Comparative genome mining of endophytic Aspergillus species reveals conserved biosynthetic gene clusters across multiple hosts
यह अध्ययन ईरानी औषधीय पौधों से अलग किए गए एंडोफाइटिक *एस्परगिलस फ्यूमिगेट्सस* (Aspergillus fumigatus) और *एस्परगिलस टेरियस* (Aspergillus terreus) का पहला तुलनात्मक जीनोमिक विश्लेषण प्रस्तुत करता है, जो संरक्षित और प्रजाति-विशिष्ट बायोसिंथेटिक जीन क्लस्टर्स की उच्च विविधता को प्रकट करता है जो प्राकृतिक उत्पाद खोज के लिए उनकी असाधारण चयापचय क्षमता को उजागर करते हैं।
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पौधों के स्वस्थ ऊतकों के भीतर, जो नग्न आंखों से अदृश्य है, कवक (फंगस) की एक छिपी हुई दुनिया रहती है। ये वे मोल्ड नहीं हैं जो फलों को सड़ाते हैं या वे मशरूम नहीं हैं जो जंगलों में बिखरे रहते हैं; ये एंडोफाइट्स (endophytes) हैं, सूक्ष्म निवासी जो पौधे को बीमार किए बिना उसके भीतर रहते हैं। दशकों से, वैज्ञानिकों को संदेह रहा है कि ये छिपे हुए मेहमान रासायनिक कारखाने हैं, जो अद्वितीय यौगिकों का उत्पादन करते हैं जो पौधे को सूखे से बचने या कीटों से लड़ने में मदद करते हैं। इन सूक्ष्म निवासियों में सबसे अधिक उत्पादक प्रजातियों में एस्परगिलस (Aspergillus) की प्रजातियां शामिल हैं, जो पृथ्वी पर लगभग हर जगह पाई जाने वाली कवक की एक वंश (genus) है। जबकि कुछ एस्परगिलस प्रजातियां मनुष्यों में रोग पैदा करने या भोजन खराब करने के लिए जानी जाती हैं, अन्य पौधों के भीतर शांति से रहती हैं, और शोधकर्ता इस बात में तेजी से रुचि ले रहे हैं कि उनके पास क्या रासायनिक रहस्य हो सकते हैं। बड़ा सवाल यह है कि क्या वह विशिष्ट पौधा जिसमें एक कवक रहता है, उसके द्वारा बनाए जाने वाले रसायनों को बदल देता है, या क्या कवक अपने घर के बावजूद रसायनों का एक मानक सेट साथ लेकर चलता है। इस संबंध को समझना नई दवाओं की खोज के लिए महत्वपूर्ण है, क्योंकि कई जीवन रक्षक दवाएं, एंटीबायोटिक्स से लेकर कोलेस्ट्रॉल कम करने वाले उपचारों तक, मूल रूप से कवक से ही खोजी गई थीं।
हाल ही में एक अध्ययन में, ईरान के शोधकर्ताओं ने तीन अलग-अलग औषधीय पौधों के भीतर पाए जाने वाले एस्परगिलस कवक के दो विशिष्ट प्रकारों को देखकर इस संबंध को तलाशने का प्रयास किया। टीम ने एस्परगिलस फ्युमिगेट्स (Aspergillus fumigatus) और एस्परगिलस टेरियस (Aspergillus terreus) पर ध्यान केंद्रित किया, जो जटिल रसायन बनाने की अपनी क्षमता के लिए जाने जाते हैं। उन्होंने कैमल थॉर्न (camel thorn) और होलीहॉक (hollyhock) की पत्तियों के साथ-साथ साल्ट सीडर (salt cedar) की जड़ों से नमूने एकत्र किए, जो सभी पूर्वी अज़रबैजान क्षेत्र के मूल निवासी हैं। पौधों की सतहों को सावधानीपूर्वक स्टरलाइज़ करके और प्रयोगशाला में कवक को उगाकर, उन्होंने पुष्टि की कि ए. फ्युमिगेट्स एक सच्चा 'जनरलिस्ट' (generalist) था, जो इन तीनों अलग-अलग पौधों के भीतर और पत्तियों एवं जड़ों दोनों में पाया गया। इसके विपरीत, ए. टेरियस अधिक चयनात्मक था, जो केवल साल्ट सीडर की जड़ों और कैमल थॉर्न की पत्तियों में दिखाई दिया, लेकिन होलीहॉक में पूरी तरह से अनुपस्थित था। इन कवक के पाए जाने के स्थान में यह अंतर बताता है कि ए. फ्युमिगेट्स अत्यधिक अनुकूलन योग्य है, जबकि ए. टेरियस अपने मेजबान के प्रति अधिक 'पिकी' (picky/चुनने वाला) हो सकता है।
यह समझने के लिए कि ये कवक अलग-अलग व्यवहार क्यों करते हैं, शोधकर्ताओं ने 'जीनोम माइनिंग' (genome mining) नामक तकनीक का सहारा लिया। कवक को किसी डिश में उगाकर यह देखने के बजाय कि वे कौन से रसायन बनाते हैं, उन्होंने सीधे उनके आनुवंशिक ब्लूप्रिंट, या जीनोम, को देखा। उन्होंने डीएनए में "बायोसेंटेटिक जीन क्लस्टर" (biosynthetic gene clusters) को स्कैन करने के लिए एक विशेष कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग किया। ये जीन के ऐसे समूह हैं जो विशिष्ट रासायनिक यौगिकों के निर्माण के लिए एक फैक्ट्री असेंबली लाइन की तरह मिलकर काम करते हैं। विश्लेषण ने इन दोनों कवक की क्षमता में एक चौंकाने वाला अंतर प्रकट किया। ए. फ्युमिगेट्स के जीनोम में इन 44 जीन क्लस्टरों का समावेश था, जबकि ए. टेरियस के पास विशाल 73 क्लस्टर थे। पौधे के भीतर रहने वाले कवक के लिए दर्ज की गई उच्चतम संख्याओं में से एक के रूप में ए. टेरियस की यह उच्च संख्या, यह सुझाव देती है कि इसमें विविध प्रकार के रासायनिक यौगिकों को बनाने की असाधारण क्षमता है।
जब शोधकर्ताओं ने दोनों प्रजातियों के जीन क्लस्टर्स की तुलना की, तो उन्होंने पाया कि 15 क्लस्टर दोनों के बीच साझा किए गए थे। ये सामान्य क्लस्टर जीवित रहने के लिए आवश्यक उपकरण जैसे कि साइडरोफोर्स (siderophores) का उत्पादन करते हैं, जो ऐसे अणु हैं जो कवक को पौधे के वातावरण से लोहा (iron) पकड़ने में मदद करते हैं, जो एक ऐसा पोषक तत्व है जो अक्सर दुर्लभ होता है। वे संचार या रक्षा में मदद करने वाले वाष्पशील रसायनों, यानी टेरपीन्स (terpenes) के लिए भी साझा जीन रखते हैं। हालांकि, अंतर भी उतने ही महत्वपूर्ण थे। ए. फ्युमिगेट्स के पास फ्युमैगिलिन (fumagillin) बनाने के लिए अद्वितीय जीन क्लस्टर थे, जो रक्त वाहिकाओं की वृद्धि को रोकने के लिए जाना जाता है, और ग्लियोटॉक्सिन (gliotoxin), जो प्रतिरक्षा प्रणाली को प्रभावित करता है। दूसरी ओर, ए. टेरियस के पास लोवास्टैटिन (lovastatin) बनाने के निर्देश भी थे, जो कोलेस्ट्रॉल कम करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक प्रसिद्ध दवा है, साथ ही टेरिक एसिड (terreic acid) भी। अध्ययन ने दिखाया कि हालांकि दोनों कवक पौधों के भीतर रहने के लिए एक बुनियादी टूलकिट साझा करते हैं, लेकिन उन्होंने विशिष्ट विशेषज्ञता विकसित की है, जिसमें ए. टेरियस अपने समकक्ष की तुलना में बहुत बड़ी और अधिक विविध रासायनिक कार्यशाला रखता है।
शोधकर्ताओं ने यह भी नोट किया कि होलीहॉक पौधे में ए. टेरियस की अनुपस्थिति पौधे के अपने रासायनिक बचाव के कारण हो सकती है, जो इस विशिष्ट कवक को बाधित कर सकता है जबकि अधिक अनुकूलन योग्य ए. फ्युमिगेट्स को फलने-फूलने की अनुमति देता है। हालांकि अध्ययन ने इन रसायनों की आनुवंशिक क्षमता की पहचान की, लेखक ने चेतावनी दी कि जीन होने का मतलब यह गारंटी नहीं है कि कवक वर्तमान में उन यौगिकों को बना रहा है; इनमें से कई आनुवंशिक कारखाने विशिष्ट स्थितियों द्वारा ट्रिगर होने तक शांत रहते हैं। फिर भी, ये निष्कर्ष पुष्टि करते हैं कि ये एंडोफाइटिक कवक जैविक विविधता के समृद्ध स्रोत हैं। ईरानी औषधीय पौधों के कवक की आनुवंशिक क्षमता का मानचित्रण करके, यह अध्ययन भविष्य में दवा की खोज के लिए आशाजनक उम्मीदवारों के रूप में उन्हें रेखांकित करता है, जो उस विशाल, छिपी हुई रासायनिक लाइब्रेरी की एक झलक देता है जिसे पौधे और उनके सूक्ष्म साथी साझा करते हैं।
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