Phylogenomics and comparative genomics of the genus Erwinia reveal taxonomic inconsistencies and evolutionary diversification

एक विशाल, हलचल भरी लाइब्रेरी की कल्पना करें जहाँ हर किताब किसी जीवित प्राणी की कहानी बताती है। लंबे समय से, वैज्ञानिक इस "लाइब्रेरी के बैक्टीरिया सेक्शन" को व्यवस्थित करने की कोशिश कर रहे हैं, लेकिन यह थोड़ा अस्त-व्यस्त रहा है। कुछ किताबें गलत जगहों पर रखी गई थीं, कुछ के शीर्षक उनके विषय से मेल नहीं खाते थे, और कुछ इतनी समान थीं कि वे जुड़वाओं जैसी दिखती थीं। यह बैक्टीरियल टैक्सोनॉमी (bacterial taxonomy) की दुनिया है—जीवित चीजों को नाम देने और उन्हें समूहों में वर्गीकृत करने का विज्ञान। इसे सुलझाने के लिए, वैज्ञानिक "जीनोम" (genomes) जैसे उपकरणों का उपयोग करते हैं, जो हर कोशिका के भीतर लिखे गए पूर्ण निर्देश मैनुअल की तरह हैं। वे "फाइलोजेनी" (phylogeny) की अवधारणा का भी उपयोग करते हैं, जो मूल रूप से एक वंशावली वृक्ष (family tree) है जो दिखाता है कि कौन किससे संबंधित है और वे समय के साथ कैसे विकसित हुए। यह क्यों मायने रखता है? क्योंकि इनमें से कुछ बैक्टीरिया पौधों की दुनिया के शरारती तत्वों की तरह हैं, जो ऐसी बीमारियाँ फैला सकते हैं जो फसलों को नष्ट कर सकती हैं और हमारी खाद्य आपूर्ति को नुकसान पहुँचा सकती हैं। यदि हम उन्हें रोकना चाहते हैं, तो हमें पहले यह जानना होगा कि वे वास्तव में कौन हैं, वे परिवार में कहाँ फिट होते हैं, और वे समस्या पैदा करने में इतने कुशल बनने के लिए कैसे बदले हैं।

अब, आइए Erwinia नामक बैक्टीरिया के एक विशिष्ट समूह पर ध्यान केंद्रित करें। इस जीनस (genus) को एक बड़े, थोड़े अराजक पारिवारिक पुनर्मिलन (family reunion) के रूप में सोचें। इसके कुछ सदस्य पौधों की बीमारियाँ फैलाने के लिए प्रसिद्ध हैं, जबकि अन्य कीटों के साथ रहते हैं या बस मिट्टी में रहते हैं। वर्षों से, वैज्ञानिकों ने इस पारिवारिक वृक्ष को व्यवस्थित करने की कोशिश की है, लेकिन वे पहेली का एक बड़ा हिस्सा भूल रहे थे: एक साथ सभी के लिए पूरे निर्देश मैनुअल पर नज़र डालना। इस नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एक गहरा गोता लगाने का निर्णय लिया, जिसमें 104 अलग-अलग जीनोम शामिल थे—कुछ बहुत पुराने, ऐतिहासिक रूप से महत्वपूर्ण जीनोम भी—यह देखने के लिए कि यह पूरा परिवार वास्तव में कैसा दिखता है। उन्होंने केवल कुछ पन्ने ही नहीं पलटे; उन्होंने डीएनए की तुलना करने, बैक्टीरिया की समानता मापने और उनके विकासवादी इतिहास को मैप करने के लिए डिजिटल तरीकों के एक पूरे टूलकिट का उपयोग किया।

उन्होंने पाया कि पारिवारिक वृक्ष की गंभीर छंटाई की आवश्यकता है। अध्ययन सुझाव देता है कि इन बैक्टीरिया को समूहबद्ध करने का हमारा वर्तमान तरीका पूरी तरह सही नहीं है और कई वंशों (lineages) को पुनर्गठित करने की आवश्यकता है। यह यह महसूस करने जैसा है कि आपके चचेरे भाई-बहनों का एक समूह जिन्हें आप भाई मानते थे, वास्तव में परिवार की अलग-अलग शाखाओं से संबंधित है। शोधकर्ताओं ने पाया कि हालांकि इन सभी बैक्टीरिया में कुछ छोटे, सामान्य "कोर" जीन (core genes) साझा हैं (आवश्यक निर्देश जिनकी सभी को जीवित रहने के लिए आवश्यकता होती है), उनके पास एक विशाल, निरंतर परिवर्तनशील "एक्सेसरी" (accessory) जीनोम है। कल्पना कीजिए कि यदि परिवार के हर सदस्य के पास सूप का एक ही बुनियादी नुस्खा हो, लेकिन फिर हर किसी ने अपने स्वयं के गुप्त, अनोखे तत्व जोड़ दिए हों—किसी ने तीखी मिर्च डाली, किसी ने चॉकलेट डाली, और किसी ने कुछ भी नहीं डाला। यह "पैन-जीनोम" (pan-genome) दिखाता है कि यह परिवार अविश्वसनीय रूप से लचीला और लगातार बदल रहा है।

अध्ययन ने यह भी देखा कि इन बैक्टीरिया के पास जीवित रहने और अपने मेजबानों को संक्रमित करने के लिए कौन से "विशेष उपकरण" हैं। उन्होंने पाया कि परिवार की विभिन्न शाखाओं के पास बहुत अलग टूलकिट हैं। कुछ के पास टॉक्सिन (toxins) इंजेक्ट करने के लिए विशेष वितरण प्रणाली (secretion systems) हैं, जबकि अन्य के पास सुरक्षात्मक आवरण बनाने या अपने वातावरण से लोहा प्राप्त करने के अन्य तरीके हैं। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि कोई एक एकल "सुपर-विलेन" सेट ऑफ जीन नहीं है जो सभी Erwinia बैक्टीरिया को खतरनाक बनाता है। इसके बजाय, पैथोजेनेसिटी (pathogenicity - रोग पैदा करने की क्षमता) इन "मिक्स-एंड-मैच" खेल की तरह है। विभिन्न वंशों ने समय के साथ इन विरुलेंस (virulence) जीनों के विभिन्न संयोजनों को अपनाया, खोया या बनाए रखा है। इसका मतलब यह है कि एक स्ट्रेन (strain) द्वारा पौधे पर हमला करने का तरीका दूसरे स्ट्रेन के हमले से पूरी तरह से अलग हो सकता है। इन संबंधों को सुलझाकर और इन विसंगतियों को पहचानकर, यह अध्ययन इस जीनस के विकास की एक स्पष्ट और अधिक सटीक तस्वीर पेश करता है, जिससे हमें यह समझने में मदद मिलती है कि कुछ सदस्य विशिष्ट मेजबानों और वातावरण के अनुकूल होने में इतने अच्छे क्यों हैं।