मानवी मायक्रोबायोम – आपल्या शरीराने सूक्ष्मजीवांकडून साधित केलेली बुद्धिमत्ता-डॉ. गिरीश ब.महाजन व श्रीमती. दिपाली राहुल फाटक

मानवी मायक्रोबायोम:

मानव अनादी कालापासून काही  चिमुकल्या  सहचरांबरोबर  राहतो आहे . या चिमुकल्या म्हणजे सूक्ष्म सहचरांमधे  (१ ते १० मायक्रोमीटर लांबीच्या) जिवाणू,कवके, यीस्ट,  विषाणूंचा इत्यादींचा समावेश होतो. हे सूक्ष्मजीव  मानवी शरीराच्या आत व पृष्ठभागावर आढळतात. या सर्व सूक्ष्मजीवांना एकत्रितरित्या ‘मानवी मायक्रोबायोम’ असे संबोधतात. शरीराच्या विशिष्ट भागात आढळणाऱ्या सूक्ष्मजीवांची घडण रचना प्रत्येक मानवामध्ये विभिन्न  असते. सूक्ष्मजीवांचे प्रकार व विपुलता या दोहोत वेगळेपणा असतो.  प्रत्येक व्यक्तीच्या विशिष्ट अवयवातील सूक्ष्मजीवांची घडण रचना वेगळी असते. म्हणून प्रत्येक व्यक्तीतील सूक्ष्मजीवांची घडण रचना त्या व्यक्तीची ओळख वा स्वाक्षरी असते.  एखाद्या व्यक्तीच्या ‘मायक्रोबायोमचे ‘ मूल्यमापन सूक्ष्मजीवशास्त्रातील मूलभूत पद्धतीद्वारे आणि अनेक आधुनिक जनुक तंत्रज्ञानातील पद्धतीने करता येते. 
‘मायक्रोबायोम संशोधन ‘ हा अभ्यास म्हणजे जनुक-सक्षम तंत्रज्ञानाद्वारे मिळविलेल्या  माहितीच्या आधारे समुदाय-स्तरावरील केलेले विश्लेषण होय. सूक्ष्मजंतूंचा प्रकार आणि त्यांची संख्या आपल्या त्वचेच्या किंवा शरीराच्या इतर भागांमधील स्राव आणि पौष्टिक द्रवांच्या पंक्ती सामग्रीवर अवलंबून असते.निवासी सूक्ष्मजीवांमध्ये असे विशिष्ट सूक्ष्मजीवाणू असतात जे नियमितपणे विशिष्ट अवयवात उपस्थित असतात आणि काही कारणांमुळे विचलित झाल्यास ती पुन्हा प्रस्थापित होतात. उदाहरणार्थ,  आतड्यातील एस्केरिचिया कोलाय जिवाणू. दिलेल्या क्षेत्रातील  त्यांची वाढ तापमान, आर्द्रता, विशिष्ट पोषक द्रव्ये आणि प्रतिबंधात्मक पदार्थांची उपलब्धता यासारख्या शारीरिक घटकांवर अवलंबून असते. त्वचा हा मानवी शरीराचा सर्वात मोठा अवयव आहे. सूक्ष्मजीवांच्या विविध जाती  (सुमारे  १०००) यात वसाहतींच्या  स्वरूपात विखुरलेल्या असतात.  त्यापैकी बहुतेक निरुपद्रवी आहेत किंवा मानवी शरीरासाठी फायदेशीर आहेत. आता आपण कल्पना करू शकता की हे असंख्य सूक्ष्मजंतू आपल्या शरीराच्या महत्त्वपूर्ण अवयवाप्रमाणे आहेत. हा सूक्ष्मजंतूंचा समूह आपल्या शारीरिक, सामाजिक आणि मानसिक आरोग्यामध्ये महत्वाची भूमिका बजावतो. जरी शास्त्रज्ञाना अद्याप त्या मार्गांविषयी पूर्ण माहिती नाही. वैज्ञानिकांनी मानवी जीवनाच्या विविध पैलूंमध्ये मानवी मायक्रोबायोमच्या महत्त्वपूर्ण भूमिकांचा शोध लावला आहे. मानवी क्रियाकलापांवर नियंत्रण ठेवण्यासाठी वेगळ्या प्रकारे काम करणारा  हा सूक्ष्मजीवजन्य दुसरा  ‘मेंदू’ कसे कार्यरत असतो  हे समजून घेण्यासाठी यापैकी काही गोष्टी विचारात घेऊ. 

मानवी आतड्याचा मायक्रोबायोम – नेमका काय आहे आणि त्याचा अभ्यास कसा केला जातो?:

मानवी आतड्यातील  मायक्रोबायोम (Human Gut Microbiome-HGM) हे मुलतः मानवी पचन नलिकेतील सूक्ष्मजीव होत. HGM मध्ये  शरीराच्या अन्य भागांच्या  तुलनेत जिवाणूंची  सर्वात मोठी संख्या आणि प्रजातींची विपुल विविधता असते. मानवी आतड्यातील विभिन्न भागात जिवाणूंची घडण विभिन्न असते. पचन मालिकेमध्ये अधिवासात  सूक्ष्मजीवांची संख्या (300 ते 1000 विविध प्रजातींसह) १०१४ पेक्षा जास्त असल्याचे अनुमान आहे. ही संख्या एकूण मानवी शरीरातील पेशीसंखेच्या १० पट व यातील मायक्रोबायोम जनुकीय प्रमाण हे मानवी जनुकांच्या १०० पट असते. HGM हे  आतड्याचे अखंडत्व बळकट करणे किंवा आतड्यातील बाह्यपेशीस्तराला आकार देणे, ऊर्जेचे नियंत्रण करणे, रोगजनकांपासून संरक्षण देणे आणि यजमान प्रतिकारशक्ती नियंत्रित करणे यासारख्या शारीरिक कार्येद्वारे मानवाला बरेच फायदे देते.
आतड्यांच्या मायक्रोबायोमचा अभ्यास करण्याचा एक सोपा मार्ग म्हणजे आतड्यातील द्रव्य आणि त्यातील आंतरिक पृष्ठभागातील द्रव्य नमुने प्रथम मिळविणे, त्यातील जिवाणूंची लागवड करणे, त्यातील विविध प्रजाती वेगळ्या करणे, आणि प्रत्येक जिवाणू प्रजातींचे वर्गीकरण करणे होय . यासाठी विविध प्रकारच्या पोषक, निवडक आणि भिन्नता  दर्शक लागवड द्रव्य माध्यमांचा  विविध प्रकार वापर केला जातो. भिन्नस्वरूपी पद्धतीने मिळविलेल्या जिवाणूंची ओळख निश्चित केली जाते. आपल्या आतड्यातील काही जिवाणूंची प्रत्यक्षात लागवड करता येत नाही. या करिता काही आधुनिक अनुवांशिक शास्त्रातील तंत्रज्ञे आणि साधने वापरावी लागतात. जरी या पद्धती सातत्याने विकसित होत असतात तरीही वैज्ञानिकांनी मायक्रोबायोमचा आरोग्यासंबंधित महत्व बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात अभ्यासिले आहे.

मानवी आतड्यातील मायक्रोबायोम आणि कर्करोग:

हे सर्वज्ञात आहे कि काही रसायने आणि इतर पदार्थ मानवामध्ये कर्करोग प्रेरित करितात. जसेकी तंबाखु कोणत्याही स्वरूपात सेवन केला तरीही त्याची सांगड मुखाच्या किंवा श्वसनाच्या कर्करोगाशी केली जाऊ शकते. हे वाचून निश्चित आश्चर्य   वाटेल की, काही रसायनांप्रमाणेच  काही सूक्ष्मजीव आतड्याच्या कर्करोगास चालना देतात आणि इतर काही आतड्यातील मायक्रोबायोम कर्करोगाचा धोका कमी करतात. हे देखील दर्शविले आहे की HGM  यकृत कार्सिनोमाच्या (कर्करोगाचा एक प्रकार)  विकासामध्ये महत्वाची भूमिका बजावते.बृहदांत्र-गुदाशय कर्करोग असलेल्या रोग्यांच्या मल नमुन्यात एस्केरिचिया आणि फ्युसोबाक्टरियम हे जिवाणू निरोगी मानवाच्या तुलनेत मोठ्या प्रमाणात आढळतात. 
हेलिकोबॅक्टर पायलोरी नावाचा जिवाणू जठरामधील मायक्रोबायोमची घडण रचना बदलून अप्रत्यक्षपणे कर्करोग उत्पत्तीला प्रेरित करतो. एच. पायलोरी प्रत्यक्षपणे व्हॅक-अ आणि कॅग-अ या  विषारी द्रव्या मार्फत कर्करोग जननास प्रेरित करतात. आतड्यांमधील सूक्ष्मजीवांच्या दाहकपूर्व स्थिती निर्मितीमुळे देखील कर्करोग उत्पनाला चालना मिळते. सूक्ष्मजीवांद्वारे कर्करोगाचा समावेश करण्याच्या इतर यंत्रणेमध्ये यजमान (मानव) घटकांमधील (चरबीयुक्त आहार, लठ्ठपणा इत्यादी)   परस्परसंवादाचा, प्राणवायू कमतरतेचा ताण,  जनुक विषाक्तता, प्रतिजन सादर करणाऱ्या श्वेत रक्त कणिक इत्यादीं घटकांचा समावेश आहे. वैज्ञानिक तथ्ये सूचित करतात की आतड्यांमधील मायक्रोबायोटा बदलल्यास अशा कर्करोगाचा धोका कमी होउ शकतो. आतड्यातील मायक्रोबायोटा आणि  आंत्र कर्करोग यांच्यातील संबंधांचा अचूक अभ्यास करून पुढील शोध घेणे आवश्यक आहे. अशा अभ्यासाचा आपल्या  दैनंदिन वैद्यकीय उपचार  आणि रुग्णांच्या काळजीवर मोठ्या प्रमाणात प्रभाव पडेल.

मायक्रोबायोम आणि लठ्ठपणा

अधिक वसा ऊती  (चरबी) म्हणून परिभाषित लठ्ठपणा हा एक आजार आहे. औद्योगिक व विकसनशील अशा दोन्ही देशांमध्ये हा  आजार गंभीरपणे वाढत आहे. वर्ल्ड हेल्थ ऑर्गनायझेशन (डब्ल्यू. एच. ओ. ; WHO) च्या मते, जगभरात १९० कोटीहून अधिक प्रौढांचे वजन जास्त आहे आणि ६० कोटीपेक्षा जास्त लठ्ठपणाने पीडित आहेत. लठ्ठपणामुळे एखाद्या व्यक्तीस मधुमेह, हृदयरोग आणि अनेक कर्करोगाचा प्राधुरभाव होऊ शकतो. लठ्ठपणाचे प्रमुख कारण म्हणजे सेवन आणि खर्चीलेल्या आहार-कॅलरी मधील ऊर्जेचे असंतुलन होय. 
आणखीन एक पद्धत ज्यामुळे आतड्यातील सूक्ष्मजंतू-समूह आपल्या चयापचयावर परिणाम करू शकतात ते म्हणज़े या जिवाणूं मार्फत आहारातील बहुशर्करांचे ऍसिटिक आम्ल, प्रोपिऑनिक आम्ल आणि ब्यूटायरिक आम्ल या सारख्या  लघु-शृंखलायुक्त मेदाम्ले (एस.सी.एफ.ए.) यांची निर्मिती. अन्यथा ही मेदाम्ले मानवाकरिता दुर्गम असतात. मानवांना त्यांच्या दैनंदिन उर्जा पुरवठ्यातील अंदाजे १०% ऊर्जा आतड्यातील  जीवाणूंनी उत्पादित केलेल्या एस.सी.एफ.ए. मधून मिळतात आणि असे दिसून आले आहे की एस.सी.एफ.ए. पंक्ती  लठ्ठ व्यक्तींमध्ये बदलतात. उष्मांक मुल्या तिरिक्त, एस.सी.एफ.ए. रेणवीय संकेतक म्हणून कार्य करतात आणि तृप्ती नियंत्रित करतात. या मुळेच  ते लठ्ठपणाच्या संदर्भात मायक्रोबायोम आणि पोशिंदा यांच्यातील  सह-संप्रेषण चा  आवश्यक घटक ठरतात. प्राण्यांमधील एक प्रस्थापित उदाहरण म्हणजे लठ्ठ उंदीरांमध्ये सर्वसामान्य उंदीरांच्या  तुलनेने  त्यांच्या मायक्रोबायोम मध्ये फिर्मिक्युट्स नावाच्या जिवाणू गटाचे वाढते प्रमाण आणि  बॅक्टेरॉइड्स प्रकारच्या जिवाणूंचे  कमी प्रमाण. हे परिणाम असे सूचित करतात की मानवी आतड्यात मायक्रोबायोम मधील काही जिवाणू प्रजाती लठ्ठपणाचा विकास रोखण्यासाठी प्रभावी असू शकतात. यामुळे अशीही जिज्ञासा विकसित होते की लठ्ठ व्यक्तीमध्ये सामान्य व्यक्तींच्या आतड्यातील जिवाणूंचे प्रत्यारोपण (मलजन्य जिवाणूंचे प्रत्यारोपण) आणि अशा प्रत्यारोपित जीवाणूंना पोषक आहाराचे नियोजन हि लठ्ठ पणावर मात करण्यासाठी आधुनिक योजना  ठरू शकेल.

मायक्रोबायोम आणि स्वमग्नता:

स्वमग्न व्यक्तींमध्ये पुनरावृत्ती वर्तन दर्शविण्याची प्रव्रुत्ती असते आणि काही वेळेस इतरांशी संवाद साधण्यात त्यांना अडचणी येतात. स्वमग्नतेचे (autism spectrum disorder-ASD) अचूक कारण वैज्ञानिकांना माहित नाही. परंतु  त्यांचा असा विश्वास आहे की अनुवंशिक आणि पर्यावरणीय दोन्ही घटक यात  भूमिका निभावतात. अलीकडेच “सेल” (Cell)  या  प्रतिष्ठित आंतराष्ट्रीय वैज्ञानिक पत्रिके मध्ये वैशिष्ट्यीकृत एका अभ्यासानुसार, पॅसाडेनामधील कॅलिफोर्निया इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी (कॅलटेक, , Caltech) चे संशोधकांनी स्वमग्नता असलेल्या आणि नसलेल्या व्यक्तींच्या मायक्रोबायोम मधील तफावत अचूक दर्शविली आहे. अशा अनेक अभ्यासानुसार अहवाल देण्यात आला आहे. परंतु संशोधक अद्याप मायक्रोबायोम कोणत्या प्रक्रियेद्वारे स्वमग्नतेत योगदान करीतात हे समजू शकले नाहीत. कॅलटेकमधील वैज्ञानिकांनी  दुसर्‍या एका अभ्यासात असे नोंदवले आहे की स्वमग्नता असलेल्या मुलांना  “मायक्रोबायोटा ट्रान्सफर थेरपी”  या नवीन उपचार पद्धती दिली गेली. यात भाषेचे मोजमाप, सामाजिक संवाद आणि वर्तन यात ४५% मुलांमध्ये सुधारणा दिसून आल्या. अशा अभ्यासानुसार स्वमग्नतेच्या उपचारात्मक मार्गांबद्दल मोठ्या अपेक्षा निर्माण झाल्या आहेत.

मायक्रोबायोम आणि मधुमेह :

जिवाणूंची  विविधता आणि समृद्धी हे निरोगी मायक्रोबायोमचे वैशिष्ट्य आहे. आतड्यांच्या मायक्रोबायोम मध्ये बहुधा फिर्मिक्यूट्स (६४%), बॅक्टेरॉइड्स (२३%), प्रोटीओबॅक्टेरिया (८%) आणि अ‍ॅक्टिनोबॅक्टेरिया (३%) असतात.आतड्यातील जिवाणूंच्या विविधतेचा अभाव आणि जिवाणूंच्या अति-वाढीमुळे डिस्बिओसिस म्हणजेच आतड्याच्या सूक्ष्मजीव घडण रचनेत असमतोल होतो. जिवाणूंच्या  विविध प्रजातींच्या प्रमाणात बदल घडल्यास  चयापचयाशी संबंधित विकार उद्भवतात. टाइप -२ डायबिटीज मेलिटस (टी-२-डी. एम) असलेल्या रुग्णांच्या मायक्रोबायोममध्ये फिर्मिक्यूट्स आणि क्लोस्ट्रिडियाची पातळी कमी होते. तसेच फर्मिक्यूट्स : बॅक्टेरॉइड्स चे गुणोत्तर वाढते  (हे गुणोत्तर  रक्तरसातील  ग्लूकोज संहतीशी प्रमाणात आढळते ).

दृष्टिकोन आणि भविष्यातील दिशा:

मानवी मायक्रोबायोम आणि त्याचे निरोगीपणा व  रोग यांच्या वरील भूमिकेबद्दलचे विकसनशील संशोधन सध्या प्रसिद्धीच्या झोतात आहे. त्यामूळेच , विविध वैद्यकीय वैशिष्ट्यपूर्ण  क्षेत्रांचे संशोधक विद्यमान रोगाच्या प्रतिकृतींमध्ये संभाव्यता बसविण्याचा प्रयत्न करीत आहेत. भक्कम माहितीने आतड्यातील मायक्रोबायोम, त्यांच्यातील अनियंत्रण अथवा बदल  आणि मानवी शरीरातील चयापचय, रोगप्रतिकार, न्यूरोएन्डोक्राइन होमिओस्टॅसिस इत्यतादींमध्ये यांमध्ये संबंध दर्शविला जातो. मानवी मायक्रोबायोम संशोधनाचे क्षेत्र अद्याप तुलनेने नवीन परंतु वेगवान आहे. मानवी निरोगीपणा आणि रोगामध्ये मानवी सूक्ष्मजंतूंच्या बदलत्या  भूमिकेबद्दल अनेक आशादायक अभ्यास दर्शविले गेले आहेत. मायक्रोबायोम-आधारित रोग निदान, उपचारातील सध्याच्या उपायांमध्ये क्रांती घडवून आणण्याची क्षमता, नवीन रोगप्रतिबंधक औषध आणि उपचारांचा निश्चितच अंदाज करणे इत्यादी उपयोजने आहेत ज्यात मायक्रोबायोम योगदान करू शकते. या गतीने असे भाकीत करणे अतिशयोक्ती नसेल, की विशिष्ट प्रोबायोटिकस (Probiorics) लवकरच बर्‍याच विकारांवर  अस्तित्वातील औषधांवर शासन करतील.

लेख संबंधी संपर्क: [email protected]  आणि ९८२१६२८१७९