Microbial cells reprogram energy and protein metabolism in response to plastic exposure

द दशकों से, वैज्ञानिक सूक्ष्मजीवी जीवन को उगाने के लिए एक सरल, साधारण उपकरण पर भरोसा करते आए हैं जो जीव विज्ञान की हमारी समझ को शक्ति देता है: प्लास्टिक का टेस्ट ट्यूब। पॉलीप्रोपलीन नामक सामग्री से बने ये कंटेनर दुनिया भर की प्रयोगशालाओं में सर्वव्यापी हैं। वे सस्ते, टिकाऊ और लंबे समय से चली आ रही वैज्ञानिक धारणा के अनुसार, पूरी तरह से अक्रिय (inert) हैं। इसका अर्थ यह था कि शोधकर्ताओं ने माना कि प्लास्टिक केवल तरल को धारण करने के अलावा कुछ नहीं करता; यह माना जाता था कि यह अंदर की जीवित कोशिकाओं के साथ कोई अंतःक्रिया नहीं करता। फलस्वरूप, जब बैक्टीरिया या यीस्ट के व्यवहार का अध्ययन किया जाता है, तो वैज्ञानिकों ने प्लास्टिक के पात्र को एक तटस्थ पृष्ठभूमि मानकर उपचारित किया है, यह मानते हुए कि कोशिकाएं केवल उन्हें दिए गए भोजन के प्रति प्रतिक्रिया कर रही हैं, न कि उनके चारों ओर की दीवारों के प्रति। इस धारणा ने चिकित्सा, जैव प्रौद्योगिकी और पर्यावरण विज्ञान में अनगिनत प्रयोगों को आकार दिया है, जो इस विचार को पुख्ता करती है कि कंटेनर सूक्ष्मजीव के लिए अदृश्य है।

हालाँकि, एक नया अध्ययन इस मौलिक दृष्टिकोण को चुनौती देता है, जो यह सुझाव देता है कि प्लास्टिक का कंटेनर केवल एक शांत दर्शक नहीं बल्कि कोशिकीय नाटक का एक सक्रिय भागीदार है। शोधकर्ताओं ने इस बात की जांच की कि क्या पात्र की सामग्री स्वयं सूक्ष्मजीवों की आंतरिक रसायन विज्ञान को बदल सकती है। पारंपरिक कांच के ट्यूबों के मुकाबले प्लास्टिक के ट्यूबों में विकसित कोशिकाओं की तुलना करके, उन्होंने पाया कि प्लास्टिक की सतह इन नन्हे जीवों के कार्य करने के तरीके में एक गहरा और अप्रत्याशित बदलाव लाती है। निष्कर्ष बताते हैं कि पॉलीप्रोपलीन की मात्र उपस्थिति कोशिकाओं को उनकी ऊर्जा प्रणालियों और प्रोटीन उत्पादन को पुनर्गठित करने के लिए मजबूर करती है, जो एक ऐसा खोज है जो बताती है कि प्रयोगशाला के कंटेनर की सामग्री जैविक अनुसंधान में एक महत्वपूर्ण, फिर भी अक्सर अनदेखा किया जाने वाला चर (variable) है।

इन छिपे हुए प्रभावों को उजागर करने के लिए, टीम ने दो बहुत ही अलग मॉडल जीवों की ओर रुख किया: एक सामान्य बैक्टीरिया जिसे एस्चेरिचिया कोली (Escherichia coli) के रूप में जाना जाता है और एक प्रकार का यीस्ट जिसे पिचिया पास्टोरिस (Pichia pastoris) कहा जाता है। ये दोनों सरल, एकल-कोशिकीय बैक्टीरिया और अधिक जटिल, एकल-कोशिकीय कवक के बीच विशाल विकासवादी विभाजन का प्रतिनिधित्व करते हैं। शोधकर्ताओं ने दोनों प्रकार के सूक्ष्मजीवों को समान परिस्थितियों में उगाया, उन्हें समान पोषक तत्व दिए और एक ही तापमान बनाए रखा, लेकिन उन्होंने एक समूह को प्लास्टिक ट्यूबों में और दूसरे को कांच के ट्यूबों में रखा। परिणाम तत्काल और चौंकाने वाले थे। प्लास्टिक के ट्यूबों में, बैक्टीरिया और यीस्ट दोनों ही कांच के समकक्षों की तुलना में काफी धीमी गति से बढ़े। कोशिकाओं को बढ़ने में अधिक समय लगा, और जीवित कोशिकाओं की अंतिम संख्या भी काफी कम थी, जिसमें कांच के नियंत्रणों की तुलना में यीस्ट की आबादी में लगभग नब्बे प्रतिशत और बैक्टीरिया में लगभग अस्सी प्रतिशत की गिरावट आई।

यह समझने के लिए कि वे संघर्ष क्यों कर रहे थे, शोधकर्ताओं ने कोशिकाओं के भीतर के रासायनिक इंजनों की जांच की। उन्होंने पाया कि प्लास्टिक के वातावरण ने कोशिकाओं के ऊर्जा चयापचय (metabolism) में गंभीर गिरावट पैदा की। सामान्यतः, कोशिकाएं ऊर्जा बनाने के लिए चीनी को तोड़ती हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो एक महत्वपूर्ण ईंधन अणु 'ATP' उत्पन्न करती है। प्लास्टिक के ट्यूबों में, यह ऊर्जा उत्पादन बाधित हो गया। प्रमुख ऊर्जा वाहकों का स्तर नाटकीय रूप से गिर गया, जिसमें दोनों जीवों में ईंधन अणु 'एसिटाइल-CoA' सात गुना से अधिक कम हो गया। इस ऊर्जा संकट के साथ ही हानिकारक अणुओं का उछाल आया जिन्हें 'रिएक्टिव ऑक्सीजन स्पीशीज' कहा जाता है, जो वास्तव में कोशिका के भीतर रासायनिक तनाव के संकेत हैं। आश्चर्यजनक रूप से, यह तनाव तब भी हुआ जब प्लास्टिक के ट्यूबों में तरल में उपलब्ध ऑक्सीजन की मात्रा कांच के ट्यूबों की तुलना में वास्तव में कम थी, जिससे यह सिद्ध हुआ कि तनाव हवा की कमी के कारण नहीं बल्कि सीधे प्लास्टिक की प्रतिक्रिया के कारण था।

सबसे अधिक विरोधाभासी खोज यह थी कि ऊर्जा की इस कमी के जवाब में कोशिकाओं ने क्या किया। ऊर्जा बचाने के लिए अपनी प्रोटीन बनाने वाली मशीनरी को बंद करने के बजाय, कोशिकाओं ने इसके विपरीत कार्य किया। उन्होंने प्रोटीन और राइबोसोमों—जो प्रोटीन बनाने वाले सूक्ष्म कारखाने हैं—के उत्पादन को भारी अंतर से बढ़ा दिया। यीस्ट में, कुल प्रोटीन सामग्री में आठ गुना वृद्धि हुई, और बैक्टीरिया में यह पांच गुना से अधिक बढ़ गई। इसने एक अजीब जैविक विरोधाभास पैदा किया: कोशिकाएं ऊर्जा के खाली टैंक पर चल रही थीं और साथ ही एक विशाल नया कारखाना बनाने की कोशिश भी कर रही थीं। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि यह एक हताश, क्षतिपूर्ति रणनीति है। कोशिकाएं अपनी आंतरिक संरचनाओं की मरम्मत और रखरखाव को प्राथमिकता देती प्रतीत होती हैं, शायद प्लास्टिक से होने वाले नुकसान को ठीक करने के लिए या प्रतिकूल सतह के अनुकूल होने के लिए, भले ही उनकी समग्र वृद्धि रुक गई हो।

यह निर्धारित करने के लिए कि इस प्रतिक्रिया का कारण क्या था, टीम को दो संभावनाओं के बीच निर्णय लेना था। क्या प्लास्टिक तरल में 'लीचेट्स' (leachates) के रूप में अदृश्य रासायनिक जहर छोड़ रहा था जो कोशिकाओं को विषैला बना रहे थे? या प्रतिक्रिया केवल प्लास्टिक की सतह के संपर्क के कारण थी? ट्यूबों में मौजूद तरल का उच्च-परिशुद्धता वाले रासायनिक स्कैनरों के साथ विश्लेषण करके, शोधकर्ताओं ने इस बात का कोई प्रमाण नहीं पाया कि प्लास्टिक हानिकारक रसायनों की महत्वपूर्ण मात्रा छोड़ रहा है। इसके बजाय, डेटा ने स्वयं सतह की ओर संकेत किया। कोशिकाएं हाइड्रोफोबिक, या जल-विकर्षक, प्लास्टिक की दीवार के साथ भौतिक संपर्क के विरुद्ध एक विशिष्ट रक्षा तंत्र विकसित कर रही थीं। बैक्टीरिया में, इसमें उनके हिलने-डुलने और सतहों से चिपकने के तरीके में बदलाव शामिल था, जबकि यीस्ट ने उन सेंसरों को सक्रिय किया जो उनकी कोशिका भित्ति की अखंडता की निगरानी करते हैं।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि पॉलीप्रोपलीन उस अक्रिय कंटेनर से कहीं अधिक है जिसे वैज्ञानिक अब तक मानते आए हैं। यह एक पर्यावरणीय तनाव कारक के रूप में कार्य करता है जो सूक्ष्मजीवों को अपने पूरे चयापचय को पुनर्गठित करने के लिए मजबूर करता है, जिससे वे विकास के स्थान पर उत्तरजीविता (survival) को चुनते हैं। यह खोज संकेत देती है कि प्रयोगशाला सामग्री का चयन एक मामूली विवरण नहीं है, बल्कि एक शक्तिशाली कारक है जो जैविक प्रयोगों के परिणामों को बदल सकता है। यदि कंटेनर यह बदल देता है कि कोशिकाएं कैसे सोचती हैं, खाती हैं और खुद का निर्माण करती हैं, तो प्लास्टिक के पात्रों में किए गए अनगिनत अध्ययनों के परिणामों का पुनर्मूल्यांकन करने की आवश्यकता हो सकती है। प्लास्टिक का ट्यूब केवल कोशिकाओं के लिए एक कप नहीं है; यह एक दीवार है जिससे कोशिकाओं को लगातार जूझना पड़ता है, और इस प्रक्रिया में अपनी जीवविज्ञान को नया आकार देना पड़ता है।