Identification and Characterization of a Novel Fosfomycin Bacillithiol Transferase FosB8 in Paenibacillus illinoisensis
यह अध्ययन *Paenibacillus illinoisensis* में FosB8 की पहचान और लक्षण वर्णन करता है, जो एक नवीन अंतर्निहित फॉस्फोमाइसिन बैसिलिथियोल ट्रांसफरेज (fosfomycin bacillithiol transferase) है जो कुशल एंजाइमेटिक विषहरण (enzymatic detoxification) के माध्यम से उच्च-स्तरीय प्रतिरोध प्रदान करता है, जो इसे फॉसबी (FosB) एंजाइम परिवार के आठवें ज्ञात सदस्य के रूप में चिह्नित करता है।
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चिकित्सा और सूक्ष्मजीवों के बीच चल रहे निरंतर युद्ध में, बैक्टीरिया ने उन्हें मारने के लिए डिज़ाइन की गई दवाओं से जीवित रहने के तरीके सीखने का एक लंबा इतिहास रहा है। ऐसी ही एक दवा, फॉस्फोमाइसिन (fosfomycin), एक पुरानी एंटीबायोटिक है जिसकी ओर डॉक्टर तब रुख करते हैं जब नई दवाएं विफल हो जाती हैं, विशेष रूप से मूत्र पथ के संक्रमणों के लिए या जिद्दी, बहु-दवा-प्रतिरोधी बैक्टीरिया से निपटने के लिए। यह दवा बैक्टीरिया को उनकी कोशिका भित्ति (cell wall) बनाने के लिए आवश्यक एक विशिष्ट चरण पर हमला करके काम करती है, जो अनिवार्य रूप से उन्हें बढ़ने से रोक देती है। हालाँकि, कुछ बैक्टीरिया ने एक चतुर रक्षा तंत्र विकसित कर लिया है: वे एक विशेष एंजाइम का उत्पादन करते हैं जो आणविक कैंची (molecular pair of scissors) की तरह कार्य करता है, जो दवा के अपना काम करने से पहले ही उसे काटकर अलग कर देता है। यह प्रक्रिया, जिसे निष्क्रियता (inactivation) कहा जाता है, दवा को बेकार बना देती है। जबकि वैज्ञानिक स्टैफिलोकोकस (Staphylococcus) जैसे सामान्य बैक्टीरिया में इन रक्षात्मक एंजाइमों के कई संस्करणों के बारे में जानते थे, लेकिन कई कम सामान्य बैक्टीरिया अभी भी कम समझे गए हैं, जिससे व्यापक सूक्ष्मजीवी दुनिया में प्रतिरोध कैसे फैलता है, इस बारे में हमारे ज्ञान में एक कमी रह गई है।
शोधकर्ताओं ने हाल ही में पेनीबैसिलस इलिनोसिसिस (Paenibacillus illinoisensis) नामक एक दुर्लभ बैक्टीरिया की ओर ध्यान आकर्षित किया, जिसे हांग्जो, चीन के एक अस्पताल में एक बुजुर्ग रोगी के घाव से अलग किया गया था। इस विशिष्ट स्ट्रेन, जिसका नाम WP77 रखा गया, को फॉस्फोमाइसिन के प्रति प्रतिरोधी पाया गया, लेकिन इस प्रतिरोध का आनुवंशिक कारण एक रहस्य बना हुआ था। मानक आनुवंशिक खोजों में उन ज्ञात प्रतिरोध जीनों को खोजने में विफल रहा जो आमतौर पर ऐसी प्रतिरक्षा की व्याख्या करते हैं। इस पहेली को सुलझाने के लिए, टीम ने बैक्टीरिया के संपूर्ण आनुवंशिक कोड का अनुक्रम (sequence) तैयार किया और इस छिपे हुए तंत्र की विस्तृत खोज शुरू की। उन्होंने एक नए जीन की खोज की, जिसे उन्होंने fosB8 नाम दिया, जो इस विशिष्ट रूप में पहले कभी नहीं देखा गया था। यह जीन एक प्रोटीन को एनकोड करता है जो फॉस्फोमाइसिन बैसिलिथियोल ट्रांसफरेज (fosfomycin bacillithiol transferase) के रूप में कार्य करता है, जो एक प्रकार का एंजाइम है जो एंटीबायोटिक को बेअसर करने के लिए उसे रासायनिक रूप से संशोधित करता है। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि यह नया जीन ही प्रतिरोध का कारण था, जिसे उन्होंने एक हानिरहित प्रयोगशाला बैक्टीरिया में डाला, जिसके बाद वह मूल रोगी आइसोलेट की तरह ही दवा के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी हो गया।
अध्ययन ने इस नए एंजाइम के कार्य करने के तरीके पर करीब से नज़र डाली। टीम ने fosB8 जीन द्वारा उत्पादित प्रोटीन को शुद्ध किया और एक नियंत्रित वातावरण में इसकी गतिविधि का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि एंजाइम फॉस्फोमाइसिन दवा के साथ बैसिलिथियोल नामक एक छोटे अणु को कुशलतापूर्वक जोड़ता है, जिससे दवा की संरचना टूट जाती है और वह हानिरहित हो जाती है। हालांकि यह नया एंजाइम स्टैफिलोकोकस में पाए जाने वाले पहले से ज्ञात संस्करण की तुलना में इस कार्य में थोड़ा कम कुशल था, फिर भी यह बैक्टीरिया की पूरी तरह से रक्षा करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली था। जब शोधकर्ताओं ने इस नए जीन वाले बैक्टीरिया का परीक्षण किया, तो उनकी वृद्धि को रोकने के लिए आवश्यक दवा की मात्रा, बिना जीन वाले बैक्टीरिया की तुलना में 256 गुना बढ़ गई। इस नाटकीय उछाल ने पुष्टि की कि यही जीन मूल कारण था कि मूल बैक्टीरिया उपचार से क्यों बच सका।
केवल जीन की पहचान करने के अलावा, शोधकर्ताओं ने यह समझने के लिए बैक्टीरिया के जीनोम के भीतर इसके परिवेश का मानचित्रण किया कि यह कैसे फैल सकता है। उन्होंने पाया कि fosB8 जीन बैक्टीरिया के मुख्य गुणसूत्र (chromosome) पर स्थित है, न कि डीएनए के एक छोटे, गतिशील छल्ले यानी प्लाज्मिड (plasmid) पर, जो अक्सर प्रतिरोध जीनों के विभिन्न प्रजातियों के बीच कूदने का तरीका होता है। इस जीन के आसपास के क्षेत्र में सामान्य गतिशील आनुवंशिक तत्वों के कोई संकेत नहीं मिले जो तीव्र हस्तांतरण की सुविधा प्रदान करते हैं। हालांकि, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह विशिष्ट जीन पेनीबैसिलस की कई विभिन्न नस्लों में स्वाभाविक रूप से मौजूद है, जिससे पता चलता है कि यह बैक्टीरिया वंश (genus) इस प्रतिरोध लक्षण को लंबे समय तक थामे रखने के लिए एक प्राकृतिक भंडार (reservoir) के रूप में कार्य कर सकता है। अध्ययन से यह भी पता चला कि बैक्टीरिया का जीनोम लगभग 6.64 मिलियन बेस पेयर्स लंबा है और इसमें लगभग 6,000 जीन शामिल हैं, जो इस दुर्लभ जीव का एक पूर्ण आनुवंशिक ब्लूप्रिंट प्रदान करता है।
fosB8 की खोज महत्वपूर्ण है क्योंकि यह इस विशिष्ट प्रतिरोध एंजाइम के आठवें ज्ञात प्रकार का प्रतिनिधित्व करती है, जो इस बात का विस्तार करती है कि बैक्टीरिया कैसे एंटीबायोटिक्स को हरा सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पुष्टि की कि एंजाइम फॉस्फोमाइसिन के लिए विशिष्ट है और टेट्रासाइक्लिन (tetracycline) या जेंटामाइसिन (gentamicin) जैसी अन्य प्रकार की एंटीबायोटिक्स के प्रति प्रतिरोध प्रदान नहीं करता है। यह विशिष्टता यह समझाने में मदद करती है कि बैक्टीरिया कुछ दवाओं के प्रति प्रतिरोधी क्यों है लेकिन अन्य के प्रति संवेदनशील बना हुआ है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि यह प्रतिरोध जीन वर्तमान में गुणसूत्र पर है और विभिन्न प्रजातियों के बीच तेजी से नहीं फैल रहा है, लेकिन पेनीबैसिलस की एक विस्तृत श्रृंखला में इसकी उपस्थिति का अर्थ है कि भविष्य में इसे अधिक खतरनाक रोगजनकों (pathogens) में स्थानांतरित किया जा सकता है। इस नए एंजाइम और इसके आनुवंशिक घर की विशेषता बताकर, यह अध्ययन बैक्टीरिया के पास मौजूद छिपे हुए रक्षा तंत्र की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है, जो यह समझने के लिए एक बेहतर आधार देता है कि प्रतिरोध नैदानिक सेटिंग्स में कैसे विकसित और बना रहता है।
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