An operon encoding two secreted nucleases mediates virulence in Methicillin-resistant Staphylococcus aureus
यह अध्ययन मेथिसिलिन-प्रतिरोधी स्टैफिलोकोकस ऑरियस (MRSA) में एक अत्यधिक संरक्षित ओपेरॉन की पहचान करता है जो दो स्रावित न्यूक्लिएज को एनकोड करता है जो बैक्टीरिया की विरुलेंस (रोगजनकता) के लिए आवश्यक हैं, जैसा कि ओपेरॉन के जीनों के उत्परिवर्तन पर एक माउस मॉडल में संक्रमण के क्षीणन द्वारा प्रदर्शित किया गया है।
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बैक्टीरिया केवल पेट्री डिश में तैरने वाले एककोशिकीय जीव नहीं हैं; वे परिष्कृत उत्तरजीवी हैं जिन्होंने मानव प्रतिरक्षा प्रणाली के विरुद्ध युद्ध छेड़ने का कौशल सीख लिया है। उनकी सबसे प्रभावी रणनीतियों में से एक में अपने परिवेश में एक रासायनिक शस्त्रागार का स्राव करना शामिल है। ये स्रावित प्रोटीन उपकरणों के रूप में कार्य करते हैं, जो शरीर द्वारा स्वयं की रक्षा के लिए बनाई गई बाधाओं को तोड़ देते हैं, श्वेत रक्त कोशिकाओं द्वारा बिछाए गए जाल को घोल देते हैं, और संक्रमण को फैलने की अनुमति देते हैं। दशकों से, वैज्ञानिकों ने इन हथियारों का वर्गीकरण किया है, जैसे कि वे एंजाइम जो मरते हुए प्रतिरक्षा कोशिकाओं द्वारा छोड़े गए डीएनए (DNA) को चबा जाते हैं। हालाँकि, बैक्टीरिया का जीनोम विशाल है, और उनके स्रावित प्रोटीनों का एक बड़ा हिस्सा अभी भी रहस्य बना हुआ है, जिनके कार्य प्रत्यक्ष रूप से सामने होने के बावजूद छिपे हुए हैं। इन अज्ञात कारकों को समझना महत्वपूर्ण है क्योंकि वे अक्सर इस बात की कुंजी रखते हैं कि संक्रमण कैसे पकड़ बनाता है और वे इतने कठिन क्यों होते हैं, विशेष रूप से तब जब बैक्टीरिया मानक एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोधी हो चुके होते हैं।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने मेथिसिलिन-प्रतिरोधी स्टैफिलोकोकस ऑरियस (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) की ओर ध्यान केंद्रित किया, जो गंभीर त्वचा और कोमल ऊतक संक्रमणों के लिए जिम्मेदार एक कुख्यात बैक्टीरिया का स्ट्रेन है। उन्होंने पहले बैक्टीरिया को एक नियंत्रित वातावरण में उगाया और यह देखने के लिए उनके आसपास के तरल पदार्थ को एकत्र किया कि सूक्ष्मजीवों ने कौन से प्रोटीन छोड़े हैं। इस मिश्रण से, उन्होंने एक सौ से अधिक स्रावित प्रोटीनों की पहचान की। जबकि इनमें से कई पहले से ज्ञात थे, उन में से उन बाईस प्रोटीन पूरी तरह से अज्ञात थे, जिनका कोई रिकॉर्ड नहीं था कि वे क्या करते हैं या क्या वे बैक्टीरिया को बीमारी फैलाने में मदद करते हैं। इन अज्ञातओं में से दोषियों को खोजने के लिए, टीम ने उन जीन की तलाश की जिन्हें तोड़ने पर जीवित मेजबान के भीतर बैक्टीरिया का पनपना रुक जाता। उन्होंने छह जीनों के एक विशिष्ट समूह पर ध्यान केंद्रित किया जो बैक्टीरिया के गुणसूत्र (chromosome) पर एक साथ स्थित हैं, एक क्लस्टर जिसे 'ओपेरॉन' (operon) कहा जाता है, जो यह सुझाव देता है कि वे एक एकल इकाई के रूप में मिलकर काम करते हैं।
शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया के ऐसे संस्करण बनाए जहाँ इन छह में से प्रत्येक जीन को व्यक्तिगत रूप से अक्षम कर दिया गया। जब उन्होंने इन संशोधित बैक्टीरिया का एक साधारण तरल कल्चर में परीक्षण किया, तो बैक्टीरिया सामान्य बैक्टीरिया की तरह ही अच्छी तरह विकसित हुए, यहाँ तक कि अम्लीय स्थितियों या ऑक्सीडेटिव तनाव के संपर्क में आने पर भी। इससे संकेत मिला कि ये जीन डिश में बुनियादी अस्तित्व के लिए आवश्यक नहीं थे। हालाँकि, कहानी तब नाटकीय रूप रूप से बदल गई जब बैक्टीरिया का परीक्षण एक जीवित प्रणाली में किया गया। टीम ने प्राकृतिक संक्रमण की नकल करने के लिए चूहों की त्वचा के नीचे इन संशोधित बैक्टीरिया को इंजेक्ट किया। हर मामले में, किसी भी एक जीन की कमी वाले बैक्टीरिया ने अनमॉडिफाइड (wild-type) स्ट्रेन की तुलना में काफी छोटे घाव पैदा किए और घाव में जीवित बैक्टीरिया की संख्या भी बहुत कम थी। यह परिणाम आश्चर्यजनक था क्योंकि इसने दिखाया कि इस छह-जीन क्लस्टर का प्रत्येक जीन पूर्ण संक्रमण पैदा करने के लिए आवश्यक था, भले ही वे टेस्ट ट्यूब में विकास के लिए आवश्यक न हों।
आगे की जांच से पता चला कि दो जीन, SAUSA300_1739 और SAUSA300_1740, ऐसे प्रोटीन को एनकोड करते हैं जो डीएनए के लिए आणविक कैंची के रूप में कार्य करते हैं। जब शोधकर्ताओं ने इन प्रोटीनों को शुद्ध किया और उन्हें टेस्ट ट्यूब में डीएनए के साथ मिलाया, तो डीएनए के धागे अलग हो गए, लेकिन केवल तभी जब कुछ धातु आयन (metal ions) प्रतिक्रिया में मदद के लिए मौजूद थे। यदि शोधकर्ताओं ने एक ऐसा रसायन जोड़ा जो इन धातु आयनों को हटा देता है, तो कटाई पूरी तरह से रुक गई। इसने पुष्टि की कि ये दो प्रोटीन वास्तव में न्यूक्लिएज (nucleases) हैं, यानी वे एंजाइम जो डीएनए को तोड़ते हैं। क्लस्टर के अन्य चार जीन उनके विशिष्ट जैव-रासायनिक कार्य के संबंध में अभी भी रहस्य बने हुए हैं, लेकिन इस तथ्य ने कि किसी भी एक को अक्षमा करने से संक्रमण कमजोर हो जाता है, यह सुझाव दिया कि वे डीएनए काटने वाले एंजाइमों के साथ मिलकर काम करते हैं। टीम ने दुनिया भर के दर्जनों विभिन्न स्टैफिलोकोकस स्ट्रेन्स में इस छह-जीन क्लस्टर के जेनेटिक कोड की भी जांच की और पाया कि यह उन सभी में लगभग समान है, जो एक संकेत है कि प्रकृति ने इस टूल किट को बरकरार रखा है क्योंकि यह बैक्टीरिया की सफलता के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।
यह खोज बैक्टीरिया की विरुलेंस (virulence - रोगजनकता) की हमारी समझ में एक अंतराल को उजागर करती है। जबकि वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि स्टैफिलोकोकस ऑरियस प्रतिरक्षा प्रणाली से बचने के लिए डीएनए-काटने वाले एंजाइमों का उपयोग करता है, इस अध्ययन ने उस खेल में दो नए, पहले से अज्ञात खिलाड़ियों की पहचान की है। ये प्रोटीन बैक्टीरिया द्वारा स्रावित किए जाते हैं और अत्यधिक संरक्षित (conserved) हैं, जिसका अर्थ है कि वे विकास के माध्यम से काफी हद तक अपरिवर्तित रहे हैं, जो यह सुझाव देता है कि यह इस रोगजनक के जीवित रहने का एक मौलिक हिस्सा है। शोधकर्ताओं ने पाया कि जबकि बैक्टीरिया लैब डिश में इन जीनों के बिना जीवित रह सकते थे, वे एक जीवित मेजबान में संक्रमण स्थापित करने में सक्षम नहीं थे। यह इन प्रोटीनों की एक वास्तविक संक्रमण के जटिल वातावरण में एक विशिष्ट भूमिका की ओर इशारा करता है, जो संभवतः बैक्टीरिया को शरीर की रक्षा प्रणाली को ध्वस्त करने में मदद करता है, जिसे सरल लैब परीक्षणों द्वारा दोहराया नहीं जा सकता है। इन छिपे हुए विरुलेंस कारकों की पहचान करके, यह अध्ययन संभावित उपचारों के लिए नए लक्ष्य प्रदान करता है जो बैक्टीरिया को मारने के बजाय उन्हें निहत्था कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से उस प्रतिरोध के विकास को धीमा किया जा सकता है जो वर्तमान एंटीबायोटिक उपचारों के लिए अभिशाप बना हुआ है।
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