Antibiotic-resistance plasmids encode Evangelion, a widespread mobile antiphage defence system
यह अध्ययन इवेंजेलियन (Evangelion) की पहचान करता है, जो MRSA में एंटीबायोटिक-प्रतिरोध प्लास्मिड्स पर कूटबद्ध एक व्यापक मोबाइल एंटी-फेज रक्षा प्रणाली है, जो लाइटिक फेजों के विरुद्ध एबॉर्टिव इन्फेक्शन (abortive infection) को ट्रिगर करने के लिए NAD⁺ की कमी का उपयोग करती है, जिससे प्लास्मिड-मध्यस्थ एंटीबायोटिक प्रतिरोध को जीवाणु प्रतिरक्षा से जोड़ा जाता है।
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बैक्टीरिया लगातार युद्ध में रहते हैं। वे एंटीबायोटिक्स, जो मनुष्यों द्वारा उन्हें मारने के लिए उपयोग की जाने वाली दवाएं हैं, और बैक्टीरियोफेज (bacteriophages) नामक वायरसों से खतरों का सामना करते हैं, जो प्रकृति के अपने शिकारी हैं जो बैक्टीरिया की कोशिकाओं का शिकार करते हैं और उन्हें नष्ट कर देते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक इस बात का अध्ययन कर रहे हैं कि बैक्टीरिया पलटवार कैसे करते हैं। उन्होंने खोजा है कि बैक्टीरिया के पास एक जटिल प्रतिरक्षा प्रणाली होती है, जो इन वायरल हमलावरों का पता लगाने और उन्हें बेअसर करने के लिए विभिन्न उपकरणों का उपयोग करती है। साथ ही, बैक्टीरिया आनुवंशिक सामग्री साझा करने में माहिर हो गए हैं। वे डीएनए के छोटे, गोलाकार टुकड़ों को ले जाते हैं जिन्हें प्लास्मिड (plasmids) कहा जाता है, जो पोर्टेबल हार्ड ड्राइव की तरह कार्य करते हैं। ये प्लास्मिड अक्सर एंटीबायोटिक प्रतिरोध के निर्देश ले जाते हैं, जिससे बैक्टीरिया को चिकित्सा उपचार में जीवित रहने में मदद मिलती है। आधुनिक सूक्ष्म जीव विज्ञान (microbiology) में एक प्रमुख प्रश्न यह रहा है कि क्या ये समान गतिशील आनुवंशिक पैकेज, जो एंटीबायोटिक प्रतिरोध फैलाते हैं, वायरस से लड़ने के उपकरण भी ले जाते हैं। यदि वे ऐसा करते हैं, तो इसका अर्थ यह होगा कि डीएनए का एक एकल टुकड़ा बैक्टीरिया को एक साथ दवाओं से मारना कठिन और वायरस से मारना कठिन बना सकता है, जो बैक्टीरिया के अस्तित्व और प्रतिरोध के प्रसार के बारे में हमारी समझ को मौलिक रूप से बदल देगा।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए मेथिसिलिन-प्रतिरोधी स्टैफिलोकोकस ऑरियस (methicillin-resistant Staphylococcus aureus), या MRSA के रूप में ज्ञात एक विशिष्ट प्रकार के खतरनाक बैक्टीरिया की ओर देखते हुए एक प्रयास किया। यह बैक्टीरिया उन संक्रमणों का कारण बनने के लिए कुख्यात है जिनका इलाज करना कठिन होता है। वैज्ञानिकों ने MRSA के एक स्ट्रेन, जिसे Mw2 कहा जाता है, में पाए जाने वाले एक प्राकृतिक प्लास्मिड पर ध्यान केंद्रित किया। उन्हें संदेह था कि यह प्लास्मिड वायरस के खिलाफ एक गुप्त हथियार हो सकता है। इसका परीक्षण करने के लिए, उन्होंने बैक्टीरिया से प्लास्मिड को हटा दिया और फिर प्लास्मिड-मुक्त बैक्टीरिया को विभिन्न प्रकार के बैक्टीरियोफेज के संपर्क में लाया। परिणाम तत्काल और स्पष्ट था: बिना प्लास्मिड के, बैक्टीरिया संक्रमण के प्रति अत्यधिक संवेदनशील हो गया। प्लास्मिड एक ढाल के रूप में कार्य कर रहा था। प्लास्मिड के आनुवंशिक कोड की सावधानीपूर्वक जांच करके, शोधकर्ताओं ने इस सुरक्षा के लिए जिम्मेदार एक एकल जीन की पहचान की। उन्होंने इस नए रक्षा तंत्र को "इवेंजेलियन" (Evangelion) नाम दिया।
इवेंजेलियन की खोज ने मानव स्वास्थ्य के लिए दो प्रमुख खतरों के बीच एक आश्चर्यजनक संबंध का खुलासा किया। वह जीन जो वायरस के विरुद्ध प्रतिरक्षा प्रदान करता है, उसी प्लास्मिड पर स्थित है जो एंटीबायोटिक प्रतिरोध के लिए जीन ले जाता है। वास्तव में, जब शोधकर्ताओं ने दुनिया भर के बैक्टीरिया प्लास्मिड के एक विशाल डेटाबेस की खोज की, तो उन्होंने पाया कि इवेंजेलियन जैसे सिस्टम व्यापक रूप से मौजूद हैं। वे सैकड़ों प्लास्मिड पर दिखाई दिए, जिनमें से कई पहले से ही कई एंटीबायोटिक-प्रतिरोध जीन ले जाने के लिए जाने जाते थे। यह सुझाव देता है कि वायरस से लड़ने की क्षमता कोई दुर्लभ दुर्घटना नहीं है, बल्कि उन्हीं आनुवंशिक तत्वों की एक सामान्य विशेषता है जो दवा-प्रतिरोधी बैक्टीरिया के प्रसार को संचालित करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि ये रक्षा तंत्र स्टैफिलोकोकस प्रजातियों में पाए जाने वाले लगभग 6.4 प्रतिशत प्लास्मिड में मौजूद हैं, जो यह दर्शाता है कि इन गतिशील आनुवंशिक तत्वों का एक महत्वपूर्ण हिस्सा एंटीबायोटिक प्रतिरोध और वायरल प्रतिरक्षा दोनों से लैस है।
वैज्ञानिकों ने फिर यह समझने के लिए काम किया कि इवेंजेलियन वास्तव में कैसे कार्य करता है। उन्होंने पाया कि यह प्रणाली दो मुख्य भागों से बनी है। एक भाग एक संरक्षित कोर (conserved core) है, जो एक संरचनात्मक आधार है जो विभिन्न बैक्टीरिया में पाए जाने वाले इस सिस्टम के विभिन्न संस्करणों में समान है। दूसरा भाग एक परिवर्तनशील क्षेत्र (variable region) है जो एक संस्करण से दूसरे में बदलता रहता है। यह परिवर्तनशील क्षेत्र एक विशेष सेंसर की तरह कार्य करता है, जिससे इवेंजेलियन के विभिन्न संस्करण विभिन्न प्रकार के वायरसों को पहचानने और प्रतिक्रिया देने में सक्षम होते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह प्रणाली तब सक्रिय होती है जब एक वायरस कोशिका के भीतर प्रतिकृति (replication) बनाना शुरू करता है। विशेष रूप से, रक्षा तंत्र उस आणविक मशीनरी का पता लगाता है जिसका उपयोग वायरस अपने स्वयं के आनुवंशिक पदार्थ की प्रतिलिपि बनाने के लिए करता है। एक बार सक्रिय होने के बाद, प्रणाली एक विनाशकारी प्रतिक्रिया उत्पन्न करती है। यह कोशिका के भीतर NAD+ नामक एक महत्वपूर्ण अणु को समाप्त कर देती है, जो कोशिका की ऊर्जा और अस्तित्व के लिए आवश्यक है। इससे संक्रमित कोशिका समय से पहले मर जाती है, जिसे 'एबॉर्टिव इन्फेक्शन' (abortive infection) कहा जाता है। खुद का बलिदान देकर, संक्रमित कोशिका पड़ोसी बैक्टीरिया तक वायरस के बढ़ने और फैलने से रोक देती है, प्रभावी रूप से बैक्टीरिया की शेष आबादी को बचा लेती है।
अध्ययन में यह भी पता लगाया गया कि बैक्टीरिया इस रक्षा से बचने की कोशिश कैसे कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने इवेंजेलियन प्रणाली की उपस्थिति में वायरसों को विकसित होने दिया और देखा कि किन परिवर्तनों ने उन्हें सफल होने में मदद की। वे वायरस जो इस रक्षा को तोड़ने में सफल रहे, उन्होंने अपने बाहरी कवच या कोशिका में प्रवेश करने की अपनी क्षमता को नहीं बदला। इसके बजाय, उन्होंने अपने आंतरिक प्रतिकृति तंत्र के लिए जिम्मेदार जीन को उत्परिवर्तित (mutate) किया। इसने पुष्टि की कि इवेंजेलियन विशेष रूप से वायरल प्रतिकृति प्रक्रिया को लक्षित करता है। इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने पाया कि इवेंजेलियन के विभिन्न संस्करण वायरसों के विभिन्न समूहों से रक्षा करते हैं। जबकि MRSA में पाया जाने वाला मूल संस्करण सिलवियावायरस (Silviaviruses) नामक वायरसों के एक विशिष्ट परिवार के विरुद्ध रक्षा करता है, अन्य बैक्टीरिया में पाए जाने वाले अन्य संस्करण पूरी तरह से अलग वायरल परिवारों से रक्षा करते हैं। यह विविधता बताती है कि इस प्रणाली को विभिन्न वातावरणों में मौजूद विशिष्ट वायरल खतरों के अनुकूल होने के लिए विकसित किया गया है।
इन निष्कर्षों के निहितार्थ बुनियादी विज्ञान से परे हैं। शोध से पता चलता है कि एंटीबायोटिक प्रतिरोध फैलाने वाले प्लास्मिड बैक्टीरिया की वायरसों के साथ बातचीत को भी आकार दे रहे हैं। इसका अर्थ यह है कि बैक्टीरिया की आबादी में एक प्लास्मिड की सफलता न केवल दवाओं के प्रति उसके प्रतिरोध की क्षमता पर, बल्कि वायरस के हमलों से उसके मेजबान (host) की रक्षा करने की क्षमता पर भी निर्भर कर सकती है। इसके विपरीत, इन रक्षा प्रणालियों की उपस्थिति उन उपचारों की प्रभावशीलता को बदल सकती है जो बैक्टीरिया को मारने के लिए वायरसों का उपयोग करते हैं, जिसे 'फेज थेरेपी' (phage therapy) कहा जाता है। यदि किसी बैक्टीरिया में इवेंजेलियन ले जाने वाला प्लास्मिड प्राप्त हो जाता है, तो वह अचानक एक ऐसे वायरस के प्रति प्रतिरोधी हो सकता है जिसे पहले एक व्यवहार्य उपचार विकल्प माना जाता था। अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि बैक्टीरिया का आनुवंशिक परिदृश्य एक जटिल जाल है जहाँ दवाओं के प्रति प्रतिरोध और वायरस के प्रति प्रतिरक्षा अक्सर एक ही गतिशील आनुवंशिक तत्वों पर जुड़े होते हैं। इन संबंधों को समझना यह अनुमान लगाने के लिए महत्वपूर्ण है कि बैक्टीरिया कैसे विकसित होंगे और भविष्य में संक्रमणों से निपटने के लिए अधिक प्रभावी रणनीतियाँ विकसित करने के लिए आवश्यक है। इवेंजेलियन की खोज बैक्टीरिया के अस्तित्व के बारे में हमारी समझ में एक नया स्तर जोड़ती है, जो यह प्रकट करती है कि एंटीबायोटिक के प्रतिरोध के उपकरण और वायरस से लड़ने के उपकरण अक्सर एक साथ पैक किए जाते हैं, जो बैक्टीरिया की आबादी के माध्यम से एक एकल, शक्तिशाली इकाई के रूप में चलते हैं।
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