Targeted Depletion of rRNAs and Tobamoviruses Enhances Viral Discovery in Wastewater Metatranscriptomes
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि अपशिष्ट जल मेटाट्रांसक्रिप्टोम्स (wastewater metatranscriptomes) में प्रचुर राइबोसोमल आरएनए और पौधों को संक्रमित करने वाले टोबामावायरस (tobamoviruses) के लक्षित निष्कासन से बैकग्राउंड शोर में महत्वपूर्ण कमी आती है, जिससे कम मात्रा वाले मानव और पशु रोगजनकों का पता लगाना संभव हो जाता है जो अन्यथा पता लगाने योग्य नहीं होते हैं।
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अपशिष्ट जल (वेस्टवॉटर) आनुवंशिक सामग्री का एक जटिल मिश्रण है, जिसमें मानव कोशिकाओं, बैक्टीरिया, लोगों द्वारा खाए जाने वाले भोजन और हमारे पेट तथा पर्यावरण में रहने वाले अनगिनत सूक्ष्मजीवों के अंश शामिल होते हैं। वैज्ञानिकों ने समुदायों में घूमते वायरस को ट्रैक करने के लिए इस आनुवंशिक मिश्रण को पढ़ना सीख लिया है, जिसे अपशिष्ट जल निगरानी (वेस्टवॉटर सर्विलांस) कहा जाता है। सीवेज में पाए जाने वाले आरएनए (RNA), या आनुवंशिक निर्देशों का विश्लेषण करके, शोधकर्ता मरीजों के डॉक्टर के पास जाने से पहले ही इन्फ्लुएंजा या पोलियो जैसी बीमारियों के प्रकोप का पता लगा सकते हैं। हालाँकि, इस पद्धति को एक बड़ी बाधा का सामना करना पड़ता है: जिन वायरसों की लोग परवाह करते हैं, उनका आनुवंशिक संकेत अक्सर पृष्ठभूमि के शोर (बैकग्राउंड नॉइज़) के कारण दब जाता है। जिस तरह एक भीड़ भरे स्टेडियम में फुसफुसाहट सुनना कठिन होता है, उसी तरह अपशिष्ट जल में दुर्लभ मानव वायरसों को खोजना भी कठिन है क्योंकि वे अन्य आनुवंशिक सामग्री, विशेष रूप से बैक्टीरिया और मानव कोशिकाओं से प्राप्त राइबोसोमल आरएनए (ribosomal RNA), और उन पादप वायरसों (प्लांट वायरस) की आनुवंशिक सामग्री के नीचे दबे होते हैं जिन्हें लोग खाने के बाद शरीर से त्याग देते हैं।
इस समस्या को हल करने के लिए, कैलगरी, कनाडा के शोधकर्ताओं ने इसे पढ़ने से पहले आनुवंशिक संकेत को साफ करने के लिए एक नया दृष्टिकोण परीक्षण किया। उन्होंने दो प्रमुख हस्तक्षेप स्रोतों पर ध्यान केंद्रित किया: राइबोसोमल आरएनए, जो लगभग सभी जीवित कोशिकाओं में प्रचुर मात्रा में होता है, और टोबामोवायरस (tobamoviruses), जो पौधों के वायरसों का एक समूह है जो तब सीवेज सिस्टम में प्रवेश करते हैं जब लोग संक्रमित मिर्च, टमाटर या अन्य उपज खाते हैं। अनुपचारित अपशिष्ट जल के नमूनों में, ये दो स्रोत पाए जाने वाली कुल आनुवंशिक सामग्री का 95 प्रतिशत से अधिक हिस्सा बना सकते हैं, जिससे उन मानव रोगजनकों (पैथोजन्स) का पता लगाने के लिए बहुत कम जगह बचती है जिनकी निगरानी सार्वजनिक स्वास्थ्य अधिकारियों को करनी होती है। शोधकर्ताओं ने इन प्रमुख संकेतों को विशेष रूप से हटाने के लिए कस्टम-डिज़ाइन किए गए आणविक प्रोब (molecular probes) का उपयोग करके एक विधि विकसित की। ये प्रोब चुंबक की तरह कार्य करते हैं जो अवांछित राइबोसोमल और पादप वायरल आरएनए से जुड़ जाते हैं, जिससे उन्हें कॉपी और सीक्वेंस होने से रोका जा सके, जबकि अन्य वायरसों की आनुवंशिक सामग्री सुरक्षित रहती है।
टीम ने दस लाख से अधिक लोगों की सेवा करने वाले एक बड़े उपचार संयंत्र से अपशिष्ट जल के नमूने एकत्र किए और प्रत्येक नमूने को दो भागों में विभाजित किया। एक भाग को सामान्य रूप से संसाधित किया गया, जबकि दूसरे भाग को राइबोसोमल आरएनए और आठ सामान्य प्रकार के टोबामोवायरस को हटाने के लिए प्रोब के साथ उपचारित किया गया। जब उन्होंने दोनों प्रकार के नमूनों से आनुवंशिक सामग्री को सीक्वेंस किया, तो अंतर स्पष्ट था। अनुपचारित नमूनों में, डेटा का एक बड़ा हिस्सा बैकग्राउंड शोर से आया, जिसमें राइबोसोमल आरएनए 90 प्रतिशत से अधिक 'रीड्स' (reads) के रूप में मौजूद था। उपचारित नमों में, यह बैकग्राउंड शोर घटकर 5 प्रतिशत से भी कम रह गया। इस सफाई ने न केवल शोर को कम किया; बल्कि इसने महत्वपूर्ण संकेत को नाटकीय रूप से बढ़ा दिया। पहचाने जा सकने वाले वायरल रीड्स की संख्या छह से ग्यारह गुना बढ़ गई, और पादप वायरसों के अलावा अन्य आरएनए वायरसों से संबंधित रीड्स का अनुपात लगभग 11 प्रतिशत से बढ़कर लगभग 55 प्रतिशत हो गया।
इस पद्धति का सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव मानव और पशु रोगजनकों पर पड़ा। अनुपचारित नमूनों में, कई महत्वपूर्ण वायरस केवल इसलिए अदृश्य थे क्योंकि उनके आनुवंशिक संकेत बैकग्राउंड शोर से ऊपर उठने के लिए बहुत कमजोर थे। डिप्लीशन ट्रीटमेंट (depletion treatment) के बाद, मानव और पशु रोगजनकों को सौंपे गए रीड्स की संख्या बयालीस गुना बढ़ गई। डेटा के इस उछाल ने शोधकर्ताओं को उन वायरसों का पता लगाने में सक्षम बनाया जो अनुपचारित नमूनों में पूरी तरह से पता लगाने योग्य नहीं थे, जिनमें इन्फ्लुएंजा, रेस्पिरेटरी सिन्सिटियल वायरस और हेपेटाइटिस ए शामिल हैं। इस पद्धति ने वायरसों के पूर्ण आनुवंशिक ब्लूप्रिंट को जोड़ने की क्षमता में भी सुधार किया। बैकग्राउंड डेटा की भारी मात्रा को हटाकर, शोधकर्ता कई अधिक पूर्ण वायरल जीनोम को असेंबल करने में सक्षम हुए, जिनमें उन कम-अध्ययनित समूहों के वायरस भी शामिल थे जो आंत में रहते हैं लेकिन अपशिष्ट जल अध्ययनों में शायद ही कभी देखे जाते हैं।
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि सबसे प्रचुर मात्रा में उपलब्ध आनुवंशिक सामग्री को लक्षित रूप से हटाना अपशिष्ट जल निगरानी को बदल सकता है। राइबोसोमल आरएनए और विशिष्ट पादप वायरसों को फ़िल्टर करके, वैज्ञानिक अपनी सीक्वेंसिंग शक्ति को उन दुर्लभ वायरसों की ओर मोड़ सकते हैं जो सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए सबसे अधिक मायने रखते हैं। इस दृष्टिकोण के लिए महंगे, अल्ट्रा-डीप सीक्वेंसिंग या विशिष्ट ज्ञात वायरसों को खोजने के लिए डिज़ाइन किए गए जटिल पैनलों की आवश्यकता नहीं है। इसके बजाय, यह एक 'सब्ट्रैक्टिव स्ट्रैटेजी' (घटाव रणनीति) का उपयोग करता है ताकि मौजूदा सीक्वेंसिंग तकनीक को जो छिपा हुआ है उसे खोजने में कहीं अधिक कुशल बनाया जा सके। परिणाम बताते हैं कि यह विधि अपशिष्ट जल विश्लेषण में एक मानक चरण बन सकती है, जिससे समुदाय अधिक संवेदनशीलता और स्पष्टता के साथ बीमारियों की एक विस्तृत श्रृंखला की निगरानी कर सकेंगे।
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