Identifying candidate genetic determinants associated with invasion in pneumococcal lineages
दक्षिण अफ्रीका और यूएसए के न्यूमोकोकल आइसोलेट्स (isolates) में सेरोटाइप और लीनेज (lineage) के स्वतंत्र प्रभावों को अलग करके, यह अध्ययन विशिष्ट आनुवंशिक निर्धारकों, जैसे कि *hk11* और *bgaA*, की पहचान करता है, जो अपने निकट संबंधी GPSC21 समकक्ष की तुलना में GPSC1 लीनेज की अप्रत्याशित रूप से उच्च आक्रामकता को संचालित करते हैं।
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न्यूमोकोकस एक ऐसा जीवाणु है जो कई लोगों, विशेष रूप से छोटे बच्चों की नाक में हानिरहित रूप से रहता है, लेकिन कभी-कभी गंभीर, जीवन के लिए घातक बीमारी का कारण बनने के लिए रक्तप्रवाह या फेफड़ों में जा सकता है। वैज्ञानिक लंबे समय से जानते हैं कि यह जीवाणु एक शर्करा युक्त परत पहनता है, जिसे कैप्सूल कहा जाता है, जो कई अलग-अलग प्रकारों में आता है। ये प्रकार, जिन्हें सीरोटाइप (serotypes) कहा जाता है, एक वर्दी की तरह कार्य करते हैं; कुछ वर्दियाँ बीमारी का कारण बनने के लिए कुख्यात हैं, जबकि अन्य मुख्य रूप से स्वस्थ वाहकों में देखी जाती हैं। क्योंकि टीकों को विशिष्ट वर्दियों को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए यह समझना महत्वपूर्ण है कि कौन सी खतरनाक हैं। हालाँकि, एक पहेली बनी हुई थी: भले ही दो जीवाणु बिल्कुल एक जैसी वर्दी पहनते हों, फिर भी एक दूसरे की तुलना में बीमारी का कारण बनने की अधिक संभावना रख सकता है। यह सुझाव देता है कि खतरा न केवल बाहरी परत में है, बल्कि जीवाणु की आंतरिक मशीनरी में भी है।
इस पहेली को सुलझाने के लिए, दक्षिण अफ्रीका और संयुक्त राज्य अमेरिका के शोधकर्ताओं ने सात वर्ष से कम उम्र के बच्चों से लिए गए जीवाणुओं के एक विशाल संग्रह की ओर रुख किया। उन्होंने हजारों नमूने एकत्र किए, जिनमें से कुछ स्वस्थ नाक से लिए गए थे और अन्य उन बच्चों से लिए गए थे जिनमें आक्रामक बीमारी विकसित हुई थी। उन्नत जेनेटिक सीक्वेंसिंग का उपयोग करके, उन्होंने इन जीवाणुओं के पारिवारिक वंश (family trees) का मानचित्रण किया और उन्हें विशिष्ट वंशों (lineages) में विभाजित किया। टीम ने बैक्टीरिया की बाहरी परत के प्रभाव को उसके पारिवारिक वंश के प्रभाव से अलग करने के लिए एक सांख्यिकीय मॉडल बनाया। इसने उन्हें एक सटीक प्रश्न पूछने की अनुमति दी: यदि दो जीवाणुओं के पास एक ही कोट (परत) है, तो क्या उनका पारिवारिक इतिहास अभी भी यह निर्धारित करता है कि उनके द्वारा बच्चे को बीमार करने की कितनी संभावना है?
इसका उत्तर स्पष्ट रूप से 'हाँ' था। शोधकर्ताओं ने पाया कि एक ही कोट पहनने वाले जीवाणुओं में से, कुछ पारिवारिक वंश अन्य की तुलना में काफी अधिक खतरनाक थे। उन्होंने दो निकट संबंधी परिवारों पर ध्यान केंद्रित किया, जो दोनों एक ही कोट प्रकार 19F पहनते थे। उनके करीबी आनुवंशिक संबंध और समान बाहरी दिखावट के बावजूद, एक परिवार को पूरे अध्ययन में सबसे आक्रामक वंशों में से एक के रूप में रैंक किया गया था, जबकि दूसरे को निचले स्तर पर रखा गया था। इस स्पष्ट अंतर ने साबित कर दिया कि जीवाणु की बाहरी परत के स्वतंत्र रूप से, उसका आनुवंशिक आधार बीमारी पैदा करने की उसकी क्षमता में प्रमुख भूमिका निभाता है।
इस अंतर की पहचान करने के बाद, टीम ने उन विशिष्ट आनुवंशिक निर्देशों को खोजने का प्रयास किया जिन्होंने एक परिवार को इतना अधिक आक्रामक बना दिया। उन्होंने अत्यधिक आक्रामक परिवार के डीएनए की तुलना कम आक्रामक वाले परिवार से की, और उन सूक्ष्म आनुवंशिक विविधताओं की तलाश की जो खतरनाक समूह में मौजूद थीं लेकिन सुरक्षित समूह में अनुपस्थित थीं। उन्होंने इन अंतरों को बीमारी के डेटा के माध्यम से फ़िल्टर किया ताकि केवल उन्हीं विविधताओं को पाया जा सके जो बीमारी का कारण बनने से जुड़ी थीं। इस प्रक्रिया ने हजारों संभावनाओं को कुछ मजबूत उम्मीदवारों तक सीमित कर दिया।
सबसे महत्वपूर्ण खोज एक जीन की ओर इशारा करती जिसे hk11 कहा जाता है, जो जीवाणु के लिए एक सेंसर के रूप में कार्य करता है, जिससे इसे अपने वातावरण में बदलावों का पता लगाने और उसके अनुसार अपने व्यवहार को समायोजित करने में मदद मिलती है। इस जीन में विविधताएं अधिक खतरनाक परिवार से मजबूती से जुड़ी हुई थीं। एक अन्य प्रमुख उम्मीदवार bgaA नामक जीन था, जो एक प्रोटीन का उत्पादन करता है जो जीवाणु को मानव कोशिकाओं से चिपकने में मदद करता है। शोधकर्ताओं ने clpX नामक जीन में भी अंतर पाया, जो इस बात में शामिल है कि जीवाणु तनाव को कैसे संभालता है और स्वयं की मरम्मत कैसे करता है। ये निष्कर्ष बताते हैं कि जीवाणु की अपने परिवेश को समझने, मानव ऊतकों से चिपकने और तनाव से बचने की क्षमता, यह निर्धारित करने में उतनी ही महत्वपूर्ण है जितना कि उसकी बाहरी परत कि वह बीमारी का कारण बनेगा या नहीं।
टीम ने यह भी जांच की कि क्या जीवाणुओं ने अपनी शर्करा युक्त परतों को और अधिक खतरनाक बनाने के लिए सूक्ष्म रूप से बदला है। उन्होंने कोट बनाने के लिए जिम्मेदार जीनों की जांच की और पाया कि हालांकि प्रोटीन जो शर्करा को व्यवस्थित करते हैं उनमें कुछ छोटे बदलाव थे, फिर भी कोट की समग्र संरचना दोनों परिवारों के बीच बहुत समान रही। इन प्रोटीनों के कंप्यूटर मॉडल ने उनके आकार में कोई बड़ा परिवर्तन नहीं दिखाया, जिससे पता चलता है कि बढ़ी हुई आक्रामकता एक पूरी तरह से नए प्रकार के कोट के कारण नहीं थी, बल्कि इन आंतरिक आनुवंशिक बदलावों के कारण थी।
यह कार्य बैक्टीरिया के खतरों को देखने का एक नया तरीका प्रदान करता है। बाहरी परत के प्रभाव को आंतरिक पारिवारिक इतिहास से अलग करके, वैज्ञानिक अब उन छिपे हुए खतरों की पहचान कर सकते हैं जिन्हें पारंपरिक तरीके शायद मिस कर दें। यह अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि एक ही वैक्सीन-लक्षित प्रकार के भीतर भी, ऐसे वंश हो सकते हैं जो गंभीर बीमारी का कारण बनने की बहुत अधिक संभावना रखते हैं। इस शोध में पहचाने गए जीन, विशेष रूप से पर्यावरण को महसूस करने और मानव कोशिकाओं से चिपकने से जुड़े जीन, भविष्य के टीकों के लिए नए लक्ष्य प्रदान करते हैं जो विशिष्ट कोट पहने बिना भी खतरनाक जीवाणुओं की एक विस्तृत श्रृंखला की रक्षा कर सकते हैं।
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