Genomic characterization and antibiofilm activity of lytic Klebsiella pneumoniae phage FKP03, a member of an unclassified species within the subfamily Studiervirinae
यह अध्ययन फार्म अपशिष्ट जल से अलग किए गए स्टुडिअरविरीने (Studiervirinae) उपपरिवार के एक अवर्गीकृत सदस्य, लैटिक बैक्टीरियोफेज FKP03 के रूपात्मक, जीनोमिक और शारीरिक गुणों का विवरण देते हुए इसकी प्रभावकारिता को *क्लेबसिएला न्यूमोनिया* (Klebsiella pneumoniae) उपभेदों के विरुद्ध और बायोफिल्म निर्माण को रोकने तथा उसे कम करने की इसकी क्षमता को प्रदर्शित करता है।
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हमारे चारों ओर की सूक्ष्म दुनिया में, बैक्टीरिया अकेले यात्री नहीं हैं; वे सामाजिक प्राणी हैं जो समुदायों का निर्माण करते हैं। जब ये समुदाय सतहों पर बसते हैं, तो वे एक चिपचिपा, सुरक्षात्मक स्लाइम (बलगम) स्रावित करते हैं जो एक किले की तरह काम करता है, जो उन्हें एंटीबायोटिक्स और शरीर की प्रतिरक्षा रक्षा से बचाता है। इस किले को बायोफिल्म कहा जाता है, और यह एक प्रमुख कारण है कि कुछ संक्रमणों का इलाज करना इतना कठिन क्यों होता है। इन बैक्टीरिया में सबसे कष्टदायक क्लेबसिएला न्यूमोनिया (Klebsiella pneumoniae) में से एक है, एक ऐसा कीटाणु जो गंभीर निमोनिया और रक्तप्रवाह के संक्रमण का कारण बन सकता है, विशेष रूप से अस्पतालों और पशुधन के वातावरण में। चूंकि यह बैक्टीरिया मानक दवाओं के प्रति तेजी से प्रतिरोधी हो रहा है और इन सुरक्षात्मक बायोफिल्मों को बनाने में उत्कृष्ट है, इसलिए वैज्ञानिक इससे लड़ने के तरीके खोजने के लिए नए रास्ते तलाश रहे हैं। एक आशाजनक मार्ग बैक्टीरियोफेज, या सरल शब्दों में फेजेस (phages) से संबंधित है। ये वायरस हैं जो केवल बैक्टीरिया को संक्रमित करते हैं। एंटीबायोटिक्स के विपरीत, जो कई प्रकार के बैक्टीरिया को एक साथ मारने वाले कुंद उपकरण हो सकते हैं, फेजेस सटीक शिकारी हैं जो विशिष्ट बैक्टीरिया की नस्लों को खोजते हैं, उनकी कोशिका भित्तियों को भेदते हैं और उन्हें अंदर से फोड़ देते हैं।
हाल ही में किए गए एक अध्ययन में, चीन के किंगहाई विश्वविद्यालय और संबंधित संस्थानों के शोधकर्ताओं ने क्लेबसिएला न्यूमोनिया का शिकार करने में सक्षम एक नए फेज को खोजने और समझने का लक्ष्य रखा। उन्होंने एक फार्म से अपशिष्ट जल (वेस्टवॉटर) एकत्र किया, जो एक सामान्य स्थान है जहाँ ये बैक्टीरिया और उनके वायरल शिकारी आपस में मिल सकते हैं। इस नमूने से, उन्होंने एक विशिष्ट वायरस को अलग किया जिसे उन्होंने FKP03 नाम दिया। शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का उपयोग करते हुए, उन्होंने देखा कि FKP03 का एक विशिष्ट आकार है: एक ज्यामितीय, फुटबॉल की तरह दिखने वाला सिर जो लगभग 62 नैनोमीटर चौड़ा है, जो लगभग 164 नैनोमीटर लंबे, पतले पूंछ से जुड़ा हुआ है। यह संरचना उन वायरसों की विशिष्ट है जो अपने मेजबान में अपना आनुवंशिक पदार्थ इंजेक्ट करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। टीम ने परीक्षण किया कि यह वायरस कितनी अच्छी तरह काम करता है। उन्होंने पाया कि FKF03 क्लेबसिएला न्यूमोनिया के उन पच्चीस में से पांच अलग-अलग उपभेदों (स्ट्रेन्स) को सफलतापूर्वक संक्रमित और नष्ट कर सकता था जिनका उन्होंने परीक्षण किया था। जब इसने एक बैक्टीरिया को संक्रमित किया, तो वायरस ने कोशिका को फोड़ने से पहले लगभग चालीस मिनट तक प्रतीक्षा की, जिससे औसतन बयासी नए वायरस कण मुक्त हुए ताकि वे और अधिक शिकार के लिए जा सकें। यह वायरस काफी कठोर साबित हुआ, जो चालीस डिग्री सेल्सियस तक के तापमान में सक्रिय रहा और थोड़ी अम्लीय से लेकर काफी क्षारीय तक के अम्लता स्तरों में जीवित रहा।
वायरस को बेहतर ढंग से समझने के लिए, वैज्ञानिकों ने इसके संपूर्ण आनुवंशिक कोड का अनुक्रम (सीक्वेंस) निर्धारित किया। उन्होंने पाया कि FKP03 का जीनोम 40,744 बेस पेयर्स वाला एक डीएनए स्ट्रैंड है। इस कोड के भीतर, उन्होंने चालीस-छह विशिष्ट निर्देश, या जीन पहचाने, जो वायरस को खुद को बनाने और पुनरुत्पादित होने के बारे में बताते हैं। महत्वपूर्ण रूप से, आनुवंशिक विश्लेषण ने दिखाया कि इस वायरस में एंटीबायोटिक प्रतिरोध या मनुष्यों या जानवरों को नुकसान पहुँचाने वाले विषाक्त पदार्थों को बनाने के लिए कोई जीन नहीं है। इसमें वे आनुवंशिक मार्कर भी नहीं थे जो इसे बैक्टीरिया के अंदर छिपने और सुप्त अवस्था में रहने की अनुमति देते, जिसका अर्थ है कि यह पूरी तरह से एक "लायटिक" (lytic) वायरस है जो अपने मेजबान को तुरंत मार देता है। जब शोधकर्ताओं ने FKP03 के आनुवंशिक अनुक्रम की तुलना ज्ञात वायरसों के एक विशाल डेटाबेस से की, तो उन्होंने पाया कि यह 'स्टुडियोविरीने' (Studiervirinae) नामक उप-परिवार के वायरसों के एक समूह के सबसे समान है। हालांकि, यह उस समूह के सभी ज्ञात सदस्यों से इतना भिन्न था कि इसे एक नई, अनवर्गीकृत प्रजाति माना जा सके। यह एक अन्य वायरस, जिसे vB_KpnP_Jaco_MM9 के रूप में जाना जाता है, के साथ एक करीबी विकासवादी पारिवारिक वृक्ष साझा करता है, जो बताता है कि वे वायरल दुनिया में चचेरे भाई हैं।
हालांकि, इस अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष वायरस की बैक्टीरिया के किले से लड़ने की क्षमता से संबंधित है। शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या FKP03 क्लेबसिएला न्यूमोनिया को बायोफिल्म बनाने से रोकने में सक्षम है। उन्होंने बैक्टीरिया को वायरस के साथ मिलाया और परिणाम देखे। वायरस की उपस्थिति ने बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित स्लाइम की मात्रा को काफी कम कर दिया, जिससे प्रभावी रूप से समुदाय के निर्माण को रोका जा सका। इससे भी अधिक प्रभावशाली बात यह है कि जब शोधकर्ताओं ने पहले से बने हुए बायोफिल्म में वायरस मिलाया, तो वायरस इसे तोड़ने और बैक्टीरिया की कॉलोनी के कुल द्रव्यमान को कम करने में सक्षम रहा। यह सुझाव देता है कि FKP03 न केवल स्वतंत्र रूप से तैरने वाले बैक्टीरिया को मारता है; यह उन सुरक्षात्मक संरचनाओं को भी नष्ट कर सकता है जो संक्रमणों को इतना स्थायी बनाते हैं। हालांकि सटीक तंत्र अभी भी अध्ययन के अधीन है, वायरस के जीनोम में ऐसे जीन हैं जो संभवतः ऐसे प्रोटीन उत्पन्न करते हैं जो बैक्टीरिया को पहचानने में सक्षम हैं और ऐसे एंजाइम जो बायोफिल्म के मैट्रिक्स को चबाकर हटाने में मदद कर सकते हैं। अध्ययन पुष्टि करता है कि FKF03 इस विशिष्ट बैक्टीरिया के खिलाफ एक शक्तिशाली, सुरक्षित और प्रभावी उपकरण है, जो पारंपरिक उपचारों के प्रति प्रतिरोधी हो चुके संक्रमणों के प्रबंधन के लिए एक नई रणनीति प्रदान करता है।
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