Worldwide comparison of Salmonella Enteritidis genomes with and without the gyrA codon substitution D87Y
लगभग 80,000 *Salmonella* Enteritidis जीनोम के एक वैश्विक जीनोमिक विश्लेषण से पता चलता है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में सिप्रोफ्लोक्सासिन-घटी संवेदनशीलता वाले उपभेदों का उद्भव विशिष्ट जीन सामग्री या केवल GyrA(D87Y) उत्परिवर्तन द्वारा संचालित नहीं है, क्योंकि यह घटना गैर-यूएसए देशों में नहीं देखी गई है और इसमें जटिल जीनोमिक विविधताएं शामिल हैं जिनके लिए आगे की जांच की आवश्यकता है।
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खाद्य सुरक्षा निरंतर, शांत सतर्कता पर निर्भर करती है जो उन बैक्टीरिया के विरुद्ध होती है जो लोगों को बीमार कर सकते हैं। सबसे आम दोषियों में से एक साल्मोनेला (Salmonella) नामक बैक्टीरिया है, विशेष रूप से एंटरिटिडिस (Enteritidis) प्रकार का, जो अक्सर पोल्ट्री और अंडों को दूषित करता है। दशकों से, डॉक्टरों ने गंभीर संक्रमणों के इलाज के लिए सिप्रोफ्लोक्सासिन (ciprofloxacin) जैसे प्रमुख विकल्प के साथ, फ्लोरोक्विनोलोन (fluoroquinolones) नामक एक शक्तिशाली श्रेणी के एंटीबायोटिक्स का उपयोग किया है। हालाँकि, बैक्टीरिया चतुर और अनुकूलनशील होते हैं; वे इन दवाओं के प्रति प्रतिरोध विकसित करने के लिए अपनी आंतरिक मशीनरी को बदल सकते हैं। एक विशिष्ट परिवर्तन 'जाइरा' (GyrA) नामक प्रोटीन में एक सूक्ष्म बदलाव से संबंधित है, जो बैक्टीरिया के डीएनए के लिए एक आणविक मोटर की तरह कार्य करता है। जब यह प्रोटीन एक विशिष्ट स्थान पर उत्परिवर्तित (mutate) होता है, तो बैक्टीरिया को सिप्रोफ्लोक्सासिन से मारना बहुत कठिन हो जाता है। यह प्रतिरोध एक गंभीर सार्वजनिक स्वास्थ्य चिंता का विषय है क्योंकि यह संक्रमणों के उपचार के लिए विकल्प कम कर देता है।
हाल के वर्षों में, संयुक्त राज्य अमेरिका में स्वास्थ्य अधिकारियों ने एक परेशान करने वाले रुझान को देखा है: साल्मोनेला एंटरिटिडिस के उन उपभेदों (strains) में भारी वृद्धि हुई है जो सिप्रोफ्लोक्सासिन के प्रति प्रतिरोधी हो गए थे। ये प्रतिरोधी बैक्टीरिया केवल यादृच्छिक घटनाएँ नहीं थे; वे एक बहुत ही विशिष्ट वंश रेखा (family line) से संबंधित प्रतीत होते थे, जिसे एक अद्वितीय आनुवंशिक हस्ताक्षर द्वारा पहचाना गया था। वैज्ञानिकों के सामने प्रश्न यह था कि क्या यह एक स्थानीय अमेरिकी समस्या थी या एक वैश्विक समस्या। यदि प्रतिरोध दुनिया भर में फैल रहा था, तो यह एक सार्वभौमिक लाभ का सुझाव देता जो इन बैक्टीरिया को हर जगह फलने-फूलने में मदद करता। यदि यह केवल संयुक्त राज्य अमेरिका तक सीमित था, तो यह स्थानीय स्थितियों, जैसे कि खेती के तरीकों या विशिष्ट पर्यावरणीय कारकों की ओर संकेत करता, जो इस परिवर्तन को संचालित कर रहे थे। इसका उत्तर देने के लिए, शोधकर्ताओं ने दुनिया भर के इन बैक्टीरिया के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट की तुलना करने का निर्णय लिया।
संयुक्त राज्य अमेरिका के कृषि विभाग और रोग नियंत्रण और रोकथाम केंद्र (CDC) के वैज्ञानिकों की एक टीम ने आनुवंशिक डेटा का एक विशाल संग्रह एकत्र किया। उन्होंने लगभग 80,000 साल्मोनेला एंटरिटिडिस के जीनोम का विश्लेषण किया, जिसमें पूर्ण आनुवंशिक मानचित्र और आंशिक ड्राफ्ट दोनों शामिल हैं, जिन्हें दर्जनों देशों से मानव रोगियों, मुर्गियों और अन्य स्रोतों से एकत्र किया गया था। उन्होंने इन बैक्टीरिया को तीन चीजों के आधार पर समूहों में वर्गीकृत किया: वे कहाँ पाए गए, क्या उनमें वह विशिष्ट उत्परिवर्तन (mutation) मौजूद था जो दवा प्रतिरोध का कारण बनता है, और क्या वे उस विशिष्ट अमेरिकी वंश रेखा से संबंधित थे जिसने चिंता का विषय पैदा किया था। इन समूहों की तुलना करके, शोधकर्ता देख सके कि क्या संयुक्त राज्य अमेरिका के प्रतिरोधी बैक्टीरिया आनुवंशिक रूप से अद्वितीय थे या वे दुनिया के अन्य हिस्सों में पाए जाने वाले प्रतिरोधी बैक्टीरिया के समान ही थे।
डेटा ने संयुक्त राज्य अमेरिका और शेष विश्व के बीच एक चौंकाने वाला अंतर प्रकट किया। संयुक्त राज्य अमेरिका में, प्रतिरोधी बैक्टीरिया भारी रूप से उसी विशिष्ट वंश रेखा का हिस्सा थे, और पिछले कुछ वर्षों में उनकी संख्या तेजी से बढ़ी है। इसके विपरीत, जबकि अन्य देशों में भी कुछ प्रतिरोधी बैक्टीरिया थे, उनमें उस विशिष्ट वंश रेखा के भीतर इतनी बड़ी वृद्धि नहीं देखी गई थी। यूरोप, एशिया और दक्षिण अमेरिका में पाए गए प्रतिरोधी उपभेद कई अलग-अलग आनुवंशिक परिवारों से संबंधित थे और उन्होंने संयुक्त राज्य अमेरिका में देखी गई प्रभुत्व की प्रवृत्ति का पालन नहीं किया। यह सुझाव देता है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रतिरोधी बैक्टीरिया का विस्फोट केवल इस परिणाम का हिस्सा नहीं है कि दुनिया में कहीं भी बैक्टीरिया दवाओं के प्रति प्रतिरोधी हो रहे हैं, बल्कि यह संयुक्त राज्य अमेरिका में विशिष्ट परिस्थितियों द्वारा संचालित एक घटना है।
यह समझने के लिए कि अमेरिका में यह विशिष्ट वंश रेखा क्यों हावी हो रही थी, शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया के आनुवंशिक गुणों की गहराई से जांच की। उन्होंने परीक्षण किया कि क्या प्रतिरोधी बैक्टीरिया में अलग-अलग जीन मौजूद हैं, जैसे कि डीएनए के छोटे, गतिशील छल्लों (प्लाज्मिड) पर पाए जाने वाले जीन, जो अक्सर प्रतिरोध लक्षणों को ले जाते हैं। उन्होंने प्रोफेज (prophages) के रूप में ज्ञात वायरल तत्वों की भी जांच की, जो प्राचीन वायरस के अंश हैं जो बैक्टीरिया के डीएनए के भीतर छिपे रहते हैं और कभी-कभी बैक्टीरिया को नई क्षमताएं प्रदान कर सकते हैं। विश्लेषण ने दिखाया कि अमेरिका के प्रतिरोधी बैक्टीरिया में पाए जाने वाले प्लाज्मिड अन्य देशों के प्रतिरोधी बैक्टीरिया में पाए जाने वाले प्लाज्मिड के बहुत समान थे। इस निष्कर्ष ने इस विचार को खारिज कर दिया कि एक अद्वितीय, 'सुपर-रेसिस्टेंट' प्लाज्मिड अमेरिका के प्रकोप के पीछे का गुप्त हथियार था।
शोधकर्ताओं को डीएनए के भीतर छिपे वायरल तत्वों में कुछ अंतर मिले। संयुक्त राज्य अमेरिका के विशिष्ट वंश रेखा वाले बैक्टीरिया में इन वायरल क्षेत्रों का एक अलग सेट था जो अन्य देशों के प्रतिरोधी बैक्टीरिया में पाए जाने वाले वायरल क्षेत्रों से भिन्न था। हालाँकि, बैक्टीरिया की समग्र आनुवंशिक संरचना आश्चर्यजनक रूप से समान थी। अमेरिका के प्रतिरोधी बैक्टीरिया अपने गैर-प्रतिरोधी समकक्षों से मौलिक रूप से भिन्न नहीं थे, न ही वे अन्य देशों के प्रतिरोधी बैक्टीरिया से बहुत अलग थे, सिवाय उन विशिष्ट वायरल क्षेत्रों के। इससे वैज्ञानिकों को यह निष्कर्ष निकालने में मदद मिली कि संयुक्त राज्य अमेरिका में इन बैक्टीरिया का उदय किसी एक शक्तिशाली आनुवंशिक तत्व, जैसे कि नए प्लाज्मिड या बड़े पैमाने पर जीन विनिमय के कारण नहीं हुआ था।
इसके बजाय, साक्ष्य बताते हैं कि संयुक्त राज्य अमेरिका में इन प्रतिरोधी बैक्टीरिया का उदय एक जटिल घटना है। उस विशिष्ट वंश रेखा के बैक्टीरिया को, जिसे हम एक अलग शाखा मान सकते हैं, संयुक्त राज्य अमेरिका में पैठ बनाने में सफलता मिली और फिर उन्होंने दवा-प्रतिरोध उत्परिवर्तन प्राप्त किया। एक बार जब ऐसा हुआ, तो उस विशिष्ट वंश रेखा और प्रतिरोध उत्परिवर्तन के संयोजन ने उन्हें तेजी से फैलने और अन्य उपभेदों को बदलने की अनुमति दी। अध्ययन में कोई एकल "स्मोकिंग गन" जीन नहीं मिला जो उनकी इस सफलता की व्याख्या कर सके। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि उत्तर संभवतः कई कारकों का मिश्रण है, शायद इसमें बताया जा सके कि ये बैक्टीरिया अपने पर्यावरण के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं या वे मेजबानों को कैसे उपनिवेशित (colonize) करते हैं, जो ऐसे गुण हैं जिन्हें केवल जीनों की सूची देखकर देखना कठिन होता है।
ये निष्कर्ष इस बात पर प्रकाश डालते हैं कि जबकि दवा प्रतिरोध एक वैश्विक खतरा है, इसका प्रकटीकरण अत्यधिक स्थानीय हो सकता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रतिरोधी साल्मोनेला का तीव्र उदय एक विशिष्ट वंश रेखा से जुड़ी एक विशिष्ट घटना है, न कि एक सार्वभौमिक प्रवृत्ति जो हर जगह देखी जाती है। अध्ययन यह भी इंगित करता है कि केवल दवा-प्रतिरोध उत्परिवर्तन होना ही इस प्रकोप को समझाने के लिए पर्याप्त नहीं है; बैक्टीरिया को फलने-फूलने के लिए सही आनुवंशिक परिवार का भी होना चाहिए। यह अंतर सार्वजनिक स्वास्थ्य अधिकारियों के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसका अर्थ है कि विशिष्ट वंश रेखा को ट्रैक करना उतना ही महत्वपूर्ण है जितना कि स्वयं प्रतिरोध को ट्रैक करना। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि यह समझने के लिए कि इस विशिष्ट वंश रेखा और प्रतिरोध उत्परिवर्तन के संयोजन को क्या लाभ मिलता है, आगे के अध्ययन की आवश्यकता है, लेकिन आनुवंशिक डेटा ने पहले ही कई सरल स्पष्टीकरणों को खारिज कर दिया है, जिससे वास्तविक कारण की खोज को सीमित किया जा सका है।
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