Comparative Genomics Reveals a Conserved Mobile Mercury Resistance Operon in Sphingomonas sanguinis Recovered from the International Space Station

अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के भीतर, पुनर्चक्रित हवा और पानी के एक बंद चक्र में, जीवन जीवित रहने का रास्ता खोज लेता है। यह मानव-निर्मित वातावरण केवल अंतरिक्ष यात्रियों के लिए एक आवास नहीं है; यह सूक्ष्मजीवों के लिए एक अद्वितीय पारिस्थितिकी तंत्र भी है। हालांकि स्टेशन को फिल्टर और रासायनिक उपचारों के साथ साफ किया जाता है, फिर भी बैक्टीरिया जीवित रहने, अनुकूलन करने और कभी-कभी इन तंग, बाँझ स्थानों में फलने-फूलने में सफल होते हैं। ये सूक्ष्मजीव पृथ्वी छोड़ने के बाद और अंतरिक्ष में प्रवेश करने पर कैसे बदलते हैं, इसे समझना महत्वपूर्ण है। यदि वे कठोर होकर या अंतरिक्ष यान की कठिन परिस्थितियों के प्रति अधिक प्रतिरोधी बनकर विकसित होते हैं, तो वे चालक दल के स्वास्थ्य के लिए जोखिम पैदा कर सकते हैं या उन जीवन-सहायता प्रणालियों को नुकसान पहुँचा सकते हैं जो सभी को जीवित रखती हैं। वैज्ञानिकों को लंबे समय से संदेह रहा है कि अंतरिक्ष का वातावरण एक प्रेशर कुकर की तरह कार्य करता है, जो बैक्टीरिया को जीवित रहने के लिए नए आनुवंशिक उपकरण विकसित करने के लिए मजबूर करता है। लेकिन अब तक, अंतरिक्ष में इन सूक्ष्मजीवों को टिके रहने की अनुमति देने वाले विशिष्ट आनुवंशिक परिवर्तन काफी हद तक एक रहस्य बने हुए थे।

शोधकर्ताओं की एक टीम ने स्फिंगोमोनास सैंग्विनीस (Sphingomonas sanguinis) नामक बैक्टीरिया के एक विशिष्ट प्रकार के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट को देखकर इस पहेली को सुलझाने के लिए निकली। यह बैक्टीरिया पृथ्वी पर मिट्टी और पानी का एक सामान्य निवासी है, लेकिन इसे बार-बार अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन के पीने के पानी के सिस्टम और सतहों पर भी पाया गया है। वैज्ञानिक यह जानना चाहते थे कि क्या अंतरिक्ष में रहने वाले इस बैक्टीरिया के संस्करण अपने पृथ्वी-आधारित चचेरे भाइयों की तुलना में बदल गए हैं। उन्होंने कई वर्षों में अंतरिक्ष स्टेशन से एकत्र किए गए इस बैक्टीरिया के नौ नमूनों से आनुवंशिक डेटा एकत्र किया और इसकी तुलना पृथ्वी के आठ नमूनों के विरुद्ध की, जिनमें मानव रक्त, चावल के पौधों और समुद्री जल से प्राप्त स्ट्रेन शामिल थे। इन सत्रह अलग-अलग स्ट्रेन के संपूर्ण आनुवंशिक कोड को पढ़कर और तुलना करके, शोधकर्ता देख सके कि अंतरिक्ष के बैक्टीरिया में कौन से जीन मौजूद थे और कौन से गायब थे।

तुलना ने एक चौंकाने वाला अंतर प्रकट किया। अंतरिक्ष स्टेशन पर रहने वाले बैक्टीरिया एक-दूसरे के आनुवंशिक रूप से बहुत समान थे, जो एक घनिष्ठ पारिवारिक समूह बनाते थे जो पृथ्वी पर पाए जाने वाले बैक्टीरिया के विविध मिश्रण से अलग था। इससे भी अधिक आश्चर्यजनक बात यह थी कि अंतरिक्ष के बैक्टीरिया मानव रक्त से अलग किए गए स्फिंगोमोनास के एक स्ट्रेन के आनुवंशिक रूप से सबसे अधिक समान दिखे, जिससे यह संकेत मिलता है कि स्टेशन पर मौजूद बैक्टीरिया संभवतः अंतरिक्ष यात्रियों से ही उत्पन्न हुए थे। हालाँकि, सबसे महत्वपूर्ण खोज यह नहीं थी कि ये बैक्टीरिया कहाँ से आए, बल्कि यह थी कि वे अपने साथ क्या लेकर चल रहे थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि अंतरिक्ष स्टेशन के प्रत्येक बैक्टीरिया स्ट्रेन में पारे (मरकरी) को विषमुक्त करने के लिए डिज़ाइन किया गया जीनों का एक पूर्ण सेट मौजूद था, जो एक भारी धातु विष है। यह जीन सेट, जिसे ओपेरॉन (operon) कहा जाता है, विश्लेषण किए गए स्थलीय स्ट्रेन में पूरी तरह से अनुपस्थित था। जबकि पृथ्वी के कुछ बैक्टीरिया में इस रक्षा प्रणाली के कुछ हिस्से थे, किसी के पास भी वह पूर्ण, कार्यात्मक टूलकिट नहीं था जो अंतरिक्ष के बैक्टीरिया के पास था।

यह पारा-प्रतिरोध प्रणाली एक परिष्कृत जैविक ढाल है। इसमें ऐसे जीन शामिल हैं जो पारे का पता लगाने के लिए सेंसर के रूप में कार्य करते हैं, ऐसे ट्रांसपोर्टर जो विष को कोशिका के भीतर खींचते हैं, और ऐसे एंजाइम जो जहरीले पारे को एक हानिरहित, गैसीय रूप में तोड़ देते हैं जिसे छोड़ा जा सके। तथ्य यह है कि अंतरिक्ष के बैक्टीरिया के पास यह पूर्ण प्रणाली है, यह सुझाव देता है कि वे उन रासायनिक तनावों को संभालने के लिए अनुकूलित हो गए हैं जिनका सामना उनके पृथ्वी के समकक्ष नहीं करते हैं। शोधकर्ताओं ने इन जीनों के स्थान का पता लगाया और पाया कि वे बैक्टीरिया के मुख्य गुणसूत्र (क्रोमोसोम) का हिस्सा नहीं थे, बल्कि वे डीएनए के एक छोटे, गोलाकार टुकड़े पर स्थित थे जिसे प्लास्मिड (plasid) कहा जाता है। प्लास्मिड बैक्टीरिया के लिए पोर्टेबल हार्ड ड्राइव की तरह होते हैं; उन्हें आसानी से विभिन्न कोशिकाओं के बीच बदला जा सकता है, जिससे एक बैक्टीरिया दूसरे से तेजी से नए उत्तरजीविता कौशल प्राप्त कर सकता है। यह निष्कर्ष दृढ़ता से सुझाव देता है कि अंतरिक्ष के बैक्टीरिया ने समय के साथ धीरे-धीरे इस प्रतिरोध को विकसित नहीं किया, बल्कि उन्होंने एक ही बार में पूरे मरकरी-प्रतिरोध पैकेज को प्राप्त किया, जो संभवतः क्षैतिज जीन स्थानांतरण (horizontal gene transfer) नामक प्रक्रिया के माध्यम से हुआ।

यह प्रतिरोध कहाँ से आया होगा, इसे समझने के लिए, टीम ने अंतरिक्ष स्टेशन पर रहने वाले अन्य ज्ञात बैक्टीरिया, जैसे कि राल्स्टोनिया (Ralstonia) और क्यूप्रियाविडस (Cupriavidus) को देखा। उन्होंने पाया कि जबकि इन अन्य प्रजातियों में भी मरकरी-प्रतिरोध जीन थे, उन जीनों की व्यवस्था अलग थी। स्फिंगोमोनास बैक्टीरिया में मरकरी-प्रतिरोध जीनों का विशिष्ट लेआउट किसी भी अन्य एकल प्रजाति से मेल नहीं खाता जो स्टेशन पर पाई जाती है। यह इंगित करता है कि शोधकर्ता इस क्षमता को देने वाले किसी एक एकल "दाता" का सटीक पता नहीं लगा सके। इसके बजाय, साक्ष्य एक जटिल इतिहास की ओर इशारा करते हैं जहाँ बैक्टीरिया ने अंतरिक्ष स्टेशन के साझा वातावरण से, संभवतः समय के साथ विभिन्न स्रोतों से, यह मोबाइल प्रतिरोध मॉड्यूल प्राप्त किया। स्टेशन की बंद, पुनर्चक्रित प्रकृति, जिसमें इसके निरंतर रासायनिक उपचार और सीमित संसाधन शामिल हैं, ने संभवतः एक अनूठा दबाव बनाया जिसने इन अतिरिक्त रक्षा तंत्रों वाले बैक्टीरिया को अनुकूल बनाया।

इस मरकरी-प्रतिरोध प्रणाली की उपस्थिति केवल अंतरिक्ष बैक्टीरिया के बारे में एक जिज्ञासा मात्र नहीं है; यह दीर्घकालिक अंतरिक्ष यात्रा के लिए एक व्यापक चिंता को उजागर करती है। मोबाइल आनुवंशिक तत्वों पर ऐसे जटिल प्रतिरोध उपकरणों को ले जाने और बनाए रखने की क्षमता का अर्थ है कि वे अन्य बैक्टीरिया के साथ इन लक्षणों को साझा कर सकते हैं, जिससे संभावित रूप से 'सुपर-सर्वाइवर्स' (अति-जीवित रहने वाले) का एक समुदाय बन सकता है। अध्ययन का सुझाव है कि अंतरिक्ष स्टेशन केवल एक ऐसी जगह नहीं है जहाँ बैक्टीरिया जीवित रहते हैं, बल्कि एक ऐसा वातावरण है जहाँ वे अंतरिक्ष उड़ान के तनाव से निपटने के लिए सक्रिय रूप से विकसित होते हैं और आनुवंशिक उपकरणों का आदान-प्रदान करते हैं। हालांकि शोधकर्ताओं ने यह साबित नहीं किया कि ये बैक्टीरिया वर्तमान में कोई नुकसान पहुँचा रहे हैं, लेकिन सभी अंतरिक्ष आइसोलेट्स में एक संरक्षित, मोबाइल मरकरी-प्रतिरोध प्रणाली की खोज एक चेतावनी के रूप में कार्य करती है। यह दिखाता है कि अंतरिक्ष यान का बंद-लूप वातावरण उन आनुवंशिक लक्षणों के चयन और संरक्षण के लिए अनुकूल हो सकता है जो सूक्ष्मजीवों को नियंत्रित करना कठिन बना सकते हैं, एक ऐसा कारक जिसे भविष्य के चंद्रमा या मंगल मिशनों को अपने जीवन-सहायता प्रणालियों और सूक्ष्मजीव निगरानी रणनीतियों को डिजाइन करते समय विचार करना होगा।