A GH170 phosphoglycosidase links phosphotransferase system transport to N,N′-diacetylchitobiose catabolism in Lacticaseibacillus paracasei
यह अध्ययन ChbE को *Lacticaseibacillus paracasei* में पहले जैव रासायनिक रूप से अभिलक्षित GH170 फॉस्फोग्लाइकोसिडेज़ के रूप में पहचानता है, जो यह प्रदर्शित करता है कि यह N,N′-डाइएसिटिल चिटोबायोस कैटाबोलिज्म को सक्षम करने के लिए फॉस्फोट्रांसफरेज सिस्टम द्वारा उत्पन्न फॉस्फोराइलेटेड चिटोलिगोसेकेराइड्स को विशिष्ट रूप से हाइड्रोलाइज करता है।
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मानव आंत में रहने वाले बैक्टीरिया लगातार भोजन के लिए प्रतिस्पर्धा करते रहते हैं, लेकिन वे हमेशा उन जटिल कार्बोहाइड्रेट को सीधे नहीं खाते जो उन्हें वहां मिलते हैं। इसके बजाय, वे अक्सर एक स्कैवेंजिंग (कचरा बीनने वाली) रणनीति पर भरोसा करते हैं, जहाँ वे अन्य सूक्ष्मजीवों द्वारा चिटिन या कोशिका भित्तियों जैसी कठिन सामग्रियों को छोटे, प्रबंधनीय टुकड़ों में तोड़े जाने का इंतज़ार करते हैं। ऐसा ही एक टुकड़ा एन,एन′-डाइएसिटिलचिटोबियोस (N,N′-diacetylchitobiose) नामक शर्करा है, जो दो शर्करा इकाइयों की एक छोटी श्रृंखला है और चिटिन के टूटने से बनने वाला एक सामान्य उपोत्पाद है। इस शर्करा का उपयोग करने के लिए, एक बैक्टीरिया को इसे पहले अपने सेल के अंदर खींचना होगा और फिर ऊर्जा प्राप्त करने के लिए इसे अलग करना होगा। इस प्रक्रिया में आमतौर पर एक विशेष परिवहन प्रणाली शामिल होती है जो एक द्वार की तरह कार्य करती है, जो शर्करा को कोशिका झिल्ली के पार ले जाती है और साथ ही उस पर एक फॉस्फेट समूह भी जोड़ देती है। यह फॉस्फोरिलीकरण (phosphorylation) एक महत्वपूर्ण चरण है, जो प्रभावी रूप से शर्करा को 'टैग' कर देता है ताकि कोशिका जान सके कि इसका प्रसंस्करण कैसे करना है। हालाँकि, लंबे समय तक वैज्ञानिक जानते थे कि लैक्टिकैसिबैसिलस पैराकेसी (Lacticaseibacillus paracasei) नामक एक विशिष्ट बैक्टीरिया इस शर्करा का सेवन कर सकता है, लेकिन वे उस सटीक तंत्र को नहीं समझ पाए थे जिसका उपयोग वह कोशिका के भीतर टैग की गई शर्करा को तोड़ने के लिए करता था।
शोधकर्ताओं ने एल. पैराकेसी (L. paracasei) में 'ChbE' नामक एक विशिष्ट एंजाइम का अध्ययन करके इस रहस्य को सुलझाने का लक्ष्य रखा। हालांकि आनुवंशिक सुरागों ने संकेत दिया था कि यह एंजाइम शर्करा खाने के लिए आवश्यक है, लेकिन इसका वास्तविक कार्य अभी भी एक पहेली बना हुआ था। जब वैज्ञानिकों ने शुद्ध ChbE एंजाइम को प्रयोगशाला की डिश में बिना टैग वाली शर्करा के साथ परीक्षण किया, तो इसने कुछ भी नहीं किया। एंजाइम ने शर्करा पर तब तक काम करने से इनकार कर दिया जब तक कि उसे पहले संशोधित न किया गया हो। यह पता लगाने के लिए कि क्या हो रहा है, टीम ने बैक्टीरिया का एक उत्परिवर्ती (mutant) संस्करण बनाया जो शर्करा को अपने अंदर खींच तो सकता था लेकिन उसे तोड़ नहीं सकता था। इस आनुवंशिक अवरोध के कारण बैक्टीरिया के सेल के अंदर शर्करा भर गई, जिससे विश्लेषण के लिए एक समृद्ध नमूना तैयार हो गया। जब शोधकर्ताओं ने इन कोशिकाओं की जांच की, तो उन्होंने पाया कि संचित शर्करा अपने मूल रूप में नहीं थी, बल्कि परिवहन प्रणाली द्वारा इसे एक फॉस्फेट समूह के साथ टैग किया गया था।
सफलता तब मिली जब वैज्ञानिकों ने शुद्ध ChbE एंजाइम को इन उत्परिवर्ती कोशिकाओं के घटकों के साथ मिलाया। एंजाइम तुरंत काम पर लग गया, जिसने टैग की गई शर्करा को दो छोटे हिस्सों में विभाजित कर दिया: एक एकल शर्करा इकाई और एक एकल शर्करा इकाई जो अभी भी फॉस्फेट टैग को धारण किए हुए थी। इसने पुष्टि की कि ChbE एक विशेष उपकरण है जिसे विशेष रूप से उस शर्करा के बंधन को काटने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसे परिवहन प्रणाली द्वारा पहले से ही फॉस्फोरिलेट किया जा चुका है। शोधकर्ताओं ने एक थोड़ी बड़ी शर्करा श्रृंखला, तीन-इकाई वाले संस्करण का भी परीक्षण किया, और वही पैटर्न पाया: परिवहन प्रणाली ने इसे टैग किया, और ChB ने इसे काट दिया, जिससे पीछे एक दो-इकाई वाली शर्करा और एक एकल टैग की गई शर्करा बची। इसने एक सटीक, दो-चरणीय असेंबली लाइन का खुलासा किया जहाँ परिवहन प्रणाली शर्करा को तैयार करती है, और एंजाइम काम पूरा करता है, जिससे बैक्टीरिया को पोषक तत्व का पूर्ण उपयोग करने की अनुमति मिलती है।
आगे की जांच से पता चला कि यह साझेदारी केवल इस एक बैक्टीरिया तक सीमित नहीं है। हजारों अन्य बैक्टीरिया के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट को स्कैन करके, टीम ने पाया कि ChB जैसे एंजाइम लगभग हमेशा इन विशिष्ट शर्करा-परिवहन प्रणालियों के जीन के ठीक बगल में पाए जाते हैं। यह मजबूत आनुवंशिक संबंध यह सुझाव देता है कि यह एक समन्वित प्रणाली एक व्यापक और कुशल रणनीति है जिसका उपयोग कई बैक्टीरिया अपने पड़ोसियों के मीठे अवशेषों का लाभ उठाने के लिए करते हैं। यह अध्ययन ChB को चिटिन-व्युत्पन्न शर्करा के संदर्भ में पूरी तरह से वर्णित किए जाने वाले अपने प्रकार के पहले एंजाइम के रूप में पहचानता है, जो इन सूक्ष्म स्कैवेंजर्स के संचालन के बारे में हमारी समझ का विस्तार करता है। यह स्पष्ट करता है कि इस बैक्टीरिया के लिए, इन शर्कराओं को खाने की क्षमता पूरी तरह से एक मजबूती से जुड़े हुए सिस्टम पर निर्भर करती जहाँ परिवहन और पाचन अविभाज्य रूप से जुड़े हुए हैं, जिससे यह सुनिश्चित होता है कि कोई ऊर्जा बर्बाद न हो और बैक्टीरिया आंत के जटिल वातावरण में फल-फूल सके।
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