A near-complete chromosome from a bacterial pathogen integrated into the genome of its arthropod vector
शोधकर्ताओं ने अपने टिक वेक्टर, *Amblyomma variegatum* के जीनोम में एकीकृत जीवाणु रोगजनक *Rickettsia africae* के लगभग एक पूर्ण गुणसूत्र (क्रोमोसोम) की खोज की है, जो रोगजनकों की स्क्रीनिंग करते समय इस प्रकार के पार्श्व जीन स्थानांतरण (लैटरल जीन ट्रांसफर) को सक्रिय संक्रमण से अलग करने की आवश्यकता को रेखांकित करता है।
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जीवन की सूक्ष्म दुनिया में, प्रजातियों के बीच की सीमाएं अक्सर उतनी स्पष्ट नहीं होतीं जितनी वे दिखाई देती हैं। जबकि हम आमतौर पर सोचते हैं कि जीन एक ही प्रजाति के भीतर माता-पिता से संतान को दिए जाते हैं, प्रकृति कभी-कभी विभिन्न जीवों के बीच डीएनए को कूदने की अनुमति देती है। यह प्रक्रिया, जिसे 'लैटरल जीन ट्रांसफर' (पार्श्व जीन स्थानांतरण) कहा जाता है, एक सुप्रलेखित घटना है जहाँ बैक्टीरिया, वायरस, या माइटोकॉन्ड्रिया जैसे अंग कोशिका के डीएनए में स्थायी रूप से जुड़ जाने वाले आनुवंशिक अंश छोड़ देते हैं। कई कीटों में, यह वोल्बाचिया (Wolbachia) नामक एक सामान्य बैक्टीरिया के साथ हुआ है, जो दुनिया के आधे स्थलीय आर्थ्रोपोड्स (संधिपद) की कोशिकाओं के भीतर रहता है। लाखों वर्षों में, वोल्बाकिया के जीनोम के हिस्से कीट के अपने गुणसूत्रों का हिस्सा बन गए, जिससे मेजबान के भीतर एक आनुवंशिक जीवाश्म रिकॉर्ड बन गया। हालाँकि, अन्य बैक्टीरिया के मामले में, विशेष रूप से वे जो मनुष्यों में रोग पैदा करते हैं, ऐसे बड़े पैमाने पर स्थानांतरण को दुर्लभ या गैर-मौजूद माना जाता रहा है।
इस धारणा को अब एक खोज द्वारा चुनौती दी जा रही है जिसमें उष्णकटिबंधीय बोन्ट टिक (tropical bont tick) शामिल है, जो एक रक्त चूसने वाला आर्थ्रोपॉड है और मनुष्यों एवं जानवरों में रिकिट्सिया अफ्रीका (Rickettsia africae) नामक बैक्टीरिया फैलाता है। यह बैक्टीरिया अफ्रीकी टिक-बाइट फीवर का कारण बनता है, जो बुखार और दर्दनाक त्वचा के घावों का परिणाम है। दशकों से, वैज्ञानिक टिक में इन बैक्टीरिया का पता लगाने के लिए मानक आनुवंशिक परीक्षणों पर भरोसा करते आए हैं, यह मानकर कि यदि कोई परीक्षण बैक्टीरियल डीएनए पाता है, तो वहां एक जीवित संक्रमण मौजूद है। लेकिन एक नई खोज बताती है कि यह तर्क खतरनाक रूप से त्रुटिपूर्ण हो सकता है। शोधकर्ताओं ने पाया है कि टिक के अपने जीनोम में पूरे बैक्टीरियल क्रोमोसोम (जीनोम) की लगभग पूरी प्रति मौजूद है, जो सीधे इसके लिंग गुणसूत्रों (sex chromosomes) में एकीकृत है। यह आनुवंशिक घुसपैठिया इतना बड़ा और अखंड है कि यह एक जीवित संक्रमण की नकल करता है, फिर भी यह वास्तव में टिक के अपने डीएनए का एक शांत, गैर-कार्यात्मक हिस्सा है।
यह कहानी लिवरपूल की एक प्रयोगशाला में शुरू हुई, जहाँ वैज्ञानिक उष्णकटिबंधीय बोन्ट टिक से प्राप्त एक सेल लाइन के साथ काम कर रहे थे। इन कोशिकाओं को, जिन्हें एक डिश में उगाया गया था, टिक की जीव विज्ञान को समझने के लिए अध्ययन किया जा रहा था, लेकिन वे एक पहेली जैसा विसंगति प्रस्तुत कर रही थीं। जब शोधकर्ताओं ने इन कोशिकाओं के डीएनए का अनुक्रम (sequence) किया, तो उन्हें ऐसे अनुक्रम मिले जो रिकिट्सिया अफ्रीका से मेल खाते थे। शुरू में, यह संदूषण (contamination) का मुद्दा लग रहा था, जिससे संकेत मिलता था कि कोशिकाएं जीवित बैक्टीरिया से संक्रमित हैं। हालाँकि, सूक्ष्मदर्शी के नीचे कोशिकाओं में बैक्टीरिया के जीवन के कोई दृश्य लक्षण नहीं दिखे, और बैक्टीरिया को कल्चर में नहीं उगाया जा सका। इस विरोधाभास ने गहन जांच को प्रेरित किया। टीम ने उन्नत तकनीक का उपयोग करके टिक की सेल लाइन के संपूर्ण जीनोम का अनुक्रम करने का निर्णय लिया जो डीएनए के बहुत लंबे हिस्सों को पढ़ सकती थी, जिससे उन्हें यह देखने में मदद मिली कि आनुवंशिक सामग्री बड़े, निरंतर ब्लॉकों में कैसे व्यवस्थित है।
परिणामस्वरूप प्राप्त टिक के जीनोम का मानचित्र विशाल था, जो लगभग 8.6 बिलियन बेस पेयर्स का था, जो अनुक्रमित किए गए सबसे बड़े आर्थ्रोपॉड जीनोम में से एक है। जैसे-जैसे शोधकर्ता पहेली को सुलझा रहे थे, उन्होंने कुछ असाधारण खोजा। टिक के दूसरे सबसे बड़े गुणसूत्र के भीतर डीएनए का एक विशाल ब्लॉक छिपा हुआ था जो रिकिट्सिया अफ्रीका के पूरे क्रोमोसोम के लगभग समान था। यह कोई छोटा अंश या कुछ बिखरे हुए जीन नहीं थे; यह पूरे बैक्टीरियल जीनोम की लगभग पूर्ण प्रति थी, जो लगभग 4.5 मिलियन बेस पेयर्स तक फैली हुई थी। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह बैक्टीरियल डीएनए टिक के गुणसूत्र में भौतिक रूप से एकीकृत था, जो टिक के अपने जीन के ठीक बगल में स्थित था। यह साबित करने के लिए कि यह कंप्यूटर असेंबली की गलती नहीं है, उन्होंने 'फ्लोरेसेंस इन सीटू हाइब्रिडाइजेशन' (fluorescence in situ hybridization) नामक तकनीक का उपयोग किया, जो वास्तविक गुणसूत्रों पर विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों को चमकाने के लिए चमकते प्रोब्स का उपयोग करती है। जब उन्होंने सूक्ष्मदर्शी के नीचे टिक कोशिकाओं को देखा, तो बैक्टीरियल डीएनए गुणसूत्रों पर चमक रहा था, जिसने इसकी भौतिक उपस्थिति की पुष्टि की।
आगे के विश्लेषण से पता चला कि यह आनुवंशिक चोरी प्रयोगशाला में हुई कोई हालिया दुर्घटना नहीं बल्कि इस प्रजाति की एक व्यापक विशेषता थी। जब टीम ने कैमरून, अंगोला और अफ्रीका के अन्य हिस्सों से एकत्र किए गए जंगली टिक्स का अवलोकन किया, तो उन्होंने जंगली कीटों के डीएनए में वही विशाल बैक्टीरियल इंसर्शन (प्रविष्टि) पाया। इसने पुष्टि की कि यह घटना टिक के विकासवादी इतिहास में अपेक्षाकृत हाल ही में हुई थी और पीढ़ियों से चली आ रही है। हालाँकि, टिक के जीनोम में मौजूद बैक्टीरियल डीएनए एक जीवित, सांस लेता संक्रमण नहीं था। यह एक जीवाश्म था। शोधकर्ताओं ने पाया कि हालांकि इस प्रविष्टि में अधिकांश बैक्टीरियल क्रोमोसोम शामिल था, लेकिन इसमें 54,000-बेस-पेयर का एक विशिष्ट खंड गायब था जिसमें कई आवश्यक जीन शामिल थे। इसके अलावा, टिक के जीनोम में बैक्टीरियल डीएनए में तुलनात्मक रूप से सीमित 'स्यूडोजीनाइजेशन' (pseudogenisation) देखा गया, जो दर्शाता है कि इसने एक बैक्टीरिया के रूप में कार्य करना बंद कर दिया था, फिर भी इसने एक उच्च स्तर की अनुक्रम अखंडता बनाए रखी थी। यह एक स्यूडोजीन (pseudogene) बन गया था, एक आनुवंशिक अवशेष जो अब प्रोटीन का उत्पादन नहीं करता या बीमारी का कारण नहीं बनता।
इस अध्ययन की सबसे महत्वपूर्ण खोज यह है कि यह खोज बीमारी का पता लगाने के तरीके को कैसे बदल देती है। रिकिट्सिया के लिए मानक परीक्षण उन विशिष्ट जीनों की तलाश करते हैं जो जीवित बैक्टीरिया और इस प्राचीन आनुवंशिक जीवाश्म दोनों में मौजूद होते हैं। क्योंकि जीवाश्म इतना बड़ा है और इसमें कई समान जीन शामिल हैं, इसलिए एक मानक परीक्षण सकारात्मक परिणाम देगा भले ही टिक में जीवित संक्रमण न हो। शोधकर्ताओं ने दिखाया कि वे एक विशिष्ट डीएनए टुकड़े को देखकर जीवित संक्रमण और इस प्राचीन आनुवंशिक जीवाश्म के बीच अंतर कर सकते हैं जो केवल एक बैक्टीरियल प्लाज्मिड (plasmid) में पाया जाता है, जो मुख्य क्रोमोसोम के बाहर मौजूद डीएनए का एक छोटा छल्ला है। जीवित बैक्टीरिया इस प्लाज्मिड को ले जाते हैं, लेकिन टिक के गुणसूत्र में मौजूद प्राचीन जीवाश्म में यह नहीं होता है। प्लाज्मिड के लिए परीक्षण करके, वैज्ञानिक यह बता सकते हैं कि क्या टिक वास्तव में संक्रमित है या वह केवल एक पिछले संक्रमण की आनुवंशिक छाया को ढो रहा है।
यह खोज टिक से होने वाली बीमारियों के प्रसार को समझने के लिए गहरे निहितार्थ रखती है। यह सुझाव देती है कि पिछले अध्ययनों ने सक्रिय संक्रमण वाले टिक्स की संख्या का अधिक आकलन किया होगा क्योंकि वे जीवित बैक्टीरिया के बजाय इन प्राचीन आनुवंशिक जीवाश्मों का पता लगा रहे थे। मेजबान के जीनोम में इस तरह के विशाल बैक्टीरियल क्रोमोसोम का एकीकृत होना एक दुर्लभ घटना है, जो किसी विदेशी भाषा में लिखी गई एक पूरी लाइब्रेरी को एक मूल पुस्तक के भीतर खोजने के समान है। यह रोगजनकों और उनके मेजबानों के बीच के संबंध की जटिलता को उजागर करता है, जो दिखाता है कि एक संक्रामक एजेंट और मेजबान के अपने जीव विज्ञान के एक हिस्से के बीच की रेखा कितनी पतली हो सकती है। सार्वजनिक स्वास्थ्य अधिकारियों और अफ्रीकी टिक-बाइट फीवर को ट्रैक करने वाले शोधकर्ताओं के लिए, इसका अर्थ है कि केवल सरल आनुवंशिक परीक्षणों पर भरोसा करना अब पर्याप्त नहीं है। उन्हें अब गहराई से देखना होगा, अधिक विशिष्ट मार्करों का उपयोग करना होगा ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे वास्तविक, सक्रिय संक्रमणों को ट्रैक कर रहे हैं, न कि टिक के स्वयं का हिस्सा बन चुके एक बैक्टीरियल अतीत की शांत गूँज को।
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