Gut microbiota ablation depletes secondary bile acids and shifts the cytokine balance in BCG-infected mice
एक नवीन चार-भुजाओं वाले चूहा मॉडल का उपयोग करते हुए, जिसमें स्वतंत्र एब्लेशन और प्रत्यारोपण शाखाएं हैं, यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि एंटीबायोटिक-मध्यस्थता वाली आंत माइक्रोबायोटा रिक्तीकरण विशेष रूप से माध्यमिक पित्त अम्लों को समाप्त करता है और बीसीजी-संक्रमित चूहों में एक प्रो-इंफ्लेमेटरी साइटोकाइन बदलाव को प्रेरित करता है, जो आंत के समुदाय, उसके मेटाबोलाइट्स और मेजबान प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के बीच एक सीधा संबंध स्थापित करता है।
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मानव शरीर कोई एकाकी द्वीप नहीं है; यह एक हलचल भरा पारिस्थितिकी तंत्र है जिसे ट्रिलियनों सूक्ष्मजीवों के साथ साझा किया जाता है, जिनमें मुख्य रूप से आंत में रहने वाले बैक्टीरिया शामिल हैं। ये सूक्ष्मजीव केवल भोजन पचाने का काम ही नहीं करते; वे एक निरंतर रासायनिक कारखाने के रूप में कार्य करते हैं, जो हमारे द्वारा खाए गए पदार्थों को विभिन्न प्रकार के यौगिकों में परिवर्तित करते हैं जो रक्तप्रवाह के माध्यम से दूर स्थित अंगों, जैसे कि फेफड़ों तक पहुँचते हैं। वैज्ञानिकों ने लंबे समय से संदेह जताया है कि यह "गट-लंग एक्सिस" (आंत-फेफड़ा अक्ष) प्रतिरक्षा प्रणाली को ट्यून करने में मदद करता है, जिससे यह संक्रमण से लड़ने के लिए तैयार रहती है लेकिन अति-प्रतिक्रिया नहीं करती। यह परीक्षण करने के लिए कि क्या कोई विशिष्ट स्वास्थ्य परिणाम इन आंत के बैक्टीरिया पर निर्भर करता है, शोधकर्ता अक्सर एक भद्दे उपकरण का उपयोग करते हैं: वे जानवरों को सूक्ष्मजीव समुदाय को मिटाने के लिए एंटीबायोटिक्स का एक मिश्रण देते हैं। यदि बैक्टीरिया के जाने के बाद जानवर का स्वास्थ्य बदल जाता है, तो यह सुझाव देता है कि बैक्टीरिया इसके लिए जिम्मेदार थे। हालाँकि, इस पद्धति में एक दोष है। एंटीबायोटिक्स शक्तिशाली दवाएं हैं जो सीधे जानवर के अपने शरीर के रसायन विज्ञान को बदल सकती हैं, जिससे यह जानना कठिन हो जाता है कि परिवर्तन इसलिए हुआ क्योंकि बैक्टीरिया गायब हो गए या इसलिए क्योंकि दवा ने स्वयं मेजबान को बदल दिया।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक स्वच्छ प्रयोग डिजाइन करके एक बेहतर प्रयोग तैयार किया ताकि यह देखा जा सके कि आंत के बैक्टीरिया वास्तव में एक विशिष्ट संक्रमण के प्रति प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को कैसे प्रभावित करते हैं। उन्होंने बीसीजी (BCG) नामक क्षीण तबीसी बैक्टीरिया के एक मॉडल का उपयोग किया, जिसका उपयोग आमतौर पर यह अध्ययन करने के लिए किया जाता है कि प्रतिरक्षा प्रणाली फेफड़ों के संक्रमण के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करती है। सामान्य दृष्टिकोण के बजाय, जिसमें बैक्टीरिया को मिटाकर फिर से डालने का प्रयास किया जाता है, टीम ने चूहों के चार अलग-अलग समूह बनाए, जो सभी एक ही बीसीजी स्ट्रेन से संक्रमित थे। एक समूह को कोई उपचार नहीं दिया गया। दूसरे समूह को अकेले संक्रमण दिया गया। तीसरे समूह को एंटीबायोटिक्स के साथ उनके आंत के बैक्टीरिया को मिटाने के बाद संक्रमण दिया गया। चौथे समूह को संक्रमण दिया गया और फिर उनके आंत के बैक्टीरिया को एक स्वस्थ दाता के ताजे नमूने से बदल दिया गया, लेकिन महत्वपूर्ण रूप से, इस समूह को कभी एंटीबायोटिक्स नहीं दिए गए। संक्रमण को स्थिर रखकर और केवल आंत के बैक्टीरिया की स्थिति को बदलकर, शोधकर्ता सूक्ष्मजीव समुदाय को हटाने बनाम केवल उसे बदलने के विशिष्ट प्रभावों को अलग कर सके।
परिणामों ने एक स्पष्ट रासायनिक हस्ताक्षर का खुलासा किया जो केवल तभी मौजूद था जब आंत के बैक्टीरिया गायब थे। उन्नत रासायनिक विश्लेषण का उपयोग करते हुए, टीम ने चूहों के रक्त और फेफड़ों के तरल पदार्थ में हजारों अलग-अलग अणुओं को स्कैन किया। उन्होंने विशिष्ट रासायनिक विशेषताओं के एक बड़े ब्लॉक को पाया जो स्वस्थ चूहों, संक्रमित चूहों और बैक्टीरिया ट्रांसप्लांट प्राप्त करने वाले चूहों में मौजूद थे, लेकिन एंटीबायोटिक उपचारित चूहों में पूरी तरह से अनुपस्थित थे। यह अनुपस्थिति किसी तकनीकी त्रुटि या नमूने के तनुकरण (dilution) के कारण नहीं थी; एंटीबायोटिक-उपचारित चूहों में रासायनिक संकेत की कुल मात्रा नियंत्रण नमूनों की तुलना में वास्तव में अधिक थी, जिससे यह सिद्ध हुआ कि गायब रसायन वास्तव में चले गए थे। जब शोधकर्ताओं ने पहचान की कि ये लुप्त रसायन क्या थे, तो उन्होंने पाया कि वे माध्यमिक पित्त अम्ल (secondary bile acids) नामक यौगिकों के एक समूह से संबंधित थे। ये वे अणु हैं जिन्हें शरीर स्वयं नहीं बना सकता; इन्हें विशेष रूप से तब बनाया जाता है जब आंत के बैक्टीरिया यकृत द्वारा उत्पादित प्राथमिक पित्त अम्लों को तोड़ते हैं। अध्ययन ने पुष्टि की कि आंत के बैक्टीरिया के बिना, ये विशिष्ट यौगिक पूरी तरह से गायब हो जाते हैं।
इन बैक्टीरियल उत्पादों का गायब होना प्रतिरक्षा प्रणाली में एक महत्वपूर्ण बदलाव से जुड़ा था। जिन चूहों के आंत के बैक्टीरिया हटा दिए गए थे, उनमें अन्य समूहों की तुलना में प्रतिरक्षा संकेतन (signaling) का एक अलग पैटर्न देखा गया। उनके फेफड़ों के तरल पदार्थ और रक्त दोनों में, सूजन को बढ़ावा देने वाले कुछ प्रतिरक्षा संकेतों का स्तर उच्च था, जबकि प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को नियंत्रित और शांत करने वाले संकेतों का स्तर कम था। यह सुझाव देता है कि आंत के बैक्टीरिया, इन विशिष्ट रसायनों के उत्पादन के माध्यम से, संक्रमण के दौरान प्रतिरक्षा प्रणाली को संतुलित रखने में भूमिका निभाते हैं। दिलचस्प बात यह है कि जिन चूहों को बैक्टीरियल ट्रांसप्लांट मिला था, उनमें एंटीबायोटिक-उपचारित चूहों की तरह रासायनिक या प्रतिरक्षा परिवर्तन नहीं दिखे, जो यह दर्शाता है कि केवल बैक्टीरिया की उपस्थिति होना, एंटीबायोटिक्स द्वारा बाधित न किए गए समुदाय के समान नहीं है।
शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि बैक्टीरिया के आनुवंशिक डेटा का अणुओं के रासायनिक डेटा से कितना मेल खाता है। हालांकि दो प्रकार के डेटा समग्र रूप से देखने पर पूरी तरह से सहमत थे—जो चार अलग-अलग प्रयोगात्मक स्थितियों को स्पष्ट रूप से अलग करते थे—लेकिन व्यक्तिगत चूहों को देखने पर वे मेल नहीं खाते थे। इसका अर्थ यह है कि जबकि समग्र उपचार ने जानवर की स्थिति को परिभाषित किया, एक चूहे के विशिष्ट रासायनिक प्रोफाइल ने उसी चूहे की सटीक बैक्टीरियल संरचना की सरल, एक-से-एक तरीके से भविष्यवाणी नहीं की। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि आंत का समुदाय मेटाबोलाइट्स का एक विशिष्ट सेट, विशेष रूप से माध्यमिक पित्त अम्ल, योगदान देता है, जिनकी अनुपस्थिति एंटीबायोटिक उपचार का सीधा परिणाम है न कि संक्रमण का। यह खोज आंत के सूक्ष्मजीवों के प्रभाव की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करती है, जो दिखाती है कि इन विशिष्ट सूक्ष्मजीव उत्पादों की हानि फेफड़ों और रक्त में अधिक सूजन वाली स्थिति से जुड़ी है। यह कार्य यह दावा नहीं करता है कि इसने गट-लंग संचार की पूरी पहेली को सुलझा लिया है, लेकिन इसने सफलतापूर्वक एक विशिष्ट रासायनिक तंत्र को अलग किया है जो एंटीबायोटिक्स द्वारा आंत के माइक्रोबायोम के नष्ट होने पर खो जाता है।
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