Sweetener specific modulation of physiological responses in uropathogenic Escherichia coli

हर दिन, दुनिया भर के लोग चीनी के बिना कैलोरी की चिंता किए बिना अपनी इच्छा को पूरा करने के लिए मिठास (स्वीटनर) की ओर हाथ बढ़ाते हैं। डाइट सोडा से लेकर शुगर-फ्री डेसर्ट तक, ये पदार्थ आधुनिक आहार का एक मुख्य हिस्सा बन गए हैं, जिन्हें वजन और ब्लड शुगर को प्रबंधित करने के एक हानिरहित तरीके के रूप में प्रचारित किया जाता है। फिर भी, जैसे ही ये पदार्थ मानव शरीर से गुजरते हैं, वे केवल गायब नहीं हो जाते। उनमें से एक महत्वपूर्ण हिस्सा पाचन तंत्र से बिना बदले गुजर जाता है और मूत्र के माध्यम से बाहर निकल जाता है, जो अंततः पर्यावरण और उन जल प्रणालियों में पहुँच जाता है जो जीवन को बनाए रखती हैं। जहाँ वैज्ञानिकों ने लंबे समय से इस बात का अध्ययन किया है कि ये रसायन मानव चयापचय (मेटाबॉलिज्म) को कैसे प्रभावित करते हैं, वहीं एक शांत प्रश्न उभरा है: क्या होता है जब ये मिठास बैक्टीरिया की सूक्ष्म दुनिया से मिलते हैं? मानव आंत खरबों सूक्ष्मजीवों का घर है जो स्वास्थ्य में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, और शोधकर्ता यह सोचने लगे हैं कि क्या हमारे द्वारा उपभोग किए जाने वाले स्वीटनर उन सूक्ष्म समुदायों को उन तरीकों से बदल रहे हैं जिन्हें हम अभी तक पूरी तरह से नहीं समझते हैं।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस परस्पर क्रिया की जांच करने के लिए हाथ डाला, जिसमें उन्होंने 'यूपैथोजेनिक एस्चेरिचिया कोली' (uropathogenic Escherichia coli), या UPEC के रूप में ज्ञात बैक्टीरिया के एक विशिष्ट प्रकार पर ध्यान केंद्रित किया। ये E. coli के वे स्ट्रेन हैं जो मूत्र पथ के संक्रमण (UTI) का कारण बनते हैं, जो एक सामान्य और अक्सर दर्दनाक स्थिति है। वैज्ञानिकों ने दो बहुत अलग स्वीटनर की तुलना करने का विकल्प चुना: एसैल्फेम पोटेशियम (acesulfame potassium), जो कई डाइट उत्पादों में पाया जाने वाला एक सामान्य कृत्रिम स्वीटनर है, और स्टीविया (stevia), जो एक पौधे से प्राप्त प्राकृतिक स्वीटनर है। वे यह देखना चाहते थे कि क्या ये रसायन, जिनका स्वाद मनुष्यों के समान होता है, बीमारी फैलाने वाले बैक्टीरिया में अलग-अलग प्रतिक्रियाएं उत्पन्न करेंगे। ऐसा करने के लिए, उन्होंने प्रयोगशाला सेटिंग में इन बैक्टीरिया को उगाया, उन्हें स्वीटनर के संपर्क में लाया और बारीकी से देखा कि सूक्ष्मजीव अपने व्यवहार, अपनी वृद्धि और अपनी आनुवंशिक गतिविधि में कैसे बदलाव करते हैं।

शोधकर्ताओं ने पाया कि बैक्टीरिया ने दोनों स्वीटनर के प्रति एक जैसा व्यवहार नहीं किया। कृत्रिम स्वीटनर के संपर्क में आने पर, बैक्टीरिया उनकी गतिशीलता (मूवमेंट) में काफी अधिक सक्रिय हो गए। प्राकृतिक दुनिया में, बैक्टीरिया भोजन की ओर बढ़ने या खतरे से दूर जाने के लिए 'फ्लैजेला' (flagella) नामक छोटे, चाबुक जैसे पूंछ का उपयोग करते हैं। अध्ययन ने दिखाया कि कृत्रिम स्वीटनर एक संकेत की तरह काम करता है, जिससे बैक्टीरिया अधिक पूंछ बनाने और अधिक गति और उद्देश्य के साथ तैरने के लिए प्रेरित होते हैं। यह गति में वृद्धि केवल एक शारीरिक परिवर्तन नहीं था; यह बैक्टीरिया के आनुवंशिक निर्देशों में एक बड़े बदलाव से प्रेरित था। बैक्टीरिया ने विशेष रूप से तैरने और अपने वातावरण को समझने के लिए डिज़ाइन किए गए सैकड़ों जीन को सक्रिय कर दिया, जिससे वे प्रभावी रूप से यात्रा के लिए तैयार हो गए।

इसके विपरीत, प्राकृतिक स्वीटनर, स्टीविया ने पूरी तरह से अलग प्रतिक्रिया दी। बैक्टीरिया को तेजी से तैराने के बजाय, स्टीविया का उपयोग बैक्टीरिया द्वारा भोजन के स्रोत के रूप में किया जाता प्रतीत हुआ। जब शोधकर्ताओं ने बैक्टीरिया को एक पोषक तत्व-विहीन वातावरण में रखा जहाँ कोई अन्य भोजन उपलब्ध नहीं था, तो स्टीवदिया की उपस्थिति में बैक्टीरिया बढ़ सके। इससे पता चलता है कि बैक्टीरिया इस पौधे-आधारित स्वीटनर को तोड़ सकते हैं और अपने अस्तित्व के लिए ईंधन के रूप में इसका उपयोग कर सकते हैं। हालांकि, इस चयापचय परिवर्तन (metabolic shift) के साथ गति में वैसी वृद्धि नहीं आई। बैक्टीरिया अधिक गतिशील नहीं हुए; इसके बजाय, उन्होंने ऊर्जा को नए खाद्य स्रोत को संसाधित करने पर केंद्रित किया।

अध्ययन ने यह भी देखा कि इन स्वीटनर ने बैक्टीरिया की 'बायोफिल्म' (biofilms) बनाने की क्षमता को कैसे प्रभावित किया, जो बैक्टीरिया के चिपचिपे समुदाय हैं जो सतहों से चिपके रहते हैं और अक्सर दवा से उपचार करना कठिन होता है। यहाँ परिणाम मिश्रित थे और परीक्षण किए जा रहे बैक्टीरिया के विशिष्ट स्ट्रेन पर निर्भर थे। कुछ स्ट्रेन के लिए, कृत्रिम स्वीटनर ने इन सुरक्षात्मक बायोफिल्मों के निर्माण को प्रोत्साहित किया, जबकि प्राकृतिक स्वीटनर ने उन्हें कम करने में मदद की। यह सुझाव देता है कि ये दोनों रसायन बैक्टीरिया की तनाव प्रतिक्रियाओं (stress responses) के साथ विपरीत दिशाओं में परस्पर क्रिया करते हैं। कृत्मक स्वीटनर ने बैक्टीरिया को तनाव दिया, जिससे वे सुरक्षात्मक परतें बनाने और अधिक आक्रामक रूप से घूमने लगे, जबकि प्राकृतिक स्वीटनर ने इन तनाव प्रतिक्रियाओं को शांत करने में मदद की, जिससे बैक्टीरिया को विकास पर ध्यान केंद्रित करने की अनुमति मिली।

इस शोध का एक महत्वपूर्ण हिस्सा वास्तविक दुनिया के बैक्टीरिया की तुलना एक मानक प्रयोगशाला स्ट्रेन से करना था जिसका उपयोग वैज्ञानिक दशकों से करते आ रहे हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि प्रयोगशाला वाले बैक्टीरिया ने दोनों में से किसी भी स्वीटनर के प्रति बहुत कम प्रतिक्रिया दी। वे शांत और अपरिवर्तित रहे, और रसायनों के प्रति बहुत कम आनुवंशिक गतिविधि दिखाई। यह खोज पिछले शोध में एक महत्वपूर्ण अंतर को उजागर करती है। यह सुझाव देता है कि मानव शरीर के भीतर रहने वाले बैक्टीरिया, जो जटिल और बदलते परिवेश में जीवित रहने के लिए विकसित हुए हैं, प्रयोगशाला में उगाए गए 'पालतू' संस्करणों की तुलना में बहुत अलग प्रतिक्रिया दे सकते हैं। इस अध्ययन में उपयोग किए गए क्लिनिकल स्ट्रेन ने बहुत अधिक नाटकीय और विविध प्रतिक्रिया दिखाई, जो यह संकेत देती है कि लोगों में संक्रमण पैदा करने वाले बैक्टीरिया पहले की तुलना में हमारे खान-पान के प्रति कहीं अधिक संवेदनशील हो सकते हैं।

वैज्ञानिकों ने बैक्टीरिया के आंतरिक तनाव स्तरों की भी जांच की। उन्होंने पाया कि कृत्रिम स्वीटनर ने 'रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज' (reactive oxygen species) में वृद्धि की, जो अस्थिर अणु हैं जो कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकते हैं। यह तनाव प्रतिक्रिया अक्सर इस बात का संकेत होती है कि बैक्टीरिया हमले के अधीन हैं या अनुकूलन के लिए संघर्ष कर रहे हैं। हालांकि, प्राकृतिक स्वीटनर ने इस उछाल का कारण नहीं बनाया; कुछ मामलों में, इसने वास्तव में इन हानिकारक अणुओं के स्तर को कम कर दिया। यह अंतर बताता है कि कृत्रिम स्वीटनर बैक्टीरिया को उच्च सतर्कता की स्थिति में धकेल सकता है, जबकि प्राकृतिक स्वीटनर उन्हें अधिक स्थिर अवस्था में रहने की अनुमति देता है।

अंततः, यह अध्ययन प्रकट करता है कि स्वीटनर का स्रोत मायने रखता है। भले ही स्टीविया और एसैल्फेम पोटेशियम दोनों का उपयोग चीनी के विकल्प के रूप में किया जाता है, वे हमारे शरीर में रहने वाले बैक्टीरिया को बहुत अलग संकेत भेजते हैं। कृत्रिम स्वीटनर गति और तनाव के लिए एक ट्रिगर के रूप में कार्य करता है, जो संभावित रूप से बैक्टीरिया को अधिक सक्रिय और नियंत्रित करना कठिन बना सकता है। दूसरी ओर, प्राकृतिक स्वीटनर को एक खाद्य स्रोत के रूप में माना जाता है, जो बैक्टीरिया की गतिशीलता या सुरक्षात्मक समुदायों के निर्माण को बढ़ाए बिना उनके विकास का समर्थन करता है। इन निष्कर्षों का मतलब यह नहीं है कि एक स्वीटनर सुरक्षित है और दूसरा खतरनाक है, लेकिन वे दिखाते हैं कि हमारे आहार संबंधी विकल्प हमारे भीतर की सूक्ष्म दुनिया पर सूक्ष्म और विशिष्ट प्रभाव डाल सकते हैं। जैसे-जैसे इन रसायनों का बड़े पैमाने पर सेवन जारी है, यह समझना कि वे बैक्टीरिया के व्यवहार को कैसे प्रभावित करते हैं, मानव स्वास्थ्य को बनाए रखने की पहेली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बनता जा रहा है।