Viral neuronal tracing
वायरल न्यूरोनल ट्रेसिंग तंत्रिका मार्गों का पता लगाने के लिए एक वायरस का उपयोग है, जो एक स्व-प्रतिकृति ट्रेसर प्रदान करता है। वायरस में आणविक अनुरेखक तुलना में स्व-प्रतिकृति का लाभ होता है लेकिन यह बहुत जल्दी फैल सकता है और तंत्रिका ऊतक के क्षरण का कारण बन सकता है। वायरस जो तंत्रिका तंत्र को संक्रमित कर सकते हैं, जिन्हें न्यूरोट्रॉपिक वायरस कहा जाता है, सिनैप्स के माध्यम से न्यूरॉन्स की स्थानिक रूप से करीबी सभाओं के माध्यम से फैलते हैं, जिससे कार्यात्मक रूप से जुड़े तंत्रिका नेटवर्क का अध्ययन करने में उनका उपयोग किया जा सकता है। कार्यात्मक रूप से जुड़े न्यूरॉन्स को लेबल करने के लिए वायरस का उपयोग अल्बर्ट सबिन द्वारा विकसित कार्य और जैव विश्लेषण से उपजा है। बाद के शोध ने न्यूरोनल कनेक्शनों को व्यवस्थित रूप से लेबल करने के लिए इम्यूनोहिस्टोकेमिकल तकनीकों को शामिल करने की अनुमति दी। आज तक, तंत्रिका तंत्र में कई परिपथों का अध्ययन करने के लिए वायरस का उपयोग किया गया है। न्यूरोनल कार्टोग्राफी न्यूरॉन्स के अलग-अलग कनेक्शन लंबे समय से न्यूरोएनाटोमिस्ट से बचते रहे हैं। न्यूरोनल अनुरेखण विधियाँ न्यूरल नेटवर्क की आकृति विज्ञान और संपर्क में एक अभूतपूर्व दृष्टिकोण प्रदान करती हैं। उपयोग किए गए अनुरेखक के आधार पर, यह एक एकल न्यूरॉन तक सीमित हो सकता है या निकटवर्ती न्यूरॉन्स के लिए ट्रांस-सिनॉप्टिक रूप से प्रगति कर सकता है। ट्रेसर के पर्याप्त रूप से फैलने के बाद, सीमा को या तो प्रतिदीप्ति (रंगों के लिए) या इम्यूनोहिस्टोकेमिस्ट्री (जैविक ट्रेसर के लिए) द्वारा मापा जा सकता है। इस क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण नवाचार न्यूरोट्रॉपिक वायरस का ट्रेसर के रूप में उपयोग है। ये न केवल संक्रमण के प्रारंभिक स्थान पर फैलते हैं, बल्कि सिनेप्स में भी फैल सकते हैं। विषाणु जीवन चक्र विषाणुओं का जीवन चक्र, जैसे कि न्यूरोनल अनुरेखण में उपयोग किया जाने वाला, कोशिकीय जीवों से अलग है। वायरस प्रकृति में परजीवी होते हैं और अपने आप फैल नहीं सकते हैं। इसलिए, उन्हें दूसरे जीव को संक्रमित करना चाहिए और अपने जीवन चक्र को पूरा करने के लिए सेलुलर मशीनरी को प्रभावी ढंग से हाइजैक करना चाहिए। वायरल जीवन चक्र के पहले चरण को वायरल प्रविष्टि कहा जाता है। यह उस तरीके को परिभाषित करता है जिसमें एक वायरस एक नई मेजबान कोशिका को संक्रमित करता है। प्रकृति में, न्यूरोट्रॉपिक वायरस आमतौर पर काटने या खरोंच के माध्यम से फैलते हैं, जैसा कि रेबीज वायरस या हरपीज वायरस के कुछ उपभेदों के मामले में होता है। अनुरेखण अध्ययनों में, यह कदम कृत्रिम रूप से होता है, आमतौर पर एक सिरिंज के उपयोग के माध्यम से। वायरल जीवन चक्र के अगले चरण को वायरल प्रतिकृति कहा जाता है। इस चरण के दौरान, वायरस मेजबान कोशिका की मशीनरी पर कब्जा कर लेता है जिससे कोशिका अधिक वायरल प्रोटीन बनाती है और अधिक वायरस इकट्ठा करती है। एक बार जब कोशिका ने पर्याप्त संख्या में वायरस का उत्पादन कर लिया है, तो वायरस वायरल गिरने की अवस्था में प्रवेश करता है। इस चरण के दौरान, वायरस एक नए मेजबान की तलाश में मूल मेजबान कोशिका को छोड़ देते हैं। न्यूरोट्रॉपिक वायरस के मामले में, यह संचरण आमतौर पर सिनेप्स में होता है। वायरस एक न्यूरॉन से दूसरे न्यूरॉन में अपेक्षाकृत कम जगह पर कूद सकते हैं। यही विशेषता है जो वायरस को ट्रेसर अध्ययन में इतना उपयोगी बनाती है। एक बार जब वायरस अगली कोशिका में प्रवेश करता है, तो चक्र फिर से शुरू होता है। मूल मेजबान कोशिका झड़ने की अवस्था के बाद क्षय होने लगती है। ट्रेसर अध्ययनों में, यही कारण है कि समय को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए। यदि वायरस को बहुत दूर तक फैलने दिया जाता है, तो रुचि की मूल सूक्ष्म परिपथ खराब हो जाती है, और कोई उपयोगी जानकारी प्राप्त नहीं की जा सकती है। आमतौर पर, वायरस केवल एक छोटी संख्या में जीवों को संक्रमित कर सकते हैं, और फिर भी, शरीर के भीतर केवल एक विशिष्ट प्रकार की कोशिका को संक्रमित कर सकते हैं। एक विशिष्ट ऊतक के लिए एक विशेष वायरस की विशिष्टता को इसके उष्णकटिबंधीय के रूप में जाना जाता है। ट्रेसर अध्ययनों में वायरस सभी न्यूरोट्रॉपिक (न्यूरॉन्स को संक्रमित करने में सक्षम) होते हैं। विधि संक्रमण वायरल ट्रेसर को परिधीय अंगों, जैसे मांसपेशियों या ग्रंथि में पेश किया जा सकता है। एडेनो से जुड़े वायरस जैसे कुछ वायरस को रक्तप्रवाह में इंजेक्ट किया जा सकता है और मस्तिष्क को संक्रमित करने के लिए रक्त-मस्तिष्क की बाधा को पार कर सकते हैं। इसे एक गैंग्लियन में भी डाला जा सकता है या एक स्टीरियोटैक्टिक उपकरण का उपयोग करके सीधे मस्तिष्क में इंजेक्ट किया जा सकता है। ये विधियाँ इस बात की अनूठी अंतर्दृष्टि प्रदान करती हैं कि मस्तिष्क और इसकी परिधि कैसे जुड़ी हुई हैं। न्यूरोनल ऊतक में वायरस को कई अलग-अलग तरीकों से पेश किया जाता है। लक्षित ऊतकों में अनुरेखक लगाने के दो प्रमुख तरीके हैं। दबाव इंजेक्शन के लिए ट्रेसर को तरल रूप में सीधे कोशिका में इंजेक्ट करने की आवश्यकता होती है। यह सबसे आम तरीका है। आयनटोफोरेसिस में एक इलेक्ट्रोड के भीतर ट्रेसर समाधान में धारा का अनुप्रयोग शामिल है। ट्रेसर अणु एक आवेश उठाते हैं और विद्युत क्षेत्र के माध्यम से कोशिका में प्रवेश करते हैं। यदि आप पैच क्लैम्प तकनीक का प्रदर्शन करने के बाद किसी सेल को लेबल करना चाहते हैं तो यह एक उपयोगी विधि है। एक बार जब ट्रेसर को कोशिका में प्रवेश कराया जाता है, तो उपरोक्त परिवहन तंत्र हावी हो जाते हैं। फिर, तंत्रिका तंत्र में प्रवेश करने के बाद वायरस स्थानीय क्षेत्र में कोशिकाओं को संक्रमित करना शुरू कर देता है। वायरस संक्रमित कोशिकाओं के जीनोम में अपनी आनुवंशिक सामग्री को शामिल करके कार्य करते हैं। मेजबान कोशिका तब जीन द्वारा कूटबद्ध प्रोटीन का उत्पादन करेगी। शोधकर्ता संक्रमित न्यूरॉन्स में कई जीनों को शामिल करने में सक्षम हैं, जिसमें दृश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले फ्लोरोसेंट प्रोटीन भी शामिल हैं। न्यूरोनल अनुरेखण में आगे की प्रगति विशिष्ट कोशिका प्रकारों के लिए फ्लोरोसेंट प्रोटीन की लक्षित अभिव्यक्ति की अनुमति देती है। हिस्टोलॉजी और इमेजिंग एक बार जब वायरस वांछित सीमा तक फैल जाता है, तो मस्तिष्क को काट दिया जाता है और स्लाइड पर लगाया जाता है। फिर, फ्लोरोसेंट एंटीबॉडी जो या तो वायरस के लिए विशिष्ट हैं, या वायरल डीएनए के लिए फ्लोरोसेंट पूरक डीएनए जांच, टुकड़ों पर धोए जाते हैं और एक फ्लोरोसेंस माइक्रोस्कोप के तहत चित्रित किए जाते हैं। संचरण वायरस संचरण की दिशा एक्सोप्लाज्मिक परिवहन के तंत्र पर निर्भर करती है। अक्षतन्तु के भीतर लंबे पतले प्रोटीन परिसर होते हैं जिन्हें सूक्ष्मनलिका कहा जाता है। वे कोशिका को अपने आकार को बनाए रखने में मदद करने के लिए एक साइटोस्केलेटन के रूप में कार्य करते हैं। ये अक्षतन्तु के भीतर राजमार्गों के रूप में भी कार्य कर सकते हैं और कोशिका शरीर, या सोमा और अक्षतन्तु टर्मिनल, या सिनेप्स के बीच न्यूरोट्रांसमीटर से भरे पुटिकाओं और एंजाइमों के आगे-पीछे परिवहन की सुविधा प्रदान कर सकते हैं। वायरस को दो दिशाओं में से एक में ले जाया जा सकता हैः या तो एंटेरोग्रेड (सोमा से सिनेप्स तक), या प्रतिगामी (सिनेप्स से सोमा तक)। न्यूरॉन्स स्वाभाविक रूप से इन सेलुलर मार्गों के माध्यम से प्रोटीन, न्यूरोट्रांसमीटर और अन्य मैक्रोमोलेक्यूल्स का परिवहन करते हैं। वायरस सहित न्यूरोनल ट्रेसर, एक कोशिका में एक ट्रेसर वितरित करने के लिए इन परिवहन तंत्रों का लाभ उठाते हैं। शोधकर्ता इसका उपयोग सिनैप्टिक सर्किटरी का अध्ययन करने के लिए कर सकते हैं। एंटेरोग्रेड परिवहन एंटेरोग्रेड अनुरेखण एक अनुरेखक का उपयोग है जो सोमा से सिनेप्स की ओर जाता है। एन्टेरोग्रेड परिवहन विषाणुओं को अक्षतन्तु के साथ एंटेरोग्रेड दिशा में ले जाने के लिए काइनेसिन नामक प्रोटीन का उपयोग करता है। प्रतिगामी परिवहन प्रतिगामी अनुरेखण एक अनुरेखक का उपयोग है जो सिनेप्स से सोमा तक जाता है। प्रतिगामी परिवहन अक्षतन्तु के साथ प्रतिगामी दिशा में वायरस को स्थानांतरित करने के लिए डायनिन नामक प्रोटीन का उपयोग करता है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि विभिन्न अनुरेखक डायनिन और काइनेसिन के लिए विशिष्ट संबंध दिखाते हैं, और इसलिए अलग-अलग दरों पर फैलेंगे। दोहरा परिवहन कभी-कभी, न्यूरल सर्किटरी के इनपुट और आउटपुट दोनों को निर्धारित करने के लिए अपस्ट्रीम और डाउनस्ट्रीम न्यूरॉन्स का पता लगाना वांछनीय होता है। यह उपरोक्त तंत्रों के संयोजन का उपयोग करता है। लाभ और कमियाँ लाभ वायरल ट्रेसर का उपयोग करने के लाभों में से एक वायरस की सिनेप्स पर कूदने की क्षमता है। यह सूक्ष्म परिपथ का पता लगाने के साथ-साथ प्रक्षेपण अध्ययन की अनुमति देता है। कुछ आणविक अनुरेखक ऐसा करने में सक्षम होते हैं, और जिनमें आमतौर पर माध्यमिक न्यूरॉन्स में संकेत कम हो सकता है, जो वायरल अनुरेखण के अन्य लाभ की ओर ले जाता है-वायरस स्वयं प्रतिकृति बना सकते हैं। जैसे ही द्वितीयक न्यूरॉन संक्रमित होता है, वायरस गुणा और प्रतिकृति बनाना शुरू कर देता है। संकेत का कोई नुकसान नहीं होता है क्योंकि ट्रेसर मस्तिष्क के माध्यम से फैलता है। कमियां जैसे-जैसे वायरस तंत्रिका तंत्र के माध्यम से फैलते हैं, वायरल ट्रेसर न्यूरॉन्स को संक्रमित करते हैं और अंततः उन्हें नष्ट कर देते हैं। इस प्रकार, ट्रेसर अध्ययन का समय तंत्रिका मृत्यु होने से पहले पर्याप्त प्रसार की अनुमति देने के लिए सटीक होना चाहिए, जिससे शरीर को बड़े पैमाने पर नुकसान हो। इस कार्य के लिए पूरी तरह से उपयुक्त वायरस खोजना मुश्किल हो गया है। अनुरेखण के लिए उपयोग किया जाने वाला वायरस आदर्श रूप से अच्छे परिणाम देने के लिए हल्का संक्रामक होना चाहिए, लेकिन तंत्रिका ऊतक को बहुत जल्दी नष्ट करने या संपर्क में आने वालों के लिए अनावश्यक जोखिम पैदा करने के लिए घातक नहीं होना चाहिए। एक अन्य कमी यह है कि वायरल न्यूरोनल ट्रेसिंग के लिए वर्तमान में मार्ग की कल्पना करने के लिए वायरस को फ्लोरोसेंट एंटीबॉडी जोड़ने के अतिरिक्त कदम की आवश्यकता होती है। इसके विपरीत, अधिकांश आणविक अनुरेखक चमकीले रंग के होते हैं और बिना किसी अतिरिक्त संशोधन के नग्न आंखों से देखे जा सकते हैं। वायरल ट्रेसिंग का उपयोग मुख्य रूप से न्यूरोनल सर्किट का पता लगाने के लिए किया जाता है। शोधकर्ता पहले उल्लिखित वायरसों में से एक का उपयोग यह अध्ययन करने के लिए करते हैं कि मस्तिष्क में न्यूरॉन्स एक दूसरे से कैसे जुड़े हुए हैं। संपर्कता काफी हद तक यह निर्धारित करती है कि मस्तिष्क कैसे कार्य करता है। वायरस का उपयोग रेटिना गैंग्लियन सर्किट, कॉर्टिकल सर्किट और स्पाइनल सर्किट का अध्ययन करने के लिए किया गया है। उपयोग में वायरस न्यूरोनल अनुरेखण के उद्देश्य से वर्तमान में उपयोग में आने वाले वायरस की एक सूची निम्नलिखित है। हर्पिस सिम्प्लेक्स वायरस (हर्पिसविरिडे परिवार)-एंटेरोग्रेड स्यूडोराबीज वायरस पी. आर. वी. (हर्पिसविरिडे परिवार)-रेट्रोग्रेड ट्रांस-सिनेप्टिक और एंटेरोग्रेड रेबीज वायरस (रबडोविरिडे परिवार)-रेट्रोग्रेड ट्रांस-सिनेप्टिक। वेसिकुलर स्टेमाइटिस वायरस (रैबडोविरिडे परिवार)-एंटेरोग्रेड। सिंधबिस वायरस (टोगाविरिडे परिवार)-कम मात्रा में प्रतिगामी के साथ एंटेरोग्रेड। एडेनो-संबंधित वायरस ए. ए. वी. (पार्वोविरिडे परिवार)-एंटेरोग्रेड। संदर्भ विषाणु विज्ञान तंत्रिका विज्ञान