Novel Lytic Enterococcus Phage as a Biocontrol Strategy for Multidrug-Resistant Enterococcus faecalis Biofilms on Food-Contact Surfaces: Genomic and Functional Insights

खाद्य सुरक्षा की छिपी हुई दुनिया में, डेयरी प्रसंस्करण संयंत्रों (dairy processing plants) की सतहों पर एक निरंतर समस्या मंडराती रहती है। यह कोई एक अकेला जीवाणु नहीं है, बल्कि जीवाणुओं का एक समुदाय है, जो एक चिपचिपी, सुरक्षात्मक परत में एक साथ रहते हैं जिसे 'बायोफिल्म' (biofilm) कहा जाता है। ये समुदाय एंटरोकोकस फेकैलिस (Enterococcus faecalis) जैसे बैक्टीरिया द्वारा बनाए जाते हैं, जो स्वाभाविक रूप से बहुत सख्त होते हैं और उच्च ताप से लेकर खारे वातावरण जैसी कठिन परिस्थितियों में भी जीवित रह सकते हैं। एक बार जब वे स्टेनलेस स्टील के उपकरणों पर चिपक जाते हैं और ये बायोफिल्म बना लेते हैं, तो उन्हें हटाना अविश्वसनीय रूप से कठिन हो जाता है। मानक सफाई रसायन अक्सर विफल हो जाते हैं क्योंकि यह चिपचिपा पदार्थ (slime) एक ढाल की तरह काम करता है, जो अंदर मौजूद बैक्टीरिया को सुरक्षित रखता है। यह एक बड़ी चिंता का विषय है क्योंकि ये बैक्टीरिया एंटीबायोटिक प्रतिरोध (antibiotic resistance) ले सकते हैं, जिससे वे मानव स्वास्थ्य के लिए खतरनाक हो जाते हैं, और वे भोजन को खराब कर सकते हैं या उत्पादन लाइन को दूषित कर सकते हैं। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से ऐसे तरीके की खोज की है जिससे उन ढालों को तोड़ा जा सके, बिना उन कठोर रसायनों का उपयोग किए जो उपकरण या स्वयं भोजन को नुकसान पहुँचा सकते हैं।

मिस्र और जापान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए प्रकृति के अपने ही शिकारी की ओर रुख किया है: बैक्टीरियोफेज (bacteriophage)। ये ऐसे वायरस हैं जो विशेष रूप से बैक्टीरिया का शिकार करते हैं। मनुष्यों को संक्रमित करने वाले वायरस के विपरीत, बैक्टीरियोफेज केवल बैक्टीरिया की कोशिकाओं को लक्षित करते हैं। वे एक बैक्टीरिया से जुड़ने, अपना आनुवंशिक पदार्थ इंजेक्ट करने और कोशिका को अधिक वायरस बनाने वाली एक फैक्ट्री में बदलने का काम करते हैं, जब तक कि कोशिका फटकर मर नहीं जाती। शोधकर्ताओं ने सीवेज के नमूनों से इन दो वायरसों को अलग किया, इस तलाश में कि क्या वे विशेष रूप से परेशानी पैदा करने वाले एंटरोकोकस फेकैलिस को लक्षित करते हैं। उन्हें दो उम्मीदवार मिले, जिन्हें BV26 और BV34 नाम दिया गया, और उन्होंने यह देखने के लिए प्रयोग किया कि क्या वे डेयरी संयंत्र की कठिन परिस्थितियों में जीवित रह सकते हैं और प्रभावी ढंग से इन बैक्टीरियल बायोफिल्म्स को खत्म कर सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने पहले शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (electron microscopes) का उपयोग करके इन वायरसों की भौतिक उपस्थिति का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि दोनों वायरस एक ऐसे परिवार से संबंधित हैं जिसकी विशेषता एक षटकोणीय सिर और एक लंबी, लचीली पूंछ है, जो एक हमले के लिए तैयार छोटे इंजेक्शन (syringe) की तरह दिखता है। इसके बाद उन्होंने विभिन्न वातावरणों में इन वायरसों के जीवित रहने की क्षमता का परीक्षण किया। परिणाम उत्साहजनक थे। वायरस अम्लता के एक विस्तृत स्तर (acidic levels) पर सक्रिय रहे, जो अत्यधिक अम्लीय से लेकर अत्यधिक क्षारीय (alkaline) तक था, और वे 50 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को सहन कर सकते थे। शायद सबसे आश्चर्यजनक बात यह थी कि वे पराबैंगनी (ultraviolet) प्रकाश से प्रभावित नहीं हुए, जो सतहों को कीटाणुरहित करने का एक सामान्य तरीका है। इसका मतलब था कि इन वायरसों का उपयोग उन सुविधाओं में संभावित रूप से किया जा सकता है जो सफाई के लिए UV लाइट पर निर्भर करती हैं, क्योंकि प्रक्रिया द्वारा वायरस मारे नहीं जाएंगे।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये वायरस उपयोग के लिए सुरक्षित हैं, टीम ने उनके संपूर्ण आनुवंशिक कोड (genetic code) का अनुक्रम (sequence) निर्धारित किया। वे किसी भी ऐसे हानिकारक जीन की तलाश में थे, जैसे कि वे जो बीमारी पैदा करते हैं या बैक्टीरिया को एंटीबायोटिक के प्रति प्रतिरोधी बनाते हैं। विश्लेषण से पता चला कि ये वायरस पूरी तरह से 'लायटिक' (lytic) थे, जिसका अर्थ है कि वे केवल अपने मेजबानों को नष्ट करते हैं और बैक्टीरिया के डीएनए में सुप्त अवस्था में रहने के लिए एकीकृत नहीं होते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, आनुवंशिक मानचित्र ने कोई भी विरुलेंस फैक्टर (virulence factors) या एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन नहीं दिखाया, जिससे पुष्टि होती है कि ये वायरस खाद्य उत्पादन वातावरण के लिए सुरक्षित हैं। आनुवंशिक अध्ययन ने यह भी दिखाया कि एक वायरस, BV26, अन्य ज्ञात वायरसों से अलग है, जो एंटरोकोकस शिकारियों के परिवार में एक नई वंशावली का प्रतिनिधित्व करता है।

टीम फिर सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण की ओर बढ़ी: क्या ये वायरस वास्तव में बैक्टीरिया को बायोफिल्म बनाने से रोक सकते हैं या पहले से मौजूद बायोफिल्म को नष्ट कर सकते हैं? उन्होंने स्टेनलेस स्टील के टुकड़ों (coupons) पर बैक्टीरिया उगाए, जो डेयरी उपकरणों में पाए जाने वाले धातु की सतहों का अनुकरण करते हैं। जब उन्होंने बैक्टीरिया को चिपकने से रोकने के लिए वायरस का उपयोग किया, तो उन्होंने पाया कि प्रभाव उपयोग किए गए वायरसों की संख्या पर निर्भर करता था। उच्चतम सांद्रता (concentration) पर, वायरस ने बैक्टीरिया को महत्वपूर्ण बायोफिल्म बनाने से रोका, जिससे पांच दिनों में बैक्टीरियल काउंट में तीन आदेशों (orders of magnitude) से अधिक की कमी आई। इसका मतलब है कि लाखों बैक्टीरिया के बजाय, केवल कुछ हजार ही बचे रहे।

यहाँ तक कि मौजूदा गंदगी को साफ करने की वायरस की क्षमता और भी प्रभावशाली थी। शोधकर्ताओं ने स्टील पर एक परिपक्व (mature) बायोफिल्म को पांच दिनों तक विकसित होने दिया, जिससे बैक्टीरिया की एक मोटी, स्थापित परत बन गई। फिर उन्होंने वायरस का प्रयोग किया और अगले 24 घंटों में क्या हुआ, यह देखा। मात्र एक दिन के भीतर, वायरस ने परिपkan बायोफिल्म में बैक्टीरिया की संख्या को लगभग सात आदेशों (orders of magnitude) से कम कर दिया। यह एक बहुत बड़ी कमी है, जो प्रभावी रूप से उस विशाल बैक्टीरियल कॉलोनी को मिटा देती है जिसे बनाने में कई दिन लगे थे। वायरस ने न केवल बैक्टीरिया के बढ़ने को रोका; इसने मौजूदा समुदाय को सक्रिय रूप से विघटित कर दिया।

अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि यह विशिष्ट वायरस, BV26, खाद्य सुरक्षा के लिए एक मजबूत और प्रभावी उपकरण है। यह एक डेयरी संयंत्र की बदलती परिस्थितियों में जीवित रहने के लिए पर्याप्त स्थिर है, खाद्य उत्पादन वातावरण में प्रतिरोध फैलाने के डर के बिना उपयोग के लिए पर्याप्त सुरक्षित है, और धातु की सतहों पर जिद्दी बैक्टीरियल फिल्मों को रोकने और उन्हें समाप्त करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली है। हालांकि शोधकर्ता नोट करते हैं कि वास्तविक औद्योगिक स्थितियों के तहत और अधिक परीक्षण की आवश्यकता है, लेकिन निष्कर्ष बताते हैं कि यह खाद्य प्रसंस्करण उपकरणों को साफ रखने का एक नया, प्राकृतिक तरीका है। इन विशिष्ट लक्षित बैक्टीरिया का उपयोग करके, उद्योग उन रासायनिक कीटाणुनाशकों पर निर्भरता कम किए बिना उच्च स्वच्छता मानकों को बनाए रखने में सक्षम हो सकता है जिनका बैक्टीरिया ने प्रतिरोध करना सीख लिया है।