Complete Genome of Lactiplantibacillus plantarum 25 (LP25) Isolated from Commercialized Pig Feces

खाद्य और औषधि की दुनिया में, लैक्टिप्लांटिबैसिलस प्लांटारम (Lactiplantibacillus plantarum) नामक एक विशिष्ट प्रकार के बैक्टीरिया का एक विशेष स्थान है। यह फर्मेंटेड खाद्य पदार्थों जैसे सॉकरक्राट (sauerkraut) और अचार में पाया जाने वाला एक सूक्ष्म कार्यकर्ता है, और इसका उपयोग प्रोबायोटिक के रूप में भी व्यापक रूप से किया जाता है, जो आंत के स्वास्थ्य को सहारा देने के लिए भोजन और सप्लीमेंट्स में मिलाया जाने वाला एक जीवित सहायक है। क्योंकि यह बैक्टीरिया स्वास्थ्य अधिकारियों द्वारा सामान्य रूप से सुरक्षित माना गया है, इसलिए वैज्ञानिक अक्सर इसका उपयोग टीकों को पहुँचाने के लिए एक वाहन के रूप में या उपयोगी प्रोटीन बनाने वाले कारखाने के रूप में करते हैं। हालाँकि, शरीर में पेश किए जाने वाले किसी भी जीवित जीव की तरह, इसके आनुवंशिक मेकअप को पूरी तरह से समझने की आवश्यकता होती है। जिस तरह एक मैकेनिक को कार में डालने से पहले इंजन के हर हिस्से को जानने की जरूरत होती है, उसी तरह शोधकर्ताओं को एक प्रोबायोटिक स्ट्रेन के संपूर्ण आनुवंशिक कोड का मानचित्र तैयार करना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि इसमें कोई छिपे हुए जोखिम नहीं हैं, जैसे कि ऐसे जीन जो इसे एंटीबायोटिक्स के प्रति प्रतिरोधी बना सकते हैं, जो हानिकारक बैक्टीरिया को मारने के लिए उपयोग की जाने वाली दवाएं हैं।

दक्षिण कोरिया के कांगवोन नेशनल यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने अब इस बैक्टीरिया के एक विशिष्ट स्ट्रेन, जिसे LP25 के रूप में जाना जाता है, के लिए यह पूर्ण आनुवंशिक मानचित्र प्रदान किया है। यह विशेष स्ट्रेन मूल रूप से एक वाणिज्यिक फार्म से सूअरों के मल से एकत्र किया गया था और तब से उन वैज्ञानिकों के लिए एक पसंदीदा उपकरण बन गया है जो टीकों को वितरित करने या जीन अभिव्यक्ति (gene expression) का अध्ययन करने के लिए बैक्टीरिया को इंजीनियर करना चाहते हैं। शोधकर्ता यह जानना चाहते थे कि LP25 के भीतर आनुवंशिक निर्देश पुस्तिका में वास्तव में क्या है ताकि इसकी सुरक्षा की पुष्टि की जा सके और इसकी क्षमता को समझा जा सके। ऐसा करने के लिए, उन्होंने केवल कुछ जीनों को नहीं देखा; उन्होंने पूरे जीनोम का अनुक्रम (sequence) निकाला, जो डीएनए का पूरा सेट है जो बैक्टीरिया को जीवित रहने और कार्य करने का निर्देश देता है।

टीम ने डीएनए को पढ़ने के लिए दो शक्तिशाली अनुक्रमण (sequencing) तकनीकों का उपयोग किया। एक विधि आनुवंशिक कोड को छोटे, अत्यधिक सटीक टुकड़ों में पढ़ती है, जबकि दूसरी विधि डीएनए के बहुत लंबे हिस्सों को पढ़ती है। दोनों विधियों के परिणामों को मिलाकर, वे बैक्टीरिया की आनुवंशिक संरचना की एक पूर्ण और त्रुटिहीन तस्वीर बनाने में सक्षम रहे। अंतिम परिणाम से पता चला कि LP25 में एक एकल, गोलाकार गुणसूत्र (chromosome) है जो 3,298,237 बेस पेयर्स लंबा है। इस मुख्य गुणसूत्र के अलावा, बैक्टीरिया डीएनए के तीन छोटे, स्वतंत्र छल्लों को वहन करता है जिन्हें प्लास्मिड (plasmids) कहा जाता है, जो अतिरिक्त टूलकिट की तरह हैं जिनका उपयोग कोशिका कर सकती है। शोधकर्ताओं ने इस आनुवंशिक सामग्री के भीतर 3,172 विशिष्ट जीनों की पहचान की, जो प्रोटीन बनाने के निर्देश के रूप में कार्य करते हैं जिनकी बैक्टीरिया को जीवित रहने के लिए आवश्यकता होती है।

जब वैज्ञानिकों ने इन जीनों का विश्लेषण किया, तो उन्हें कई ऐसी विशेषताएं मिलीं जो बताती हैं कि यह बैक्टीरिया इतना उपयोगी क्यों है। उन्होंने प्लांटारिसिन (plantaricin) बनाने के लिए जिम्मेदार जीनों के एक समूह की खोज की, जो एक प्राकृतिक पदार्थ है जो अन्य बैक्टीरिया की वृद्धि को रोक सकता है, जिससे इस स्ट्रेन को अपने वातावरण में प्रतिस्पर्धा करने में मदद मिलती है। अधिक महत्वपूर्ण रूप से, सुरक्षा के लिए, उन्होंने उन जीनों की तलाश की जो इस बैक्टीरिया को एंटीबायोटिक प्रतिरोध प्रदान कर सकते हैं। उनकी खोज में ऐसे दो जीन मिले: एक जो टेट्रासाइक्लिन (tetracycline) नामक एंटीबायोटिक के प्रकार के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है और दूसरा जो लिंकोमाइसिन (lincomycin) नामक दवा के प्रति प्रतिरोधी है। ये जीन मुख्य गुणसूत्र के बजाय छोटे प्लास्मिड छल्लों पर स्थित थे। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि हालांकि उन्हें इन प्रतिरोध संबंधी आनुवंशिक निर्देशों का पता चला, लेकिन उन्होंने जीवित प्रणाली में बैक्टीरिया का परीक्षण यह देखने के लिए नहीं किया कि क्या वे वास्तव में दवाओं के प्रति प्रतिरोधी हैं; उन्होंने केवल प्रतिरोध के ब्लूप्रिंट पाए थे।

अध्ययन ने इस स्ट्रेन को संबंधित बैक्टीरिया के वंश वृक्ष (family tree) पर भी रखा। LP25 के कोर जीनों की अन्य समान प्रजातियों के साथ तुलना करके, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह L. plantarum W32 नामक दूसरे स्ट्रेन से सबसे निकट से संबंधित है। यह इसकी पहचान की पुष्टि करता है और वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करता है कि यह लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया की व्यापक दुनिया में कैसे फिट बैठता है। गुणसूत्र और प्लास्मिडों के मानचित्र सहित पूर्ण आनुवंशिक डेटा को अंतरराष्ट्रीय डेटाबेस के माध्यम से जनता के लिए उपलब्ध करा दिया गया है। यह अन्य वैज्ञानिकों को इस जानकारी का उपयोग विभिन्न स्ट्रेन की तुलना करने, नए अनुप्रयोगों में सुरक्षा की जांच करने, या इस बैक्टीरिया को मानव स्वास्थ्य के लिए एक उपकरण के रूप में उपयोग करने के बेहतर तरीके डिजाइन करने के लिए करने की अनुमति देता है।

हालांकि यह अध्ययन एक व्यापक आनुवंशिक ब्लूप्रिंट प्रदान करता है, लेखक इसकी सीमाओं के बारे में सावधान रहने के लिए भी स्पष्ट करते हैं। डेटा एक एकल आइसोलेट (isolate) से आता है, जिसका अर्थ है कि यह इस विशिष्ट स्ट्रेन का प्रतिनिधित्व करता है और इसे दुनिया में पाए जाने वाले सभी L. plantarum बैक्टीरिया पर स्वतः लागू नहीं किया जा सकता है। इसके अलावा, एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन की पहचान कंप्यूटर विश्लेषण के माध्यम से की गई थी, न कि भौतिक प्रयोगों के माध्यम से जो बैक्टीरिया की दवाओं के प्रति प्रतिक्रिया को मापते हैं। इसी तरह, प्लांटारिसिन जीनों की उपस्थिति यह सुझाव देती है कि बैक्टीरिया रोगाणुरोधी यौगिकों का उत्पादन कर सकता है, लेकिन टीम ने यह पुष्टि करने के लिए परीक्षण नहीं किया कि क्या यह वास्तव में एक डिश में अन्य बैक्टीरिया को मारता है। ये निष्कर्ष एक उच्च-गुणवत्ता वाले संदर्भ बिंदु के रूप में कार्य करते हैं, जो इस व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रोबायोटिक स्ट्रेन के आनुवंशिक परिदृश्य का एक स्पष्ट और विस्तृत दृश्य प्रदान करते हैं, जबकि उनके व्यवहार की अंतिम पुष्टि को भविष्य के प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए छोड़ देते हैं।