यह ब्लॉग पोस्ट ओमिक्स अनुसंधान के नजरिए से जांच करता है कि कोशिकाओं के विभेदन के दौरान प्रोटीन संयोजन किस प्रकार बदलते हैं और ये परिवर्तन जैविक प्रणालियों के कार्यों और रोग की शुरुआत से किस प्रकार संबंधित होते हैं।
आधुनिक जीवन विज्ञान में एक प्रमुख शब्द ओमिक्स है। व्यक्तिगत जीन और प्रोटीन के कार्य और संरचना के विश्लेषण पर केंद्रित पिछले जीवन विज्ञान अनुसंधान के विपरीत, ओमिक्स में जीनोमिक्स (किसी जीव या कोशिका में जीन या जीनोम के संपूर्ण समूह का अध्ययन), ट्रांसक्रिप्टोमिक्स (आरएनए या ट्रांसक्रिप्टोम के संपूर्ण समूह का अध्ययन), और प्रोटिओमिक्स (प्रोटीन या प्रोटिओम के संपूर्ण समूह का अध्ययन) जैसी अवधारणाएँ शामिल हैं।
आणविक जीव विज्ञान के सिद्धांत के अनुसार, डीएनए में निहित आनुवंशिक जानकारी का केवल एक भाग ही आरएनए में लिप्यंतरित होता है, और उस आरएनए का केवल एक भाग ही प्रोटीन में अनुवादित होता है। किसी विशिष्ट जैविक तंत्र, जैसे कि कोई जीव या कोशिका, के जीनोम में उस तंत्र द्वारा किए जाने वाले सभी कार्यों की संपूर्ण आनुवंशिक जानकारी होती है। मानव तंत्र के जीनोम और किसी अन्य तंत्र, जैसे कि मानव यकृत कोशिका, के जीनोम में समान जानकारी होती है। हालाँकि, मानव यकृत कोशिका और चूहे की यकृत कोशिका के जीनोम में अलग-अलग जानकारी होती है। इस बीच, ट्रांसक्रिप्टोम में उन कार्यात्मक गतिविधियों के बारे में जानकारी होती है जो संभवतः जीनोमिक जानकारी से वर्तमान में की जा रही हैं, और प्रोटिओम, ट्रांसक्रिप्टोम के भाग के रूप में, वास्तव में की जा रही कार्यात्मक गतिविधियों के बारे में जानकारी का प्रतिनिधित्व करता है। वे पदार्थ जो जीवित जीवों में सीधे आवश्यक 'कार्य' करते हैं, जैसे जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करना, वे प्रोटीन हैं जो प्रोटिओम का निर्माण करते हैं।
मनुष्यों में 20,000 से ज़्यादा विशिष्ट प्रोटीन होते हैं, और मानव कोशिकाओं में, उनके प्रकार के आधार पर, इन प्रोटीनों के विभिन्न संयोजन पाए जाते हैं। अर्थात्, जहाँ कुछ प्रोटीन सामान्यतः त्वचा कोशिकाओं, तंत्रिका कोशिकाओं, पेशी कोशिकाओं आदि में पाए जाते हैं, वहीं अन्य प्रोटीन केवल विशिष्ट प्रकार की कोशिकाओं में ही पाए जाते हैं। कोशिकाएँ विभेदन नामक एक प्रक्रिया से गुज़रती हैं, जहाँ एक प्रकार की कोशिका बाहरी उत्तेजनाओं या किसी अंतर्निहित प्रक्रिया के अनुक्रियास्वरूप दूसरी प्रकार की कोशिका में परिवर्तित हो जाती है। जब कोशिकाएँ विभेदन के माध्यम से बदलती हैं, तो उनमें उपस्थित प्रोटीनों का संयोजन भी बदल जाता है। हालाँकि कोशिका विभेदन व्यक्तिगत विकास के दौरान प्रमुखता से देखा जाता है, लेकिन जिस प्रक्रिया द्वारा सामान्य कोशिकाएँ कैंसर कोशिकाओं में परिवर्तित होती हैं, उसे भी विभेदन प्रक्रिया के रूप में समझा जा सकता है।
एक ऐसे मामले पर विचार करें जहाँ प्रोटिओमिक्स-आधारित अनुसंधान किसी रोगी की कैंसर कोशिकाओं और सामान्य कोशिकाओं पर लागू किया जाता है। कैंसर कोशिकाओं और सामान्य कोशिकाओं के प्रोटिओम की तुलना करने से उन प्रोटीनों की पहचान संभव होती है जिनके स्तर कैंसर कोशिकाओं में सामान्य कोशिकाओं की तुलना में बदल गए हैं। वैज्ञानिक इन प्रोटीनों को कैंसर के उपचार के लिए संभावित नए चिकित्सीय लक्ष्यों के रूप में पहचानते हैं और उन पर अनुसंधान करते हैं। जिन प्रोटीनों का स्तर सामान्य कोशिकाओं की तुलना में कैंसर कोशिकाओं में बढ़ा हुआ होता है, वे ऑन्कोजीन के लिए उम्मीदवार हो सकते हैं, जबकि जिन प्रोटीनों का स्तर सामान्य कोशिकाओं की तुलना में कैंसर कोशिकाओं में कम होता है, वे ट्यूमर सप्रेसर प्रोटीन के लिए उम्मीदवार हो सकते हैं।
तो इन खोजे गए 20,000 से ज़्यादा मानव प्रोटीनों में से कौन-सा प्रोटीन है, इसकी पहचान कैसे की जाती है? प्रोटीन में 20 प्रकार के अमीनो एसिड होते हैं जो एक रेखीय क्रम में जुड़े होते हैं, और प्रत्येक प्रोटीन में औसतन लगभग 500 अमीनो एसिड होते हैं। चूँकि अलग-अलग प्रोटीनों के अमीनो एसिड क्रम अलग-अलग होते हैं, इसलिए किसी विशिष्ट प्रोटीन के अमीनो एसिड क्रम को जानने से उसकी पहचान की जा सकती है।
प्रोटीन के अमीनो अम्ल अनुक्रम को निर्धारित करने के लिए कई प्रयोगात्मक विधियाँ मौजूद हैं, जिनमें से एक पेप्टाइड आणविक भार विश्लेषण है। इसमें किसी अज्ञात प्रोटीन को ट्रिप्सिन से उपचारित करके उसे पेप्टाइड्स में विभाजित करना शामिल है—लगभग 10 अमीनो अम्लों के औसत वाले टुकड़े—और फिर प्रत्येक पेप्टाइड का आणविक भार मापना। चूँकि ट्रिप्सिन विभाजन के लिए विशिष्ट अमीनो अम्लों की पहचान करता है, इसलिए यह अनुमान लगाना संभव है कि अमीनो अम्लों के बीच विभाजन कहाँ होगा। वास्तव में, प्रोटिओमिक विश्लेषण डेटा को संख्यात्मक रूप से पेप्टाइड आणविक भार मानों और पेप्टाइड्स की सापेक्ष प्रचुरता के रूप में प्रस्तुत किया जाता है। चूँकि सभी मानव प्रोटीनों के अमीनो अम्ल अनुक्रम और आणविक भार पहले से ही ज्ञात हैं, इसलिए कैंसर कोशिकाओं और सामान्य कोशिकाओं के प्रोटिओम्स को ट्रिप्सिन से उपचारित करके प्राप्त पेप्टाइड्स के आणविक भार विश्लेषण परिणामों का उपयोग संभावित चिकित्सीय लक्ष्य प्रोटीनों की पहचान करने के लिए किया जा सकता है।
