एसिड से लाइसिन में बदल देगा। यह एंटीबॉडी से बचने के लिए परिकल्पित है।
• इसी तरह, हमारे पास अन्य म्यूटेशन जैसे N440K, N501Y (नेली), A222V, K417N, L452R, D614G (डौग) हैं जो इसे अधिक संक्रामक बनाते हैं।

प्रसिद्ध विलोपन

• 69-70del जिसे HV 69/70 भी कहा जाता है, आरएनए में 6 बेस के विलोपन के कारण होता है जिससे 2 अमीनो एसिड हटा दिए जाते हैं। यदि आप भूल गए हैं, तो एक अमीनो एसिड 2 बेस पेयर से बना होता है जो एक अमीनो एसिड के लिए कोड करता है।

और ऐसे अंतर्वेश भी हैं जहाँ अतिरिक्त बेस जोड़े जाते हैं आदि।

वेरिएंट का नामकरण

कार्यप्रणाली में महत्वपूर्ण बदलाव के साथ उत्परिवर्तन के संग्रह को एक वेरिएंट कहा जाता है। वह (कु)प्रसिद्ध लोग जो किसी देश से जुड़े थे जहाँ इसे पहली बार खोजा गया था।

कई नामकरण परंपराएं हैं जो आपको भ्रमित कर सकती हैं। A और B उपसर्ग वाले नाम पेंगोलिन नामक प्रणाली से आते हैं। अन्य प्रणालियों में नेक्स्टस्ट्रेन शामिल है। WHO ने हाल ही में एक नई प्रणाली बनाई है। (यह भाग अपडेट कर रहा हूं क्योंकि यह मेरे द्वारा प्रकाशित होने के बाद आया है)

हालांकि मैं वेरिएंट के नामकरण से देशों को दूर रखना पसंद करता हूं, कुछ दुर्भाग्यवश देश के नामों से बहुत लोकप्रिय हो गए। पैंगोलिन के नाम A या B से शुरू होते हैं। जैसा कि हम प्रमुख सॉफ़्टवेयर अपडेट में देखते हैं, नाम अक्सर मूल संस्करण के अपडेट को दर्शाते हुए दशमलव के साथ होते हैं। जब सभी अनुक्रमों का एक वृक्ष खींचा जाता है, तो हम देखना शुरू कर सकते हैं कि यह कितनी खूबसूरती से शाखाएं बनाता है। मेरे पास नेक्स्टस्ट्रेन वेबसाइट से नवीनतम वेरिएंट का एक स्क्रीनशॉट है।

जैसा कि आप देख सकते हैं कि एक वेरिएंट दूसरे से आता है और दुनिया म्यूटेशन का एक पिघलने वाला बर्तन है और म्यूटेशन और संक्रमण के बीच एक दुष्चक्र बनता है। जितने अधिक संक्रमण होंगे, उतने ही अधिक म्यूटेशन होंगे और इसके विपरीत।

WHO ने जिन चिंता के वेरिएंट का नाम लिया है वे हैं

B.1.117 या अल्फा वेरिएंट जिसे यूके में पहली बार सीक्वेंस किया गया था, उसमें N501Y (नेली) और D618G (डौग) सहित 17 अधिग्रहित म्यूटेशन हैं।

B.1.351 या बीटा को पहली बार दक्षिण अफ्रीका में सीक्वेंस किया गया था। इसमें N501Y (नेली) जैसे कुछ सामान्य म्यूटेशन हैं, लेकिन इसमें एक नया म्यूटेशन E484K (ईक) भी है जो संभावित रूप से एंटीबॉडी से बचता है।

B.1.1.28 या गामा जिसे पहली बार ब्राजील में सीक्वेंस किया गया था, जिसे P1 या P2 के नाम से भी जाना जाता है, उसमें भी भयानक E484K (ईक) है जो इसे कुछ हद तक एंटीबॉडी से बचने की अनुमति देता है।

B.1.617.2 या डेल्टा जिसे अक्टूबर 2020 में पहली बार महाराष्ट्र, भारत में सीक्वेंस किया गया था, उसमें E484K (ईक), L452R, E484Q, P681R सहित 15-17 म्यूटेशन हैं। हाल ही का B.1.617.2 B.1.617 का एक विस्तार है और इसमें मुख्य म्यूटेशन हैं, अर्थात् L452R, T478K और P681R।

 

WHO ने कुछ रुचि के वेरिएंट का भी ग्रीक अक्षरों में नामकरण किया है।

B.1.617.2 या डेल्टा भी पहली बार भारत में अनुक्रमित हुआ।

B.1.427/B.1.429 पहली बार संयुक्त राज्य अमेरिका में एप्सीलोन के रूप में अनुक्रमित हुआ।

P.2 या ज़ेटा पहली बार ब्राजील में अनुक्रमित हुआ।
P.3 या थीटा पहली बार फिलीपींस में अनुक्रमित हुआ।

B.1.525 या ईटा कई देशों में एक साथ पाया गया।

B.1.526 या आयोटा पहली बार संयुक्त राज्य अमेरिका में अनुक्रमित हुआ।

किसी भी जीव का अनुक्रमण करने के कई तरीके हैं। COVID के लिए पूरे जीनोम अनुक्रमण के तीन मुख्य तरीके शामिल हैं।

• मेटाजेनोमिक अनुक्रमण: इसमें हम एक नमूने में मानव, बैक्टीरिया, वायरस और कवक सहित सभी संभावित जीवों का अनुक्रमण करते हैं। शायद सबसे सस्ता तरीका है लेकिन कम वायरल लोड के लिए बहुत उपयोगी नहीं हो सकता है।
• लक्ष्य संवर्धन अनुक्रमण: इस मामले में, रुचि के क्षेत्रों को ओलिगोस के लक्ष्य-विशिष्ट जांच के संकरण द्वारा कैप्चर किया जाता है।
• एम्प्लिकॉन अनुक्रमण: इसमें हम वायरस के छोटे खंड लेते हैं, उन्हें पीसीआर का उपयोग करके प्रवर्धित करते हैं और उन क्षेत्रों का गहरा अनुक्रमण करते हैं।
• मल्टीप्लेक्स पीसीआर एक नया तरीका है और यह अपेक्षाकृत जल्दी एक आम सहमति अनुक्रम प्राप्त करने में मदद कर सकता है और प्रकोप में इसका बहुत उपयोग हुआ है।

कुछ प्रसिद्ध कंपनियाँ जिनके पास अनुक्रमण के लिए उपकरण हैं उनमें इलुमिना, ऑक्सफोर्ड नैनोपोर, बीजीआई आदि शामिल हैं। कई नए उपकरण और प्रौद्योगिकियां भी आ रही हैं।

विश्व स्तर पर वेरिएंट्स का अनुक्रमण करके, हम वायरस की उत्पत्ति और प्रसार को समझ सकते हैं और इसकी बीमारी की गतिशीलता को समझ सकते हैं। अनुक्रमण हमें RTPCR के माध्यम से बेहतर पहचान, अनुकूलित उपचार और विभिन्न स्ट्रेन के लिए बनाए गए प्रभावी टीकों के लिए अधिक संवेदनशील परीक्षण बनाने में भी मदद करेगा।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि पर्याप्त डेटा के साथ, हम इसके व्यवहार की भविष्यवाणी कर सकते हैं और शमन रणनीतियाँ डिज़ाइन कर सकते हैं। वायरस और इंसान के बीच इस खेल में, हमें खेल में आगे रहने के लिए कुछ तरकीबों की ज़रूरत है।

“हम उत्तरजीविता मशीनें हैं – रोबोट वाहन जो स्वार्थी अणुओं को संरक्षित करने के लिए आँख बंद करके प्रोग्राम किए गए हैं जिन्हें जीन के रूप में जाना जाता है। यह एक सच्चाई है जो अभी भी मुझे आश्चर्यचकित करती है।”
– रिचर्ड डॉकिंस, द सेल्फिश जीन