Accessory-genome diversity and contrasting genotype–phenotype relationships in ten porcine Streptococcus suis isolates representing five serotypes
यह अध्ययन दस *स्ट्रेप्टोकोकस सुइस* (Streptococcus suis) आइसोलेट्स के तुलनात्मक जीनोमिक्स और प्रयोगात्मक फेनोटाइपिंग को एकीकृत करता है ताकि यह प्रकट किया जा सके कि जबकि विशिष्ट प्रतिरोध जीन एंटीमाइक्रोबियल संवेदनशीलता की दृढ़ता से भविष्यवाणी करते हैं, शास्त्रीय विरुलेंस मार्कर रोगजनकता को सटीक रूप से रैंक करने में विफल रहते हैं, जो जीनोमिक डेटा को फेनोटाइपिक परीक्षणों के साथ संयोजित करने और रोगजनकता के आकलन को सेरोटाइप 2 से आगे विस्तारित करने की आवश्यकता को रेखांकित करता है।
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बैक्टीरिया की दुनिया में, नाम भ्रामक हो सकते हैं। दशकों से, वैज्ञानिक स्ट्रेप्टोकोकस सुइस (Streptococcus suis), जो कि सूअरों का एक सामान्य रोगजनक है और मनुष्यों को भी संक्रमित कर सकता है, को प्रत्येक कोशिका के चारों ओर मौजूद शर्करा के आवरण, या कैप्सूल के आधार पर श्रेणियों में वर्गीकृत करते रहे हैं। यह आवरण एक वर्दी की तरह कार्य करता है, और इन विभिन्न प्रकारों को सीरोटाइप (serotype) कहा जाता है। इनमें सबसे प्रसिद्ध सीरोटाइप 2 है, जिसे लंबे समय से गंभीर बीमारी के प्रकोपों में प्राथमिक संदिग्ध माना जाता रहा है। हालाँकि, जिस तरह किसी व्यक्ति के कपड़े उसके चरित्र को परिभाषित नहीं करते, उसी तरह एक बैक्टीरिया का आवरण उसके व्यवहार की पूरी कहानी नहीं बताता। एक बैक्टीरिया के स्ट्रेन की वास्तविक पहचान उसके जीनोम (genome) में निहित होती है, जो इसके भीतर मौजूद आनुवंशिक निर्देशों का संपूर्ण सेट है। जबकि आवरण समान हो सकता है, आंतरिक आनुवंशिक टूलकिट (genetic toolkit) बहुत भिन्न हो सकता है, जिसमें एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध या बीमारी पैदा करने के लिए अलग-अलग जीन हो सकते हैं। केवल आवरण के प्रकार पर निर्भर रहना गलत धारणाओं को जन्म दे सकता है कि कोई विशिष्ट स्ट्रेन कितना खतरनाक है या उसका इलाज कैसे किया जाए, इसलिए इन छिपे हुए आनुवंशिक अंतरों को समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने चीन भर के सूअरों से एकत्र किए गए स्ट्रेप्टोकोकस सुइस के दस विशिष्ट स्ट्रेन का अध्ययन करके इन धारणाओं का परीक्षण करने का निर्णय लिया। ये दस स्ट्रेन पांच अलग-अलग आवरण प्रकारों का प्रतिनिधित्व करते थे, जिनमें प्रसिद्ध सीरोटाइप 2 और कई अन्य कम अध्ययन किए गए प्रकार शामिल थे। केवल आवरणों को देखने के बजाय, वैज्ञानिकों ने प्रत्येक स्ट्रेन के संपूर्ण आनुवंशिक ब्लूप्रिंट का मानचित्रण किया और उनकी तुलना सैकड़ों अन्य बैक्टीरियल जीनोम के विशाल डेटाबेस के विरुद्ध की। फिर उन्होंने इन बैक्टीरिया को प्रयोगशाला में वास्तविक दुनिया के परीक्षणों की एक श्रृंखला के माध्यम से परखा। उन्होंने बैक्टीरिया को विभिन्न एंटीबायोटिक्स के संपर्क में रखा ताकि यह देखा जा सके कि उनकी वृद्धि को रोकने के लिए कितनी दवा की आवश्यकता है। इसके अलावा, उन्होंने चूहों को इन बैक्टीरिया के संपर्क में लाकर यह मापा कि प्रत्येक स्ट्रेन कितना घातक था, और उन्होंने बैक्टीरिया को सूअरों और चूहों दोनों के रक्त के साथ मिलाया ताकि यह देखा जा सके कि बैक्टीरिया एक जीवित मेजबान (host) में कितनी अच्छी तरह जीवित रह सकते हैं। लक्ष्य यह देखना था कि क्या वे आनुवंशिक मार्कर जिन पर वैज्ञानिक आमतौर पर भरोसा करते हैं, वास्तव में प्रयोगशाला में बैक्टीरिया के व्यवहार की भविष्यवाणी करते हैं।
परिणामों ने एक चौंकाने वाले विरोधाभास को उजागर किया कि बैक्टीरिया कागज पर कैसे दिखते हैं और वास्तव में वे कैसा व्यवहार करते हैं। जब एंटीबायोटिक प्रतिरोध की बात आई, तो आनुवंशिक मानचित्र एक बहुत ही विश्वसनीय मार्गदर्शक साबित हुआ। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि किसी स्ट्रेन में erm(B) नामक एक विशिष्ट जीन मौजूद है, तो वह लिनकोमाइसिन (lincomycin) नामक एक सामान्य एंटीबायोटिक के प्रति अत्यधिक प्रतिरोधी है। वास्तव में, इस जीन की उपस्थिति ने एक पूर्ण विभाजन पैदा कर दिया: इस जीन वाले प्रत्येक स्ट्रेन को अपनी वृद्धि रोकने के लिए दवा की 32 माइक्रोग्राम से अधिक मात्रा की आवश्यकता थी, जबकि बिना इस जीन वाले प्रत्येक स्ट्रेन को इसकी एक बहुत ही मामूली अंश मात्रा से ही रोका जा सका। यह पैटर्न अन्य एंटीबायोटिक्स के लिए भी सही साबित हुआ; विशिष्ट जीन लगातार उच्च प्रतिरोध स्तरों की भविष्यवाणी करते रहे। हालाँकि, कहानी पूरी तरह से बदल गई जब वैज्ञानिकों ने देखा कि बैक्टीरिया कितने घातक थे। वर्षों से, mrp, epf, और sly नामक तीन विशिष्ट जीनों के एक सेट का उपयोग यह अनुमान लगाने के लिए किया जाता रहा है कि कौन से स्ट्रेन सबसे खतरनाक हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि जिन तीन स्ट्रोन्स के पास इस चेकलिस्ट का सबसे पूर्ण संस्करण था, वे वास्तव में घातक थे, लेकिन वे सबसे अधिक घातक नहीं थे। वह स्ट्रेन जिसने चूहों को सबसे तेजी से मारा, जिसके लिए मृत्यु का कारण बनने के लिए बैक्टीरिया की सबसे कम संख्या की आवश्यकता थी, वास्तव में इस प्रमुख जीन में से एक की पूरी तरह से कमी रखता था। यह स्ट्रेन, जो सीरोटाइप 4 से संबंधित था, उन क्लासिक सीरोटाइप 2 स्ट्रेन्स की तुलना में कहीं अधिक घातक था जिनमें "खतरे" के पूर्ण सेट वाले जीन मौजूद थे।
अध्ययन ने यह भी दिखाया कि रक्त में बैक्टीरिया की जीवित रहने की क्षमता इस बात पर बहुत अधिक निर्भर करती है कि वह रक्त कहाँ से आया है। जब शोधकर्ताओं ने सूअर के रक्त बनाम चूहे के रक्त के साथ बैक्टीरिया को मिलाया, तो जीवित रहने की दर अप्रत्याशित तरीकों से बदल गई। कुछ स्ट्रेन सूअर के रक्त में बेहतर तरीके से पनपे, जबकि अन्य चूहे के रक्त में बेहतर प्रदर्शन करते थे, और यह अंतर प्रत्येक व्यक्तिगत स्ट्रेन के लिए विशिष्ट था। यह सुझाव देता है कि एक बैक्टीरिया की सफलता केवल उसके अपने आनुवंशिक निर्माण के बारे में नहीं है, बल्कि इस बारे में है कि वह आनुवंशिक संरचना उस विशिष्ट मेजबान के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती है जिसे वह संक्रमित कर रहा है। शोधकर्ताओं ने निष्कर्ष निकाला कि जबकि आनुवंशिक परीक्षण एंटीबायोटिक प्रतिरोध की भविष्यवाणी करने के लिए उत्कृष्ट है, घातक होने के लिए रैंकिंग देने में 'विरुलेंस जीन्स' (virulence genes) की पुरानी चेकलिस्ट अपर्याप्त है। सबसे खतरनाक बैक्टीरिया हमेशा वे नहीं होते जिनके पास सबसे प्रसिद्ध आनुवंशिक मार्कर होते हैं, और केवल सबसे आम आवरण प्रकार, सीरोटाइप 2, पर ध्यान केंद्रित करने से उन अन्य स्ट्रेन्स के खतरे को अनदेखा कर दिया जाता है जो समान रूप से या उससे भी अधिक खतरनाक हो सकते हैं। आनुवंशिक विश्लेषण को बैक्टीरिया के व्यवहार के प्रत्यक्ष परीक्षण के साथ जोड़कर, वैज्ञानिक इन रोगजनकों द्वारा उत्पन्न जोखिमों की एक बहुत स्पष्ट तस्वीर प्राप्त कर सकते हैं।
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